УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ И ПРОДОЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к приборостроению для легкой и текстильной промышленности и может быть использована для исследования деформационных характеристик легкодеформируемых (высокоэластичных) материалов типа тканей и трикотажных полотен с вложением полиуретановых нитей.
Известен прибор [Бузов Б.А. Практикум по материаловедению швейного производства. - М.: Издательский центр «Академия», 2003, с.103-104] для измерения продольной и поперечной деформаций текстильных материалов, который содержит средства для закрепления материала, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга по двум взаимно перпендикулярным направлениям, и систему считывания продольной и поперечной деформаций при одноосном нагружении. К недостаткам этого прибора следует отнести технологические ограничения, возникающие при исследовании высокоэластичных материалов вследствие появления при одноосном нагружении краевого эффекта в виде спиралевидной кромки по длине образца. При этом определение величины поперечной деформации (сужения) образца технологически и технически затруднено вследствие необходимости расправления спиралевидной кромки посредством ручных приемов и удержания ее в расправленном состоянии в ходе измерения, что создает дополнительные труднопрогнозируемые погрешности не инструментального характера.
Известно устройство для измерения поперечной деформации высокоэластичных материалов [патент РФ №2002243, опубл. 1993.10.30], которое содержит механизм задания продольной деформации в виде разрывной машины, датчик измерения, регистрирующий блок, оптическую систему и предметную рамку, выполненную из двух частей, одна из которых неподвижно связана с оптической системой, а другая установлена с возможностью поворота относительно первой, при этом в ней выполнены прорези для прохождения светового потока, в центральной части расположена игла, предназначенная для фиксации материала, а датчик измерения выполнен в виде фотоэлемента, установленного на поворотной части предметной рамки.
Недостатком этого устройства является его сложность, обусловленная закреплением устройства в процессе измерения непосредственно на образце, что создает неудобства и вносит погрешность в результаты за счет веса самого устройства. Для устранения краевого эффекта (спиралевидное кромок) в известном устройстве материал пропускают между двумя ограничивающими плоскостями, что увеличивает погрешность измерения за счет наличия сил трения. Кроме того, на точность измерения известного устройства влияет также погрешность, связанная с неизбежными флюктуациями интенсивности исходного светового потока.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения поперечной деформации высокоэластичных материалов [патент РФ №2354931, опубл. 2009.05.10 - прототип], которое содержит механизм задания нагружения и продольной деформации, шкалы нагружения и продольной деформации, датчик измерения, выполненный в виде компьютерной мыши, жестко соединенной со стрелкой-расправителем спиралевидной кромки и обеспечивающей возможность ее перемещения между осевой линией и кромкой образца в деформированном состоянии при ее постоянном контактном взаимодействии с поверхностью образца, регистрирующий блок, включающий персональный компьютер и блок сопряжения и выполненный с возможностью записи показаний шкал нагружения и значений продольной деформации в память компьютера и преобразования полученных данных при помощи программных средств по заданному алгоритму в значения поперечной деформации, коэффициента сужения и условного коэффициента Пуассона.
Недостатком известного устройства следует признать погрешность измерения поперечной деформации, связанную с произвольным отклонением стрелки-расправителя кольцеобразной кромки от линии, перпендикулярной оси образца, и неточностью ее установки на исходную позицию, которая обусловлена несовершенством и неудобством условий указанной установки, а также невозможность измерения продольной деформации и формирования базы данных в автоматическом режиме.
Задачей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего повышение точности измерения при одновременном расширении технологических возможностей устройства.
Технический результат полезной модели заключается в устранении погрешностей измерения поперечной деформации, связанных с возможным отклонением стрелки-расправителя кольцеобразной кромки от линии, перпендикулярной оси образца, и неточностью ее установки на исходную позицию, а также в обеспечении условий измерения в автоматическом режиме продольной деформации и формирования базы данных.
Указанный технический результат обеспечивается устройством для измерения поперечной и продольной деформации высокоэластичных материалов, содержащим систему зажимов испытуемого образца, механизм задания нагружения и продольной деформации, датчик измерения в виде компьютерной мыши, жестко соединенный со стрелкой-расправителем спиралевидной кромки, регистрирующий блок, включающий компьютер и выполненный с возможностью преобразования величины перемещения стрелки-расправителя спиралевидной кромки в значения деформации, коэффициента сужения и коэффициента Пуассона и визуализации на экране монитора перемещений стрелки-расправителя и результатов преобразования, в котором, в отличие от известного, стрелка-расправитель спиралевидной кромки образца выполнена с возможностью поперечного, продольного и поворотного движения относительно испытуемого образца, при этом механизм задания продольной деформации выполнен в виде разнесенных в пространстве токопроводящих шин, одна из которых устроена подвижной, причем шины посредством компьютерной мыши скоммутированы с процессором, а регистрирующий блок выполнен с возможностью одновременного преобразования величины перемещения стрелки-расправителя в значение продольной деформации.
Структурно-кинематическая схема устройства наглядно представлена на чертеже.
Функциональная часть прибора содержит зажимы 1 и 2 образца с реперными метками 3, монтажный столик 4 для размещения образца, винтовую передачу 5. Опорная плоскость монтажного столика 4 обеспечивает условия непровисания образца в ходе исследования.
Винтовая передача 5 совместно с упругими элементами 6 обеспечивает нагружение образца и, соответственно, его продольную деформацию.
Заявляемое устройство также содержит компьютер 7, компьютерную мышь 8, жестко связанную с реечной передачей 9 и стрелкой-расправителем 10, смонтированной в контакте с токопроводящей пружиной 11. Компьютерная мышь 8 совместно со стрелкой-расправителем 10 в процессе перемещения при непосредственном контакте с поверхностью исследуемого образца, находящегося в деформированном состоянии, и одновременного расправления его спиралевидной кромки обеспечивают сканирование деформации (смещения) указанного образца в поперечном и продольном направлениях относительно первоначально выбранного базового положения.
Для обеспечения возможности указанного сканирования устройство содержит рифленое колесо 12, ручку поворота 13 каретки 14, эксцентрики 15, установленные в боковинах платформы 16, направляющие 17 для продольного перемещения каретки 14, токопроводящие шины 18, 19, 20, и 21. Левая 22 и правая 23 клавиши компьютерной мыши скоммутированы с разнесенными в пространстве токопроводящими шинами 18, 19, 20 и 21.
Устройство работает следующим образом.
В память компьютера 7 вносят исходные данные (начальные параметры образца, вид материала, его волокнистый состав и т.д.), необходимые для последующего формирования базы данных. Затем, после закрепления образца 24 по условию совпадения нанесенной на нем базовой (нулевой) линии, в качестве которой служит условно принимаемая за линию отсчета ось симметрии указанного образца или смещенная параллельно ей другая линия, с реперными метками 3 зажимов 1 и 2 осуществляют настройку нулевого значения поперечной деформации и обеспечивают соответствующую установку стрелки-расправителя 10 в базовом (нулевом) положении.
Для установки стрелки-расправителя 10 в базовом положении после нагружения образца используют колесо 12, передающее поворотное движение на реечную передачу 9, которая обеспечивает поперечное перемещение стрелки-расправителя 10. Затем при помощи поворотной ручки 13 стрелку-расправитель 10 совмещают с осевой базовой линией для измерения поперечной деформации образца 24, при этом базовой линией для измерения продольной деформации служит исходное положение одного из зажимов 1, 2.
Вертикальное перемещение каретки 14 и, соответственно, стрелки-расправителя 10, обеспечивается эксцентриками 15, установленными в боковинах платформы 16.
Продольное перемещение каретки 14 для определения продольной деформации происходит по направляющим 17, одна из которых закреплена в эксцентриках 15.
Посредством винтовой передачи 5 осуществляют нагружение образца на заданную величину, иными словами, перемещение зажима 1 на заданную величину продольной деформации.
Затем, зафиксировав положение стрелки-расправителя 10 относительно осевой линии, ее перемещают в поперечном направлении от базовой линии к боковому срезу образца 24, расправляя при этом образовавшуюся спиралевидную кромку. При достижении стрелкой-расправителем 10 кромки образца 24 в результате контакта токопроводящей пружины 11 и токопроводящей шины 18 замыкается цепь компьютерной мыши 22, сигнализируя о прекращении изменения координат стрелки-расправителя 10 и отсчета величины ее поперечного смещения с одновременной записью информации в память компьютера 7.
Далее осуществляют вертикальное перемещение стрелки-расправителя 10 и, установив ее в верхнее положение, перемещают в направлении токопроводящей шины 19, которая является началом отсчета координат для определения деформации в осевом (продольном) направлении. После замыкания цепи контактной пружиной 11 и шиной 19 стрелку-расправитель 10 перемещают к зажиму 1 до контакта с шиной 20; при соприкосновении стрелки-расправителя 10 с шиной 20 вновь замыкается цепь, сигнализирующая об окончании изменения координат стрелки-расправителя 10, характеризующих величину продольной деформации образца. Таким образом, в память компьютера поступают и автоматически записываются данные для расчета значений продольной информации.
Перемещая стрелку-расправитель 10 до контакта с шиной 21, замыкают цепь компьютерной мыши 23, что сигнализирует о прекращении считывания координат положения пружины 11 и указывает соответствующую величину нагружения образца 24. Соответствующие данные поступают в память компьютера 7.
Компьютер 7 на основании исходных данных и загруженной в его память информации расчетным путем с помощью программных средств по соответствующим заложенным в его память алгоритмам производит расчет требуемых параметров, а именно, значений поперечной и продольной деформации образца, коэффициента сужения и условного коэффициента Пуассона, и формирует базу данных для различных материалов.