УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОЖИ И ПОДОБНЫХ ЕЙ ГИБКИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR DETERMINING DEFORMATION PROPERTIES OF LEATHER AND SIMILAR FLEXIBLE MATERIALS

Изобретение относится к легкой промышленности, в частности к испытательной технике, и может быть использовано для определения и контроля деформационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов, например искусственных кож, пленочных материалов, а также тканей и пакетов из этих материалов.
Известно устройство для определения деформационных характеристик, реализующее ступенчатое нагружение по циклу «нагружение - выдержка - разгрузка» - консистомер Гепплера (см. Практикум по технологии кожи и меха, А.А.Головтеева и др., Легкая и пищевая промышленность, 1982, с.248), содержащий средство для фиксации исследуемого образца, шток-индентор с механизмом для нагружения в виде рычага с грузом и устройство для измерения перемещений, содержащее индикатор часового типа и секундомер. Для медленно релаксирующих материалов прибор позволяет получить кривую упругого последействия - релаксации деформации после снятия нагрузки и выделить на ней три составляющих деформации - быстрообратимую, медленнообратимую или высокоэластическую, пластическую или остаточную и определить их численные характеристики.
Известно устройство для определения упругости и прочности пленочных и текстильных материалов (Авт. свид. СССР 1711027, 5 G01N 3/08), содержащее средство для фиксации исследуемого материала в виде зажимных колец, шток, индентор с механизмом для нагружения образца и устройство для измерения перемещений индентора.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов (Патент РФ 2210753, 7 G01N 3/00). Устройство содержит зажимные кольца для фиксации исследуемого материала, шток-индентор, снабженный механизмом для нагружения и измерения перемещений индентора, которое связано с электронным блоком, преобразующим линейное перемещение в цифровые сигналы, передаваемые на компьютер.
Все указанные устройства для определения деформационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов позволяют определить свойства материала только при одноцикловом нагружении и не дают возможности оценить того, как ведет себя тот или иной материал в эксплуатации, во время которой он подвергается многоцикловому воздействию.
Задачей заявленного технического решения является создание устройства, которое с помощью многоциклового нагружения исследуемого образца по циклу «нагружение - выдержка - разгрузка - отдых» воспроизводит условия испытаний, приближенные к реальным условиям эксплуатации материала. Такое устройство позволяет в автоматизированном режиме, без разрушения образца, варьируя количество циклов, время нагружения и отдыха, получить три составляющие деформации: быстрообратимую, медленнообратимую (высокоэластическую), пластическую (остаточную) и определить их численные значения.
Предлагаемое устройство для определения деформационных свойств кож и подобных ей гибких материалов содержит средство для фиксации исследуемого образца, выполненное в виде зажимных колец, шток-индентор с механизмом для нагружения образца, устройство для измерения перемещений штока-индентора, электронный блок, передающий информацию на компьютер. При этом одно из зажимных колец средства для фиксации исследуемого образца закреплено на приспособлении, совершающем возвратно-поступательное движение (от привода шагового электродвигателя, на чертеже не показано) из зоны нагружения образца в зону устройства для измерения перемещений штока-индентора. Шток-индентор может быть выполнен со сменными насадками, выбор которых осуществляют в зависимости от свойств исследуемого материала. Устройство для измерения перемещений штока-индентора содержит шаговый электродвигатель, вал которого соединен с ходовым винтом и кареткой, двигающейся по направляющим. Каретка снабжена фотодатчиком, с помощью которого происходит определение крайнего верхнего положения каретки, которое принимается за нулевую точку отсчета, и запускается шаговый электродвигатель. Каретка также содержит датчик касания исследуемого образца, состоящий из сбалансированного коромысла, снабженного фотодатчиком, и пружинного зонда. Фотодатчик определяет крайнее нижнее положение каретки и останавливает шаговый электродвигатель. В качестве фотодатчиков использованы дифференциальные фотодатчики, выбор которых обеспечивает высокую точность определения крайнего верхнего и нижнего положений каретки, что влияет на конечный результат испытаний образца.
Для управления процессом испытания и передачи результатов испытания образца на компьютер служит электронный блок, содержащий микропроцессор и снабженный пультом управления.
Сущность предлагаемого устройства для определения деформационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов поясняется следующими чертежами: фиг.1 - вид устройства спереди, фиг.2 - вид устройства сверху, фиг.3 - вид устройства сбоку, фиг.4 - устройство для измерения перемещений штока-индентора в разрезе А-А.
Устройство (фиг.1) состоит из стола 1, приспособления 2, на котором закреплено одно из зажимных колец 3, штока-индентора 4 с механизмом нагружения, который приводится в движение электродвигателем 5, и двигается под нагрузкой, задаваемой на опорной горизонтальной площадке 6, устройства для измерения перемещений штока-индентора 7 (фиг.2) и электронного блока 8 с пультом управления 9.
Устройство для измерения перемещений штока-индентора (фиг.4) включает шаговый электродвигатель 10, вал которого соединен с ходовым винтом 11 и кареткой 12, двигающейся по направляющим 13. На каретке расположен дифференциальный фотодатчик 14 и датчик касания, исследуемого образца, состоящий из коромысла 15, снабженного дифференциальным фотодатчиком 16 и пружинного зонда 17.
Пример описания работы устройства.
Исследуемый образец, например из натуральной кожи, фиксируют в зажимных кольцах 3, одно из которых закреплено на приспособлении 2, совершающем возвратно-поступательное движение (фиг.1). После подключения устройства к источнику питания каретка 12 (фиг.4) устройства для измерения перемещений 7 (фиг.3) с датчиком касания и шток-индентор 4, двигающийся с постоянной скоростью, занимают крайнее верхнее положение (фиг.1).
На горизонтальной опорной площадке 6 задают величину нагружения исследуемого образца, требуемую по условиям испытаний, например 14Н (фиг.1). Затем с помощью пульта управления 9 электронного блока 8 (фиг.2) задают параметры испытаний образца: количество циклов - 1000, время нагружения - 10 с и время отдыха - 10 с.
Далее приспособление 2 (фиг.2) с исследуемым образцом перемещается в зону устройства для измерения перемещений 7 (фиг.3). При этом каретка 12 опускается вниз по направляющим 13 до момента касания пружинного зонда 17 исследуемого образца (фиг.4) и производится замер исходного уровня поверхности образца. После чего каретка 12 возвращается в крайнее верхнее положение, а на табло пульта управления электронного блока выводится полученное значение измерения, которое принимается за точку отсчета при определении конечного результата испытаний образца.
Затем приспособление 2 (фиг.2) с исследуемым образцом перемещается в область нагружения образца. При этом шток-индентор приводится в движение электродвигателем 5 через редуктор и движется вниз до соприкосновения с исследуемым образцом (фиг.1). После чего происходит испытание образца по циклу: нагружение, затем выдержка под нагрузкой в течение 10 с, разгрузка и отдых - 10 с.
После осуществления заданного количества циклов (1000) образец снова перемещается в область устройства для измерения перемещений 7 (фиг.3). При этом каретка 12 опускается вниз по направляющим 13 до момента касания пружинного зонда 17 исследуемого образца и производится замер полученного после испытаний уровня поверхности образца (фиг.4). Замеры производятся непрерывно в течение нескольких минут до установления равновесного состояния испытываемого образца.
Управление процессом испытания образца и обработка результатов производятся с помощью электронного блока, снабженного пультом управления и связанного с компьютером.
Данное устройство позволяет определить деформационные свойства исследуемого материала при многоцикловом нагружении по циклу «нагружение - выдержка - разгрузка - отдых», что дает возможность более полно оценить изменение деформационных свойств материалов в условиях, приближенных к условиям эксплуатации