Портативная разрывная машина для испытания нити при одноосном растяжении
PORTABLE BREAKING MACHINE FOR TESTING THREADS AT MONOAXIAL STRETCHING

Изобретение относится к технике испытаний и измерений, а именно к устройствам для исследования механических свойств материалов с малым поперечным сечением, предпочтительно высокоэластичных нитей.
Из предшествующего из уровня техники известны мобильные разрывные машины, применяемые для испытания текстильных материалов, эластомеров, пищевых продуктов, проволоки, бумаги и полимерной пленки, с поступательным движением одного из зажимов, особенностью которых является наличие зоны испытания, создаваемой за счет одно- или двухколонной конструкции. К таким устройствам относятся: разрывная машина МТ110-0,5-V (сертификат об утверждении типа средства измерений №4923 от 25.10.2007, зарегистрирован под номером РБ 0303324507); универсальные испытательные машины Instron™ серии 5900, в частности одноколонная испытательная система Instron™ настольного типа серии 5940 для малых усилий до 2 кН (прототип). В данных устройствах зона деформирования образца ограничена длиной направляющих, что ограничивает возможность проведения испытаний высокоэластичных материалов. Недостатком этих машин являются значительные габариты (высота более 1 метра) и большая масса (более 10 килограмм), связанные с необходимостью создания испытательной зоны. Это существенно затрудняет портативное использование подобных устройств.
Известна также разрывная машина для исследования натурных элементов парашютных систем, выполненных из высокоэластичного материала, которая снабжена группой дополнительных силовых гидроцилиндров, ход поршня которых больше хода поршня основных гидроцилиндров, что обеспечивает возможность получения большего рабочего хода (Патент СССР 15.08.1982 - SU 951104). Недостатком данного устройства является его техническая сложность, отсутствие автоматизированных устройств обработки данных, габариты данной установки не позволяют считать устройство портативным.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в реализации переносного устройства, обеспечивающего достаточную разрывную способность при минимальных габаритах и весе, пригодном для испытания высокоэластичных нитей, отвечающего современным требованиям по безопасности, энергосбережению, долговечности, удобству транспортировки, монтажа и эксплуатации, а также снижение затрат на его приобретение и эксплуатацию.
Поставленная задача решается за счет того, что поступательное движение зажима разрывной машины заменяется на вращательное через наматывание образца нити на вал двигателя, что позволяет сделать неограниченной зону деформации образца нити и уменьшить габариты устройства за счет исключения из конструкции направляющих для подвижного зажима разрывной машины (колонн). В качестве силового устройства используется электрический (шаговый) двигатель (2). Двигатель подключается к внешнему блоку питания (8). Питание двигателя с установкой подачи тока на него, а также выбор количества микрошагов двигателя осуществляется через драйвер шагового двигателя (7), что позволяет варьировать скорость нагружения образца. Определение значения нагрузки происходит с помощью одноточечного тензометрического датчика (3). Внутри корпуса разрывной машины расположена плата микроконтроллера (4), обеспечивающая синхронную и правильную работу двигателя и датчика, а также передачу данных с датчика на персональный компьютер (5).
Все компоненты устанавливаются на жесткую раму (6). Для обеспечения жесткости рамы в местах установки двигателя и тензометрического датчика крепятся металлические пластины. Управление, снятие показаний, а также проведение расчетов, статистических анализов и других операций производится на персональном компьютере (5), с которым сопрягается установка по USB или RS232 каналам.
Универсальность узлов удешевляет ремонт в случае выхода машины из строя. Возможность сопряжения установки с ПК делает разрывную машину полноценным вариантом портативного лабораторного оборудования для исследования деформационных характеристик нитей.
В частном случае исполнения масса разрывной машины составляет порядка 2 кг, габаритные размеры - 150×200×500 мм.
На фиг. 1 представлена схема нагружения нити в портативной разрывной машине для испытания нити при одноосном растяжении, на фиг. 2 - компонентная схема портативной разрывной машины для испытания нити при одноосном растяжении.
Устройство работает следующим образом: один конец нити закрепляется в неподвижном зажиме (1), установленном на тензометрическом датчике (3). Другой конец нити крепится на валу шагового двигателя (2). После включения двигателя нить с постоянной скоростью наматывается на вал. Натяжение нити фиксируется тензометрическим датчиком (3). Управление системой осуществляется при помощи микропроцессорной платы управления и связи (4), которая передает показатели нагружения нити на персональный компьютер (5).
Произведенный патентный поиск с 2010-2015 года по базам данных РФ, США, Евросоюза и Японии не выявил подобных конструкций по классу МПК G01N 3/08.