Projektowanie zginania hydrauliczna

Aby nadążyć za wymaganiami klientów podczas wycofywania starych i niezdatny do użytku sprzętu do badań, personel mechaniki inżynieryjnej laboratoryjnej (EML) przy Służby Leśnej, Forest Products Laboratory, zaprojektowane i zmontowane hydraulicznyzginania maszynę testową. EML zbudował maszynę do badanego wymiaru tarcicy, nominalnej 2 w. Grubą i do 12 in.deep, przy rozpiętości do 20 stóp i udźwigu do 20.000 lbf. Hydraulicznego gięcia maszyna test został zbudowany przy użyciu częściami 100,000-lbf Test kompresji ramki. Dodane składniki zawarte W12 przez 65 stalowy dźwigar; odcinków rur stalowych, Lsections,i pręty gwintowane do mocowania belki; I wiązki płytek dystansowych; Drewno stanowi końca belki bloku; 4, w. otworu, 10 w. udar cylinder hydrauliczny 38000 lbf zdolności; blach stalowych dla wzmocnienia cylindra; i dwa obrotowe obciążenia czteropunktowyzespoły głowy. obciążenie mimośrodowe, które mogłyby wystąpić w trakcie badania, nie dadzą śruby pozycjonowaniaGłowica maszyny lub w inny sposób wpływać na wyniki testu.

Wprowadzenie

Aby nadążyć za wymaganiami klientów podczas wycofywania starych i niezdatny do użytku sprzętu do badań, personel mechaniki inżynieryjnej laboratoryjnej (EML) przy Służby Leśnej, Forest Products Laboratory, zaprojektowane i zmontowane hydraulicznygięcia testujące (fig. 1). Urządzenie służy do podparcia belek długich przęseł oraz zastosowanie hydraulicznie napędzanego siłą zginającą na belkach, zgodnie ze standardowymi procedurami testowymi. Dokument ten opisuje parametry iRozważania dotyczące projektowania tego urządzenia, aby umożliwić pracownikom EML do zakończenia niezbędnych testów w sposób, który jest dla użytkownikaprzyjazny i bezpieczny. Misją EML jest badanie i ocena drewna,produkty z drewna i próbki składowych w celu określenia ich właściwości mechaniczne i materiałowe. Testy wykonywane są dla jednostek roboczych w ramach Forest Products Laboratory oraz do pracy w jednostkach poza miejscem Forest Service stacji doświadczalnychna specjalne życzenie. EML występuje znaczna część jego badania nagraty wymiar, w tym statycznych zginanie testów, które są zgodne z normą ASTM D198 (ASTM 1997).

Głównym celem jest giętarka do drewna kontrolnej dla długich przęseł (nominalnie 2 przez 4 w. 12 do 2- przez w., Aż do 20 stóp długości) w przewidywanych ładunku mniejszy niż 10.000 funtów i odkształcenia mniej niż 6 w. Dwie maszyny, które mająbeenwykorzystywane przez EML do gięcia testy są 160000-lbf maszynie Reihle (zakupiony w 1969 roku) oraz maszyny box-testowego 25.000 lbf (zakupiony w 1937 roku). Maszyny te są wątpliwej wiarygodności i zdolności naprawy ze względu na ich wiek. ZAmaszyna, która jest zdolna do testowania długo rozpiętości wymiarów tarcicy nie znajduje się obecnie w produkcji i musiałyby być wykonane na zamówienie dużym kosztem. W związku z tym, wybraliśmy do modyfikowania 100.000 funtów siły kompresji testu ramki z napędzaną silnikiemruchoma głowica box, który został przekazany do EML.

Wiele części ramy do badań usunięto, pozostawiając stopy stalowe płyty, śruby pozycjonowania skrzyni wlewowej i skrzynię wlewową. Części, które zostały dodane w celu zakończenia gięcia testowania obejmowały dwa szeroko kołnierz belki, belka oprzyrządowania, belkadystansowych, płyt oporowych zakończenia wiązki, cylinder hydrauliczny, cylinder metalowe wzmocnienia oraz dwa czteropunktowe zespoły głowicy obciążenia. Rozważania projektowe dla tych elementów są przedstawione w niniejszym opracowaniu.

Chociaż 100,000 lbf pojemność siła kompresji oryginalnego konstrukcja ramy jest znacznie większa niż obciążeń możemy napotkać podczas prób zginania, omówimy skutki obciążeń mimośrodowych, które są bardziej prawdopodobne w zginaniu testyniż w przypadku ściskania w którym rama z ich przeznaczeniem.

Wybór

Siła wymagana do zerwania silne southern pine, 16-ftlong2 przez płyty 12 z modułu zerwania of14,500 lbf / cal2 (Forest Products Laboratory 1999) jest mniejsze niż10000 lbf. Dla tych obliczeniach założyliśmy obciążeniu (maksymalna oczekiwana) za 20.000 funtów siły lub 10000 lbf na belce stalowej. Obciążenie ostateczny (w oparciu o znaną pojemność ramy test) 50,000 funtów siły na belce.

Ponieważ wstęgi wiązki są połączone przez sześć płytek dystansowych (opisane w dalszej części niniejszego dokumentu), ruch związany z bocznym wyboczenie skrętne będzie uniemożliwione. Jednak W12 o 65 sekcji jest jednym z niewielu nie-kompaktowych sekcjach, które jestpodatne na lokalne kołnierza i internetowej wyboczenia. wytrzymałości belki obliczono stosując procedurę obliczania pojemność niezwartej AISC sekcji (1995).

Rzeczywista granica plastyczności materiału, wiązki nie specified.A wyższy stopień stali (50000 funtów siły / cal2), posiada większą wytrzymałość na zginanie, niż robi niższej jakości(36000 funtów siły / cal 2), ale nie są podatne na lokalne buckling.For analizy z tworzywa sztucznego Moment 36000-lbf / cal2 przez 65 W12 belki i porównano z lokalnymi momentów wyboczenia 50000-lbf / cal2 W12 przez 65 belki.Minimalna tych stanów granicznych jest uważany za wytrzymałość belki.

W chwili, gdy konstrukcja z tworzywa sztucznego na zginanie (ΦMp) z 36,000- lbf / in2 wiązki jest 261.000 in lbf. Ponieważ kształt tego materiału nie jest podatny na wyboczenie, to również ΦMn”, wytrzymałość na zginanie konstrukcja.

Attachment

Promienie nie są bezpośrednio przyłączone do ramy. Przeciwnie, są przywiązane pasami z sześciu 5/8 in. pręty gwintowane, które są dołączone do trzech stali 3 według 3- od 1/4 in. odcinków rur, które przechodzą pod płytą ramy (fig. 2). Pręty przechodząprzez dwa 3- o 3 o 2- / 8-In. stalowych L poprzecznych belek, które utrzymują się obracać w stosunku do płyty ramy.

Wszelkie obciążenia na wzrost tych składników będzie pochodzić z wersji obciążenia z okazu przerwie. Następnie energia zmagazynowana w belkach stalowych może powodować belek sprężyny ku górze i są podnoszone z płyty. Obliczyliśmy znaczeniatego efektu.

Zakładając, że próbka wybuchu pod obciążeniem konstrukcyjnej 20000 lbf, końce wiązki odchyliłyby około 0,19 w., Jak opisano powyżej. Biorąc pod uwagę właściwości materiału i przekroju poprzecznego, i przy założeniu, że zachowuje się wiązki jako odwrócony prostuwspiera długie rozpiętości promień, to posiadają energię potencjalną 1900 w-lbf. Zakładając zaniku próbki, to energia wewnętrzna zostaną przekształcone do niektórychPołączenie energii kinetycznej wiązki wibracyjnego, wewnętrznej energii sprężystej z góry ugięcia końcach, wewnętrzne straty tarcia (histereza), potencjalnej energii grawitacyjnej podniesionym belki i energia sprężyny sześciu rozciągniętyPręty gwintowane. Jest to konserwatywne założenie, że wszystkie obecne energia wiązki przed przerwą będzie całkowicie przekształcony na energię potencjalną ciężkości belki i energia sprężynyrozciągnięte gwintowane pręty. Oba te warunki energetyczne są uzależnione od wysokości osiągniętego przez belek. An iteracyjne obliczenie wykazuje, że belki podniesie mniej niż 3/1000 In.

Płyty dystansowe

Sześć 2 cali-grube płyty są używane do wyodrębnienia i stabilizowania dwóch W12 belek stalowych o 65 (fig. 3). Płytki umieszcza 1 stopa z każdej strony, przy współrzędnych krawędzi płyty ramy, w połowie drogi między tymi dwoma, z przybliżonąOdległość 4-1 / 2 ft. Każda płytka jest przykręcona do środnika belki przez cztery 3/4-IN. ocena 5 śrub. Płyty są na tyle szerokie, aby utrzymać 1-1 / 4 w. Szczelina między belkami, tak że uchwyty i głowice reakcji mogą być umieszczone w sprzęt teowych.

Wszelkie obciążenia na płytkach dystansowych byłoby powodu drobnych dziwactw w teście. Zakładając, że mimośród 10 ° obciążenia na 100.000 lbf pionowego obciążenia byłoby 17.000 funtów siły siły poziomej. Zakładamy, że siła ta jest również pionowyróżnica siłymiędzy belkami. Nawet jeśli cała ta siła jest obsługiwany przez cztery 3/4-in. śruby położony najbliżej płyty naprężenie łożysk w środniku belki będzie mniejsza niż 40% granicy plastyczności 36000-lbf / cal2 stali miękkiej i połączoneŁożysko i naprężenia rozciągające w śrub będzie mniejsza niż 40% granicy plastyczności klasy 5 stali.

Śruba Gięcie Rozpatrzenie

Jeśli obciążenie powinno opracować ekscentryczności w płaszczyźnie próbki gięcia, byłoby umieścić moment zginający na 5-w. Śruby z ramą maszyny. Badaliśmy tę sytuację, aby zobaczyć, czy to stwarzane zagrożenie uszkodzenia śrub lubinaczej wpływające na wyniki testu. Przy założeniu, że obciążenie 100000 lb oraz mimośród 10 ° stopni od pionu, to będzie pozioma siła na głowicy obciążenia 8700 lbf, lub od około 4,350 lbf jednej śruby. Jeśli głowica obciążenie jest 30 w.

Od podstawy płyty ramy (w oparciu o wysokość belki stalowej 12 in., Reakcja wysokości podparcia 6 w., A próbki głębokość 12 in.), Nie będzie to moment 260000 in-lbf lub 130,000 w -lbf za śruba. To spowodowałoby stresu podstawy śruby około 21 MPa i odchylania 0,09. To nie wpływa na wyniki badań lub uszkodzenia urządzenia.

Cylinder hydrauliczny

Wybraliśmy siłownik hydrauliczny zamiast mechanizmu ładowania śruby napędowej. Maszyna hydrauliczna umożliwia kontrolę stałym obciążeniem i sprawia szybkich korekt po awarii drobnych i redystrybucji obciążenia podczas testu, w porównaniu doOdpowiedź z napędem śrubowym. Hydrauliczny testujące posiada większą elastyczność testowania cyklicznego i drgań, niż czyni to urządzenie śrubowy napędzany.

Cylinder będzie używany z istniejącym modelu MTS 510.10 hydraulicznego zasilania (MTS Systems Corporation, Eden Prairie, Minnesota). Zasilacz ten wykorzystuje pompę o stałej objętości, w celu zapewnienia przepływu płynu 10 gal / min przy 3000 lbf / cal2.Silnik pompy wymaga trójfazowej 380 V, 50 Hz źródła zasilania elektrycznego w 34 ciągłych amperów. Płyn będzie regulowana przez model A076 Moog serwozaworze (Moog Inc., East Aurora, Nowy Jork). Ten zawór sterowania przepływem serwo dwustopniowyz mechanicznym fazę pilotażową zwrotnego i nominalnego przepływu od 1 do 17 galonów / min (przy 1000 lbf / cal2Spadek ciśnienia). Ciśnienie robocze wynosi 3000 lbf / cal2, a odpowiedź w kroku tego ciśnienia wynosi od 3 do 16 ns do 100% skoku. Obciążenie jest mierzone przez Sensotec modeluUG / 4671-03 tensometryczny (Sensotec, Inc., Columbus, Ohio) o pojemności 30000 lbf.