Нагружающий механизм гидравлической разрывной машины

Домкраты создают не только нагружающее усилие в 50000 кг, но и  выполняют функции колонн прототипа. Кроме прочности и жесткости  к домкратам предъявляются требования устойчивости. Предел усилия, сжимающего упругий стержень, за которым первоначальная форма равновесия становится неустойчивой, называется критической нагрузкой.

где j - момент инерции сечения подъемных винтов домкратов, Е - модуль нормальной упругости, l - свободная длина винтов (l=610 мм). Выразив Р_крчерез приложенную силу Р, получим

Р_кр=k×Р,

где k - коэффициент надежности. Подставив Р_кр в (1), получим

Р=  ²×Е×j/k×l²,

откуда

Так как j= /64×d ⁴, то (2) примет вид (при d=60 мм)

Внутреннее сечение подъемного винта домкрата (d=60 мм) должно удовлетворять  условию прочности

 _р=Р/ ×F [ ],

где   _р - расчетное (условное) напряжение, Р - нагрузка, воспринимаемая винтом, F - площадь сечения по внутреннему диаметру винта,   - коэффициент, зависящий от гибкости винта, [ ] - допускаемое напряжение;   - гибкость стержней.

=l/i=4×l/d=4×610/60=40,7.

При  =40,7 в таблице находим  =0,9. Тогда

 _p=4×P/ × ×d ²=4×25000/3,14×0,9×60²=9,8 кг/мм².

Винты домкратов двухходовые. Длина винта L=850 мм. Из них 400 мм с  правой и 400 мм с левой резьбой, 10 мм - переход между резьбами, l₁=50 мм - цилиндрический верхний конец для крепления поперечины и червячной шестерни. Резьба винтов - упорная, т.к. обладает высокой прочностью и КПД и малым люфтом. Нижняя часть винта ввинчена в поршень (400 мм), из них 300 мм длины резьбы - рабочая и 100 мм - для защемления нижнего конца в поршне. 100 мм верхнего конца ввинчены в гайку траверсы с той же целью. Высота резьбы h=5 мм. Тогда наружный диаметр винта

Д_н=d+2h=60+10=70 мм.

Вес винта

М _в=[( ×d ²×L× )/4+( ×Д ² _н)×(L-l₁)/4-( ×d ²)×(L-l₁)/4]×0,5× =(3,14×60 ²×850×7,8)/4+(3,14×7²)×(850-50)/4-(3,14×60 ²)×(850-50)/4×(0,5×7,8)=22,3 кг,

где l₁ - длина цилиндрической верхней части винта для установки перекладины и червячной шестерни механического привода 10. Вес двух подъемных винтов М_в=44,6 кг.

Расчет поршней домкратов.

Рабочее максимальное давление такое же, как у прототипа Р=250 кг/см². Тогда площадь дна поршня

F_п=25000/250=10000 мм² .

Длина поршня L=410 мм. Из них l=400 мм - для подъемного винта и 10 мм - высота дна.

Диаметр поршня

При   Площадь поперечного сечения

F_c=25000/9,23=2708 мм².

Внутренний диаметр поршня

Толщина стенок поршня

t=(Д_пн-Д_пв )/2=(112,8-96,4)/2=8,3 мм.

Вес поршня равен сумме  веса дна поршня и его цилиндра.

М_п=М_д +М_ц=(F_п×h_д+F_с ×l) =(10000×10+2708×400)×7,8=9,2 кг.

Вес двух поршней

2М_n=9,2×2=18,4 кг.

Расчет цилиндров домкратов.

Диаметр цилиндра рассчитывается по формуле

Длина цилиндра L_ц=450 мм. Т.к. для изготовления цилиндров применяются высокопрочные стали, [ ] которых равно 10-14 кг/мм², принимаем [ ]=12 кг/мм². Р - давление в цилиндре. Тогда

Толщина стенок цилиндра

t=(130-112,8)/2=8,6 мм.

F_ц= ×Д _цн/4=3,14×130²/4=13266 мм² .

Тогда вес цилиндра составит

М_ц=М _д+М_цл= [F _ц×t+(F_ц-F_п)×l _ц]=[13266×8,6+(13266-10000)×441,4]×7,8=12,1 кг.

Вес двух цилиндров

2М_ц=12,1×2=24,2 кг.

Вес домкратов равен

2М_в+2М_п +2М_ц=18,4+24,2+44,6=87 кг.

Высота между основанием и траверсой равна 1060 мм. Захваты, механический привод винтов, гидронасос и электродвигатель не рассчитывались, а их параметры определялись по известным  разрывным машинам. Так, параметры  захватов и механического привода  определялись по 30000 кг машины фирмы  Амслера и умножались на коэффициент 1,65. В результате, высота захватов составила h_з=130 мм, вес двух захватов 2М _з=24 кг, высота механического привода h_пр =120 мм, а вес - М_пр=12,4 кг. Маслопроводы вообще не "принимали" участия в габаритно-весовых характеристиках, т.к. их длина в прототипе   в 30 раз больше, чем в НМ. Необходимо еще сказать несколько слов о жесткости НМ и прототипа. Злейшими врагами не только прототипа, но и любой другой машины являются большая длина узлов и деталей, изобилие сочленений и изгибающих моментов. Здесь сравнение тоже не в пользу прототипа. У него 12 сочленений и 8 изгибающих моментов. В НМ их вдвое меньше. Определим итоговый результат габаритно-весовых характеристик и сведем их в таблицу.

Таблица 1.
Технические характеристики.
тип машины	параметры	Максимальное нагружающее  усилие, кг	Рабочий ход поршня, мм	Рабочее давление, кг/см 2	Длина испытуемого образца, мм	Вес механизма, кг	Количество сочленений, шт	Количество изгибающих моментов, шт	Высота механизма, мм
ГМС-50		50000	300	250	1000	4100	12	8	4600
Предлагаемый НМ		50000	300	250	1000	170	6	4	1450 max    1150 min

Примечание:

200 кг прототипа - это  вес силоизмерительного механизма,  величина которого автору не  известна. Не учитывался также  вес гидронасоса с арматурой как у прототипа, так и у НМ.

Сравнение характеристик  прототипа и предлагаемого НМ показывает, что при равном нагружающем  усилии, величине хода рабочего поршня, рабочего давления и одинаковой длине  испытуемого образца, НМ в 24 раза легче, занимает   в 20 раз меньший объем и имеет более чем в 3 раза меньшую высоту.

НМ присущ и недостаток - он не универсален. Но, укомплектовав  его неподвижной траверсой и  закрепив ее на основании, а траверсу съемными штангами реверсной тяги, на НМ можно будет проводить испытания  образцов на сжатие, прогиб и продавливание.

Но этот недостаток с избытком компенсируется другим универсальным  свойством НМ - широким диапазоном увеличения нагружающего усилия и длины  испытуемого образца.

При установке на основании 1 не двух, а четырех домкратов  и замене двухплечевой траверсы четырехплечевой нагружающее усилие НМ увеличится в два раза, т.е. до 100000 кг. При этом НМ потяжелеет лишь на 240 кг.

Внутренний диаметр поршней (96,4 мм) позволяет установить в них  подъемные винты с таким же наружным диаметром. При этом внутренний диаметр винта составит не менее 75 мм. А это дает возможность при  коэффициенте надежности k=10 увеличить  длину испытуемого образца до 1500 мм. Естественно, что при этом увеличатся габариты, высота и вес  НМ. Аналогией в данном случае может  быть ГМС-100 (2, с.62, таблица 4).

Таблица 2.
Технические характеристики машин.
тип машины	параметры	Максимальное нагружающее  усилие, кг	Рабочий ход поршня, мм	Длина испытуемого образца, мм	Вес механизма, кг	Ширина, мм	Длина, мм	Высота механизма, мм
ГМС-100		100000	300	1500	9250	1850	3100	5600
Предлагаемый НМ		100000	300	1500	412	300	600	1970

Источники информации

1. В.И.Кирносов и И.И. Яновский. Машины и приборы для испытания материалов. М.: Машгиз, 1957, с.62-66, таблица 3, с.61.

2. Б.А.Авдеев. Испытательные  машины и приборы. М.: Машгиз, 1957, с.69-72, рис. 38, с.104-115, таблица 4, с.62.

 
Формула изобретения

Нагружающий механизм гидравлической разрывной машины, содержащий основание, верхний и нижний захваты и  механический привод, отличающийся тем, что он выполнен в виде однорамной конструкции, на основании которой закреплены два и более гидравлических домкрата, размещенных нормально основанию, симметрично друг другу и центру основания, подъемные двухходовые или одноходовые винты которых верхними концами соединены с траверсой, а равномерное движение поршней домкратов регулируется с помощью синхронизирующего механизма путем увеличения или уменьшения количества подаваемой в цилиндры рабочей жидкости.

РИСУНКИ