УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к измерительной технике в текстильной промышленности и служит для измерения физико-механических характеристик текстильных материалов, в частности, определения коэффициента фения волокнистых материалов.
Известно устройство [Свидетельство на полезную модель №68133 РФ, G01N 33/36. Устройство для определения трения текстильных материалов / Лапшин В.В., Смирнова Н.А., Колмогорова Т.А.; заявитель и патентообладатель Костромской государственный технологический университет - №2007107208/22; заявл. 26.02.2007, опубл.: 10.11.2007, Бюл. №31], содержащее механическую конструкцию для создания давления в горизонтальном направлении, два тензометрических датчика, автоматизированную измерительную и регистрирующую части.
В качестве прототипа выбрано устройство для определения диссипативных характеристик пар трения [Патент №2408870 РФ, G01N 19/02. Способ определения диссипативных характеристик пар трения/ Малафеев С.И., Копейкин А.И., Малафеев С.С.; заявитель и патентообладатель Малафеев С.И., Копейкин А.И., Малафеев С.С. - №2009143061/28; заявл. 20.11.2009; опубл. 10.01.2011, Бюл. №1], содержащее приводной двигатель постоянного тока, систему управления двигателем, датчик напряжения, датчик тока, датчик угловой скорости, контроллер, муфту, испытуемую пару трения, устройство нагружения пары трения радиальной силой.
Недостатками известных устройств являются относительная сложность конструкции, ограниченная функциональная возможность, малый диапазон измерений.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности и оперативности измерения коэффициента трения материалов, расширение технических возможностей устройства.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента трения текстильных материалов, содержащем приводной двигатель постоянного тока, систему управления двигателем, датчик тока и датчик угловой скорости, согласно полезной модели, перед последним последовательно установлены петлевой компенсатор, шаговый двигатель и узел изменения натяжения, выполненный, например, в виде бремзы, при этом шаговый двигатель, датчик угловой скорости вращения двигателя, датчик тока двигателя и блок управления двигателем соединены с микроконтроллерным блоком.
Технический результат достигается за счет того, что коэффициент трения материалов измеряется при различных углах поворота бремзы, что позволяет расширить диапазон измерений и изменять силу трения в широких пределах, что, в свою очередь, позволяет повысить точность и оперативность измерения данного параметра. Данное устройство позволяет проводить измерение коэффициента трения пары ткань - материал валов бремзы, расширяя, таким образом, технические возможности устройства.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения коэффициента трения текстильного материала; на фиг. 2 приведена схемотехника блока симметричной бремзы, с соответствующими обозначениями.
Устройство содержит датчик 1 угловой скорости вращения двигателя 2, бремзу 3 (узел изменения силы трения), датчик тока 4 двигателя постоянного тока 2, микроконтроллерный блок 5, шаговый двигатель 6, блок управления двигателем 7 и петлевой компенсатор 8. Двигатель постоянного тока 2 соединен механически с ведущим валом транспортирования ткани. Шаговый двигатель 6 имеет жесткое механическое соединение с бремзой 3.
Датчик угловой скорости 1 подключен на вход блока 7 управления двигателем 2. Выход датчика 4 тока двигателя подключен на вход микроконтроллерного блока 5, выход микроконтроллерного блока 5 подключен на вход управления шаговым двигателем 6.
Устройство работает следующим образом.
В устройство заправляется исследуемый образец материала.
Микроконтроллерный блок 5 после запуска передает на шаговый двигатель 6 последовательность импульсов, обеспечивающую поворот бремзы 3 в положение, при котором угол ее охвата тканью равен нулю и, следовательно, дополнительная сила трения не создается. После этого на блок 7 управления двигателем 2 подается сигнал управления, который обеспечивает включение двигателя 2 при минимальном напряжении питания двигателя. Текстильный материал приходит в движение и устанавливается некоторая постоянная скорость вращения двигателя 2, измеряемая датчиком угловой скорости вращения двигателя 1, которая фиксируется микроконтроллерным блоком 5. После стабилизации скорости двигателя 2, микроконтроллерный блок 5 фиксирует код, определяемый силой тока двигателя 2, полученного от датчика тока 4. Этот ток (или код) пропорционален силе сопротивления движению ткани при отсутствии дополнительной силы трения обусловленной влиянием бремзы 3. После запоминания этого кода микроконтроллерный блок 5 формирует последовательность импульсов на входе шагового двигателя 6, вызывающего поворот бремзы 3 на заданный фиксированный угол поворота. Петлевой компенсатор 8 необходим для компенсации излишнего материала. Сопротивление движению ткани возрастает и для поддержания постоянной угловой скорости вращения двигателя 2, блок 7 управления увеличивает напряжение питания двигателя 2. При этом возрастает ток якоря двигателя 2, который фиксируется датчиком 4. В момент стабилизации скорости двигателя 2, определяемой значением на выходе датчика 1, равным значению зафиксированном в микроконтроллерном блоке 5, происходит фиксация значения тока на выходе датчика 4 и вычисление значения коэффициента трения по следующей формуле:
где k - коэффициент трения;
i
k - коэффициент трения при i-ом замере;
i - количество замеров;
i
P - потребляемая мощность двигателя постоянного тока при i-ом замере;
0
P - потребляемая мощность двигателя постоянного тока в холостом режиме;
i
α - угол охвата материалом валов бремзы при i-ом замере;
Вышеописанная последовательность действий повторяется для следующих значений угла поворота бремзы 3, после чего микроконтроллерный блок 5 вычисляет среднее значение коэффициента трения исследуемой пары материал валов бремзы 3 - ткань.
Угол охвата материалом валов бремзы рассчитывают следующим образом (фиг. 2):
где φ - угол поворота бремзы,
γ - угол охвата материалом принимающего вала,
ξ - угол охвата материалом подающего вала,
где
где
где D - диаметр между центрами валов бремзы,
υ - угол зависящий от радиуса валов бремзы,
a
- расстояние от центра вращения бремзы до центра принимающего вала,
где
где r - радиус валов бремзы,
где
где
где ξ′ - расстояние от центра подающего вала до центра вращения бремзы,
где
где