УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ УДАРНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ
DEVICE FOR DETERMINING RESISTANCE OF GEOSYNTHETIC MATERIALS TO SHOCKED DYNAMIC LOAD

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к производству геосинтетических материалов из химических волокон (нитей) и испытанию их на определение сопротивления ударной динамической нагрузке.
Известно техническое решение, предназначенное для измерения ударной прочности [ГОСТ 27736-88. Детали и изделия из древесины и древесных материалов. Метод определения ударной прочности и защитно-декоративных покрытий. - Москва: Изд-во стандартов, 1988. - 11 с.], содержащее вертикальную трубку с отверстиями для сбрасывания шарика на поверхность испытуемого образца, закрепленного в зажимную рамку.
Данное техническое решение не позволяет проводить испытание с неткаными и ткаными геосинтетическими материалами ввиду особенностей их строения, где основными элементами строения являются волокна и нити, обладающие упругими свойствами.
Известно техническое устройство для определения прочности материалов [Пат. №2014597. Российская Федерация, МПК G01N 33/38. Устройство для определения прочности стройматериалов / Тарлычев A.M.; заявитель и патентообладатель Тарлычев A.M. - №4921926/33; заявл. 29.03.1991; опубл. 15.06.1994. - 7 с.], содержащее корпус со сферическим ударным наконечником и измерителем силы удара.
Недостатком данного технического решения является то, что оно не позволяет проводить испытания с неткаными и ткаными геосинтетическими материалами по причине того, что сферическая поверхность наконечника сжимает, а не перфорирует геосинтетические материалы, содержащие волокна и нити, обладающие упругими свойствами.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, выбранному в качестве прототипа, является устройство для испытания геосинтетических материалов с применением падающего конуса [ГОСТ Р ИСО 13433-2014. Материалы геосинтетические. Метод определения перфорации при динамической нагрузке (испытание падающим конусом). - Москва: Стандартинформ, 2014. - 14 с.], содержащее стойку с основанием, головку с выпускным механизмом, падающий конус, измерительный конус, направляющий стержень, металлический экран, зажимные пластины, установочный винт, защитный слой для конуса. Данное техническое решение предполагает использование лишней операции с применением измерительного конуса, что требует дополнительных затрат времени на осуществление самого процесса измерения. Кроме этого измерительный конус имеет массу, отличную от падающего конуса, что обуславливает дополнительную погрешность при измерении.
Недостатками прототипа являются затраты времени на лишнюю измерительную операцию и снижение точности измерения по причине использования дополнительного измерительного элемента.
Техническим результатом устройства является повышение быстродействия и точности процесса испытания.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для определения сопротивления геосинтетических материалов ударной динамической нагрузке, содержащем стойку прибора, кольцевой механизм для зажима испытуемого образца в горизонтальном положении, защитный экран, ударный конус с направляющим стержнем в основании и выпускной механизм для спускания его с фиксированной высоты, согласно изобретению, между направляющим стержнем и ударным конусом помещена цилиндрическая часть, на которой снаружи размещен ферромагнитный сердечник в форме полого цилиндра, защитный экран выполнен из немагнитного материала, инертного к электромагнитным волнам, а на его внешней стороне установлена катушка индуктивности, при этом высота ферромагнитного сердечника соответствует длине катушки индуктивности, а длина катушки индуктивности больше высоты ударного конуса в 1,5 раза; при этом катушка индуктивности включена в измерительную цепь, где она электрически соединена с мостовой измерительной схемой, к входу которой подключен генератор сигналов, а к выходу - усилитель-детектор и последовательно соединенные между собой квадратор, нормирующий преобразователь и измерительный прибор.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема устройства, на фиг. 2 - структурная схема включения катушки индуктивности в измерительную цепь.
Устройство для определения сопротивления геосинтетических материалов ударной динамической нагрузке (фиг. 1) содержит стойку прибора 1, в основании 2 которой находятся установочные винты 3 для установки ее в вертикальное положение. Выше к стойке 1 прикреплен кольцевой механизм 4 для зажима испытуемого образца в горизонтальном положении, которое закреплено зажимными винтами 5. Выше к стойке 1 в вертикальном положении прикреплен защитный экран 6, выполненный из немагнитного материала, на внешней поверхности которого размещена катушка индуктивности 7. В верхней части стойки 1 расположен выпускной механизм 8 для фиксации и отпуска с помощью рычага 9 направляющего стержня 10, связанного резьбовым соединением с цилиндрической частью 11 ударного конуса 12, расположенной между направляющим стержнем 10 и ударным конусом 12. На цилиндрической части 11 ударного конуса 12 расположен ферромагнитный сердечник 13 в форме полого цилиндра. В самом основании стойки 1 расположен амортизационный слой 14 для защиты конуса от механических повреждений. Катушка индуктивности 7 включена в измерительную цепь (фиг. 2), где она электрически соединена с мостовой измерительной схемой 15, к входу которой подключен генератор сигналов 16, а к выходу усилитель-детектор 17. Далее квадратор, нормирующий преобразователь 19, измерительный прибор 20 последовательно соединены между собой. Длина катушки индуктивности 7 больше высоты рабочей части ударного конуса 11 в 1,5 раза и соответствует высоте ферромагнитного сердечника 13.
2
Устройство функционирует следующим образом. Подготовленный для испытания образец геосинтетического материала (фиг. 1) помещают в кольцевой механизм 4 для зажима испытуемого образца в горизонтальном положении и фиксируют его зажимными винтами 5 без провисания. Стойку прибора 1 устанавливают в вертикальное положение с помощью установочных винтов 3. Направляющий стержень 10, соединенный с цилиндрической частью 11 ударного конуса 12 (в основании диаметром 50 мм и массой 1000±5 г), закрепляют в верхней части стойки 1 с помощью выпускного механизма 8. При проведении испытания образца воздействием на рычаг 9 выпускного механизма 8 освобождается ударный конус 12, расположенный на высоте 500±2 мм, который перемещается вертикально внутри защитного экрана 6, выполненного из диэлектрика (немагнитного материала) и имеющего внутренний диаметр на 5 мм больше диаметра в основании ударного конуса 12. В процессе падения ударный конус 12 изменяет индуктивность катушки 7 вследствие расположенного на цилиндрической поверхности ударного конуса 12 ферромагнитного сердечника 13, выполненного в форме полого цилиндра. Для предохранения поверхности ударного конуса 12 от механических повреждений в основании размещен амортизирующий слой 14, выполненный из плотной резины. Катушка индуктивности 7 соединена с мостовой измерительной схемой 15, к входу которой подключен генератор сигналов 16, обеспечивающий питание мостовой измерительной схемы, а к выходу усилитель-детектор 17, который усиливает сигнал рассогласования измерительного моста. Квадратор 18 преобразует сигнал усилитель-детектора 17 в сигнал, пропорциональный площади отверстия в исследуемом образце, полученного от ударного конуса 12. Нормирующий преобразователь 19 согласует сигнал квадратора 18 с входом измерительного прибора 20 для обеспечения удобного отсчета результата измерения в единицах площади отверстия в исследуемом образце. При фиксировании ударного конуса 12, имеющего коническую поверхность под углом 45°, после удара в испытываемом образце, на индикаторе измерительного прибора 20 будет высвечено значение площади S отверстия в пробе в единицах измерения мм, образованного ударным конусом 12, пропорциональное полученному напряжению с выхода нормирующего преобразователя 20. Защитный экран 6 выполнен из немагнитного материала, инертного к электромагнитным волнам. Длина катушки индуктивности 7 больше высоты рабочей части ударного конуса 12 в 1,5 раза и составляет 90 мм. Высота ферромагнитного сердечника 13 соответствует длине катушки индуктивности 7.
к
к
Для достижения условия линейности зависимости индуктивности катушки 7 от площади S ударного конуса 12 ввиду перемещения около нее ферромагнитного сердечника 13 в форме полого цилиндра, размещенного на цилиндрической части ударного конуса 12, длина катушки L индуктивности 7 выполнена больше высоты Н рабочей части ударного конуса 12 в 1,5 раза.
2
Для испытания использовались образцы нетканых геосинтетических материалов марки «ФилТек» поверхностной плотности 150 г/м, предназначенных для строительства автомобильных дорог при укладке их в земляное полотно. Результаты испытаний приведены в таблице.
Данные, приведенные в таблице, показывают, что быстродействие процесса испытания по предлагаемому техническому решению в среднем на 32 с больше, чем при испытании образца в соответствии с прототипом.
Повышение точности процесса измерения подтверждается тем, что конечный результат измерения прямых многократных измерений записывается в виде:
,
x
(где x - конечный результат измерения;  - среднее значение измеряемой величины; Δx - абсолютная погрешность; t - нормированное отклонение (коэффициент Стьюдента); σ - среднее квадратическое отклонение ; n - число измерений.
2
Ввиду того, что в прототипе конечный результат измерения представляется в единицах измерения мм, а в предлагаемом техническом решении в единицах измерения мм, сравнение по показателям точности осуществляем не в абсолютных, а в относительных единицах, т.е. согласно выражению . В результате имеем на основании данных таблицы относительную погрешность по прототипу δx=4,5%, а по предлагаемому техническому решению δx=1,5%. При сравнении с прототипом относительная погрешность δx заявляемого технического решения меньше на 3%. Следовательно, точность измерения при использовании предлагаемого технического решения оказалась выше.