Устройство для исследования релаксации напряжения текстильных материалов при фиксированной деформации

Устройство применяется для исследования релаксации напряжения текстильных материалов при постоянной деформации. Данная упрощенная конструкция устройства позволяет повысить точность измерения релаксации напряжения деформируемых материалов. Устройство для испытания деформационно-релаксационных свойств легкодеформируемых материалов содержит тепловую камеру со средствами подачи паровоздушной среды, механизм нагружения материала, а также средства измерения и преобразования параметров напряженно-деформированного состояния легкодеформируемых материалов. В качестве измерительного инструмента в устройстве используется пневмопривод с пневмоцилиндром, во внутренней части которого установлен кольцевой упор для фиксации поршня в исходном положении с возможностью герметизации штоковой полости и мгновенного сброса давления в поршневой полости через шлицевые срезы поршня. Шток поршня пневмоцилиндра связан с условно неподвижным зажимом исследуемого образца. Блок преобразования параметров текущего значения напряжения материала, определяемого величинами перемещения штока пневмоцилиндра, связан посредством блока сопряжения с микропроцессором. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для исследования кинетики деформационно-релаксационных процессов легкодеформируемых материалов.

Известен прибор (а.с. СССР №335532, опубл. 16.05.72) для исследования релаксации деформаций (усадки) волокнистых материалов, содержащий сосуд для замачивания образца, весовую систему и измерительную систему, состоящую из осветителя, оптической призмы и фотокамеры.

Недостатком этого устройства являются ограниченные технологические возможности, связанные с тем, что в этом случае релаксация напряжения материала сопровождается релаксацией деформаций, чего при решении ряда технологических задач, в частности, при формовании швейных изделий на прессах влажно-тепловой обработки не должно происходить, т.е. процесс релаксации напряжения должен выполняться при фиксированной деформации. Кроме того, известное устройство не обеспечивает возможности исследования релаксации деформаций (параметров усадки) материала под действием различных теплоносителей в широком диапазоне их температурного и фазового состояния.

Известно устройство (а.с. СССР №1366945, опубл. 15.01.88 - прототип) для испытания швейных материалов при влажно-тепловой обработке в условиях их фиксированной деформации, содержащее тепловую камеру со средствами подачи паровоздушной среды, пассивный и активный зажимы для исследуемого образца материала, механизм нагружения образца, включающий электромагнитный привод и размещенный на подвижной платформе, связанной с электромотором, а также средства регистрации деформации и измерительную систему для регистрации усилия, выполненную в виде тензометрической балки, жестко связанной незакрепленным концом с пассивным зажимом.

Недостатками известного устройства являются сложность его конструктивного исполнения, обусловленная наличием механического и электрического приводов, а также значительная погрешность измерения параметров напряженно-деформированного состояния материала, в частности, релаксации напряжения, вследствие взаимодействия материала с упругой тензометрической балкой, поскольку пассивный зажим образца фактически является подвижным из-за деформации указанной балки.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение точности измерения релаксации напряжения деформируемых материалов.

Решение задачи достигается тем, что устройство для исследования релаксации напряжения текстильных материалов при постоянной деформации содержит тепловую камеру со средствами подачи паровоздушной среды, пассивный и активный зажимы для исследуемого образца материала, механизм нагружения образца и измерительную систему, при этом устройство дополнительно содержит микропроцессор, логический блок совпадения «И» и блок сопряжения, а измерительная система, в отличие от известного устройства, включает пневмопривод с пневмоцилиндром, датчик давления с электронным выходом, сенсорный датчик смещения пассивного зажима, при этом во внутренней части пневмоцилиндра между его торцевыми стенками установлен кольцевой упор фиксации поршня в исходном положении с возможностью герметизации штоковой полости и мгновенного сброса давления в поршневой полости через шлицевые срезы поршня и двухлинейный пневматический клапан, причем шток поршня жестко связан с условно неподвижным зажимом исследуемого объекта, а датчик давления с электронным выходом, сенсорный датчик и логический блок совпадения «И» скоммутированы посредством блока сопряжения с микропроцессором.

Устройство наглядно представлено чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - конструктивная схема пневмоцилиндра.

Устройство содержит пневмопривод, в состав которого входит пневмоцилиндр 1, во внутренней части которого между торцевыми стенками установлен кольцевой упор 2 (фиг.2) для фиксации поршня 3 в исходном положении с возможностью герметизации штоковой полости А посредством специальной накладки 4. Для мгновенного сброса давления в полости Б пневмоцилиндра служат шлицевые срезы 5, выполненные в поршне 3, и двухлинейный клапан 6.

В состав устройства входят также два зажима 7, 8 для образца исследуемого материала, винтовая система нагружения 9 и оцифрованные шкалы 10 и 11 показаний «усилие - деформация». Один из зажимов 7 (активный) связан с системой нагружения, а второй условно неподвижный (пассивный) зажим 8 связан с поршнем пневмоцилиндра 3, датчиком давления цифрового типа (цифровым манометром) 12, имеющим электронный выход, и сенсорным датчиком 13, отмечающим начало движения поршня.

Кроме того, устройство содержит логический блок «И» - схему совпадения 14, блок сопряжения 15 (контроллер) и процессор 16, обеспечивающие последующее преобразование и компьютерную обработку результатов исследования.

Для варьирования параметров паровоздушной или иной среды, влияющих на скорость процесса релаксации напряжения в материале, устройство включает термокамеру 17 с набором элементов для контроля температурного режима процесса релаксации напряжения и обеспечения надежной и корректной работы устройства, смонтированных на общей станине 18. Полный набор элементов на чертежах не показан.

Исследование релаксации напряжения при фиксированной деформации может осуществляться как в номинальном температурном режиме и влажности, так и при действии теплоносителя в виде паровоздушной среды с варьируемой влажностью или газовой среды различного температурного уровня.

Устройство работает следующим образом.

Перед исследованием испытуемый образец текстильного материала 19 устанавливают в зажимах 7, 8 и фиксируют в заданном положении в пространстве термокамеры 17. Нагружение образца материала, варьируемое в зависимости от требуемой деформации, осуществляется посредством винтовой передачи 9 и подвижного (активного) зажима 7. При этом регистрация перемещения подвижного среза образца материала (его деформация) осуществляется на оцифрованных шкалах 10 и 11 показаний «усилие - деформация».

Значения деформации образца текстильного материала на заданную величину и приложенного усилия как часть исходных данных перед началом исследований кинетики релаксации усилия (напряжения) передаются в процессор 16.

При этом штоковая часть поршня пневмоцилиндра 1, жестко связанная с пассивным зажимом 8, своей поршневой частью 3 упирается в кольцевые выступы и герметично изолирует между собой полости А и Б. Благодаря жесткости связи штоковой части поршня пневмоцилиндра с зажимом 8, последний является в исходном положении неподвижным и фиксирует срез материала, обеспечивая его заданную деформацию.

После деформации образца на заданную величину и ее фиксации в термокамере при закрытом клапане 6 в полость Б пневмоцилиндра подается воздух под давлением, которое возрастает вплоть до начала движения поршня. Давление в полости Б при этом измеряется цифровым манометром 12 и в виде электронного кода сигнала определенного уровня поступает через блоки 14 и 15 на вход процессора 16, одной из функций которого является формирование команд управления клапаном 6, который коммутирует магистраль подготовки воздуха с атмосферой и с поршневой полостью Б.

Сенсорный датчик 13 фиксирует начало смещения пассивного зажима 8 совместно со штоковой частью поршня 3 и подает сигнал на один из входов блока совпадения 14, который дает разрешение на передачу информации о величине давления, соответствующего началу этого движения, через блок сопряжения 15 в процессор 16.

Давление, соответствующее началу трогания поршня и уравновешивающее усилие отрыва поршня от разделительного кольца 2, является информативным параметром. При этом усилие отрыва определяется следующим образом:

где Т_i - усилие, действующее на материал при его деформации с учетом релаксации напряжения; ΔТ - приращение усилия, зависящее от сил трения при взаимодействии подвижных элементов устройства.

Давление в полости Б уравновешивается сопротивлением со стороны пассивного зажима 8 образца и силами трения в кинематических парах. Таким образом, начало периодического трогания поршня с фиксированного места, определяемое с помощью сенсорного датчика 13, отражает процесс релаксации усилия (напряжения). При этом следует отметить, что указанная величина релаксации усилия (напряжения) сопровождается релаксацией деформации, несоизмеримо малой по сравнению с ее изначально задаваемым и фиксированным значением, и может в соответствующих условиях считаться постоянной.

Так как релаксация внутреннего напряжения (а следовательно, действующего усилия) в материале происходит непрерывно, то при повторении цикла измерения соответствующим образом убывает и усилие отрыва поршня пневмоцилиндра от кольцевой стенки.

Изменяющееся в каждом цикле измерения значение давления, соответствующего началу трогания поршня с места, в виде кода цифровых сигналов поступает через логический блок совпадения 14 и блок сопряжения 15 в процессор 16, который обрабатывает информацию по заданному алгоритму и затем формирует команду на закрытие клапана 6.

После закрытия клапана 6 рабочее тело (паровоздушная смесь) из блока подготовки воздуха поступает в поршневую полость Б цилиндра для повторения цикла измерения.

Процессор, ведя соответствующий отсчет времени, строит кинетику релаксации усилия при фиксированной деформации и с пересчетом по известным зависимостям кинетику релаксации напряжения - σ=f(t).

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности измерения релаксации напряжения деформируемых материалов при одновременном упрощении конструкции. Кроме того, система обработки информации с использованием компьютерных средств, обеспечивающая запись, хранение и сравнение полученных результатов, открывает широкие возможности установления определенных закономерностей.

Устройство для исследования релаксации напряжения текстильных материалов при фиксированной деформации, содержащее тепловую камеру со средствами подачи паровоздушной среды, пассивный и активный зажимы для исследуемого образца материала, механизм нагружения образца и измерительную систему, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит микропроцессор, логический блок совпадения И и блок сопряжения, измерительная система выполнена в виде пневмопривода с пневмоцилиндром и включает датчик давления с электронным выходом и сенсорный датчик начала смещения пассивного зажима, при этом во внутренней части пневмоцилиндра между его торцевыми стенками установлен кольцевой упор фиксации поршня в исходном положении с возможностью герметизации штоковой полости и мгновенного сброса давления в поршневой полости через шлицевые срезы поршня и двухлинейный пневматический клапан, причем шток жестко связан с пассивным зажимом исследуемого образца, поршневая полость пневмоцилиндра связана с датчиком давления, а датчик давления, сенсорный датчик начала смещения пассивного зажима и логический блок совпадения И скоммутированы посредством блока сопряжения с микропроцессором.