RU176392U1

RU176392U1 - Device for testing fibers and threads in tension

Info

Publication number: RU176392U1
Application number: RU2016128090U
Authority: RU
Inventors: Евгений Львович Пашин
Original assignee: Евгений Львович Пашин
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2018-01-17

Abstract

Полезная модель относится к области текстильного материаловедения, а именно к устройствам для определения разрывных характеристик волокон и нитей.Предлагаемое устройство для испытания волокон и нитей на растяжение содержит станину, закрепленный на оси боек с возможностью его вращательного движения под действием своей силы тяжести, фиксатор начального положения бойка, измерительный узел и зажимы для испытываемого образца, один из которых подвижный, а другой установлен на станине, причем боек закреплен на оси вращения, с которой связан датчик угла ее поворота, а измерительный узел состоит из блока обработки сигналов от датчика угла поворота оси и блока их сопряжения со счетчиком времени ЭВМ.Кроме этого, в предлагаемом устройстве зажим, установленный на станине, может закрепляться на разном расстоянии от подвижного зажима в момент начального положения бойка, а между станиной и нижним краем бойка в момент его начального положения расположена при консольном закреплении гибкая пластина, имеющая возможность соприкасаться с поворотным кулачком узла для ее принудительного прогиба и торможения бойка после испытания.The invention relates to the field of textile materials science, and in particular to devices for determining the tensile properties of fibers and threads. The proposed device for testing fibers and threads in tension contains a frame mounted on the axis of the strikers with the possibility of its rotational movement under the action of its gravity, an initial position lock the hammer, measuring unit and clamps for the test sample, one of which is movable and the other is mounted on the bed, and the hammer is mounted on the axis of rotation, to which is connected its rotation angle sensor, and the measuring unit consists of a signal processing unit from the axis rotation angle sensor and their interface unit with a computer time counter. In addition, in the proposed device, the clip mounted on the bed can be fixed at different distances from the movable clip at the initial the position of the striker, and between the bed and the lower edge of the striker at the time of its initial position, a flexible plate is located with cantilever fastening, which has the ability to come into contact with the rotary cam of the assembly for its forced rogiba and deceleration of the striker after the test.

Description

Полезная модель относится к области текстильного материаловедения, а именно к устройствам для определения разрывных характеристик волокон и нитей.The utility model relates to the field of textile materials science, and in particular to devices for determining the breaking properties of fibers and threads.

Известные конструкции устройств для стандартного испытания волокон и нитей на растяжение в основном обеспечивают условия разрыва при скорости перемещения активного захвата до 200 мм/мин [1]. Между тем известно, что в условиях получения и переработки волокон и нитей характер их нагружения иной. Частота изменения фактически формирующихся в технологических процессах сил, скоростей, ускорений и перемещений нити относительно рабочих органов перерабатывающих машин позволяют заключить о более динамичных нагружениях [2]. Такое несоответствие условий лабораторных испытаний и фактических нагружений приводит к снижению информативности получаемых результатов анализа.Known designs of devices for standard tensile testing of fibers and filaments generally provide fracture conditions at an active grip travel speed of up to 200 mm / min [1]. Meanwhile, it is known that under the conditions of production and processing of fibers and threads, the nature of their loading is different. The frequency of changes in the forces, speeds, accelerations, and displacements of the thread actually forming in the technological processes relative to the working bodies of processing machines allows us to conclude more dynamic loads [2]. Such a mismatch between laboratory test conditions and actual loads leads to a decrease in the information content of the obtained analysis results.

На практике известны устройства для испытания волокон и нитей на растяжение, обеспечивающие определение усилия до и в момент разрыва образца и его деформацию при повышенных скоростях нагружения [3]. Однако их применение не позволяет учитывать особенности разрушения, происходящие от момента достижения максимальной нагрузки до полного разрушения образца, которое, как правило, происходит при меньшей нагрузке после достижения максимального разрывного усилия.In practice, devices are known for testing fibers and filaments in tension, which determine the force before and at the time of rupture of the sample and its deformation at elevated loading rates [3]. However, their application does not allow one to take into account the features of failure occurring from the moment the maximum load is reached to the complete destruction of the sample, which, as a rule, occurs at a lower load after the maximum breaking strength is reached.

Поэтому для решения этой проблемы целесообразно использовать динамические испытания, обеспечивающие учет нагрузки до полного разрушения испытываемого образца волокон и нитей.Therefore, to solve this problem, it is advisable to use dynamic tests that ensure that the load is taken into account until the test sample of fibers and threads is completely destroyed.

В этой связи известна конструкция устройства для испытания волокон и нитей на растяжение, содержащая станину, закрепленный на оси боек с возможностью его вращательного движения под действием своей силы тяжести, фиксатор начального положения бойка, измерительный узел и зажимы для испытываемого образца, один из которых подвижный и закреплен на конце бойка, а другой жестко связан со станиной [4].In this regard, the known design of a device for testing fibers and yarns in tension, comprising a bed fixed on the axis of the strikers with the possibility of its rotational movement under the action of its gravity, a clamp for the initial position of the striker, a measuring unit and clamps for the test sample, one of which is movable and fixed at the end of the striker, and the other is rigidly connected to the frame [4].

Недостатком этой конструкции является возможность определения только одной разрывной характеристики - работы разрыва. Однако известно, что данная характеристика определяется двумя параметрами, а именно формирующейся при разрыве силой и деформацией испытываемого образца. Таким образом, при известном значении работы разрыва возникает неопределенность в части причины ее формирования: либо за счет силы, либо за счет деформации (удлинения) образца волокон или нитей. Иными словами, известная конструкция [4] не обеспечивает требуемую информативность результатов анализа.The disadvantage of this design is the ability to determine only one discontinuous characteristic - the operation of the gap. However, it is known that this characteristic is determined by two parameters, namely, the force formed and the deformation of the test specimen formed during rupture. Thus, with the known value of the work of the gap, uncertainty arises regarding the cause of its formation: either due to the force, or due to deformation (elongation) of the sample of fibers or threads. In other words, the known construction [4] does not provide the required information content of the analysis results.

Кроме этого, к недостаткам известного устройства следует отнести сложность его конструкции. Это объясняется наличием дополнительных элементов, требующих узлов вращения, что вызывает не учитываемые потери энергии при испытании. Наличие таких дополнительных не учтенных потерь энергии снижает точность результатов анализа.In addition, the disadvantages of the known device include the complexity of its design. This is explained by the presence of additional elements that require nodes of rotation, which causes unaccounted for energy losses during the test. The presence of such additional energy losses not taken into account reduces the accuracy of the analysis results.

Недостатком также является отсутствие элементов конструкции, обеспечивающих принудительное торможение бойка без участия рук оператора. Этот недостаток снижает вероятность безопасного испытания и повышает продолжительность анализа.The disadvantage is the lack of structural elements that provide forced braking of the striker without the participation of the operator. This drawback reduces the likelihood of a safe test and increases the duration of the analysis.

Однако, по своей технической сущности и достигаемому результату данное устройство является наиболее близким к заявляемому и поэтому оно может быть выбрано в качестве прототипа.However, in its technical essence and the achieved result, this device is the closest to the claimed and therefore it can be selected as a prototype.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение информативности и точности результатов анализа, снижение его продолжительности и безопасности.The technical task of the proposed utility model is to increase the information content and accuracy of the analysis results, reducing its duration and safety.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для испытания волокон и нитей на растяжение, содержащем станину, закрепленный на оси боек с возможностью его вращательного движения под действием своей силы тяжести, фиксатор начального положения бойка, измерительный узел и зажимы для испытываемого образца, один из которых подвижный, а другой установлен на станине, согласно полезной модели, боек закреплен на оси вращения, с которой связан датчик угла ее поворота, а измерительный узел состоит из блока обработки сигналов от датчика угла поворота оси и блока их сопряжения со счетчиком времени ЭВМ.This object is achieved in that in a device for testing fibers and yarns in tension, containing a bed fixed on the axis of the strikers with the possibility of its rotational movement under the action of its gravity, a clamp for the initial position of the striker, a measuring unit and clamps for the test sample, one of which movable, and the other is mounted on the bed, according to the utility model, the firing pin is fixed on the rotation axis, to which the angle sensor is connected, and the measuring unit consists of a signal processing unit from the angle sensor rotation of the axis and the block of their conjugation with a computer time counter.

Кроме этого, зажим, установленный на станине, может закрепляться на разном расстоянии от подвижного зажима в момент начального положения бойка, а между станиной и нижним краем бойка в момент его начального положения расположена при консольном закреплении гибкая пластина, имеющая возможность соприкасаться с поворотным кулачком узла для ее принудительного прогиба и торможения бойка после испытания.In addition, the clamp mounted on the bed can be fixed at different distances from the movable clamp at the moment of the initial position of the striker, and between the frame and the lower edge of the striker at the moment of its initial position, a flexible plate is located with cantilever fastening, which is able to come into contact with the rotary cam of the assembly for its forced deflection and braking of the striker after the test.

Использование измерительного узла, состоящего из датчика угла поворота оси, блока обработки сигналов от этого датчика и их сопряжения со счетчиком времени ЭВМ позволяет повысить информативность результатов анализа путем определения работы разрыва и разрывного усилия. Такой результат будет достигаться на основе определения изменения угловой скорости бойка во время испытания. По величине изменения скорости, используя законы механики, можно (при известных режимно-конструктивных параметров устройства) оценить ускорение и усилие, возникающее именно в момент достижения максимального разрывного усилия при разрыве испытываемого образца. Наличие датчика угла поворота оси позволяет оценить разницу начального углового отклонения оси и конечного (после разрыва образца). Величина этой разницы и иные известные параметры бойка (масса, положение центра тяжести) позволяют рассчитать работу разрыва образца.The use of a measuring unit, consisting of a sensor of the angle of rotation of the axis, a unit for processing signals from this sensor and pairing them with a computer time counter, makes it possible to increase the information content of the analysis by determining the work of the gap and breaking strength. Such a result will be achieved on the basis of determining the change in the angular velocity of the striker during the test. By the magnitude of the change in speed, using the laws of mechanics, it is possible (with known mode-structural parameters of the device) to evaluate the acceleration and force that occurs precisely at the moment of reaching the maximum breaking force when the test specimen ruptures. The presence of an axis rotation angle sensor makes it possible to estimate the difference between the initial angular deviation of the axis and the final (after rupture of the sample). The magnitude of this difference and other known parameters of the striker (mass, position of the center of gravity) make it possible to calculate the work of the sample rupture.

Наличие зажима, установленного на станине и имеющего возможность закрепляться на разном расстоянии от подвижного зажима в момент начального положения бойка расширяет возможности испытания волокон и нитей, которые испытываются при разных межзажимных расстояниях. При этом обеспечивается условие для испытания образцов при равной начальной скорости нагружения.The presence of a clamp mounted on the bed and having the ability to be fixed at different distances from the movable clamp at the moment of the initial position of the striker expands the possibilities of testing fibers and threads that are tested at different inter-clamp distances. This provides the condition for testing samples with equal initial loading speed.

Расположение между станиной и нижним краем бойка в момент его начального положения гибкой пластины при ее консольном закреплении и имеющей возможность соприкасаться с поворотным кулачком узла для ее принудительного прогиба и торможения бойка после испытания, обеспечивает безопасность испытания. Это будет происходить за счет исключения условий останова бойка до его неподвижного состояния, путем соприкосновения с ним рук оператора, что также будет способствовать сокращению продолжительности анализов.The location between the bed and the lower edge of the striker at the time of its initial position of the flexible plate when it is cantilevered and has the ability to come into contact with the rotary cam of the assembly for its forced deflection and braking of the striker after the test, ensures the safety of the test. This will occur due to the exclusion of the conditions for stopping the striker to its stationary state, by contacting the operator’s hands with it, which will also reduce the duration of analyzes.

Сущность полезной модели поясняется на чертежах.The essence of the utility model is illustrated in the drawings.

На фиг. 1 изображена схема устройства для испытания волокон и нитей на растяжение.In FIG. 1 shows a diagram of a device for testing fibers and filaments in tension.

На фиг. 2. изображен вид сбоку (вид А): взаиморасположение рабочих органов устройства.In FIG. 2. shows a side view (view A): the relative position of the working bodies of the device.

Устройство для испытания волокон и нитей на растяжение (фиг. 1, 2) содержит станину 1, закрепленный на оси 2 боек 3 с возможностью его вращательного движения под действием своей силы тяжести, фиксатор 4 начального положения бойка, зажимы 5 и 6 для испытываемого образца 7, один из которых 5 подвижный. Боек 3 выполнен в виде маятника с закрепленным зажимом 5 для испытываемого образца 7. Кроме этого, устройство содержит блок обработки сигналов 9 от датчика угла поворота оси 10 и их сопряжения со счетчиком времени ЭВМ, которая может работать в сопряжении с предлагаемым устройством при испытании.A device for testing fibers and threads in tension (Fig. 1, 2) contains a frame 1, mounted on the axis 2 of the strikers 3 with the possibility of its rotational movement under the action of its gravity, a clamp 4 of the initial position of the striker, clamps 5 and 6 for the test sample 7 One of which is 5 movable. The firing pin 3 is made in the form of a pendulum with a fixed clamp 5 for the test sample 7. In addition, the device contains a signal processing unit 9 from the angle sensor 10 of the axis 10 and their interface with the computer time counter, which can work in conjunction with the proposed device during the test.

В предлагаемом устройстве зажим 6, установленный на станине, может закрепляться на разном расстоянии Б от подвижного зажима 5 в момент начального положения бойка, а между станиной и нижним краем бойка в момент его начального положения расположена при консольном закреплении гибкая пластина 11, соприкасающаяся с поворотным кулачком 12 узла 13 для ее прогиба и для принудительного торможения бойка после испытания.In the proposed device, the clamp 6 mounted on the bed can be fixed at different distances B from the movable clamp 5 at the moment of the initial position of the striker, and between the bed and the lower edge of the striker at the moment of its initial position, a flexible plate 11 is in contact with the rotary cam when it is cantilevered. 12 node 13 for its deflection and for the forced braking of the striker after the test.

Устройство для испытания волокон и нитей на растяжение работает следующим образом.A device for testing fibers and yarns in tension works as follows.

Подготовленный, например, по ГОСТ 10330-76 образец волокна 7 закрепляют в зажимы 5 и 6 при межзажимном расстоянии Б, равном 100 мм. При этом боек 3 располагается так, что его центр тяжести находится на минимальном расстоянии от станины. Далее боек отклоняют относительно оси вращения и закрепляют фиксатором 4. Посредством ЭВМ включают блок обработки сигналов 9 от датчика угла поворота оси 10. Обработка этих сигналов в блоке 9 сопрягается со счетчиком времени ЭВМ.Prepared, for example, according to GOST 10330-76, a fiber sample 7 is fixed in clamps 5 and 6 with an inter-clamp distance B of 100 mm. While the hammer 3 is located so that its center of gravity is at a minimum distance from the bed. Next, the striker is deflected relative to the axis of rotation and secured by a latch 4. By means of a computer, the signal processing unit 9 from the axis angle sensor 10 is turned on. The processing of these signals in block 9 is coupled to a computer time counter.

После этого посредством фиксатора 4 боек 3 освобождают от закрепления. Боек начинает перемещаться под действием своей силы тяжести, приобретая кинетическую энергию. При этом возрастает скорость его перемещения. Датчик угла поворота оси 10, работая в сопряжении со счетчиком времени ЭВМ, фиксирует угловые координаты текущего положения бойка, величины которых передаются в блок обработки сигналов 9. В определенный момент времени образец волокна 7 разрывается, формируя силу сопротивления перемещению бойка, которая снижает его угловую скорость. Блок обработки сигналов 9 рассчитывает изменение угловой скорости бойка в момент разрыва образца ΔU и величину разницы начального и конечного углового отклонения бойка за период его перемещения Δϕ. По значениям ΔU и Δϕ блок обработки сигналов рассчитывает силу разрыва и работу, затраченную на разрыв образца.After that, by means of the retainer 4, the strikers 3 are released from fixing. The striker begins to move under the influence of its gravity, acquiring kinetic energy. This increases the speed of its movement. The axis rotation angle sensor 10, working in conjunction with a computer time counter, captures the angular coordinates of the current position of the striker, the values of which are transmitted to the signal processing unit 9. At a certain point in time, the fiber sample 7 breaks, forming a resistance to movement of the striker, which reduces its angular velocity . The signal processing unit 9 calculates the change in the angular velocity of the striker at the time of rupture of the sample ΔU and the difference in the initial and final angular deviations of the striker during its displacement Δϕ. Using the values of ΔU and Δϕ, the signal processing unit calculates the strength of the gap and the work spent on breaking the sample.

После испытания волокон и нитей на растяжение оператор вручную посредством применения узла 13 перемещает кулачек 12, что обеспечивает прогиб пластины 11 и ее соприкосновение с нижним краем бойка. В результате будет происходить принудительное торможение бойка и его останов. После этого возможно повторение испытания.After testing the fibers and threads in tension, the operator manually, through the use of the assembly 13, moves the cam 12, which ensures the deflection of the plate 11 and its contact with the lower edge of the striker. As a result, there will be forced braking of the striker and its stop. After this, a repeat of the test is possible.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить информативность и точность результатов анализа, так как формируемое усилие разрыва рассчитывается на основе величины возникающего при разрыве максимального ускорения, препятствующего перемещению бойка. При этом работа разрыва определяется не только до момента возникновения максимального усилия, но и с учетом преодоления сил, возникающих после разрыва, но действующих до полного разрушения образца (то есть до разделения его на две части).Thus, the proposed device allows to increase the information content and accuracy of the analysis results, since the generated rupture force is calculated on the basis of the maximum acceleration arising from the rupture that prevents the striker from moving. In this case, the work of the rupture is determined not only until the maximum force occurs, but also taking into account the overcoming of the forces arising after the rupture, but acting until the specimen is completely destroyed (that is, until it is divided into two parts).

Кроме этого, предлагаемое устройство позволяет снизить продолжительность и безопасность анализа.In addition, the proposed device can reduce the duration and safety of the analysis.

Создание предлагаемого устройства для испытания не требует значительных затрат на изготовление, и его реализация возможна на практике при проведении материаловедческих испытаний.The creation of the proposed device for testing does not require significant manufacturing costs, and its implementation is possible in practice when conducting material science tests.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВLIST OF USED SOURCES

1. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению: Учеб. пособ. Для студентов вузов / Кобляков А.И., Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. и др. - М.: Легпромбыт издат, 1986. - 344 с.1. Laboratory workshop on textile materials science: Textbook. benefits For university students / Koblyakov A.I., Kukin G.N., Soloviev A.N. et al. - M.: Legprombyt Publishing House, 1986. - 344 p.

2. Банакова Н.В., Крутикова В.Р. Анализ параметров технологических процессов приготовительного, ткацкого и трикотажного производств по тензограммам нити // Ж. Известия вузов. Технология текстильной пром-ти, №5, 2015. - с. 100-105.2. Banakova N.V., Krutikova V.R. Analysis of the parameters of technological processes of the preparatory, weaving and knitting industries according to the tensograms of the thread // J. Proceedings of universities. Technology of textile industry, No. 5, 2015. - p. 100-105.

3. Голубков B.C., Пирагов К.М., Смушкович Б.Л. Испытательные машины в текстильном материаловедении. - М.: Легпромбытиздат, 1988. - 208 с.3. Golubkov B.C., Piragov K.M., Smushkovich B.L. Testing machines in textile materials science. - M .: Legprombytizdat, 1988 .-- 208 p.

4. Авторское свидетельство СССР №33330 «Динамометр маятниково-копрового типа для определения крепости текстильных материалов», автор И.В. Крагельский, заявка от 12.03.1933 г.4. USSR author's certificate No. 33330 "Pendulum-Koprov type dynamometer for determining the strength of textile materials", by I.V. Kragelsky, application of March 12, 1933

Claims

1. Device for testing fibers and filaments in tension, comprising a bed fixed on the axis of the strikers with the possibility of its rotational movement under the action of its gravity, a clamp for the initial position of the striker, a measuring unit and clamps for the test sample, one of which is movable and the other is installed on the bed, characterized in that the firing pin is mounted on the axis of rotation, to which the sensor of its rotation angle is connected, and the measuring unit consists of a signal processing unit from the sensor of the angle of rotation of the axis and the unit for their conjugation with the counter ohm computer time.

2. The device according to p. 1, characterized in that the clamp mounted on the bed can be fixed at different distances from the movable clamp at the moment of the initial position of the striker, and a flexible plate is located between the frame and the lower edge of the striker at the moment of its initial position when the console is fixed having the ability to come into contact with the rotary cam of the unit for its forced deflection and braking of the striker after the test.