Приспособление для определения усилий сдвига намагничивающихся дисперсных материалов

 

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств материалов, в частности к устройствам для определения усилий, необходимых для сдвига частиц намагничивающихся дисперсных материалов друг относительно друга. Приспособление для определения усилий сдвига намагничивающихся дисперсных материалов содержит стол с отверстием, съемный поддон с полусферической рабочей полостью, подвижную обойму, ограничители ее подъема и перемещения, направляющие, вкладыш с полусферической рабочей полостью и центральным осесимметричным отверстием для засыпки дисперсного материала, установленный в обойме, стопоры для фиксации вкладыша, крышку с упругим элементом и винтом, фиксирующим положение крышки относительно подвижной обоймы, крючок для соединения с динамометрическим устройством, закрепленный на обойме, пуансон для передачи давления от упругого элемента на дисперсный материал, размещенный в центральном осесимметричном отверстии вкладыша. Поддон размещен в отверстии стола, а направляющие образованы бортами поддона, при этом ограничители подъема обоймы, выполненные в виде планок или роликов, закреплены на этих бортах. Устройство также снабжено опорами качения, закрепленными в поддоне с возможностью соприкосновения с нижней поверхностью подвижной обоймы. Данное изобретение позволяет уменьшить габариты приспособления, повысить точность определения с его помощью усилий сдвига и обеспечить удобство эксплуатации приспособления. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств материалов, в частности к приборам для определения усилий сдвига, величины внутреннего трения и структурного сцепления намагничивающихся дисперсных материалов, приобретающих прочность при воздействии магнитного поля.

Известно приспособление для определения усилий сдвига в образце дисперсных материалов, содержащее стол с поддоном, подвижную обойму с вкладышем, направляющие для этой обоймы, закрепленные на столе, нагрузочный механизм, закрепленный в обойме. Для перемещения обоймы служит динамометрический механизм. Образец имеет форму параллелепипеда /1/.

Основным недостатком приспособления является то, что оно не позволяет точно определить усилия сдвига намагничивающихся дисперсных материалов в зависимости от ориентации плоскости сдвига относительно вектора индукции внешнего магнитного поля, т. к. форма образца в виде параллелепипеда требует учета влияния размагничивающего фактора, которое вносит дополнительные погрешности и повышает трудоемкость измерений.

Известно приспособление для определения усилий сдвига намагничивающихся материалов, содержащее стол с отверстием, соосно с которым на нижней поверхности стола укреплен поддон с рабочей полостью, подвижную обойму, скользящую вдоль горизонтальных направляющих в виде штанг, которые одновременно являются ограничителями подъема обоймы, ограничители перемещения обоймы, выполненные в виде регулировочных винтов-стоек, служащих для закрепления штанг и установления необходимого зазора между столом и торцем подвижной обоймы, вкладыш с полусферической рабочей полостью и центральным осесимметричным отверстием для засыпки исследуемого материала заданной массы, установленный в подвижной обойме, крышку с винтами, фиксирующими положение крышки относительно обоймы, упругий элемент в виде пружины для передачи давления через вкладыш на испытуемый материал, стопор для фиксации вкладыша в момент засыпки материала, выполненный в виде винта, и крючок для присоединения подвижной обоймы к динамометрическому механизму. Поддон, вкладыш и стол образуют сферическую рабочую полость для образца в форме шара из дисперсного материала /2/.

Основные недостатки приспособления: - повышенные габариты из-за выполнения направляющих в виде штанг, что приводит к увеличению габаритов, массы и энергопотребления источника магнитного поля; - неудобство в эксплуатации и повышенная трудоемкость изготовления образца из-за необходимости, во-первых, перемещения приспособления вместе со столом от места уплотнения дисперсного материала в сферической рабочей полости приспособления к источнику магнитного поля, что связано с присоединением поддона к столу, во-вторых, подъема обоймы с помощью винтов и закрепления вкладыша винтом во время засыпки исследуемого материала; - пониженная точность определения усилий сдвига из-за попадания и заклинивания мелких частичек дисперсного материала в зазор между столом и обоймой или вкладышем, что препятствует передаче давления пружины через вкладыш на материал или увеличивает трение обоймы; повышенного трения обоймы о направляющие в виде штанг, которые трудно выставить горизонтально с помощью винтов-стоек при каждом измерении; отклонения формы образца от шарообразной при подъеме вкладыша вместе с обоймой; - повышенная трудоемкость изготовления приспособления вследствие образования рабочей полости для дисперсного материала с помощью трех деталей: стола, обоймы и вкладыша.

Сущность изобретения заключается в том, что приспособление для определения усилий сдвига намагничивающихся дисперсных материалов, содержащее стол с отверстием, поддон с рабочей полостью, подвижную обойму с ограничителями ее подъема и перемещения, направляющие, вкладыш с полусферической рабочей полостью и центральным осесимметричным отверстием для засыпки дисперсного материала, установленный в подвижной обойме, стопор для фиксации вкладыша, крышку с упругим элементом и винтом, фиксирующим положение крышки относительно подвижной обоймы, крючок для соединения с динамометрическим устройством, закрепленный на обойме, снабжено размещенным в центральном осесимметричном отверстии вкладыша пуансоном для передачи давления от упругого элемента на дисперсный материал, поддон выполнен съемным с полусферической рабочей полостью и размещен в отверстии стола, а направляющие образованы бортами поддона, при этом ограничители подъема обоймы закреплены на этих бортах. Ограничители подъема обоймы могут быть выполнены в виде планок. Ограничители подъема обоймы могут быть выполнены в виде роликов.

Кроме этого, приспособление может быть снабжено опорами качения, закрепленными в поддоне с возможностью соприкосновения с нижней поверхностью подвижной обоймы.

Технический результат заключается в уменьшении габаритов приспособления и трудоемкости изготовления образца и приспособления, повышении точности определения усилий сдвига и обеспечении удобства при эксплуатации приспособления.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано приспособление с вертикальными бортами, снабженное опорами качения и роликовыми ограничителями подъема и заполненное дисперсным материалом, в разрезе А-А; фиг. 2 - то же, вид сверху, разрез Б-Б; фиг. 3 - то же, вид C фиг. 1, на фиг. 4 показано исполнение приспособления с вертикальными бортами без опор качения и с ограничителями в виде планки, фрагмент; фиг. 5 - то же с наклонными бортами; на фиг. 6 - то же с роликовыми опорами качения и ограничителями.

Предложенное приспособление содержит стол 1 с отверстием для размещения съемного поддона 2, имеющего полусферическую рабочую полость и направляющие 3 в виде наклонных или вертикальных бортов, подвижную обойму 4, в которой размещен вкладыш 5 с полусферической рабочей полостью и центральным отверстием для засыпки исследуемого дисперсного материала, пуансон 6, размещенный в центральном осесимметричном отверстии вкладыша 5, крышку 7 с винтом 8 для укрепления ее относительно обоймы 4, упругий элемент, например, в виде пружины 9, закрепленный внутри крышки 7, ограничители 10 подъема обоймы 4, выполненные в виде планки (фиг. 4) или роликов (фиг. 1), закрепленные на направляющих 3 поддона 2, крючок 11 для соединения с динамометрическим устройством, закрепленный на обойме 4. Пуансон 6 предназначен для передачи давления от пружины 9 на дисперсный материал. Поддон 2 и вкладыш 5 образуют сферическую рабочую полость для исследуемого материала. Вкладыш 5 на своих бортах имеет вырезы для фиксации его стопорами 12 путем поворота вкладыша 5. Приспособление может быть оснащено опорами качения 13, например, виде роликов, закрепленных в поддоне 2 с возможностью соприкосновения с нижней поверхностью подвижной обоймы 4, а также ограничителем 14 перемещения обоймы. В случае наклонных бортов опоры 13 выполняют одновременно функцию направляющих 3, что уменьшает трение. Ролики опор качения 13 и ограничителей 10 подъема могут располагаться различно, в т.ч. друг над другом.

Приспособление для определения усилий сдвига намагничивающихся дисперсных материалов работает следующим образом.

При измерении усилий сдвига дисперсного материала при различных нормальных нагружениях на него для вычисления угла внутреннего зрения порция исследуемого дисперсного материала 15 засыпается через центральное отверстие во вкладыше 5 в сферическую полость, образованную поддоном 2 и вкладышем 5, зафиксированным стопорами 12. Поддон 2 с обоймой 4, вкладышем 5 и дисперсным материалом 15 устанавливается на устройство для уплотнения дисперсного материала, например вибратор (не показан). При этом уровень засыпки материала выше сферической поверхности вкладыша 5. Стопоры 12 и ограничители подъема 10 предотвращают подъем вкладыша 5 и обоймы 4. После уплотнения в центральное отверстие вкладыша 5 помещается пуансон 6, на него устанавливается крышка 7 с пружиной 9. На крышку 7 устанавливается груз, он сжимает пружину 9 и через пуансон 6 передает давление на исследуемый материал 15. При этом следят, чтобы между пуансоном 6 и вкладышем 5 был небольшой зазор (2-3 мм), свидетельствующий о действительной передаче давления на материал. В противном случае добавляют материал. В этом положении крышка 7 фиксируется винтом 8. Собранное приспособление вместе с образцом материала 15 устанавливается в отверстие стола 1. Выполнение поддона 2 съемным позволяет осуществлять перечисленные действия, в т.ч. уплотнение, без столика, что снижает трудоемкость изготовления образца и упрощает работу приспособления. Крючок 11 присоединяется к динамометрическому устройству и создается усилие, направленное параллельно направляющим 3, которое постепенно увеличивается до момента сдвига обоймы 4. Ограничители 10 предупреждают подъем обоймы 4, а выполнение их в виде роликов уменьшает трение и делает более точными измерения (фиг. 1, 2, 3, 4). Оснащение приспособления опорами качения 13, особенно в случае наклонных бортов, также уменьшает трение и увеличивает точность измерений (фиг. 5, 6). В конце перемещения ограничитель 14 упирается в ограничители 10 подъема, что предупреждает просыпание материала.

При разных нормальных нагрузках на материал определяют напряжения сдвига в зависимости от нормальной нагрузки. При определении магнитной связности исследуемого материала крышку 7 с пружиной 9 можно не использовать, т.к. измерения производят при нулевой нормальной нагрузке. Вкладыш 5 фиксируется стопорами 12 и через его центральное отверстие в сферическую полость засыпается порция дисперсного материала, после чего материал уплотняется (если это необходимо). Ограничители 10 и стопоры 12 предупреждают подъем обоймы 4 и вкладыша 5 при уплотнении вибрацией. В центральное отверстие вкладыша 5 вставляется пуансон 6, криволинейная рабочая поверхность которого является частью полусферической поверхности вкладыша 5. Собранное приспособление устанавливается в отверстие стола 1, который размещен в рабочем объеме источника магнитного поля, например, в виде электромагнита. С помощью крючка 11 обойма 4 присоединяется к динамометрическому устройству. При создании усилия, направленного параллельно направляющим 3, осуществляется сдвиг обоймы относительно поддона. Определяемое при этом усилие за вычетом усилия трения приспособления без образца является магнитной связностью исследуемого материала. При изменении угла между направлением вектора индукции магнитного поля и поверхностью сдвига, которое может осуществляться либо поворотом стола 1, либо поворотом вектора магнитной индукции, эта связность изменяется. Выполнение образца сферическим исключает влияние формы образца на величину связности.

Предложенное приспособление по сравнению с прототипом имеет меньшие габариты за счет выполнения направляющих в виде бортов в поддоне и размещения на них ограничителей подъема; пониженную трудоемкость изготовления образца и приспособления и удобство в эксплуатации за счет выполнения поддона съемным, сферической полости из двух деталей, а направляющих - в виде бортов.

Источники информации 1. Цытович Н.А., Механика грунтов., - М., Стройиздат, 1963., с. 162-164.

2. Авторское свидетельство СССР N 428248, МКИ G 01 N 3/24, 1971.

Формула изобретения

1. Приспособление для определения усилий сдвига намагничивающихся дисперсных материалов, содержащее стол с отверстием, поддон с рабочей полостью, подвижную обойму, ограничители ее подъема и перемещения, направляющие, вкладыш с полусферической рабочей полостью и центральным осесимметричным отверстием для засыпки дисперсного материала, установленный в обойме, стопоры для фиксации вкладыша, крышку с упругим элементом и винтом, фиксирующим положение крышки относительно подвижной обоймы, крючок для соединения с динамометрическим устройством, закрепленный на обойме, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным в центральном осесимметричном отверстии вкладыша пуансоном для передачи давления от упругого элемента на дисперсный материал, поддон выполнен съемным с полусферической рабочей полостью и размещен в отверстии стола, а направляющие образованы бортами поддона, при этом ограничители подъема обоймы закреплены на этих бортах.

2. Приспособление по п.1, отличающееся тем, что ограничители подъема обоймы выполнены в виде планок.

3. Приспособление по п.1, отличающееся тем, что ограничители подъема обоймы выполнены в виде роликов.

4. Приспособление по пп.1-3, отличающееся тем, что оно снабжено опорами качения, закрепленными в поддоне с возможностью соприкосновения с нижней поверхностью подвижной обоймы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6