УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА В ПРОЦЕССЕ ЕГО УДАРНОГО КОНТАКТИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области исследования материалов и может быть использована при исследовании материала в процессе его ударного контактирования, в частности, при исследовании коэффициента восстановления скорости частицы исследуемого материала и ее трения при ударе, например, при исследовании заполнителей бетона, представляющих собой плотные зерна (в виде щебня или гравия) гранита, известняка или пористых зерен керамзита, шлаковой пемзы, аглопорита и других неорганических заполнителей.
Известно, что исследование материалов в процессе их ударного контактирования заключается в определении коэффициента трения и коэффициента восстановления материалов.
Известно устройство для определения коэффициента трения, включающее поверхность, на которой размещен исследуемый образец с привязанным к нему и перекинутым через направляющий ролик тросом с грузом. (Н.В.Бутенин и др. «Курс теоретической механики», т.1, Издательство «Наука», М., 1970, с.82-83).
Недостатком его является возможность определения коэффициента трения в статическом состоянии и узкая технологическая возможность, не позволяющая определить другие характеристики исследуемых материалов.
Известна установка для исследования разрушения конструкционных материалов при контактном взаимодействии с абразивными частицами, включающая станину, метатель частиц исследуемого материала, экран и блок обработки информации, содержащий программу расчета необходимых характеристик («Научно-технический журнал по аналитической химии, физическим, математическим и механическим методам исследования материалов «Заводская лаборатория» 8, том 45, М., Издательство «Металлургия», 1979, с767-768 - прототип). Установка позволяет определить только коэффициент восстановления исследуемых материалов в процессе его ударного контактирования. Метатель выполнен в виде газовой пушки, т.е. частицы исследуемого материала транспортируются газовым потоком, что снижает точность
исследуемых результатов, кроме того, установка приемлема только при исследовании легких частиц и неприемлема для исследования тяжелых частиц бетонных заполнителей. Экран выполнен из двух пластин, расположенных на расстоянии друг от друга и настройка угла падения исследуемых частиц обеспечивается настройкой угла расположения пластин относительно друг друга, что также снижает точность получаемых результатов.
Недостатками известной установки являются ее сложность, низкая точность определяемых характеристик, узкая технологическая возможность, не позволяющая определить другие характеристики исследуемых материалов.
Техническая задача полезной модели состоит в упрощении установки, повышении точности определяемых характеристик, расширении технологической возможности, позволяющей определить коэффициент восстановления и коэффициент трения исследуемого материала в процессе его ударного контактирования.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для исследования характеристик материала в процессе его ударного контактирования, включающей станину, метатель частиц исследуемого материала, экран и блок обработки информации, содержащий программу расчета необходимых характеристик, метатель частиц исследуемого материала выполнен в виде цилиндрического корпуса с размещенной в нем пружиной и лебедки, свободный конец троса которой присоединен к пружине, экран выполнен в виде сопряженных друг с другом металлических пластин, причем на метателе и на одной из пластин экрана размещены датчики, предназначенные для определения доударных характеристик исследуемого материала, а на другой пластине размещена группа датчиков, предназначенных для определения послеударных характеристик исследуемого материала, при этом все датчики связаны с блоком обработки информации, а программа блока обработки информации дополнительно снабжена системой координат, в качестве исследуемого материала использованы, например, заполнители бетона, представляющие собой плотные зерна (в виде щебня или гравия) гранита, известняка или пористые зерна керамзита, шлаковой пемзы, аглопорита и других неорганических заполнителей, в качестве частиц исследуемого материала использованы частицы разных форм и размеров, а характеристики исследуемого материала представляют собой коэффициенты восстановления скорости частицы исследуемого материала и ее трения при ударе.
Полезная модель имеет следующие отличия от прототипа:
метатель бомбардирующих частиц материала выполнен в виде цилиндрического корпуса с размещенной в нем пружиной и лебедки, свободный конец троса которой присоединен к пружине;
- экран выполнен в виде сопряженных друг с другом металлических пластин;
- на метателе и на одной из пластин экрана размещены датчики, предназначенные для определения доударных характеристик исследуемого материала;
- на другой пластине экрана размещена группа датчиков, предназначенных для определения послеударных характеристик исследуемого материала;
- все датчики связаны с блоком обработки информации;
- программа блока обработки информации дополнительно снабжена системой координат;
- в качестве исследуемого материала использованы, например, заполнители бетона, представляющие собой плотные зерна (в виде щебня или гравия) гранита, известняка или пористые зерна керамзита, шлаковой пемзы, аглопорита и других неорганических заполнителей;
- в качестве частиц исследуемого материала использованы частицы разных форм и размеров;
- характеристики исследуемого материала представляют собой коэффициенты восстановления скорости частицы исследуемого материала и ее трения при ударе.
Это позволит упростить установку, повысить точность определяемых характеристик, расширить технологическую возможность, позволяющую определить коэффициент восстановления и коэффициент трения исследуемого материала в процессе его ударного контактирования.
В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено технических решений с указанной совокупностью признаков.
Заявленное техническое решение применимо и будет использовано в отрасли в 2007 г.
На фиг.1 изображена установка для исследования характеристик материала в процессе его ударного контактирования (момент до у дара о пластину 11);
На фиг.2 - тоже, (момент после удара о пластину 11);
На фиг.3 - то же, вид на пластину 12, вид по стрелке А на фиг.2;
На фиг.4 - то же, система координат программы блока обработки информации;
Установка для исследования характеристик материала в процессе его ударного контактирования включает станину 1, метатель 2 частиц 3 исследуемого материала, экран 4 и блок обработки информации 5, содержащий программу расчета
необходимых характеристик. Метатель 2 частиц 3 исследуемого материала выполнен в виде цилиндрического корпуса 6 с размещенной в нем пружиной 7 и лебедки 8, свободный конец 9 троса 10 которой присоединен к пружине 7. Экран 4 выполнен в виде сопряженных друг с другом металлических пластин 11 и 12. На метателе 2 и на одной из пластин 11 экрана 4 размещены датчики соответственно 13 и 14, предназначенные для определения доударных характеристик исследуемого материала, а на другой пластине 12 размещена группа датчиков 15, 16 и 17, предназначенных для определения послеударных характеристик исследуемого материала, при этом все датчики связаны с блоком обработки информации 5, а программа блока обработки информации дополнительно снабжена системой координат 18.
Установка для исследования характеристик материала в процессе его ударного контактирования работает следующим образом.
В качестве частиц 3 исследуемого материала применяли поочередно заполнители бетона, представляющие собой плотные зерна (в виде щебня или гравия) гранита, известняка или пористые зерна керамзита, шлаковой пемзы, аглопорита и др. неорганические заполнители (с различным модулем упругости). Кроме того, частицы 3 исследуемого материала применяли разных форм (шарообразная, эллипсоидная) и разных размеров.
1
2
1
1
В метатель 2 помещают одну из частиц 3 исследуемого материала. Пружина 7 метателя 2 при этом не напряжена. Посредством натяжения троса 10 лебедкой 8 пружину 7 приводят в напряженное состояние. Происходит разрыв троса 10, держащего пружину 7 в напряженном состоянии, пружина 7 мгновенно возвращается в исходное состояние, выстреливая частицу 3. При выходе из метателя 2 датчик 13 фиксирует момент вылета частицы 3 (t), а датчик 14 фиксирует момент удара (t) частицы 3 о пластину 11 экрана 4. Расстояние пройденное частицей 3 до пластины 11 экрана 4 (L) заранее известно. Следует отметить, что расстояние пройденное частицей 3 до пластины 11 (L) и угол падения ∠α ее на пластину 11 заранее настраивается перед запуском установки в работу и соответствует углу установки пластины 11 к оси метателя 2.
1
1
1
2
1
На основе импульсов, переданных от датчиков 13 и 14 в блок обработки информации 5 вычисляется доударная скорость (V) частицы 3, как V=L/(t-t).
3
1
2
3
Далее частица 3 отражаясь под углом ∠β от пластины 11 экрана 4 ударяется о пластину 12 экрана 4, при этом группа датчиков 15, 16 и 17 фиксируют момент касания (t) частицей 3 пластины 12 экрана 4 и величины реакций силы (R, R и R) пластины 12 в точках установки датчиков 15, 16 и 17.
2
2
На основе импульсов, переданных от датчиков 15, 16 и 17 в блок обработки информации 5 определяются координаты точки касания исследуемой частицы 3 пластины 12 экрана 4, вычисляется расстояние (L), скорость (V) частицы 3, а также угол ∠β ее отражения от пластины 11 экрана 4, что дает возможность механизму 5 определить и выдать на цифровое табло (на фиг. не показано) необходимые для оценки характеристики, а именно:
- коэффициент восстановления скорости частицы:
- коэффициент трения частицы при ударе:
Таким образом, полезная модель позволит упростить установку, повысить точность определяемых характеристик, расширить технологическую возможность, позволяющую определить коэффициент восстановления и коэффициент трения исследуемых материалов.