CZ21628U1 - Zařízení ke zkoušení fyzikálně-mechanických vlastností textilních materiálů - Google Patents

Description

Zařízení ke zkoušení fyzika lně-mec haníc kých vlastností textilních materiálů

Oblast techniky

Zařízení ke zkoušení fyzikálně-mechanických vlastností textilních materiálů, zvláště dynamického modulu tuhosti (C) délkových a/nebo plošných textilií, obsahující rám, motoricky hnaný akční člen vykonávající přímočarý vratný pohyb, jehož součástí je pohyblivý upínač jednoho konce zkoušené textilie, polohově nastavitelný pevný upínač druhého konce zkoušené textilie, a řídicí jednotku.

Dosavadní stav techniky

Zkoušení fyzikálně-mechanických vlastností přízí a textilních látek, je zvláště z hlediska potřeby jejich stanovení již ve stadiu vývoje velmi žádoucí. Vyplývá to mimo jiné z toho, že ze složení a vlastního způsobu předení například vícesložkových přízí, nebo ze složení a způsobu tkaní plošných textilií, lze předem jen velmi obtížně tyto fyzikálně mechanické vlastnosti s dostatečnou přesností stanovit.

Především jde u těchto materiálů o změnu jejich fyzikálně mechanických vlastností, která je vyvolána jejich cyklickým zatěžováním. Zvláště se jedná o závislost změny tahové síly, která je ve vzorku textilie vyvolána jeho protažením, tedy změnou jeho délky. Měnící se poměr změny délky a příslušné změny tahové síly zjišťovaný opakovaně v průběhu dlouhodobé zkoušky cyklickým zatěžováním, je důsledkem změn, ke kterým v textilii dochází vlivem únavového namáhání.

Dynamická zkoušení, která přímo vypovídají o únavové odolnosti materiálu, vyžadují v případě textilních materiálů dosáhnout například u cyklické zkoušky v tahu relativně velké amplitudy. Ve srovnání se zkoušením tuhých materiálů, například kovových strojních součástí, vykazují textilní materiály mnohonásobně vyšší tažnost.

Z DE 834771 je známo zařízení pro zkoušení přízí různých typů přístrojem, ve kterém je příze pevně upnuta ve dvou vzájemně vzdálených čelistech, při čemž se vzdálenost čelistí periodicky mění. Přitom je jedna z čelistí pevná, zatímco druhá je uložena na výkyvné páce poháněné s ní spřaženou poháněnou pákou. Tím lze měnit délku amplitudy. Pohyb výkyvné páky je spřažen se dvěma výkyvnými zrcadly, od kteiých se odráží světelný paprsek vysílaný pevným zdrojem světla. Odražený paprsek zapisuje na filmový pás průběh zkoušky. Zařízení jednak velmi složité, jednak vzhledem k velkým pohybujícím se hmotám součástí přístroje nedovoluje použít potřebných vyšších frekvencí měření.

Podle spisu EP 241894 Bl se měří napětí v přízi a délková deformace příze kontinuálně přiváděné do zkušebního zařízení, ve kterém se příze periodicky svírá a uvolňuje ve dvou od sebe vzdálených místech, čímž se periodicky napíná. Mezi těmito místy je uspořádáno čidlo napětí. Příze je svírána mezi vnější plochy obvodů dvou řemenic a přilehlé plochy příslušných řemenů. Napínací řemenice běží ve stejném smyslu otáčení, přičemž jedna má opásánu svou homí polovinu a druhá svou dolní polovinu. Zařízení je rozměrné a vzhledem k tomu, že střídavé napínání a uvolňování příze je dáno chodem řemenových převodů, lze dosáhnout pouze nízkých frekvencí.

Z GB 2202336 A je známo zařízení pro dynamickou deformační zkoušku vzorku textilie ve tvaru rukávu. Vzorek je upevněn svými konci na souose uspořádaných kruhových upínacích, z nichž jeden vykonává vratný přímočarý pohyb ve směru své centrální osy a druhý se současně vratně pootáčí kolem své centrální osy. Po ukončení tohoto zkušebního postupu se provádí statická pevnostní zkouška vzorku. Ani zde nelze dosáhnout vyšších zatěžovacích frekvencí.

Zařízení ke zjišťování pevnostních vlastností protáhlého textilního materiálu podle EP 403988 Bl obsahuje ústrojí k přivádění například příze, která je pro zkoušku zavedena mezi dvě dvojice válců vzdálené od sebe. Mezi svěmými liniemi dvojic těchto válců je uspořádán symetricky lomený kanál, uprostřed něhož do něj zasahuje piezoelektrické čidlo napětí, se kterým je vzorek příze v době zkoušení v kontaktu. Obě dvojice válců mají přítlačný válec potažen elastickým potahem, hnací válec má polovinu obvodu o menším poloměru, tato polovina hnacího válce je

- 1 CZ 21628 Ul tedy trvale mimo kontakt s přítlačným válcem. Hnací válce se synchronně otáčejí v takovém smyslu, že v době současného kontaktu přítlačných válců s polovinou hnacího válce, která má větší poloměr, dochází k prodlužování vzorku a v další k půlotácce k jeho uvolnění. í zde mechanické uspořádání dovoluje dosáhnout pouze nízkých frekvencí střídavého zatížení a odlehčení vzorku.

Cílem technického řešení je navrhnout zařízení, které by odstranilo nebo alespoň zmírnilo nedostatky dosavadního stavu techniky, především aby vedle požadavku na velkou absolutní deformaci zkušebního textilního vzorku umožnilo jeho cyklické zatěžování vysokými frekvencemi a tím vytvořilo předpoklad k objektivnímu hodnocení vlivu únavy textilního materiálu na jeho fyzikálně mechanické vlastnosti.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo zařízením ke zkoušení fyzikáíně-mechanických vlastností textilních materiálů, jehož podstatou je to, že jeho akčním členem je elektromagnetický budič vibrací. Jeho výhodou je rozsah frekvence cyklického zatěžování vzorku i pro velká prodloužení vzorku. Tuto vlastnost dosud používaná zařízení nemají, přitom při zkoušení je dostatečně velká amplituda vibrací z hlediska charakteristických vlastností textilií velmi důležitá.

Elektromagnetický budič vibrací je spřažen s řídicí jednotkou, výkonovým zesilovačem a elektronickou měřicí ústřednou. Tím je dosaženo velmi dobrého vyhodnocení a znázornění průběhu zkoušení, přitom je umožněno zvolit velmi rozmanitý tvar průběhu cyklu periodického zatěžování.

Zařízení obsahuje snímač zrychlení spřažený s budičem vibrací a/nebo indukčnostní snímač dráhy spřažený s budičem vibrací a/nebo tenzometrický snímač napětí v textilním vzorku spražený s rámem zařízení. To umožňuje snadné nastavení průběhu cyklu pro rozmanité textilie s ohledem na způsob jejich provozního režimu.

Budič vibrací je uspořádán svou osou ve vodorovné rovině. Takové uspořádání umožňuje vytvořit delší lože pro upnutí dlouhých vzorků, které navíc může být přestavitelné upevněno k podlaze zkušebny. Délka zkoušeného vzorkuje potom limitována velikostí prostoru ve zkušebně.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladná provedení technického řešení jsou schematicky znázorněna na výkrese, kde značí obr. 1 uspořádání zkušebního zařízení, obr. 2 upínač plošné dvourozměrné textilie, obr. 3 upínač délkové jednorozměrné textilie, obr. 4 harmonické průběhy tahové síly v textilii a příslušného protažení textilie, obr. 5 závislost tahové síly v textilii na protažení textilie a obr. 6 grafické znázornění rozsahu možností zkušebního zařízení ve formě závislosti deformace textilie a zkušební frekvence zatěžování.

Příklady provedení technického řešení

Příkladné provedení zařízení ke zkoušení délkových a/nebo plošných textilií cyklickým zatěžováním podle technického řešení je znázorněno na obr. 1. Obsahuje rám I, který je upevněn k zemi. Na rámu I je prostřednictvím stojanu 11 upevněn budič 2 vibrací, jehož osa kolmá k vibrační desce 21 budiče 2 vibrací leží ve vodorovné rovině. Před vibrační deskou 2T je k rámu i zařízení upevněn prostřednictvím držáku 12 indukčnostní snímač 3 dráhy desky 21 budiče 2. K Čelní ploše desky 21 budiče 2 je upevněn pohyblivý upínač 22 textilního vzorku 4 znázorněného schematicky čerchovanou čarou a snímač 5 zrychlení desky 21 budiče 2. Prodloužená část _13 rámu 1 je vytvořena jako vedení pro nastavení výchozí polohy konzoly 14 nosiče 15 pevného upínače 16 textilního vzorku 4. Nosič 15 pevného upínače 16 je vzhledem ke konzole 14 uložen pomocí šroubového posuvného zařízení 17, kterým lze nastavit polohu pevného upínače 16 textilního vzorku 4 vzhledem ke konzole 14 a tedy vzhledem k rámu 1. V podlaze zkušebny jsou s výhodou uspořádány prostředky pro změnu polohy prodloužené části 13 rámu L Prodloužená

-2CZ 21628 Ul část 1_3 tak může být vzhledem k budiči 4 vibrací přesunuta v jeho ose v rámci prostoru zkušebny, což dává možnost zkoušení i extrémně dlouhých textilií. Na nosiči 15 pevného upínače 16 je upevněn tenzometrický snímač 6 tahové síly v textilním vzorku 4.

Součástí příkladného provedení zařízení je dále výkonový zesilovač 7, dvoukanálová řídicí jednotka 8 a měřicí ústředna 9.

Snímač 5 zrychlení desky 21 budiče 2 je elektricky spojen s prvním vstupem řídicí jednotky 8. Indukčnostní snímač 3 dráhy desky 21 budiče 2 a tenzometrický snímač 6 tahové síly v textilním vzorku 4 jsou připojeny ke vstupům měřicí ústředny 9, jejíž výstup je připojen na druhý vstup řídicí jednotky. Výstup řídicí jednotky 8 je připojen ke vstupu výkonového zesilovače 7, jehož výstup je připojen ke vstupu do budiče 2 vibrací.

Pro zkoušení plošných textilií je na desce 21 budiče 2 a na nosiči 15 pevného upínače 16 pomocí montážních otvorů 23 upevněna dvojice 24 čelistí, mezi něž je upnut konec textilního vzorku 4 tvořeného pásem plošné textilie 41 (obr. 2). Pro upnutí vzorku 4 délkové textilie 42, například příze, na desce 21 budiče 2 a na nosiči 15 pevného upínače 16 slouží centrální otvor 25 s blíže neznázoměným upínacím systémem.

Po upnutí příslušného textilního vzorku 4 do upínačů 16, 22 se šroubovým posuvným zařízením 17 nastaví vzájemná vzdálenost upínačů 16, 22, pri které je textilní vzorek 4 neprověšen, ale nezatížen tahovou silou, případně se pomocí informace získané z měřicí ústředny 9 prostřednictvím signálu tenzometrického snímače 6 nastaví předpětí Fp v textilním vzorku 4 jeho protažením na předepnutou délku L_E.

Prostřednictvím komunikace neznázoměného běžného počítače s řídicí jednotkou 8 se zadá pomocí software požadovaný průběh zrychlení vibračních pohybů desky 21 budiče 2 vibrací. Řídicí jednotka 8 potom využívá informace snímače 5 zrychlení desky 21 budiče 2 a reguluje prostřednictvím výkonového zesilovače 7 vstupní napětí budiče 2 vibrací tak. aby požadovaného zrychlení bylo dosaženo.

Signály z indukčnostního snímače 3 dráhy desky 21 budiče 2 a tenzometrického snímače 6 napětí v textilním vzorku 4 zpracovává měřicí ústředna 9. V ní je signál digitalizován a naměřené hodnoty se v příslušných fyzikálních jednotkách ukládají do ASCII souboru.

Hlavním výstupem měření je průběh měnící se délky L vzorku a tahové síly F v něm působící vzhledem k předepnuté délce L_E a k síle F_E vyvolané předpětím. Je to tedy časová závislost změny délky L_E dané protažením (budící funkce) o AL a změny tahové síly (odezvy) v testovaném vzorku 4 textilie o AF (obr. 4, 5). Hodnota AL je zdvihem Z nastaveným na budiči 2 vibrací.

Při harmonickém průběhu protažení lze z naměřených hodnot určit především dynamické moduly tuhosti C:

kde

AF je změna tahové síly ve vzorku,

AL je změna délky (protažení) vzorku.

Přitom dynamický modul tuhosti C je směrnicí přímkové části naměřené závislosti. Změna směrnice charakterizuje nový dynamický modul tuhosti ovlivněný dobou trvání cyklické zkoušky, tedy únavou materiálu zkoušeného vzorku. Dále je možné zjišťovat ztrátové úhly představující míru disipované energie přeměněné v průběhu dynamického zatěžovacího cyklu. Tuto energii reprezentuje plocha P vymezená hysterezními křivkami K_E, která odpovídá nárůstu protažení vzorku 4 a BL·· která odpovídá poklesu protažení vzorku 4 (obr. 5). Zařízením podle technického řešení lze ovšem zjistit i další deformační parametry zkoušených textilií.

Místo znázorněného harmonického průběhu zatěžování budičem 2 vibrací lze však zvolit podle potřeb jakýkoliv obecný periodický průběh, který by odpovídal skutečnému zatěžování textilie v

-3 CZ 21628 Ul provozu (nebo při používání). Například pro zjišťování vlivu chodu tkacího stroje na osnovní příze (deformace přízí při vytváření prostoru pro prošlup) je vhodný lichoběžníkový průběh křivky se špičkou (důsledek působení přírazu útkové příze). Zařízení podle technického řešení takovou širokou variabilitu nastavění má. Rovněž je možné provádět cyklickou zkoušku ukončenou přetrhem zkoušené textilie a zjistit tak pevnost, která je analogií zkoušek meze únavy, případně časové meze únavy například ocelových strojírenských součástí.

Na obr. 6 je graficky znázorněn rozsah možností zkušebního zařízení ve formě závislosti celkové deformace textilie (tedy zdvihu Z výstupního členu budiče 2 vibrací) a zkušební frekvence f zatěžování. Je zřejmé, že využitím zařízení podle technického řešení lze dosáhnout širokého rozsahu frekvencí f i pro relativně velké protažení AL vzorku 4 textilie. Z grafu vyplývá, že u příkladného zkušebního zařízení je například možné textilii protahovat cyklicky o 25 milimetrů ještě při frekvenci f 10 Hz a o téměř 5 milimetrů při frekvenci až 100 Hz. Rovněž je možné volit velký rozsah délky L zkoušeného vzorku 4 textilie, neboť konstrukční upínací délka činí 0,20 m až 2,0 m. Je zřejmé, požadavek jiného rozsahu amplitud prodlužování vzorku a frekvencí cyklického zatěžování, lze řešit příslušně jinak dimenzovaným vlastním budičem 2 vibrací.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Zařízení ke zkoušení fyzikálně-mechanických vlastností textilních materiálů, zvláště dynamického modulu tuhosti (C) délkových a/nebo plošných textilií (42, 41), obsahující rám (1), motoricky hnaný akční člen vykonávající přímočarý vratný pohyb, jehož součástí je pohyblivý upínač (22) jednoho konce zkoušené textilie (42, 41), polohově nastavitelný pevný upínač (16) druhého konce zkoušené textilie (42, 41), a řídicí jednotku (8), vyznačující se tím, že akčním Členem je elektromagnetický budič (2) vibrací.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektromagnetický budič (2) vibrací je spřažen s řídicí jednotkou (8), výkonovým zesilovačem (7) a elektronickou měřicí ústřednou (9).

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje snímač (5) zrychlení spřažený s budičem (2) vibrací a/nebo indukčnostní snímač (3) dráhy spřažený s budičem (2) vibrací a/nebo tenzometrický snímač (6) napětí v textilním vzorku (4) spřažený s rámem (1) zařízení.

4. Zařízení podle nároku kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že budič (2) vibrací je uspořádán svou osou ve vodorovné rovině.