Оборудование и приборы для испытания

Прессы и испытательные машины. Прессы — машины статического действия, которые создают равномерное, возрастающее с требуемой скоростью усилие, достигающее больших значений (до 100 МН). С помощью прессов определяют прочность материалов. Основная характеристика пресса — создаваемое им максимальное усилие. По виду привода прессы бывают гидравлические, механические (винтовые, фрикционные) и гидромеханические. При испытании строительных материалов чаще всего применяют гидравлические и винтовые прессы с максимальным усилием от 25 до 5000 кН.

Станина 1 прессов (рисунок 6) вместе с траверсой 3 и двумя стойками 2 служит основанием для всего механизма и опорой для неподвижной плиты 4. Нагружающий механизм, который создает требуемое усилие, состоит из электродвигателя 9, преобразующего устройства (масляного насоса 8 у гидравлического пресса или редуктора 11 с фрикционной муфтой у винтового пресса) и опорных плит 4 и 5. В прессах с гидравлическим приводом (рис. 39, а) для передачи усилия на подвижную опорную плиту 5 используется рабочая жидкость, обычно минеральное масло. Масло из бака насосом 8 высокого давления подается в гидроцилиндр, вмонтированный в станину пресса. Масло в гидроцилиндре передает давление на поршень 6, на котором помещается нижняя подвижная плита 5 пресса. Поршень имеет относительно большую площадь F, поэтому, по закону Паскаля, давление масла р_м создает на поршень большое усилие:

Р = Р_мF.

В прессах с винтовым приводом (рис. 6, б) усилие на подвижную плиту 5 передается грузовым винтом 10, который приводится во вращение электродвигателем 9 через редуктор 11 с фрикционной муфтой и червячную передачу 12. Благодаря редуктору и червячной передаче частота вращения винта (и соответственно скорость его поступательного движения вверх) во много раз меньше частоты вращения электродвигателя, но при этом во столько же раз больше становится усилие, развиваемое винтом, по сравнению с усилием, развиваемым электродвигателем. Фрикционная муфта обеспечивает мягкую связь грузового винта с электродвигателем, предохраняя последний от перегрузок. Часто параллельно с электродвигателем применяют приспособление для ручного нагружения, позволяющее нагружать с любой малой скоростью и фиксировать усилие с большой точностью.

а — гидравлического, б — с винтовым приводом; 1 — станина, 2- стойки, 3- траверса. 4, 5 — плиты, 6 — поршень, 7 — силоизмерительное устройство, 8 — насос, 9 — электродвигатель, 10 — винт, 11 — редуктор, 12 — червячная передача Рисунок 6 Схемы прессов Силоизмерительное устройство 7 прессов предназначено для измерения действующего на образец усилия. По конструкции силоизмерители могут быть рычажно-маятниковые, пружинные (торсионные) и гидростатические. В рычажно-маятниковом силоизмерителе (рисунок 7а) давление масла на плечо рычага 6 уравновешивается отклоняющимся от положения равновесия маятником 5. Маятник соединен с указательной стрелкой 3, показывающей измеряемое усилие на шкале 4. В конструкциях таких силоизмерителей различных прессов используют систему из нескольких рычагов, в результате чего сила, которую должен уравновесить маятник, уменьшается в десятки и даже сотни раз.

В пружинном и торсионном силоизмерителях давление масла на поршень уравновешивается каким-либо упругим элементом (пружиной или торсионом). В пружинном силоизмерителе (рисунок 7б) под давлением масла поршень 2 гидроцилиндра давит на шток 1 и смещает рычаг, на другом плече которого установлена пружина 9. При повороте рычага пружина растягивается и уравновешивает приложенное к нему усилие, при этом растяжение пружины пропорционально этому усилию. Вместе с верхним концом пружины перемещается тяга 8, соединенная с зубчатой рейкой 7. Рейка поворачивает шестеренку и установленную с ней на одной оси указательную стрелку 3. Недостаток пружинных силоизмерителей изменение со временем упругой характеристики пружины и в результате — изменение точности измерения усилия.

1 — шток, 2 — поршень, 3 — стрелка, 4- шкала, 5- маятник, 6- рычаг, 7- воспринимающий нагрузку, 8- рейка, 9- тяга, 10 — пружина Рисунок 7 Схемы рычажно-маятникового (а) и пружинного (б) силоизмерителей Гидростатическими силоизмерителями в прессах служат пружинные манометры (рисунок 8), которые с помощью патрубка 1 с резьбой присоединяются к гидросистеме пресса. Основная деталь пружинного манометра — согнутая по окружности полая трубка-пружина 2 овального сечения. Один конец трубки припаян к патрубку 1, другой — запаян наглухо и шарнирно соединен с тягой6. Свободный конец тяги посредством шарнира 7 соединен с рычагом 8, на противоположном конце которого имеется зубчатая рейка. Рейка находится в зацеплении с шестерней 5, на оси которой насажена указательная стрелка 4. Давление масла, подаваемого в трубку 2, заставляет ее распрямляться тем больше, чем больше давление масла. Распрямляющаяся трубка вызывает перемещение рычага с зубчатой рейкой, которая через шестерню поворачивает указательную стрелку. Величина перемещения стрелки регистрируется на шкале.

Манометры, применяемые на прессах, периодически поверяют образцовыми манометрами. Принципиального отличия образцовых манометров от описанного технического манометра нет; образцовые манометры благодаря более тщательному изготовлению и градуировке обладают лишь большей точностью измерений. Погрешность силоизмерителей прессов не более ±2%. Опорные поверхности пресса представляют собой толстые металлические плиты (рис. 41), прикрепленные: нижняя 5 — к поршню пресса, верхняя 4 — к траверсе. Для удобства установки образцов различных размеров в центральном гнезде траверсы смонтирована винтовая пара, к которой крепится верхняя опорная плита. Вращая штурвал винта, можно вручную поднимать и опускать верхнюю плиту пресса.

1 -патрубок, 2 — трубкапружина, 3-шкала, 4-стрелка, 5-шестерня, 6-тяга, 7-шарнир, 8-рычаг Рисунок 8 Схема пружинного манометра При проведении испытаний для нагружения следует использовать оборудование, обеспечивающее возможность опирания конструкций и приложения к ним нагрузки по заданной схеме и позволяющее производить нагружение с погрешностью не более ± 5% величины контрольной нагрузки.

Рекомендуется использовать для нагружения гидравлические прессы или стенды с гидравлическими домкратами и насосными станциями, а также механические рычажные установки, в которых нагружающие усилия получают за счет массы штучных грузов, уложенных на платформу установок или непосредственно на испытываемый элемент, и пневматические установки, в которых нагружающие усилия обеспечиваются сжатым воздухом.

При использовании для нагружения штучных грузов (металлических чушек, бетонных блоков) эти грузы должны быть предварительно взвешены и замаркированы. Погрешность взвешивания не должна превышать ± 0,1 кг. Допускается использовать для нагружения емкости с водой, ящики с песком или другими сыпучими материалами.

Для измерения усилий следует применять манометры по ГОСТ 2405 и динамометры по ГОСТ 13 837. В качестве динамометров допускается применять предварительно проградуированные по деформациям распределительные траверсы или металлические тяги, передающие нагружающее усилие на испытываемое изделие.

Для измерения прогибов и перемещений следует применять измерительные приборы и инструменты с ценой деления не более 0,1 мм. Рекомендуется использовать:

• — прогибомеры механические и электрические;
• — индикаторы часового типа по ГОСТ 577;
• — штангенциркули по ГОСТ 166;
• — нивелиры и теодолиты по ГОСТ 10 528, ГОСТ 10 529

Для измерения ширины раскрытия трещин следует применять измерительные микроскопы или лупы с ценой деления не более 0,05 мм. Допускается использовать металлические щупы.