Устройство для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов

Полезная модель относится к устройствам испытательной техники, предназначена для измерения адгезионной прочности льда к различным твердым поверхностям из различных материалов на сдвиг и/или отрыв, а также анализа материалов путем определения их физических свойств и может быть использована во многих отраслях промышленности, в частности в гидротехническом строительстве при эксплуатации сооружений, зданий, конструкций, оборудования в суровых климатических условиях и в зоне воздействия атмосферного или брызгового видов обледенения при работающих в зимних условиях сооружениях водосбросного фронта.
Известно устройство для измерения сдвиговой прочности льда к различным твердым поверхностям, состоящее из фиксирующих испытуемый материал скоб, охлаждающего устройства, дозирующего устройства для распределения воды на поверхность образца, скользящего ножа и устройства для измерения силы, прикладываемой к ножу. В данном устройстве испытания производятся в условиях стеснения гладких цилиндрических образцов на сдвиг. Замораживание воды при этом реализовано в предусмотренном зазоре между верхней направляющей втулкой и цилиндрическим стержнем, выполненным из исследуемого материала. (Гольдштейн Р.В., Епифанов В.П. К измерению адгезии льда к другим материалам // Вестник ПГТУ, Механика, №2, 2011, - с. 28-41).
Недостатком данного аналога является то, что оно дает искаженное значение адгезионной прочности за счет стеснения между втулкой и образцом образующегося при замораживании льда.
Известно устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям, состоящее из неподвижной станины, сосуда для замораживания воды с отверстием в верхней крышке для погружения в сосуд тестируемого образца, устройства для замораживания воды в сосуде, подвижного рычага с возможностью вертикального перемещения относительно неподвижной станины, датчика измерения силы с креплением для тестируемого образца и компьютера для обработки результатов измерений. В данном устройстве тестируемый образец, представляющий собой цилиндр из исследуемого материала, одной стороной прикрепляется к датчику силы, закрепленному на подвижном рычаге, а другой стороной частично погружен в сосуд с замораживаемой водой через отверстие в крышке сосуда. Измерение адгезионной прочности в данном техническом устройстве основано на определении усилия, требуемого для выдергивания образца изо льда при приложении усилия вдоль оси цилиндра (патент на полезную модель RU 125342 U1, МПК G01N 19/04, опубл. 27.02.2013).
Недостатком данного устройства является невозможность его использования для измерения адгезионной прочности льда на отрыв и создания различных типов ледовых образований на поверхности испытуемого материала.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является возможность проведения измерений адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов на сдвиг и отрыв с возможностью формирования на них ледовых образований различных типов, а также количественно оценить затрачиваемую для разделения единицы площади такого контакта энергию, что является важным обстоятельством.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов, содержащем неподвижную станину, опорные стойки для размещения силового, измерительного и загрузочного оборудования и датчик измерения силы, дополнительно установлены нижняя загрузочная и верхняя опорная плиты, которые прикреплены к опорным стойкам крепежными элементами, тяговый стержень, который имеет фиксацию на верхней опорной плите, направляющая резьбовая втулка, совмещенная с осью тягового стержня, нижний загрузочный и верхний упорный диски, резьбовым соединением сочлененные с направляющей резьбовой втулкой, упорный подшипник, которым обеспечен контакт между дисками, силовая загрузочная пружина, конструктивно сочлененная с верхним упорным диском.
Благодаря наличию этих признаков возможно проводить испытания по измерению адгезионной прочности на контакте сред «лед - твердая поверхность из различных материалов» как на сдвиг, так и на отрыв, а также проводить испытания с различными видами ледовых образований на поверхностях испытуемых материалов, а также количественно оценить затрачиваемую для разделения единицы площади такого контакта энергию, что является важным обстоятельством.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-2.
На фиг. 1 показано устройство для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов.
На фиг. 2 представлено размещение испытательного блока в рабочем пространстве устройства для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов.
Устройство для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов содержит неподвижную станину 1, обеспечивающую устойчивость всей конструкции, коробчатого типа, выполненной из швеллера №24; опорные стойки 2, которые служат для размещения силового, измерительного и загрузочного оборудования установки и выполнены из резьбовых стержней М20; нижнюю загрузочную плиту 3 для фиксации испытательных блоков с образцами и верхнюю опорную плиту 4, изготовленные из листового проката толщиной 16 мм; верхнюю и нижнюю шаровые тяги датчика динамометра 5; шарнирные крепежные элементы 6, передающие прикладываемую нагрузку на шаровые тяги динамометра; силовой датчик динамометра 7, представляющий собой упругий элемент с силовводящими элементами для регистрации величины силы приложения нагрузки при отрыве и сдвиге, при этом ось нагружения упругого элемента совмещена с осью нагружения установки без перекосов и смещений; тяговый стержень 8, через который передается отрывное или сдвиговое усилие; регулировочные крепежные элементы 9; направляющую резьбовую втулку 10; нижний загрузочный диск 11, позволяющий механически задавать приложение нагрузки и передачу ее на тяговый стержень с определенной заданной скоростью за счет сжатия силовой пружины; упорный подшипник 12; верхний упорный диск 13, передающий сжимающее усилие на силовую загрузочную пружину 14.
Устройство работает следующим образом.
Для проведения исследований подготовленный экспериментальный блок с намороженным слоем льда и примороженными к нему образцами устанавливается в рабочее пространство между станиной 1 и нижней загрузочной плитой 3 так, что его рабочая поверхность ориентируется параллельно или перпендикулярно плоскости станины 1 и плиты 3 в зависимости от вида испытаний (на отрыв или сдвиг) по определению адгезионной прочности льда и антиобледенительного покрытия. С помощью регулировочных элементов 9 производится регулировка высоты опорных стоек 2 с последующим непосредственным креплением к испытуемым образцам. Далее посредством механического вращения загрузочного диска 11 производится сжатие пружины 14 за счет вертикального перемещения загрузочного диска 11. Усилие пружины передается на тяговый стержень 8 и, в дальнейшем, через шарнирные механизмы 6 и шаровые тяги динамометра 5 на его датчик 7.
Использование предлагаемого устройства позволяет измерять адгезионную прочность различных видов льда к твердым поверхностям различных материалов как на отрыв, так и на сдвиг с возможностью формирования на них ледовых образований различных типов, а также количественно оценить затрачиваемую для разделения единицы площади такого контакта энергию.