تصميم لآلة الانحناء الهيدروليكية

لمواكبة متطلبات العملاء في حين التخلص التدريجي من معدات الاختبار القديمة وغير الصالحة للاستخدام، وموظفي ميكانيكا هندسة مختبر (EML) في دائرة الغابات، منتجات الغابات مختبر، تم تصميمها وتجميعها الهيدروليكيةالانحناء آلة اختبار. وEML بناء هذا الجهاز لاختبار الخشب البعد، الاسمي 2 في. سميكة وتصل إلى 12 in.deep، في فترات تصل إلى 20 قدم وحمولة تصل إلى 20،000 باوند. تم بناء هيدروليكية الانحناء آلة اختبار باستخدام أجزاء من 100،000-باوند ضغط إطار الاختبار. وتشمل مكونات أضاف W12 التي كتبها الشعاع 65 الصلب. الصلب أقسام أنبوب، Lsections،والخيوط قضبان لمرفق شعاع. لوحات هل I-شعاع. الخشب يدعم كتلة شعاع الغاية؛ 4-في. تتحمل، 10 في. السكتة الدماغية اسطوانة الهيدروليكية مع قدرة 38،000 باوند، ألواح الصلب لاسطوانة التعزيز. واثنين من التمحور حمولة أربع نقاطالمجالس الرأس. الأحمال غريب الأطوار التي قد تحدث أثناء الاختبار لن تسفر عن مسامير ضعيةرئيس الجهاز أو غير ذلك يؤثر على نتائج الاختبار.

المقدمة

لمواكبة متطلبات العملاء في حين التخلص التدريجي من معدات الاختبار القديمة وغير الصالحة للاستخدام، وموظفي ميكانيكا هندسة مختبر (EML) في دائرة الغابات، منتجات الغابات مختبر، تم تصميمها وتجميعها الهيدروليكيةالانحناء آلة اختبار (الشكل 1). ويستخدم الجهاز لدعم الحزم طويلة تمتد وتطبيق قوة الانحناء هيدروليكيا إلى الحزم وفقا للإجراءات الاختبارات القياسية. وتصف هذه الورقة المعلمات واعتبارات لتصميم هذا الجهاز لتمكين الموظفين EML لاستكمال الاختبارات اللازمة بطريقة غير قبل المستخدمودية وآمنة. مهمة EML هو اختبار وتقييم الخشب، والخشبالمنتجات، والعينات عنصر الخشب لتحديد خصائصها الميكانيكية والمادية. يتم إجراء اختبارات لوحدات العمل داخل مختبر منتجات الغابات وحدات العمل في خارج الموقع غابة خدمة محطات التجريبيةبناء على طلب خاص. وEML ينفذ جزء كبير من تجاربها علىالخشب البعد، بما في ذلك ثابت الانحناء الاختبارات التي تتوافق مع معيار ASTM D198 (ASTM 1997).

والغرض الأساسي من آلة الانحناء هو الخشب اختبار طويلة تمتد البعد (اسمية 2- بنسبة 4 في. ل2- كل 12 في.، وتصل إلى 20 قدم في الطول) في الأحمال المتوقعة أقل من 10000 رطل والانحرافات أقل من 6 في اثنان الأجهزة التي لهاbeenالمستخدمة من قبل EML لثني الاختبارات هي 160،000 باوند آلة Reihle (تم شراؤها في 1969) و25،000 باوند آلة مربع اختبار (تم شراؤها في 1937). هذه الآلات هي من المشكوك الموثوقية وإصلاح القدرة بسبب صغر سنهم. أآلة قادرة على اختبار طويلة تمتد البعد الخشب ليست حاليا في الإنتاج ويجب أن تكون مصنوعة خصيصا بتكاليف باهظة. لذلك، اخترنا لتعديل 100،000 باوند ضغط إطار اختبار مع بالمحركات،منقولة مربع الرأس، والتي تم التبرع بها لEML.

تم إزالة أجزاء كثيرة من الإطار اختبار، وترك القدمين الصلب، بلاطة، مربع رئيس مسامير تحديد المواقع، وصندوق الرأس. وتشمل الأجزاء التي تمت إضافتها إلى استكمال آلة اختبار الانحناء اثنين من الحزم واسعة شفة، شعاع مرفق الأجهزة، شعاعلوحات فاصل، ويدعم شعاع نهاية، وأسطوانات هيدروليكية، اسطوانة الأجهزة التعزيز، واثنين من أربع نقاط المجالس رأس الحمل. وتعرض اعتبارات التصميم لهذه المكونات في هذه الورقة.

على الرغم من أن 100،000 باوند قدرة قوة ضغط من تصميم الإطار الأصلي هو أكبر بكثير من الأحمال التي نواجهها أثناء الاختبارات الانحناء، ونحن نناقش آثار الأحمال غريب الأطوار التي من المرجح أن يحدث في الانحناء الاختباراتمما كانت عليه في اختبارات الضغط التي صمم الإطار.

اختيار

القوة اللازمة لكسر قوي جنوب الصنوبر 16 ftlong2 بنسبة 12 مجلس مع معامل تمزق of14،500 باوند / IN2 (منتجات الغابات مختبر 1999) أقل من10000 باوند. لهذا الحساب، وافترضنا تحميل الخدمة (الحد الأقصى المتوقع) ليكون 20،000 باوند، أو 10،000 باوند في شعاع الصلب. تحميل في نهاية المطاف (على أساس القدرة المعروفة من إطار اختبار) هو 50،000 باوند في شعاع.

لأن توصيل شبكات شعاع ست لوحات فاصل (وصفها لاحقا في هذه الورقة)، الحركة الجانبية المرتبطة التوائية التواء سيتم منعها. ومع ذلك، فإن W12 بنسبة 65 القسم هو واحد من عدد قليل من القطاعات غير المدمجة التي هيعرضة للشفة المحلية والتواء شبكة الإنترنت. تم حساب قوة شعاع باستخدام الإجراء لحساب قدرة قسم غير مضغوط (AISC 1995).

كان إجهاد الخضوع الفعلي للمادة شعاع لا specified.A أعلى درجة من الصلب (50000 باوند / IN2) سيكون له أكبر قوة العاطفة من يفعل أدنى درجة(36000 باوند / IN2)، ولكن سيكون من عرضة للالمحلية buckling.For هذا التحليل، لحظة البلاستيكية من 36،000 باوند / IN2 W12 بنسبة 65 شعاع تم حساب ومقارنة لحظات التواء المحلية من 50،000 باوند / IN2 W12 بنسبة 65 شعاع. الويعتبر الحد الأدنى من هذه الدول الحد لتكون قوة شعاع.

لحظة البلاستيك تصميم الانحناء (ΦMp) من 36،000- باوند / شعاع IN2 هي 261،000 في باوند. منذ شكل من هذه المواد ليست عرضة للالتواء المحلي، وهذا هو أيضا ΦMn "، وقوة تصميم العاطفة.

Attachment

لا تعلق الحزم مباشرة إلى الإطار. بدلا من ذلك، يتم مربوطة هم أسفل مع ستة 5/8 في. قضبان مترابطة التي ترتبط إلى ثلاثة الصلب 3- كتبها 3- قبل 1/4 في. أقسام الأنبوب الذي يمر تحت البلاطة الإطار (الشكل 2). قضبان تمرمن خلال اثنين 3- عن طريق 2- قبل 3/8 في. الصلب L المقاطع التي تحافظ على الحزم من الدورية فيما يتعلق لوح الإطار.

فإن أي حمولة تصاعدية على هذه المكونات تأتي من بيان حمولة من كسر العينة. ثم، والطاقة المخزنة في الدعامات الفولاذية قد يسبب عوارض لربيع صعودا وأن ترفع من بلاطة. حسبنا أهميةهذا التأثير.

على افتراض أن عينة اندلعت تحت تحميل تصميم 20،000 باوند، فإن الغايات شعاع يصرف حوالي 0.19 في.، كما هو موضح سابقا. ترد الخواص المادية والفئوية، وعلى افتراض أن يتصرف شعاع باعتباره رأسا على عقب ببساطةطالما دعمت تمتد شعاع، فإنه يمتلك طاقة كامنة من 1900 في باوند. على افتراض فشل عينة لحظية، سيتم تحويل هذه الطاقة الداخلية لبعضمزيج من الطاقة الحركية للشعاع تهتز والطاقة الربيع الداخلية مع انحراف التصاعدي للنهايات، وفقدان الاحتكاك الداخلي (التباطؤ)، والجاذبية الطاقة الكامنة من الحزم رفعت، والطاقة الربيع من ستة امتدتقضبان مترابطة. ومن المحافظ أن نفترض أن كل الحاضر طاقة شعاع قبل نهاية الشوط الاول سيتم تحويلها كليا إلى طاقة احتمال خطورة من الحزم والربيع الطاقةقضبان الخيوط تمتد. كل من هذه المصطلحات الطاقة تعتمد على ارتفاع من الحزم التي تحققت. ويظهر حساب تكرارية أن الحزم سترفع أقل من 3/1000 في.

لوحات فاصل

وتستخدم ست لوحات 2-in. سميكة لفصل واستقرار W12 اثنين بنسبة 65 الصلب الحزم (الشكل 3). يتم وضع لوحات 1 قدم من كل طرف، في تنسيق من حافة لوح من الإطار، وفي منتصف الطريق بين هذين، في تقريبيالمسافة من 4-1 / 2 قدم. وانسحب كل لوحة على شبكة الإنترنت شعاع أربعة 3/4 في. الصف 5 مسامير. لوحات واسعة بما يكفي للحفاظ على 1-1 / 4 في. الفجوة بين الحزم، بحيث التجهيزات ورؤساء رد فعل يمكن أن تكون ملحقة مع الأجهزة T-فتحة.

ومن شأن أي الحمل على لوحات هل يكون راجعا إلى غرابة الاطوار طفيفة في الاختبار. على افتراض الانحراف 10 ° الحمل على التحميل الرأسي 100،000 باوند، سيكون هناك 17000-باوند قوة أفقية. نفترض أن هذه القوة هي أيضا الرأسيالفرق القوةبين الحزم. حتى إذا كانت مدعومة هذه القوة كلها من قبل أربعة 3/4 في. مسامير تقع الأقرب إلى لوح، والإجهاد واضعة في شبكة شعاع ستكون أقل من 40٪ إجهاد الخضوع من 36،000 باوند / IN2 الفولاذ الطري، وجنبا إلى جنبأن تحمل وإجهاد الشد في البراغي تكون أقل من 40٪ الضغط العائد من الدرجة 5 الصلب.

المسمار الانحناء النظر

إذا كان الحمل يجب أن يطور الانحراف في الطائرة من العينة الانحناء، فإنه وضع عزم الانحناء على في 5. مسامير الإطار الجهاز. درسنا هذا الوضع لمعرفة ما اذا كان يشكل خطر الإضرار مسامير أوالتي تؤثر على خلاف ذلك نتائج الاختبار. وإذا افترضنا شحنة من 100،000 رطل والانحراف من 10 درجة درجة من رأسي، وسوف يكون هناك قوة أفقية على رأسه حمولة من 8700 باوند، أي حوالي 4350 باوند لكل المسمار. إذا كان رئيس الحمل هو 30 في.

من قاعدة لوح الإطار (على أساس ارتفاع شعاع الصلب من 12 في.، رد فعل دعم ارتفاع 6 في.، والعينات عمق 12 بوصة)، لن يكون هناك لحظة من 260،000 في باوند، أو 130،000 في -lbf في المسمار. وهذا من شأنه أن يسبب الإجهادفي قاعدة المسمار من حوالي 21 سوليمنتوك وانحراف الأفقي 0.09 في. من غير المحتمل أن تؤثر على نتائج الاختبار أو تلف الجهاز هذا.

اسطوانة هيدروليكية

لقد اخترنا أسطوانات هيدروليكية بدلا من آلية التحميل محرك المسمار. وتتيح آلة هيدروليكية لمراقبة حمولة ثابت ويجعل التصحيحات السريعة بعد فشل قاصر وإعادة توزيع الحمل خلال اختبار، مقارنةاستجابة محرك المسمار. لديه آلة الاختبار الهيدروليكي أيضا مرونة أكبر للاختبار دوري والذبذبات من لا آلة يحركها المسمار.

سيتم استخدام اسطوانة مع MTS نموذج 510.10 الهيدروليكي إمدادات الطاقة الحالية (MTS أنظمة شركة، عدن المرج، مينيسوتا). يستخدم هذا التيار الكهربائي مضخة حجم ثابت لتوفير تدفق السوائل من 10 غال / دقيقة في 3000 باوند / IN2. اليتطلب محرك المضخة على ثلاث مراحل 380-V، 50 هرتز مصدر الطاقة الكهربائية في 34 أمبير المستمر. سيتم تنظيم السوائل من خلال نموذج A076 موغ أجهزة صمام (موغ شركة الشرق أورورا، نيويورك). هذا هو على مرحلتين التحكم في التدفق صمام المؤازرةمع مرحلة ردود الفعل طيار الميكانيكية وتدفق تصنيفا من 1-17 غال / دقيقة (في 1،000 باوند / IN2هبوط الضغط). ضغط التشغيل 3000 باوند / IN2، واستجابة خطوة في هذا الضغط هو 3-16 نانو ثانية لمدة 100٪ السكتة الدماغية. سيتم قياس حمولة من نموذج SensotecUG / 4671-03 تحميل خلية (Sensotec، وشركة، كولومبوس، أوهايو) بسعة 30،000 باوند.