Устройство для определения прочностных свойств твердых материалов
DEVICE FOR DETERMINING STRENGTH PROPERTIES OF SOLID MATERIALS

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, предназначенным для изучения прочностных свойств твердых материалов, для исследования процесса сжатия или резания сельскохозяйственных материалов.
Известно устройство, содержащее неподвижную рамку, механизм вертикального перемещения с индикатором давления, связанный со стержнем, тензометрический датчик. (патент RU №2618672, кл. G01N 3/40, 2017).
Недостатками данного устройства является невозможность более точного получения измерений.
Указанный недостаток обусловлен следующим. Для получения показаний устройства используется пружина, которая при сжатии через передаточный механизм отмечает величины горизонтального и вертикального перемещения указателя в виде кривой.
Известно устройство, содержащее станину с нижним и верхним основаниями, два винта с наружной резьбой, вращающиеся в подшипниковых узлах, реверсивный электродвигатель, траверсу, силоизмерительный датчик (патент RU №2682120 кл. G01N 3/12, 2019).
Недостатками данного устройства являются недостаточная надежность его конструкции.
Указанный недостаток обусловлен следующим. Привод винтов осуществляется через цепную передачу от вала реверсивного электродвигателя, что снижает надежность конструкции, т.к. из-за провисания цепи возможен люфт и неравномерный поворот винтов, что приведет к нарушению работы устройства или заклиниванию траверсы. Кроме того, при постоянно возрастающей нагрузке крутящий момент на валу электродвигателя увеличивается, в следствие чего увеличивается нагрузка на исследуемый образец и цепную передачу, что при дальнейшем увеличении нагрузки может привести к разрыву цепи, разрушению посадочных мест звездочек.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является автоматический компрессионный прибор АКП-6Н, содержащий платформу с верхним и нижним основаниями, рабочую камеру, нагрузочный механизм, установленный в подшипниковых опорах и соединенного гибкой тягой с нагрузочной рамкой, измеритель деформации, электронного блока управления с пультом управления, блока резервного питания (Денисенко В.В./ Автоматический компрессионный прибор АКП-6Н для испытания грунтов постоянно возрастающей нагрузкой// В.В. Денисенко, П.А. Ляшенко. Научные труды КубГТУ, №6, - 2016, С. 156-159 - прототип).
Недостатками данного устройства является ограниченность применения, которое заключается в использовании при компрессионных испытаниях только для грунтов.
Указанный недостаток обусловлен тем, что рабочая камера устройства выполнена в виде одометра, что не дает возможности вести визуальное наблюдение за образцом при испытаниях, а нагрузочная рамка не имеет возможности смены рабочих органов, воздействующих на испытываемый образец, что ограничивает функциональность устройства.
Техническим результатом является расширение области применения и функциональности устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения прочностных свойств твердых материалов, содержащем платформу с верхним и нижним основаниями, рабочую камеру, нагрузочный механизм, установленный в подшипниковых опорах и соединенный тягой с нагрузочной рамкой, измеритель деформации, электронный блок управления с пультом управления и блок резервного питания, согласно изобретению тяга выполнена в виде жесткого стержня, рабочая камера выполнена в виде полого цилиндра, боковая стенка которого имеет окна, и установлена на нижнем основании платформы, а измеритель деформации - под верхним основанием платформы, при этом нагрузочная рамка имеет отверстие для крепления сменных рабочих органов.
Новизна заявляемого технического решения заключается в новой совокупности признаков, за счет которой обеспечивается достижение технического результата.
Анализ свойств совокупности признаков заявленного технического решения и свойств совокупности признаков обнаруженного прототипа и аналога показал, что совокупность признаков заявленного технического решения соответствует изобретательскому уровню.
Промышленная применимость обусловлена тем, что устройство для определения прочностных свойств твердых материалов работоспособно и возможно его применение, например, для определения прочностных свойств сельскохозяйственных материалов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - схематично приведено устройство для определения прочностных свойств твердых материалов - общий вид; на фиг. 2 - кинематическая схема нагрузочного механизма; на фиг. 3 - размещение измерителя деформации; на фиг. 4 - элементы датчика величины нагрузки; на фиг. 5 - схематично показана рабочая камера с нагрузочной рамкой.
Устройство для определения прочностных свойств твердых материалов (фиг. 1) включает в себя платформу 1 с верхним основанием 2 и нижним основанием 3, рабочую камеру 4, установленную на нижнем основании 3, нагрузочный механизм 5, установленный в подшипниковых опорах 6 и соединенный жестким стержнем 7 с нагрузочной рамкой 8, измеритель деформации 9, электронный блок управления 10 с пультом управления 11, установленные на верхнем основании 2 платформы 1, и блок 12 резервного питания, установленный под верхним основанием 2 платформы 1.
Нагрузочный механизм 5 (фиг. 2) установлен в подшипниковых опорах 6 с помощью оси-держателя 13 и подшипников 14. Подшипниковые опоры 6 неподвижно закреплены под верхним основанием 2 платформы 1.
Нагрузочный механизм 5 (фиг. 2) состоит из двух одинаковых по конструкции и принципу действия труб-рычагов 15, закрепленных на оси-держателе 13, с противовесами 16. В полости каждой трубы-рычага 15 размещен ходовой винт 17 с ходовой гайкой 18, оснащенной с одной стороны электроприводом 19, а с другой - датчиком величины нагрузки 20. Со стороны датчика величины нагрузки 20 на трубах-рычагах 15 с двух сторон размещены пластины 21 (фиг. 3). К ходовой гайке 18 шарнирно подвешена грузовая платформа 22.
Датчик величины нагрузки 20 (фиг. 4) состоит из светоизлучающего элемента 23 и светоприемного элемента 24, которые установлены с помощью кронштейна 25 на трубе-рычаге 15, и непрозрачного с отверстиями 26 диска 27, закрепленного на ходовом винте 17.
Жесткий стержень 7 с одной стороны соединен шарнирно подвижно с пластинами 21, а с другой - жестко с нагрузочной рамкой 8. Нагрузочная рамка 8 (фиг. 5) в нижней своей части имеет отверстие 28 для крепления сменного рабочего органа 29, например, поршня или лезвия ножа, воздействующего на испытываемый образец 30, например, зерно пшеницы или корнеклубнеплод.
Измеритель деформации 9 (фиг. 3) установлен под верхним основанием 2 платформы 1 на стойке 31 таким образом, что его измерительный стержень 32 проходит по оси действия сжимающей нагрузки и упирается в экран 33.
Устройство для определения прочностных свойств твердых материалов работает следующим образом. На нагрузочную рамку 8 устанавливается необходимый сменный рабочий орган 29, испытываемый образец 33 помещается в рабочую камеру 4, нагрузочный механизм 5 уравновешивается с помощью противовесов 16. На пульте управления 11 задается программа работы устройства, после чего электропривод 19 нагрузочного механизма 5 перемещает грузовые платформы 22 вдоль труб-рычагов 15 посредством перемещения ходовой гайки 18 путем вращения ходового винта 17 с постоянно заданной скоростью, контролируемой блоком управления 10. При этом постоянно увеличивается плечо приложения грузовой платформы 22 и, соответственно, нагрузка на испытываемый образец 33 увеличивается с постоянной скоростью. Величина приложенной нагрузки постоянно отображается на дисплее пульта управления 11. Датчик величины нагрузки 20 осуществляет контроль за числом шагов перемещения грузовой платформы 22.
В течение испытания величина приложенной нагрузки и соответствующее ей значение деформации испытываемого образца 33 непрерывно измеряется измерителем деформации 9 и постоянно отображается на дисплее пульта управления 11.
Через каждое определенное увеличение нагрузки величина приложенной нагрузки и соответствующее ей значение деформации испытываемого образца 33 запоминаются электронной памятью блока управления 10.
После разрушения испытываемого образца 33 устройство останавливается и выдает результаты испытания на дисплей пульта управления 11 и внешнее ЭВМ, на котором выполняют обработку полученных результатов.
Применение изобретения позволит проводить исследования процесса резания или сжатия сельскохозяйственных материалов, а также осуществлять визуальное наблюдение за этими процессами.