Устройство для контроля процесса образования и развития усталостных трещин

(19 ц б 01 В 7/16 ОБРЕТЕНИ АНИ ЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе(56) 1. Авторское свидетельство СССР559164, кл, б 01 Х 27/00, 1976.2. Гарф М. Э. и др. Развитие усталостных трещин в материалах и конструкциях. Киев. Наукова думка, 1980, с. 18.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН, содержащее испытательную пульсаторную установку с контактором электропривода, стабилизированный генератор фиксированных частот и тензометрический измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью обеспечения неразрушающего контроля элементов резьбовых соединений в составе резьбовых пар, оно снабжено предназначенной для установки на стержневом резьбовом элементе испытуемого соединения между захватом испытательной пульсаторной уста.новки и гайкой испытуемой пары упругой втулкой, выполненной с радиальными прорезями, образующими равномерно разнесенные по ее окружности секторы, секторным индикаторным табло и исполнительным релейным блоком, тензометры закреплены на наружных поверхностях секторов, а тензометрический измерительный блок выполнен в виде резистивных элементов по числу тензометров, образующих с последними делители напряжения, подключенные параллельно к генератору фиксированных частот, трансформаторов, первичные обмотки которых включены между средними точками делителей напряжения, а к вторичной обмотке каждого трансформатора под- Я ключены последовательно соединенные селективный усилитель, амплитудный демодулятор, фильтр низких частот, усилитель частот пульсации и регулируемый порого- С вый узел, выходы всех пороговых узлов раздельно подключены к индикаторам сектор- ф ного табло и параллельно - к последовательно соединенным исполнительному релейному блоку и контактору электропривода.ОЪНедостатком известного устройства является неприменимость для следящего контроля за прочностным состоянием элементов резьбовых соединений, связанная с невозможностью закрепления тензорезисторов контрольной системы на сложнорельефной поверхности винтовой резьбы исследуемой детали, да еще в условиях ее рабочего сочленения с другим элементом (болтом или гайкой) резьбового соединения, что полностью исключает возможность применения устройства для контроля трещинообразования в резьбовых соединениях непосредствен 50 55 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для контроля процесса образованияи развития трещин в конструкционных элементах и узлах различных механическихсистем.Известен вихретоковый преобразовательдля неразрушающего контроля резьбы, содержащий кольцевой магнитопровод сощелью и размещенную на нем индикаторную катушку, второй кольцевой м агнитопровод со щелью, установленный соосно спервым магнитопроводом, вторую индикаторную катушку, размещенную на втором магнитопроводе, с возбуждающей катушкой,охватывающей одновременно оба магнитопровода, и установленными коаксиально смагнитопроводами внутренним и внешнимразрезными цилиндрическими экранами срезьбой, соответственно на внутренней ивнешней боковых поверхностях, предназначенной для взаимодействия с контролируемой резьбой, на боковой поверхности каждого магнитопровода выполнено по одномувнутреннему и внешнему полюсному наконечнику с резьбой и щелью на рабочей поверхности, причем магнитопроводы установлены дс возможностью взаимного поворота вокругсвоей оси 1.Недостатком этого устройства, исключающим возможность его использования дляследящего контроля за прочностным состоянием элементов резьбовых соединений в про- ЗОцессе их многоцикловых усталостных испытаний является то, что для сканированиярезьбовой поверхности электромагнитными полями исследуемая деталь (болт илигайка) не должна находиться в резьбовомсочленении с другой деталью резьбового соединения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройстводля контроля процесса образования и развития усталостных трещин, содержащее испытательную пульсаторную установку с контактором электропривода, стабилизированный генератор фиксированных частот итензометрический измерительный блок. Тензо.метрический измерительный блок включает 4в себя тензометрический мост 2,но в процессе их работы при многоцикловых усталостных испытаниях.Цель изобретения - обеспечение неразрушающего контроля элементов резьбовых соединений в составе резьбовых пар.Указанная цель достигается за счет того,что устройство для контроля процесса образования и развития усталостных трещин, содержащее испытательную пульсаторную установку с контактором электропривода, стабилизированный генератор фиксированных частот и тензометрический измерительный блок, снабжено предназначенной для установки на стержневом резьбовом элементе испытуемого соединения между захватомиспытательной пульсаторной установки и гайкой испытуемой пары упругой втулкой, выполненной с радиальными. прорезями, образующими равномерно разнесенные по ее окружности секторы, секторным индикаторным табло и исполнительным релейным блоком, тензометры закреплены на наружных поверхностях секторов, а тензометрический измерительный блок выполнен в виде резистивных элементов по числу тензометров,образующих с последними делители напряжения, подключенные параллельно к генератору фиксированных частот, трансформаторов, первичные обмотки которых включены между средними точками делителей напряжения, а к вторичной обмотке каждого трансформатора подключены последовательно соединенные селективный усилитель, амплитудный демодулятор, фильтр низких частот, усилитель частот пульсации и регулируемыйпороговый узел, выходы всех пороговых узлов раздельно подключены к индикаторам секторного табло и параллельно - к последовательно соединенным исполнительному релейному блоку и контактору электропривода.На чертеже представлена схема устройства.Устройство содержит разрезную трех- секторную упругую втулку 1, предназначенную для закрепления на испытуемой резь- бовой паре, составленной гайкой 2 и стержневым резьбовым элементом 3 (болтом или шпилькой). Втулка устанавливается междузахватом 4 испытательной пульсаторной установки (не показана) и гайкой 2 резьбовой пары.Радиальные прорези 5 втулки 1, разделенные угловыми интервалами в 120, делят верхнюю по чертежу часть втулки на три равных цилиндрических сектора, к серединам боковых поверхностей которых вдоль оси резьбовой пары приклеены идентичные тензометры 6. Тензометрический измерительный блок включает, тензометры 6 совместно с постоянными резисторами 7 и последовательно с ними включенными переменными резисторными элементами 8, образующими три резистивных делителя напряжения, в которых тензометры 6 пред15 20 25 ставляют собой чувствительные плечи упомянутых делителей.Делители параллельно подключены к общему выходу стабилизированного генератора 9 фиксированных частот, а между средними точками каждой из.пар делителей включена первичная обмотка одного из трех трансформаторов 10.Вторичные обмотки этих трансформаторов раздельно соединены с идентичными пре - образовательными трактами, каждый из которых состоит из последовательно включенных усилителя 11 фиксированной частоты, амплитудного демодулятора 12, фильтра 13 низких частот, усилителя 14 частот пульсации и регулируемого порогового узла 15.Пороговые узлы 5 раздельно связаны своими выходами с тремя световыми индикаторами 16 - 18, входящими в секторное табло 19 световых индикаторов, а между двумя парами выходов амплитудных демодуляторов 12 и двумя парами выходов усилителей 14 включен строенный двухпозиционный переключатель с контактами 20 - 22, с помощью которого выпрямительные мосты 23 и 24 со стрелочными индикаторами 25 и 26 могут быть перекоммутированы с выходных цепей демодуляторов 12 на две пары выходов усилителей 14 частот пульсаций. Переменные резисторы 27 и 28 служат для согласования шкальных масштабов индикаторов 25 и 26 при их переключении на выходы усилителей 14.Выходы трех регулируемых пороговых узлов 15 параллельно связаны с общим входом оконечного исполнительного релейного блока 29, к выходам которого подключены счетчик 30 рабочих циклов, а также контактор 31 электропривода испытательной пульсаторной установки.Питание всех узлов электронной части устройства осуществляется с помощью стабилизированного выпрямительного блока 32.Устройство работает следующим образом, Перед испытанием подлежащего исследованию элемента 3 резьбового содинения его сочленяют с помощью гайки 2 в резьбовую пару и на исследуемый стержневой резь- бовой элемент 3 одевают разрезную втулку 1, которая плотно фиксируется между гайкой 2 и захватом 4 испытательной пульсаторной установки.Затем с помощью испытательной установки задают постоянное растягивающее усилие (Р) на подлежащий исследованию элемент 3 резьбового соединения и производят предварительную статическую балансировку системы до включения вибратора пульсаторной установки (не показан).При предварительной статической балансировке, осуществляемой переменными резисторами 8 при верхнем по чертежу положении строенного переключателя с контактами 20 - 22 добиваются того, чтобы по-. 30 35 40 45 50 55 казания обоих стрелочных индикаторов 25 и 26 одновременно равнялись нулю для задаваемого исходного растягивающего усилия Р, воздействующего на стержневой резь- бовой элемент 3.В этом случае переменный сигнал фиксированной частоты, параллельно подаваемый с выхода стабилизированного генератора 9 на входы трех резистивных делителей 6 - 8создает на трех идентичных подстроечных плечах (резисторы 7 и 8) этих делителей равные по амплитуде и синфазные друг по отношению к другу падения напряжений, в результате чего на первичные обмотки всех трансформаторов 10 сигналы не поступают. Это обуславливает отсутствие напряжений как на выходах амплитудных демодуляторов 2, так и на выходах последующих узлов всех трех преобразовательных трактов, После этого задают требуемый для исследуемого образца (3) уровень знакопеременного усилия, создаваемого вибратором испытательной пульсаторной установки, при этом на постоянное растягивающее усилие Р, определяемое как усилие затяжки образца, накладывается также переменная составляющая, которая имитирует действие растягивающе-сжимающих усилий в условиях реальной эксплуатации резьбовой пары.Не меняя положения переключателя с контактами 20 - 22, производят корректировку положения подвижных контактов переменных резисторов 8 до установления стрелок индикаторов 25 и 26 у нулевой отметки, после чего переводят переключатель с контактами 20 - 22 в нижнее по схеме положение, и элементами 8 окончательно уточняют исходную балансировку устройства в динамике, когда при одновременном воздействии на исследуемый элемент 3 резьбовой пары постоянной и переменной составляющих суммарного пульсирующего усилия межканальные разностные сигналы, снимаемые между двумя парами выходов усилителей 14 частот пульсации, равны нулю, что контролируется по соответствующим нулевым показаниям стрелочных индикаторов 25 и 26 при нижнем положении контактов переключателя.При сохранении нормального прочностного состояния элемента 3 в ходе динамического многоциклового усталостного испытания резьбовой пары сохраняется также исходная балансировка системы, и с выходов усилителей 14 частот пульсации на входы соответствующих пороговых узлов 15 сигналы не поступают, что обусловливает отсутствие сигналов как на световых индикаторах 16 - 18 светового табло 19, так и на входе исполнительного релейного блока 29. Конта ктор 31 электропри вода испытательной пульсаторной установки остается включенным, а счетчик 30 продолжает приэтом фиксировать нарастающим итогом число рабочих циклов исследуемой резьбовойпары.В случае появления у испытуемого стержневого резьбового элемента 3 начальнойтрещины, которая как правило зарождаетсяпериферийно на поверхности резьбы по еевнутреннему радиусу у основания первогорабочего витка резьбы исследуемого объекта, в процессе последующего пульсирующего силового нагружения элемента 3, воздействующее на него усилие перераспределяется в пределах площади наименьшего поперечного сечения образца,В результате этого нарушается исходная картина распределения усилий, воздействовавших на цилиндрические сектора разрезной трехсекторной втулки 1 до зарождения трещины у исследуемого соединения, ипроисходит перераспределение нагрузокмежду цилиндрическими секторами втулки 1, разделенными радиальными прорезями 5, что влечет за собой различную степень продольной деформации каждого изсекторов разрезной втулки с закрепленными на внешних поверхностях этих секторов тензометрами 6. 25Это вызывает, в свою очередь, дифференцированное взаимное отклонение величинсопротивлений тензометров 6 относительноисходного значения их сопротивлений. Приэтом происходит рассогласование междуисходно установленными коэффициентами30передачи по напряжению трех резистивныхделителей 6 - 8 и на первичных обмоткахтрансформаторов 1 О, подключенных междусредними, точками указанных делителей,появляются частотозаполненные пульсирую- .З 5щие напряжения.Огибающие этих напряжений отражают характер перераспределения усилий поплощади поперечного сечения элемента 3после возникновения трещины в резьбе,в то время как частотное заполнение упомянутых пульсирующих напряжений на первичных обмотках трансформаторов 10 определяется сигналом генератора 9.С вторичных обмоток, трансформаторов 1 О частотозаполненные пульсирующие сигналы поступают на входы усилителей 11, после чего демодулируются узлами 2, которые выделяют огибающие указанных частотозаполненных сигналов с их постоянными составляющими.фильтрами 13 осуществляется отделение переменной составляющей модуляционного сигнала от его постоянной компоненты, усилители 14 обеспечивают раздельное усиление только трех сигналов, отвечающих час. тотам пульсации испытательной установки.В зависимости от плавно устанавливаемой чувствительности и уровня срабатывания пороговых узлов 15, выходные сигналы усилителей 14 могут вызывать срабатывание пороговых узлов 15 на различных стадиях развития процесса трещинообразования.При срабатывании пороговых узлов 15 на вход оконечного исполнительного релейного блока 29 поступает импульсный сигнал, в результате чего с выхода блока 29 на контактор 31 привода испытательной установки, и на счетчик 30 рабочих циклов подается команда на останов привода и счетчика.Это обеспечивает возможность автоматизированного останова контрольно-испытательной системы по достижении процессом образования трещин определенных, заранее запрограммированных стадий развития.В зависимости от характера трещины на текущей ступени ее развития и в зависимости от места расположения трещины относительно цилиндрических секторов разрезной втулки 1 при одинаково установленной для всех узлов 15 их пороговой чувствительности зажигаются только определенные световые индикаторы секторного табло 19, указывая не только на факт возникновения скрытой трещины и на фазу ее развития, но и на место дислокации указанной трещины.бручар едактор А. Шандоа каз 4298/32 ВНИИПпо 13035, М лиал ППП СосТех редТиражГосударселям изобква, Ж -Патент,авитель И. КесоянИ. Верес Корректор 651 Подписное венного комитета СССР ретении и открытий 35, Раушская наб., д. 4/5 г. Ужгород, ул. Проектная