Designem Hydraulický zakružovací stroj

Chcete-li držet krok s požadavky zákazníků a zároveň postupné odstraňování staré a nepoužitelný testovací zařízení, k personálu Engineering Mechanics Laboratory (EML) na Forest Service, dřevařské Laboratory, navrhl a sestavil hydraulickýohýbání zkušebního zařízení. EML postavil tento stroj testovací rozměr řeziva, nominální 2 palce tlustý a až 12 in.deep, v rozpětí až 20 ft a zatížení až 20.000 lbf. Hydraulická zkouška ohybem stroj byl postaven s použitím částí 100,000-lbf tlaková zkouška rám. Přidané součásti zahrnuty W12 o 65 ocelových nosníků; Ocelová trubka profily, Lsections,a závitové tyče pro připevnění paprsku; I-nosník distanční desky; dřevěné koncový blok nosník podpěry; 4-in. vrtání, 10-in. Zdvih hydraulického válce s 38000 lbf kapacita; ocelových plechů pro vyztužení válce; a dvě otočná zatížení čtyřbodovýmsestavy hlavy. Excentrické zatížení, které by mohly nastat v průběhu testu nepřinese polohovací šroubyhlava stroj nebo jinak ovlivňovat výsledky zkoušky.

Úvod

Chcete-li držet krok s požadavky zákazníků a zároveň postupné odstraňování staré a nepoužitelný testovací zařízení, k personálu Engineering Mechanics Laboratory (EML) na Forest Service, dřevařské Laboratory, navrhl a sestavil hydraulickýzkouška ohybem stroje (obr. 1). Přístroj slouží k podpoře dlouho-rozpětí nosníků a použít hydraulicky poháněný ohýbací síly k nosníkům v souladu se standardními postupy testování. Tento článek popisuje parametry aAspekty navrhování tohoto zařízení tak, aby umožnila zaměstnancům EML dokončit potřebné zkoušky způsobem, který je uživatelskypřátelské a bezpečné. Posláním EML je testování a vyhodnocení dřevo, dřevěnéprodukty, a vzorky dřeva komponent pro stanovení jejich mechanické a materiálové vlastnosti. Testy jsou prováděny pro pracovní jednotky v dřevařské laboratoře a pro práci jednotek v off-site Forest Service pokusných staniczvláštní přání. EML provádí podstatnou část jeho testování narozměr řeziva, včetně testů statickém ohybu, které jsou v souladu s ASTM D198 standardu (ASTM 1997).

Primární účel ohýbacího stroje je zkouška dlouholetou rozpětí rozměr řeziva (nominální 2- a 4-v. Na 2- o 12-in., Až 20 ft na délku), při očekávaných zatížení méně než 10,000 liber a průhyby méně než 6 palců dva stroje, které majíbeenpoužívá EML za ohybem jsou 160000-lbf Reihle stroje (zakoupené v roce 1969) a 25000-lbf box-zkušebního stroje (zakoupené v roce 1937). Tyto stroje jsou pochybné spolehlivosti a opravy schopnosti vzhledem k jejich věku. Astroj, který je schopen testovat dlouholetou span rozměr řeziva není v současné době ve výrobě a bude muset být na zakázku na velké náklady. Z tohoto důvodu jsme se rozhodli upravit 100.000 lbf komprese zkušebního rámu s motorem poháněnýpohyblivá hlava box, který byl darován EML.

Mnoho částí zkušebního rámu byly odstraněny, takže ocelové nohy, desky, nátokové skříně polohovací šrouby, a nátokovou skříň. Díly, které byly přidány k dokončení ohýbacího zkušební stroj zahrnoval dvě široce příruba nosníky, nosník upevnění hardware, paprsekdistanční desky, koncové nosník podpěry, hydraulický válec, válec výztuže hardware, a dvě čtyřbodová sestavy zatížení hlavy. Konstrukční úvahy pro tyto komponenty jsou uvedeny v tomto dokumentu.

Ačkoliv je 100.000 liber síly lisovací síla kapacita původní konstrukce rámu je mnohem větší než zatížení setkáváme během ohybových zkoušek, budeme diskutovat účinky excentrickým zatížením, které jsou pravděpodobnější v ohybemnež v tlakové zkoušky, pro které byla rám určen.

Výběr

Síla potřebná k přerušení silné sosny 16-ftlong2 o 12 deska s modulem v ohybu of14,500 lbf / in2 (Forest Products Laboratory, 1999) je menší než10,000 lbf. Pro tento výpočet jsme předpokládali provozního zatížení (maximální očekávaná), aby 20000 lbf, nebo 10000 lbf na ocelový nosník. Zatížení na mezi pevnosti (na základě známého objemu zkušebního rámu) je 50000 liber síly na nosník.

Vzhledem k tomu, že paprsek pásy jsou spojeny šesti oddělovacích desek (popsaných dále v tomto dokumentu), pohyb spojený s klopení bude zabráněno. Nicméně, W12 o 65 sekce je jedním z mála non-kompaktní částí, která jenáchylné k místnímu přírubou a webové vybočení. Síla paprsku byla vypočtena za použití postupu pro výpočet kapacity non-kompaktní části (AISC 1995).

Výtěžek je namáhání materiálu nosníku nebylo specified.A vyšší třídy oceli (50000 lbf / in2), by měly větší pevnost v ohybu, než má nižší stupeň(36000 lbf / in2), ale to by být citlivé na místní buckling.For této analýzy, plastový moment 36000-lbf / in2 W12 o 65 paprsku byla vypočtena a ve srovnání s místním vzpěru momenty 50,000-lbf / in2 W12 o 65 paprsku.minimum těchto mezních stavů je považována za pevnost nosníku.

Konstrukce plastový ohybového momentu (ΦMp) v 36,000- lbf / in2 paprsku 261000 v-lbf. Vzhledem k tomu, tvar tohoto materiálu není náchylná k místnímu vybočení, to je také ΦMn‘, pevnost v ohybu konstrukce.

Attachment

Nosníky jsou přímo připevněny k rámu. Spíše jsou připoután se šesti 5/8-in. závitové tyče, které jsou spojeny se třemi oceli 3- od 3- od 1/4-in. trubkové úseky, které projdou pod rámem desky (obr. 2). Tyče projítpřes dva 3- podle 2- o 3/8-in. ocel L-profily, které udržují nosníky v otáčení vzhledem k rámu desky.

Případné vzestupné zatížení těchto složek by pocházet z uvolnění zátěže z prvního vzorku přestávce. Poté je energie uložená v ocelových nosníků může způsobit paprsky na pružinu směrem nahoru a že se pohybují od desky. Vypočítali jsme významtohoto účinku.

Za předpokladu, že vzorek rozbil pod konstrukční zatížení 20.000 lbf, konce nosníků se vychýlit o 0,19 in., Jak bylo popsáno výše. Vzhledem k tomu, materiál a sekční vlastnosti, a za předpokladu, že paprsek se chová jako obrácený jednodušepodporován velkým rozpětím paprsku, bylo by to mít potenciální energii 1,900 in-lbf. Za předpokladu, že okamžitou vzorku selhání, tento vnitřní energie by být převedena na některéKombinace kinetické energie vibrační nosníku, vnitřní pružné energie s nahoru vychýlení konců, vnitřní ztráty třením (hystereze), gravitační potenciální energie zvedaného nosníků a pružné energie ze šesti nataženézávitové tyče. Je konzervativní předpokládat, že veškerá energie paprsku přítomen před přestávkou by být zcela převedena na gravitační potenciální energii paprsku a jarní energienataženém závitové tyče. Oba tyto energetického hlediska jsou závislé na výšce dosažené nosníky. Iterativní výpočet ukazuje, že paprsky by výtah menší než 3/1000 v.

distančními destičkami

Šest 2-in.-tlusté desky se používají k separaci a stabilizaci dva W12 o 65 ocelových nosníků (obr. 3). Desky jsou umístěny 1 ft na každém konci, v souřadnici hraně desky rámu, a na půli cesty mezi těmito dvěma, na přibližnouvzdálenost 4-1 / 2 ft. Každá deska je přišroubována na stojiny nosníku čtyřmi 3/4-v. třída 5 šrouby. Desky jsou dostatečně široké, aby udržovat 1-1 / 4-in. mezera mezi trámy, takže instalace a reakční hlavy může být připevněn s T-drážky hardware.

Každá zátěž na oddělovacích desek by bylo v důsledku nepatrných výstřednosti v testu. Za předpokladu, že 10 ° zatížení excentricitu na 100.000-lbf svislé zatížení, tam by byla 17.000-lbf horizontální síly. Předpokládáme, že tato síla je také vertikálnírozdíl sílamezi trámy. I když se celá tato síla podporuje čtyři 3/4-in. Šrouby se nachází nejblíže k desce, ložisko napětí ve stojině nosníku by být menší než 40% meze kluzu 36.000-lbf / in2 měkké oceli, a kombinovanýLožisko a tahové napětí v šrouby by být menší než 40% mez průtažnosti stupně 5 oceli.

Šroub Ohýbání Zvážení

V případě, že zátěž by měla vypracovat excentricitu v rovině ohybu vzorku, bylo by to umístit ohybový moment působící na 5-in. šrouby rámu stroje. Zkoumali jsme tuto situaci, aby zjistil, jestli to představovalo nebezpečí poškození šroubů nebojinak ovlivnit výsledky zkoušek. Za předpokladu, že zatížení 100,000 lb a excentricitu 10 ° stupňů od svislé, bude vodorovná síla na zatížení hlavy 8700 lbf, nebo asi 4350 lbf na šroubu. Je-li zatížení hlavy je 30 palců

Ze spodní části rámové desky (na základě výšky ocelového nosníku 12 v., Reakce Výška rámu 6 v., A vzorku hloubku 12 in.), Tam by okamžik 260.000 v-lbf, nebo 130,000 v -lbf na šroub. To by mělo za následek stresu paty šroubu asi 21 ksi a horizontální vychýlení 0,09. To je pravděpodobné, že vliv na výsledky testu nebo k poškození stroje.

Hydraulický válec

Vybrali jsme hydraulický válec namísto nakládací mechanismus šroubového pohonu. Hydraulický přístroj umožňuje kontrolu konstantní zátěž a umožňuje rychlé korekce po drobných poruch a stavů přerozdělování v průběhu testu, ve srovnání sodezva šnekového pohonu. Hydraulický zkušební stroj má také větší flexibilitu pro cyklický a vibrační testování, než je tomu stroj šroub pohonem.

Válec se použije s existujícím MTS modelu 510.10 hydraulického napájení (MTS Systems Corporation, Eden Prairie, Minnesota). Tento zdroj používá objem čerpadla pevné pro zajištění toku kapaliny 10 gal / min při 3000 lbf / in2.motorové čerpadlo vyžaduje třífázový 380 V, 50 Hz zdroj elektrického proudu na 34 kontinuálních zesilovačů. Kapalina bude regulována prostřednictvím modelu A076 Moog servoventilu (Moog Inc., East Aurora, New York). Jedná se o dvoustupňový řízení toku servoventils mechanickým pilotní zpětné fázi a jmenovitého průtoku od 1 do 17 gal / min (při 1000 lbf / in2tlaková ztráta). Provozní tlak je 3000 lbf / cm2, a krok reakce při tomto tlaku je od 3 do 16 ns při 100% zdvihu. Zátěž bude měřena Sensotec modeluUG / 4671-03 siloměr (Sensotec, Inc., Columbus, Ohio) s kapacitou 30,000 lbf.