Прессы для испытания строительных материалов

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.

Устройство прессов. Станина 7 прессов (рис. 4.11) 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.

Рис. 4.11. Схемы прессов: а – гидравлического, б – с винтовым приводом; 1 – станина, 2 – стойка, 3 – траверса, 4, 5 – плиты,
6 – поршень, 7 – силоизмерительное устройство, 8 – насос, 9 – электродвигатель, 10 – винт, 11 – редуктор, 12 – червячная передача

В прессах с гидравлическим приводом (см. рис. 4.11, 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 _мсоздает на поршень большое усилие:

Р = p _м F.

В прессах с винтовым приводом (см. рис. 4.11, 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.

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 (рис. 4.12, а) 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

Рис. 4.12. Схемы рычажно-маятникового (а) и пружинного (б) силоизмерителей: 1 – шток, 2 – поршень, 3 – стрелка, 4 – шкала,
5 – маятник, 6 – рычаг, воспринимающий нагрузку, 7 – рейка,
8 – тага, 9 – пружина

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 (рис. 4.12, б) 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.

Гидростатическими силоизмерителями в прессах служат пру­жинные манометры (рис. 4.13), которые с помощью патрубка 1 с резьбой присоединяются к гидросистеме пресса. Основная деталь пружинного манометра – согнутая но окружности полая трубка-пру­жи­на 2 овального сечения. Один конец трубки припаян к патруб­ку 7, другой – запаян наглухо и шарнирно соединен с тягой 6. 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.

Рис. 4.13. Схема пружинного манометра: 1 – патрубок, 2 – трубка-пружина, 3 – шкала, 4 – стрелка, 5 – шестерня, 6 – тяга, 7 – шарнир, 8 – рычаг

Давление масла, подаваемого в трубку 2, заставляет ее распрямляться тем больше, чем больше давление масла. Распрямляю­щаяся трубка вызывает перемещение рычагозубчатой рейки, 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.

Опорные поверхности пресса представляют собой толстые металлические плиты (см. рис. 4.11), 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. Прессы большой мощности оборудованы специальным при­водом для перемещения траверсы. Нижняя плита во многих прессах выполнена из двух частей, соединенных одна с другой сферической поверхностью. При этом верхняя часть, собственно плита, может свободно поворачиваться относительно нижней и тем самым уста­навливаться параллельно поверхности нижней грани образца, обеспе­чивая плотное примыкание поверхности плиты к образцу. В некото­рых прессах подобное устройство сделано на верхней опорной плите.

Для испытания строительных материалов промышленность вы­пускает семь марок прессов (ГОСТ 8905-82*): П-2,5; П-5; П-10; П-50; П-125; П-250 и П-500 с верхним пределом нагружения соответственно от 25 до 5000 кН. Силоизмерители прессов часто снабжены двумя шкалами, одна из которых рассчитана на максимально усилие, развиваемое прессом, другая – на усилие примерно 50 % от максимального. Чаще всего в лабораторной практике применяют прессы П-2,5 и П-50. Рассмотрим их подробнее.

Пресс П-2,5. Станина пресса П-2,5 (рис. 4.14) с гидравлически приводом и торсионным силоизмерителем консольного типа. В нижней консоли установлен гидроци-

линдр с поршнем, на котором размещена нижняя опорная плита для испытания на сжатие и может быть установлено прилагаемое к прессу устройство для испытания на изгиб. В верхней консоли установлена вин­товая пара 3 для крепления и перемещения верхней опорной плиты 2 пресса. Скорость подачи масла в гидроцилиндр можно менять вращением маховика 5 регулировочного вентиля. Сброс масла из рабочего цилиндра для снятия давления осуществляется махо­виком 6.

Рис. 4.14. Гидравлический пресс П-2,5: 1, 2 – плиты, 3 – винтовая пара, 4 – шкала, 5, 6 – маховики, 7 – пере- клю­чатель

Пресс снабжен устройством, обеспечи­вающим постоянную скорость нагружения, если регулировочный вентиль находится в одном положении. Два измерительных ци­линдра силоизмерителя связаны с указатель­ной стрелкой шкалы 4, что позволяет с по­мощью переключателя 7 устанавливать два предела измерения: от 2,5 до 10 кН и от 5 до 25 кН. Регистрирующая шкала 4 оснащена указательной и фиксирующей стрелками. При разрушении образца указательная стрелка начинает падать, а фиксирующая остается на значении достигнутой предельной нагрузки. Пресс может быть уста­новлен на бетонном или кирпичном фундаменте, или массивной ме­таллической подставке высотой до 1 м над уровнем пола.

Пресс П-50. Гидравлический пресс с торсионным силоизмерителем состоит из двух агрегатов: собственно пресса (рис. 4.15, а)и насосной установки с силоизмерительным устройством и пультом управления (рис. 4.15, б). Основанием пресса служит станина 2, в которой сделаны вырезы 1 для установки и регулирования положения колонн 3. Вверху колонны соединены траверсой 7. В центральном гнезде траверсы смонтирована винтовая пара. На ходовом винте б с помощью шарового шарнира 5 с устано­вочными болтами подвешена верхняя плита 4. Болты позво­ляют точно зафиксировать по­ложение образца и равномерно передавать на него нагрузку, Для этого после обжатия образца небольшим усилием и самоустановки плиты винты отворачивают до соприкосновения с опорной плитой и в этом положении проводят испытание до разрушения образца.

Рис. 4.15. Пресс П-50 (а) с насосной установкой (б):
1 – вырезы, 2 – станина, 3 – колонна, 4 – плита, 5 – шарнир,
6 – ходовой пинт, 7 – траверса, 8, 9 – трубки, 10 – электро-
­двигатель, 11 – корпус силоизмерителя, 12 – шкала,
13 – рукоятка, 14 – маховик, 15 – насосная установка

Насосная установка 15, приводимая в действие электродвигателем 10, соединена с рабочим цилиндром медной трубкой 8 подачи масла и трубкой 9 сброса его обратно в бак, расположенный также в корпу­се насосной установки. Торсионный силоизмеритель, размещенный в верхней части корпуса 11, связан с гидравлической системой посред­ством попеременно включаемых гидроцилиндров с измерительными поршнями. Различная площадь поршней позволяет на одной шкале 12 определять нагрузку до 200 и до 500 кН.

Масло при включенном электродвигателе подается в гидроци­линдр при отворачивании маховика 14 регулировочного вентиля. На правой боковой стенке корпуса расположен маховик сброса масла из рабочего гидроцилиндра в бак. Пределы измерений устанавливают рукояткой 13 переключения измерительных цилиндров. Чтобы задать требуемый предел, рукоятку поворачивают до совмещения риски на поворотном конусе рукоятки с требуемой цифрой на лимбе, закреп­ленном на корпусе. Эту операцию можно выполнять только при вы­ключенном электродвигателе и отсутствии давления масла. Круговая шкала оборудована указательной и фиксирующей стрелками.

Обслуживание прессов. За исправностью пресса и его состоянием ежедневно наблюдают лаборант, выполняющий испытания, и специа­лист-механик.

Перед началом испытаний производят внешний осмотр пресса и удаляют с него следы влаги и загрязнений. Установку пресса, кото­рый должен располагаться на массивном фундаменте, изолированном от пола помещения, проверяют периодически по уровню и отвесу. В инструкции, прилагаемой заводом к прессу, указываются базовые (поверочные) поверхности, где следует помещать уровень или при­кладывать отвес, а также допускаемые отклонения базовых поверхно­стей от горизонтальной или вертикальной плоскости.

Все трущиеся и вращающиеся части периодически смазывают. Особенно тщательно смазывают шаровую поверхность самоустанав­ливающейся плиты и винтовую пару подъема верхней опорной пли­ты. На сферической поверхности самоустанавливающейся плиты не должно быть ржавчины и задиров; поверхности должны свободно смещаться одна относительно другой. Шарнир смазывают графитной смазкой (смесью графитной пудры и технического вазелина). Насос подачи должен работать в среде жидкого машинного масла. Уровень масла в насосном блоке проверяют щупом с контрольной риской, установленным в контрольном отверстии масляного бака.

Важное значение для нормальной работы пресса имеет состояние опорных плит, через которые непосредственно передается давление на образец. Перекос или искривление поверхностей вследствие не­правильной центровки образцов, износа плит или их изгиба при работе с превышением предельных нагрузок могут оказать сущест­венное влияние на результаты определения прочности.

Особое внимание обращают на смазывание и чистоту деталей силоизмерительного устройства: опорных частей, рычагов, подшип­ников. Загрязнение этих деталей, коррозия их поверхностей недо­пустимы, так как снижают чувствительность силоизмерительного устройства и приводят к увеличению ошибки измерений. Силоизмерительное устройство должно быть всегда закрыто крышкой и пе­риодически осматриваться. Призмы и подушки рычагов силоизмерителя должны иметь плотную посадку в своих гнездах без подкладок и зарубов (от раскернивания); на их рабочих поверхностях и ребрах не должно быть механических повреждений и следов грязи.

Взаимодействие отдельных сборочных единиц и механизмов пресса проверяют при работе пресса вхолостую (без образца). Электродвига­тель и насос должны работать без посторонних шумов. При установ­ленном образце нагрузка должна подниматься равномерно без толчков и пульсации. Пресс должен обеспечивать минимальное время выдерж­ки нагрузки (для гидравлических прессов 30 с) на одном уровне при отключенном двигателе (в этом случае допускается изменение нагрузки не более точности ее определения по паспортным данным – обычно не более одного деления шкалы по силоизмерителю). При разгрузке указательная стрелка должна вернуться на нуль. Расхождение допуска­ется не более половины деления. Следует также проверять надежность фиксации наибольшей нагрузки фиксирующей стрелкой, которая мо­жет зацепиться за указательную и возвращаться с ней к нулю.

Все прессы для предохранения силоизмерителя от случайных пе­регрузок снабжены конечными выключателями, автоматически вы­ключающими электродвигатель при достижении предельной на­грузки. Они срабатывают непосредственно от указательной стрелки при перегрузке не более 2…5 %. Исправность таких выключателей проверяют, осторожно повышая нагрузку за пределы допустимой. Кроме того, проверяют положение стрелок на шкале и расстояние их от поверхности шкалы, которое должно быть не менее 1…2 мм.

В процессе работы детали прессов изнашиваются и деформиру­ются, поэтому прессы подлежат периодической проверке не реже одного раза в год органами ведомственного контроля и не реже, чем раз в два года органами Госстандарта. При проверке производят гра­дуировку силоизмерительных приборов, эксплуатационную проверку гидравлической системы и обследование состояния деталей, пере­дающих нагрузку на образец.

Дата добавления: 2014-11-25