CN107290227B - 一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪，属于纺织测量技术领域。该测试仪器主要是由前导辊、液晶屏、前夹持杆、仪器基座、后夹持杆、后导辊、断裂检测装置、上传动轴、钢筘板、皮带、下传动轴等部分组成。采用该测试仪，不仅可以测试出线性材料在该仪器中所受的弯曲疲劳作用，还可以通过扫描光束装置和光电传感器观察检测出纱线在弯曲疲劳过程中由于摩擦形成的瑕疵，为研究纤维及纱线的耐磨性能指标提供理论依据。

Description

一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪

技术领域

本发明涉及一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪，属于纺织测量技术领域。

背景技术

纤维及纱线的弯曲疲劳在纺织加工及日常生活中是一个很常见的现象，例如纱线在织机中由于连续开口运动而产生的弯曲疲劳现象；纱线在针织过程中成圈而产生的弯曲疲劳现象；纱线在加工过程中，由于不断地绕过一系列的卷绕辊、罗拉等零件导致的弯曲疲劳现象；一些高机械性能的纱线及织物在实际运用中持续经历冲击碰撞等运动，从而产生的弯曲疲劳现象。另外，纱线在弯曲运动时由于机械磨损，会发生原纤断裂的情况，从而产生瑕疵，不仅影响了纱线的机械性能，还影响了纱线的表面外观。所以，对线性材料进行弯曲疲劳性能测试有很大的研究价值和意义。

目前对线性材料弯曲疲劳的性能测试有一定研究，如在《东华大学学报》2001年第27卷第1期的文章《芳香族聚酰胺(PPTA)纤维弯曲疲劳的形变和断裂机理》中的“Sirus弯曲疲劳仪”；在《纺织学报》2013年5月第34卷第5期的文章《纺织纤维的弯曲疲劳理论及其应用》中的“滑轮式弯曲疲劳仪”、“三点弯曲疲劳仪”、“钟摆式疲劳仪”以及“定点弯曲疲劳仪”；在《高科技纤维与应用》2004年10月第29卷第5期的文章《高性能复合材料弯曲疲劳性能研究》中的“WDS-100型电子万能试验机”。又如专利号为200410053598.7，发明名称为《一种用于柔性材料的弯曲疲劳性能测量装置》，此文献公开了一种在自然状态下用于柔性材料的弯曲疲劳性能测试仪。

上述文献及发明专利均只是考虑到在常温常态下对纱线及纤维进行弯曲疲劳的测试，并没有考虑到在不同环境条件下纱线、纤维弯曲疲劳性能的差异。另外，纱线在持续的弯曲运动过程中，部分纤维会达到疲劳极限从而断裂，再经过弯曲冲撞作用会使纤维从纱线中抽离出来，从而产生了疵点，疵点对于纱线与其成品的机械性能及表态外观都有很大影响。以往的纱线弯曲疲劳测试研究或实验装置中，大多数只是观察纱线在达到弯曲疲劳极限而断裂时的断头形态，并没有观察检测纱线在弯曲疲劳测试中的疵点情况。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种线性材料弯曲疲劳性能的测试仪。该仪器能够模拟出不同的温度、湿度以及紫外、红外下的环境氛围，并且能在弯曲疲劳测试中检测出由于疲劳产生的疵点数量，以解决现阶段对疲劳测试中纱线瑕疵数量检测的需要。为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪，所述的测试仪由前导辊、液晶屏、前夹持杆、仪器基座、后夹持杆、后导辊、断裂检测装置、上传动轴、钢筘板、皮带和下传动轴组成，前导辊和后导辊水平固定于仪器基座的横梁上，在仪器基座的表面安装有一个液晶屏，前夹持杆和后夹持杆的两端均装有凹槽，并活动安置于测试仪水平支架上，前导辊的顶部、前夹持杆、后夹持杆和后导辊的顶部在同一水平面上，彼此之间相互平行并均垂直于横梁，在测试仪的尾部，后导辊的正下方放置有一个断裂检测装置，上传动轴和下传动轴固定安装在仪器基座的纵梁上，且上传动轴和下传动轴在同一竖直平面上，上传动轴和下传动轴通过两端的齿轮与皮带啮合进行传动，钢筘板固定在皮带上，钢筘板的上槽和下槽内壁分布有环境氛围发生器和纤维表观形态监测仪，上传动轴、下传动轴和钢筘板相互平行且均垂直于纵梁，在所述钢筘板上均匀分布有综丝孔。

进一步，所述的钢筘板呈槽状，在综丝孔的正上下方，所述环境氛围发生器和纤维表现形态监测仪对应分布安装在所述钢筘板内壁上。

进一步，所述的环境氛围发生器是由加热器、加湿器、红外发生器和紫外发生器组成。

进一步，所述的纤维表观形态监测仪是由扫描光束装置和光电传感器组成，扫描光束装置位于钢筘板的上槽板内壁，光电传感器位于钢筘板的下槽板内壁，每个扫描光束装置和与其对应的光电传感器的中心轴在同一直线上，且扫描光束装置和与其对应的光电传感器的中心轴的连线与综丝孔的中心线相交。

与现有技术相比，由于采用了以上技术方案，本发明中所涉及的一种线性材料弯曲疲劳性能的测试仪，针对目前在研究纱线弯曲疲劳性能中忽略的在织机中疲劳磨损的问题，在现有的线性材料弯曲疲劳测试仪上加装环境氛围发生器和纤维表观形态监测仪，环境氛围发生器能够根据不同的环境要求产生特定的温度、湿度、红外或紫外光照条件，以模拟真实的环境因素对弯曲疲劳性能的影响来测试不同环境氛围的纤维弯曲疲劳性能，钢筘板呈凹槽状，钢筘板的两端固定于皮带上，使钢筘板平行于上下传动轴。当上传动轴和下传动轴转动时，会带动皮带进行运转，从而使钢筘板在竖直面上做上下往复运动。前导辊和后导辊为圆柱体，并均可绕轴转动。钢筘板上均匀开有单排综丝孔，每个综丝孔的正前方，在钢筘板的外侧，固定有一个综丝片，综丝片开有综丝眼，且综丝孔与综丝眼的中心线重合，综丝眼的目的在于保证被测线性材料不受摩擦疲劳的破坏作用，从而使测量结果尽可能只受弯曲疲劳的影响。在钢筘板的上槽和下槽的内壁固定有环境氛围发生器和纤维表观形态监测仪，环境氛围发生器由加热板、加湿器、紫外灯和红外灯组成，通过环境氛围发生器可以调节被测线性材料的环境条件，纤维表观形态监测仪由扫描光束装置和光电传感器组成，当仪器工作时，钢筘板上槽的扫描光束装置发出光电脉冲信号，信号透过被测材料被光电传感器接受，并将投影图像储存到仪器内置的处理器中，当材料因弯曲疲劳影响而产生毛羽时，通过与原图像对比，可得出材料的疵点产生情况，处理器再将所得出的数据结果表现在液晶屏上，即可直观地探究出材料的弯曲疲劳性能。下传动轴受电机控制，当电机作正反向交替运转时，下传动轴带动皮带运动，使固定在皮带上的钢筘板作上下往复运动，从而达到使被测线性材料作弯曲疲劳运动的目的。测试开始时，被测材料一端绕过前导辊，并依次穿过前夹持杆、综丝孔和后夹持杆，最后绕过后导辊，另一端悬挂一定质量的预加张力砝码。当材料因达到弯曲疲劳的极限而断裂时，预加张力砝码将会下坠，接触断裂检测装置，电机停止运行，并记录下材料的弯曲疲劳循环数。本发明的一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪结构合理、操作使用方便，能够真实地模拟不同的环境条件，所测得的各项指标更加准确、客观，该仪器适用于测试各种不同的线性材料弯曲疲劳性能，且可以测量出因弯曲疲劳产生的毛羽及疵点个数。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构示意左视图。

图3是钢筘板、纤维表观形态监测仪和环境氛围发生器的结构示意图。

图4是本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

如附图1至4所示，一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪，所述的仪器包括由前导辊2、液晶屏4、前夹持杆5、仪器基座7、后夹持杆8、后导辊10、断裂检测装置11、上传动轴12、钢筘板13、皮带14、下传动轴15等部分组成。前导辊2的上顶点、前夹持杆5、后夹持杆8和后导辊10的上顶点位于同一条水平线上，在上传动轴12和下传动轴15之间将钢筘板13固定在皮带14上，使钢筘板13只能在上传动轴12和下传动轴15所在的竖直平面上滑移，其中上传动轴12、下传动轴15和钢筘板13均呈水平状态，且三个部件处于同一竖直平面上。被测线性材料绕过前导辊2，穿过前夹持杆5，并分别将纱线通过钢筘板13的综丝孔，然后再穿过后夹持杆8，最后绕过后导辊10的顶部，并使被测经纱处于上机状态。前导辊2由卷绕电机所控制，当被测样品完成上机后，通过转动前导辊2测试被测纱线的动态弯曲疲劳性能，其中，前导辊2的运转速度控制范围为0-1m/s，精度为0.01m/s。振荡电机控制下传动轴15运转时，下传动轴15又会带动皮带14运转，当电机作正向反向循环运转时，使固定在皮带14上的钢筘板13做上下往复运动，从而模拟纱线在织机中由于持续开口运动所产生的重复弯曲现象来测试纱线弯曲疲劳性能,其中，通过控制电机的运转频率，可使钢筘板13的上下往复运动频率为0-10HZ，精度为0.1HZ，振幅范围为0-150mm，精度为1mm。前夹持杆5和后夹持杆8之间的距离称作弯曲运动夹持长度，该夹持长度通过前夹持杆5和后夹持杆8两端的凹槽在仪器水平支架上平行滑移来控制的。钢筘板13呈槽状，在钢筘板13上均匀分布有综丝孔，在综丝孔的正上下方，于钢筘板13内壁的对应分布安装有环境氛围发生器18和纤维表观形态监测仪19。环境氛围发生器18是由加热器、加湿器和红、紫外发生器组成，其中，加热器所控制温度的范围为室温至100℃，精度为±1℃，加湿器产生湿度的范围为室内湿度至95％，精度为±1％。纤维表观形态监测仪19是由扫描光束装置20和光电传感器21组成，扫描光束装置20位于钢筘板13的上槽板内壁，光电传感器21位于钢筘板13的下槽板内壁，每个扫描光束装置20和与其对应的光电传感器21的中心轴在同一直线上，且扫描光束装置20和与其对应的光电传感器21的中心轴的连线与综丝孔的中心线相交，纤维表观形态监测仪19开始工作时，扫描光束装置20发出光电信号，经过纱线，投影于光电传感器，当被测试样的表观形态出现变化时，将会由其投影所表现出来，光电传感器21将影像信号传输给控制系统，从而得到纱线在弯曲疲劳测试中的疵点及毛羽等纱线表观变化情况。卷绕电机、振荡电机、纤维表观形态监测仪19、液晶屏4、断裂检测装置11和环境氛围发生器18分别通过导线外接在控制系统上，控制系统用以控制卷绕电机、振荡电机、纤维表观形态监测仪19、液晶屏4、断裂检测装置11和环境氛围发生器18工作。控制系统接收光电传感器21测得的毛羽和疵点以及此时被测线性材料所受弯曲运动的次数等相关数据并存储在控制系统中的储存器中，并通过液晶屏4实时显示出相关数据，控制系统还包括无线通信系统，它将控制系统存储的数据发送到PC机上进行相关处理。

当被测试样由于达到弯曲疲劳极限而断裂时，纱线一端悬挂的预加张力砝码22下坠，并接触断裂检测装置11，使电机全部停止工作，并由液晶屏4显示出纱线断裂瞬间纱线所经历的弯曲疲劳运动次数、时间以及疵点个数等参数。

下面为采用本发明上述的一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪在不同温度环境下的工作实施方式。

具体应用实施例

具体实施例1

取一束长度均为1000mm的棉纱，将每根纱线尽可能均匀地平行排列在测试仪器上，其一端用前导辊卷绕起来，另一端绕过后导辊并均施加100g的砝码作为被测棉纱的预加张力，此时纱线夹持张力即为100cN。通过控制系统，开启环境氛围发生器，调节加热器，并将温度设置为50摄氏度，使被测纱线处于该温度下，准备进行实验。打开振荡电机开关，调整纱线综扣板的振荡频率为3HZ，振幅为100mm，使纱线进行弯曲疲劳性能测试。在进行测试时，由于纱线受到持续的弯曲冲击而产生表观形态变化，由纤维表观形态监测仪逐个检测及计算每根被测纱线在弯曲疲劳实验过程中的表观形态变化情况，然后将这些数据发送至PC机上进行储存，并显示在液晶屏上，则可以实时显示出纱线在处于该环境氛围发生器下的表观变化值，如毛羽、疵点量。当纱线由于弯曲疲劳断裂时，电机停止工作，液晶屏上可显示出纱线断裂瞬间所经受的弯曲疲劳循环次数及时间等参数，经过数据分析，即可测试出该环境氛围下的纱线弯曲疲劳性能。

具体实施例2

取一束长度均为1000mm的棉纱，将每根纱线尽可能均匀地平行排列在测试仪器上，其一端用前导辊卷绕起来，另一端绕过后导辊并均施加100g的砝码作为被测纱线的预加张力，此时纱线夹持张力即为100cN。通过控制系统，开启环境氛围发生器，调节加湿器，并将湿度设置为80％，使被测纱线处于该湿度条件下，准备进行实验。打开振荡电机开关，调整纱线综扣板的振荡频率为3HZ，振幅为100mm，使纱线进行弯曲疲劳性能测试。在进行测试时，由于纱线受到持续的弯曲冲击而产生表观形态变化，由纤维表观形态监测仪逐个检测及计算每根被测纱线在弯曲疲劳实验过程中的表观形态变化情况，然后将这些数据发送至PC机上进行储存，并显示在液晶屏上，则可以实时显示出纱线在处于该环境氛围发生器下的表观变化值，如毛羽、疵点量。当纱线由于弯曲疲劳断裂时，电机停止工作，液晶屏上可显示出纱线断裂瞬间所经受的弯曲疲劳循环次数及时间等参数，经过数据分析，即可测试出该环境氛围下的纱线弯曲疲劳性能。

具体实施例3

取一束长度均为1000mm的棉纱，将每根纱线尽可能均匀地平行排列在测试仪器上，其一端用前导辊卷绕起来，另一端绕过后导辊并均施加100g的砝码作为被测纱线的预加张力，此时纱线夹持张力即为100cN。通过控制系统，开启环境氛围发生器，打开红外发生器，使被测纱线处于该辐射光照下，准备进行实验。打开振荡电机开关，调整纱线综扣板的振荡频率为3HZ，振幅为100mm，使纱线进行弯曲疲劳性能测试。在进行测试时，由于纱线受到持续的弯曲冲击而产生表观形态变化，由纤维表观形态监测仪逐个检测及计算每根被测纱线在弯曲疲劳实验过程中的表观形态变化情况，然后将这些数据发送至PC机上进行储存，并显示在液晶屏上，则可以实时显示出纱线在处于该环境氛围发生器下的表观变化值，如羽毛、疵点量。当纱线由于弯曲疲劳断裂时，电机停止工作，液晶屏上可显示出纱线断裂瞬间所经受的弯曲疲劳循环次数及时间等参数，经过数据分析，即可测试出该环境氛围下的纱线弯曲疲劳性能。

Claims (4)

1.一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪，其特征在于：所述的测试仪由前导辊(2)、液晶屏(4)、前夹持杆(5)、仪器基座(7)、后夹持杆(8)、后导辊(10)、断裂检测装置(11)、上传动轴(12)、钢筘板(13)、皮带(14)和下传动轴(15)组成，前导辊(2)和后导辊(10)水平固定于仪器基座(7)的横梁(3)上，在仪器基座(7)的表面安装有一个液晶屏(4)，前夹持杆(5)和后夹持杆(8)的两端均装有凹槽，并活动安置于测试仪水平支架上，前导辊(2)的顶部、前夹持杆(5)、后夹持杆(8)和后导辊(10)的顶部在同一水平面上，彼此之间相互平行并均垂直于横梁(3)，在测试仪的尾部，后导辊(10)的正下方放置有一个断裂检测装置(11)，上传动轴(12)和下传动轴(15)固定安装在仪器基座(7)的纵梁(6)上，且上传动轴(12)和下传动轴(15)在同一竖直平面上，上传动轴(12)和下传动轴(15)通过两端的齿轮与皮带(14)啮合进行传动，钢筘板(13)固定在皮带(14)上，钢筘板(13)的上槽和下槽内壁分布有环境氛围发生器(18)和纤维表观形态监测仪(19)，上传动轴(12)、下传动轴(15)和钢筘板(13)相互平行且均垂直于纵梁(6)，在所述钢筘板(13)上均匀分布有综丝孔。

2.根据权利要求1所述的一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪，其特征在于：所述的钢筘板(13)呈槽状，在综丝孔的正上下方，所述环境氛围发生器(18)和纤维表现形态监测仪对应分布安装在所述钢筘板(13)内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪，其特征在于：所述的环境氛围发生器(18)是由加热器、加湿器、红外发生器和紫外发生器组成。

4.根据权利要求1或2所述的一种线性材料弯曲疲劳性能测试仪，其特征在于：所述的纤维表观形态监测仪(19)是由扫描光束装置(20)和光电传感器(21)组成，扫描光束装置(20)位于钢筘板(13)的上槽板内壁，光电传感器(21)位于钢筘板(13)的下槽板内壁，每个扫描光束装置和与其对应的光电传感器的中心轴在同一直线上，且扫描光束装置和与其对应的光电传感器的中心轴的连线与综丝孔的中心线相交。

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