Устройство для низкотемпературныхмеханических испытаний образцовматериалов

ОПИСАНИЕ .ИЗОБРЕТЕНИЯ и 1842469 Союз Советских Социалистических Республик)2764067/25-28 с присое ием заявки Нф 2799361/25-2 осударствеииый комите СССР ио делам изобретений и открытий(53 Дата опубликования описания 3006,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВен, образуюнтовые парыой трубы и к-шесте щиеся в ми опо Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для низкотемпературных механических, испытаний образцов материалов.Известно устройство для низкотем- пературных механизческих испытаний материалов, содержащее криостат с рабочей камерой, размещенные в ней опорную трубу, установленную внутриее тягу, верхний конец которой выведен из рабочей камеры, захваты образца, соединенные соответственно с опорной трубой и тягой, и механизм замены образцов в захватах 11 .Недостатками устройства являются низкая производительность и большой расход хладагента.Цель изобретения - повышение производительности и уменьшение расхода хладагента.Укаэанная цель достигается тем,о тяга выполнена с продольной постыл для размещения испытуемых обзцов, захваты образца кинематичес- . ки связаны с механизмом замены образцов и шарнирно соединены с тягойи опорной трубой.Кроме того,наной трубы и тягиа механизм замены чт ло ра нижних частях опорвыпоЛнены резьбы,образцов выполнен в виде двух гае рщих самотормозя ис нижними частя рн5 Тяги.На нижних торцах опорной трубы итяги выполнены по два диаметральнопротивоположных паза, устройствоснабжено осями, размещенными в этихпазах перпендикулярно осям опорнойтрубы и тяги, захваты выполнены в виде двуплечих рычагов, закрепленных нана осях так, что их центры тяжестине совпадают с этими осями, одно плечо каждого из которых предназначенодля взаимодействия с торцом гайкишестерни, а другое - с образцом.Кроме того, устройство снабжено,двумя герметизированными емкостями,одна из которых размещена над тягойи сообщена с ее полостью через затвор, а вторая емкость через другойзатвор сообщена с рабочей камерой вверхней ее части.Устройство также снабжено стаканом, размещенным в нижней части рабочей камеры под опорной трубой,механизмом транспортирования, выполненным в виде вертикального стержня,установленного параллельно опорной ЗО трубе с воэможностью тангенциальногои осевого перемещений, и бункера соткидной дверцей, закрепленного на нижнем конце стержня и размещенного в стакане.На фиг.1 показано предлагаемое устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов; на Фиг.2 - механизм замены образцов.Устройство содержит криостат 1 с рабочей камерой 2, в которой размещены опорная труба 3 и установленная внутрри нее соосно тяга 4, верхний конец которой выведен за пределы рабочей камеры, захваты 5 и 6 образца 7, соединенные соответственно с опорной трубой 3 и тягой 4, а также меха 15 низм замены образцов в захватах. Тяга 4 выполнена с продольной полостью 8 для размещения испытуемых образцов 7. На нижних торцах опорной трубы 3 и тяги 4 выполнены по два диаметрально 20 противоположных паза, в которых перпендикулярно осям опорной трубы и тяги размещены оси 9 и 10. Захваты 5 и 6, выполненные в виде двуплечих рычагов, закреплены на осях 9 и 10 5 так, что их центры тяжести не совпадают с этими осями. На нижних частях опорной трубы 3 и тяги 4 выполнены резьбы, а механизм замены образцов содержит две гайки-шестерни 11 и 12, имеющие возможность перемещения по этим резьбам и образующие с нижними частями опорной трубы и тяги самотормозящиеся винтовые пары, и шестерни 13 и 14, закрепленные на двух соос-. ных валах 15 и 16 и находящиеся в35 зацеплении с гайками-шестернями 11 и 12. Верхние концы валов 15 и 16 выведены за пределы рабочей камеры 2 и снабженымаховичками 17 и 18. Захваты 5 и 6 одним своим плечом мо гут взаимодействовать с головками 19 и 20 образца 7, а вторым - с торцами гаек-шестерен 11 и 12. Головки образцов выполнены в виде резьбовых колец со сферическими торцами, навер нутых на резьбовые хвостовики 21 образцов. В гайках-шестернях 11 и 12 выполнены кольцевые канавки 22 и 23, а в нижних участках опорной трубы и тяги смонтированы упорные штифты 24 и 25.Устройство снабжено двумя герметизированными емкостями 26 и 27.Емкость 26 размещена под тягой 4 и сообщена с ее полостью 8 через затвор 28, а емкость 27 через затвор 29 с рабочей камерой 2 в верхней ее части. Герметизированные емкости 26 и 27 снабжены вентилями 30 и 31, Устройство также снабжено стаканом 32, размещенным в нижней части рабочей каме ры 2 под опорной трубой 3, и механизмом транспортирования. Последний содержит вертикальный, стержень 33, установленный в рабочей камере 2 параллельно опорной трубе с возможностью 65 тангенциального и осевого перемещений и имеющий в верхней части, выведенной за пределы рабочей камеры, маховичок 34, и размещенный в стакане 32 и закрепленный на нижнем конце стержня 33 бункер 35 с откидной дверцей 36. Стакан 32 установлен соосно с вертикальным стержнем 33 и эксцентрично относительно опорной трубы 3.Для заливки хладагента (например жидкого гелия) предусмотрена переливная труба 37. Рабочая камера 2 окружена радиационным экраном 38, для охлаждения которого установлена азот ная ванна 39. Корпус криостата 1 герметично присоединен к траверсе 40 нагружающего устройства и уплотнен резиновым кольцом 41. Термоизолирующая полость 42 откачана до среднего вакуума, а термоизолирующая полость 43 - до высокого. Рабочая камера 2 через полость 8 и патрубок 44 сообщена с газгольдером (не показан) или с атмосферой.Опорная труба 3 жестко закреплена на траверсе 40, а тяга 4 ввинчена в подвижный силовой орган 45 нагружаю- щего устройства. Все подвижные соединения герметизированы уплотнениями 46-49. Верхняя часть рабочей камеры 2 сообщена с полостью 8 тяги через отверстия 50, выполненные в боковых стенках опорной трубы 3 и тяги 4. В днище стакана 32 выполнено коническое углубление 51, в котором помещен хвостовик стержня 33, а рядом со стаканом размещена стойка 52 с выступом 53. Устройство также снабжено затворами 54 и 55.Устройство работает следующим образом.Рабочую камеру 2 откачивают до получения необходимого вакуума и заполняют теплообменным газом (например гелием), а в ванну 39 заливают жидкий азот для охлаждения радиационного экрана 38 и предварительного охлаждения объективов, опущенных в рабочую камеру, Далее в камеру 2 че- рез трубу 37 заливают жидкий хлад- агент (например гелий) до такого уровня, чтобы нижний образец полностью оказался погруженным в жидкость. Образующиеся пары хладагента выходят через отверстия 50, продольную полость 8 и патрубок 44 в газгольдер или в атмосферу. На своем пути холодные пары осуществляют отбор тепла от всех. образцов, которые расположены над нижним образцом в продольной полости 8, Охлаждая их. По окончании заливки начинается рабочее движение тяги 4 с захватбм 6 вверх. При этом к образцу прикладывается осевое усилие, под действием которого он разрушается. Нижняя часть образца падает в бункер 35 и ее удар о бункер воспринимается и гасится через стержень 33 стаканом 32. Далее удаляют из захватов 5 и 6Формула изобретения 1. Устройство для низкотемпературных механических испытаний образцовматериалов, содержащее криостат срабочей камерой, размещенные в нейопорную трубу, установленную внутринее тягу, верхний конец которой выведен из рабочей камеры, захваты образца, соединенные соответственно с 55 опорной трубой и тягой, и механизмзамены образцов в захватах, о .т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения. производительности и уменьшения расхода хладагента, тяга выполнена с продольной полостью дляразмещения испытуемых образцов, захваты образца кинематически связаныс механизмом замены образцов и шарнирно соединены с тягой и опорной 6 трубой. верхнюю часть разрушенного образцаи подают новый образец в захваты 5и 6 вместо разрушенного. Для этоготягу 4 возвращают в нижнее положениевращением маховичка 18 перемещаютвверх. гайку-шестерню 12 по резьбепосредством вала 16 и шестерни 14.При этом захваты 6 поворачиваютсявокруг осей 10, например, под воздействием своих смещенных центров тяжести на некоторый угол и выходят изконтакта с верхней головкой 20 разрушенного образца 7, Под воздействием собственного веса верхняя частьразрушенного и нижняя головка очередного образцов смещаются вниз в про-странство между захватами 5 и 6 изадерживаются нижним захватом 5 отдальнейшего смещения. Далее вращением маховичка 18 в обратную сторонуперемещают гайку-шестерню 12 и рычаги захвата 6 в рабочее положение, апоследующим вращением маховичка 17перемещают через вал 15 и шестерню13 гайку-шестерню 11 вверх. При этомзахваты 5 поворачиваются вокруг своей оси на некоторый угол аналогичнозахватам 6 и освобождают путь дляверхней части разрушенного образца,которая падает тоже в бункер 35, анижняя головка очередного образцаоказывается в рабочем положении, поскольку его верхняя головка 20 зависает на захватах 6, Далее обратнымвращением маховичка 17 возвращают врабочее положение гайку-шестерню 11и захваты 5. В результате очереднойобразец оказывается подготовленнымк испытанию, которое осуществляетсяаналогично испытанию предыдущего.После испытания нескольких образцовосуществляют подачу новой их партиив полость 8 тяги 4 и удаление разрушенных образцов из рабочей камеры 2.Для этого открывают затвор 28 и несколько образцов, помещенных в герметизированную емкость 26, подвоздействием своего веса перемещаютсявниз в полость 8 тяги 4. После этогозакрывают затвор 28 и перекачивают вгазгольдер через вентиль 30 порциюгазообразного хладагента, попавшегов емкость 26 (эту перекачку осуществляют с целью устранения дополнительных потерь дорогостоящего хладагента)По окончании откачки емкости 26 открывают затвор 55 и в нее помещаютновые образцы, после чего затвор,закрывают и через вентиль 30 откачивают из емкости 26 попавшую в нее порцию атмосферного воздуха. Таким образом, емкость 26 оказывается подготовленной для нового цикла загрузкиобразцов в полость 8. Выгрузка испытанных образцов из рабочей камеры 2осуществляется с помощью бункера 35.Для этого он вместе с испытаннымиобразцами посредством стержня 33 поворачивается в положение а и тем же стержнем перемещается в верхнее положение б, При этом дверца 36 уцерживается в закрытом положении сначалабоковой стенкой стакана 32, а в процессе подъема - стойкой 52. В верхнемположении дверца под напором весаиспытанных образцов откидывается вположение в. Разрушенные образцы падают по наклонной плоскости из бункера 35 на затвор 29, после чегобункер перемещается стержнем 33 вниз.В начале этого движения под воздейст"вием выступа 53 дверца 36 возвращается в исходное рабочее положение.Далее поворотом вокруг оси стержня33 бункер,35 .вновь вводится под тя 15 гу 4. Из емкости 27 через вентиль 31откачивают воздух и открывают затвор29, при этом испытанные образцы падают в емкость 27. Далее затвор 29закрывают, а порцию газообразногоо хладагента, попавшего в эту емкость,перекачивают через вентиль 31 в газгольдер, Так емкость 27 оказываетсяподготовленной к приему новой порциииспытанных образцов. Когда же онаоказывается переполненной испытанными образцами, ее разгружают черезоткрытый затвор 54, По окончании разгрузки и последующего закрытия затвора 54 емкость 27 можно откачатьчерез вентиль 31 от попавшего в неевоздуха. Процессы загрузки новых образцов в емкость 26 и выгрузки испытанных образцов из емкости 27 могут.быть совмещены во времени между собой и со временем испытания образцовв криостате,Предлагаемое устройство обесп: чивает возможность испытания неограниченного числа образцов без частых 4 О разборок и сборок криостата, что повышаетпроизводительность испытаний,снижает их стоимость и уменьшает расход дорогостоящего хладагента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Новиков Н.В. и др. Механические 20 испытания конструкционных материаловпри низких температурах. Киев,"Наукова думка", 1974, с.92, рис. 35 (прототип). 2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что на нижнихЗастях опорной трубы и тяги выполнены резьбы, а механизм замены образцоввыполнен в виде двух гаек-шестерен,образующих самотормозящиеся винтовые пары с нижними частями опорнойтрубы и тяги.3. Устройство по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что на нижних торцах опорной трубы и тяги выполнены по два диаметрально противоположных паза, устройство снабженоосями, размещенными в этих пазах перпендикулярно осям опорной трубы и тяги, захваты выполнены в виде двуплечих рычагов, закрепленных на осяхтак, что их центры тяжести не совпадают с этими осями, одно плечо каждогоиз которых предназначено для взаимодействия с торцом гайки-шестерни, адругое - с образцом,4. Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено двумя герметизированными емкостямиодна из которых размещена надтягой и сообщена с ее полостью череззатвор, а вторая емкость через другойзатвор сообщена с рабочей камерой вверхней ее части.5. Усройс по пп.1 и 2,л и ч а ю щ е е с я тем, что оноснабжено стаканом, размещенным в нижней части рабочей камеры под опорнойтрубой, механизмом транспортирования,выполненным в виде вертикальногостержня, установленного параллельноопорной трубе с возможностью тангенциального и осевого перемещений,и букера с откидной дверцей, закрепленного на нижнем конце стержня и раэме"5 щенного в стакане.