RU2842570C1 - Experimental stand for testing vacuum suction cups of various structures and materials for separation in various environments - Google Patents
Experimental stand for testing vacuum suction cups of various structures and materials for separation in various environments Download PDFInfo
- Publication number
- RU2842570C1 RU2842570C1 RU2024135704A RU2024135704A RU2842570C1 RU 2842570 C1 RU2842570 C1 RU 2842570C1 RU 2024135704 A RU2024135704 A RU 2024135704A RU 2024135704 A RU2024135704 A RU 2024135704A RU 2842570 C1 RU2842570 C1 RU 2842570C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- suction cup
- vacuum suction
- replaceable
- pressure sensor
- pressure
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области измерения параметров трения при механическом взаимодействии различных материалов, и может быть использовано для исследования сил трения при воздействии нормальных усилий на присоски различных конфигураций и материалов при их фиксации на различных типах поверхностей, обладающих заданной шероховатостью. При этом размещенный в зоне вакуумирования присоски датчик давления по характеристике изменения уровня вакуума во времени позволяет определить момент отрыва присоски от поверхности и тем самым определить максимальное усилие отрыва, способное привести к потере фиксации между исследуемой присоской и исследуемой поверхностью. Задачей заявленного изобретения является повышение точности измерения усилия отрыва за счет его контролируемого изменения во времени совместно с оценкой изменения уровня вакуума во времени датчиком давления при проведении измерений в различных средах, в том числе и многофазных.The invention relates to the field of measurement technology, namely to the field of measuring friction parameters during mechanical interaction of various materials, and can be used to study friction forces under the effect of normal forces on suction cups of various configurations and materials during their fixation on various types of surfaces with a given roughness. In this case, a pressure sensor placed in the suction cup vacuum zone, based on the characteristic of the change in the vacuum level over time, allows determining the moment of separation of the suction cup from the surface and thereby determining the maximum tearing force capable of leading to a loss of fixation between the studied suction cup and the studied surface. The objective of the claimed invention is to increase the accuracy of measuring the tearing force due to its controlled change over time together with an assessment of the change in the vacuum level over time by the pressure sensor when taking measurements in various environments, including multiphase ones.
Недостатком аналогичных стендов является невозможность определения момента отрыва присоски от поверхности при силовом воздействии на нее в нормальном направлении.The disadvantage of similar stands is the impossibility of determining the moment of separation of the suction cup from the surface when force is applied to it in the normal direction.
Известен способ (RU 2525144 С1) определения прочности сцепления покрытия с основой на отрыв, заключающийся в том, что на основу наносят покрытие, прикладывают к нему усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность сцепления как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия к поверхности основы прижимают толкатель, после нанесения покрытия снимают усилие прижима толкателя к поверхности основы, не оказывая при этом механического воздействия на покрытие, и прикладывают к толкателю усилие на отрыв, одновременно измеряя величину приложенного усилия, а после испытания толкатель меняют на новый. А также известно устройство для реализации указанного способа, содержащее плоскую пружину, нагружающий винт, тензорезисторы, толкатель, основу, тензоусилитель, пиковый детектор и индикатор нагрузки, отличающееся тем, что в основе имеется паз с распорным винтом, обеспечивающим возможность деформации паза.A known method (RU 2525144 C1) for determining the adhesion strength of a coating to a base for peeling consists in that a coating is applied to the base, a force is applied to it, and the adhesive strength of the bond is determined by the magnitude of the destructive load as the ratio of the destructive load to the area of peeling of the coating, characterized in that before applying the coating to the surface of the base, a pusher is pressed, after applying the coating, the force pressing the pusher to the surface of the base is removed, without exerting a mechanical effect on the coating, and a peeling force is applied to the pusher, simultaneously measuring the magnitude of the applied force, and after testing, the pusher is replaced with a new one. Also known is a device for implementing the said method, containing a flat spring, a loading screw, strain gauges, a pusher, a base, a strain gauge amplifier, a peak detector and a load indicator, characterized in that the base has a groove with a spacer screw, ensuring the possibility of deformation of the groove.
Недостатком данного устройства можно назвать то, что оно требует периодической смены толкателя после испытаний, а также не обладает возможностью определения времени момента отрыва материала от поверхности, что реализовано в предлагаемом варианте.The disadvantage of this device is that it requires periodic replacement of the pusher after testing, and also does not have the ability to determine the time of the moment of material separation from the surface, which is implemented in the proposed version.
Техническое решение направлено на реализацию возможности определения момента потери фиксации присоски и поверхности с заданными материалами и параметрами обработки при приложении нормальных сил на отрыв к присоске.The technical solution is aimed at implementing the possibility of determining the moment of loss of fixation of the suction cup and the surface with specified materials and processing parameters when applying normal forces to the suction cup.
Задачей заявленного изобретения является повышение точности измерения усилия отрыва за счет его контролируемого изменения во времени совместно с оценкой изменения уровня вакуума во времени датчиком давления при проведении измерений в различных средах, в том числе и многофазных.The objective of the claimed invention is to increase the accuracy of measuring the breakaway force by means of its controlled change over time together with an assessment of the change in the vacuum level over time by a pressure sensor when taking measurements in various environments, including multiphase ones.
Поставленная задача достигается тем, что экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на отрыв в различных средах, содержащий жесткую раму, пневмоцилиндр, сменную упругую вакуумную присоску, сменную, скользящую по направляющим платформу, рейку, воздушный эжектор, крепление, магистрали, датчик для измерения перемещений в реальном времени, датчик давления в питающей магистрали, содержит датчик давления в вакуумируемой области, а присоска совершает движение по нормали к поверхности сменной платформы.The stated task is achieved by the fact that the experimental stand for testing vacuum suction cups of various designs and materials for tearing in various environments, containing a rigid frame, a pneumatic cylinder, a replaceable elastic vacuum suction cup, a replaceable platform sliding along guides, a rack, an air ejector, a mount, lines, a sensor for measuring movements in real time, a pressure sensor in the supply line, contains a pressure sensor in the evacuated area, and the suction cup moves along the normal to the surface of the replaceable platform.
Поставленная задача также достигается тем, что он содержит датчик давления в вакуумируемой области, встроенный в сменную упругую вакуумную присоску.The stated task is also achieved by the fact that it contains a pressure sensor in the vacuumized area, built into a replaceable elastic vacuum suction cup.
Поставленная задача также достигается тем, что он содержит датчик давления в вакуумируемой области, встроенный в сменную платформу.The set task is also achieved by the fact that it contains a pressure sensor in the vacuumized area, built into the replaceable platform.
Поставленная задача также достигается тем, что сменная упругая вакуумная присоска может иметь различную форму и материал в зависимости от задач испытаний.The set task is also achieved by the fact that the replaceable elastic vacuum suction cup can have a different shape and material depending on the test tasks.
Поставленная задача также достигается тем, что сменная платформа обладает заданным качеством обработки поверхности.The set task is also achieved by the fact that the replaceable platform has a specified quality of surface treatment.
В конструкцию стенда добавляется датчик давления, который показывает уровень давления в вакуумной камере присоски при ее фиксации на поверхности. Резкое изменение уровня давления в вакуумной камере будет свидетельствовать о разгерметизации системы «присоска-поверхность» и это будет означать, что приложенная к сменной упругой вакуумной присоске относительно поверхности нормальная сила будет искомой критической силой, характеризующей систему «присоска-поверхность» с текущими заданными материалами и параметрами шероховатости обработки поверхности.A pressure sensor is added to the stand design, which shows the pressure level in the vacuum chamber of the suction cup when it is fixed on the surface. A sharp change in the pressure level in the vacuum chamber will indicate a depressurization of the "suction cup-surface" system, and this will mean that the normal force applied to the replaceable elastic vacuum suction cup relative to the surface will be the desired critical force characterizing the "suction cup-surface" system with the currently specified materials and surface roughness parameters.
На фиг. 1. изображен экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на отрыв в различных средах.Fig. 1 shows an experimental setup for testing vacuum suction cups of various designs and materials for tearing in various environments.
Экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на отрыв в различных средах состоит из жесткой рамы 1, на которой жестко фиксируется сменная платформа 12, обладающая заданным качеством обработки поверхности.An experimental rig for testing vacuum suction cups of various designs and materials for tearing in various environments consists of a rigid frame 1, on which a replaceable platform 12 is rigidly fixed, having a specified quality of surface treatment.
На сменной платформе 12, обладающей заданным качеством обработки поверхности, устанавливается сменная упругая вакуумная присоска 3, которая приводится в движение через крепление 6 штоком пневмоцилиндра 2, формирующим нормальное усилие отрыва сменной упругой вакуумной присоски 3 от поверхности сменной платформы 12. Основание пневмоцилиндра 2 жестко фиксируется к жесткой раме 1.On the replaceable platform 12, which has a given quality of surface treatment, a replaceable elastic vacuum suction cup 3 is installed, which is set in motion through the fastening 6 by the rod of the pneumatic cylinder 2, which forms a normal force of separation of the replaceable elastic vacuum suction cup 3 from the surface of the replaceable platform 12. The base of the pneumatic cylinder 2 is rigidly fixed to the rigid frame 1.
Рейка 5, закрепленная на жесткой раме 1, используется для определения перемещения крепления 6 и имеет датчик для измерения перемещений в реальном времени 4.The rail 5, fixed to the rigid frame 1, is used to determine the movement of the mount 6 and has a sensor for measuring movements in real time 4.
Для генерации вакуума в сменной упругой вакуумной присоске 3 используется воздушный эжектор 7, а уровень разрежения в камере вакуумирования сменной упругой вакуумной присоски 3 контролируется датчиком вакуума 8.To generate a vacuum in the replaceable elastic vacuum suction cup 3, an air ejector 7 is used, and the vacuum level in the vacuum chamber of the replaceable elastic vacuum suction cup 3 is controlled by a vacuum sensor 8.
Воздушный эжектор 7 питается сжатым воздухом из магистрали 11 (слева на фиг. 1) и имеет выход в окружающую среду.Air ejector 7 is fed with compressed air from line 11 (on the left in Fig. 1) and has an outlet into the environment.
Давление питания воздушного эжектора 7 измеряется датчиком давления 9.The supply pressure of the air ejector 7 is measured by the pressure sensor 9.
Магистрали 11 (справа на фиг. 1) подключены к пневмоцилиндру 2, и на магистрали, питающей штоковую полость на втягивание пневмоцилиндра 2, установлен редуктор давления 13 с возможностью задачи уровня давления, что позволяет реализовать переменное отрывающее усилие на сменной упругой вакуумной присоске 3.The lines 11 (on the right in Fig. 1) are connected to the pneumatic cylinder 2, and on the line feeding the rod cavity for retracting the pneumatic cylinder 2, a pressure reducer 13 is installed with the possibility of setting the pressure level, which makes it possible to implement a variable tearing force on the replaceable elastic vacuum suction cup 3.
Давление в штоковой полости пневмоцилиндра 2 измеряется датчиком давления 10.The pressure in the piston rod cavity of the pneumatic cylinder 2 is measured by the pressure sensor 10.
Перед проведением испытаний в экспериментальном стенде для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на отрыв в различных средах в жесткой раме 1 устанавливается сменная платформа 12, обладающая заданным качеством обработки (шероховатость поверхности, твердость материала, неровность поверхности и прочие параметры платформы определяются из методики испытаний). На сменную платформу 12, обладающую заданным качеством обработки, устанавливается сменная упругая вакуумная присоска 3, которая через крепление 6 фиксируется на штоке пневмоцилиндра 2 таким образом, чтобы движение штока было перпендикулярно сменной платформе 12, обладающей заданным качеством обработки. Основание пневмоцилиндра 2 при этом жестко фиксировано на жесткой раме 1. Сменная упругая вакуумная присоска 3 обладает заданным конструктивом (например, гофрированный профиль, округлая или полигональная форма и пр.) и материалом (бутадиен-нитрильный каучук, силикон и пр.), определяемыми из методики испытаний. В начале эксперимента в вакуумной полости сменной упругой вакуумной присоски 3 образуется вакуум благодаря воздушному эжектору 7, питаемому через воздушную магистраль 11. Давление питания эжектора 7 контролируется датчиком давления 9. Происходит фиксация сменной упругой вакуумной присоски 3 на поверхности сменной платформы 12, обладающей заданным качеством обработки. Факт наличия необходимого уровня вакуума в вакуумной полости сменной упругой вакуумной присоски 3 фиксируется посредством датчика давления 8. После образования необходимого уровня вакуума в сменной упругой вакуумной присоске 3 поступает команда на втягивание штока пневмоцилиндра 2, закрепленного жестко на жесткой раме 1 и тянущего сменную упругую вакуумную присоску 3, обладающую заданным качеством обработки, через крепление 6. Для этого в штоковую полость пневмоцилиндра 2 подается рабочее тело под необходимым давлением. Уровень этого давления регулируется редуктором давления 13 и контролируется датчиком давления 10. В зависимости от уровня давления питания в полости пневмоцилиндра 2 на втягивание штока можно регулировать нормальную силу, прикладываемую к сменной упругой вакуумной присоске 3. При превышении определяемой параметрами исследуемых материалов и уровнем вакуума силы происходит деформация и отрыв сменной упругой вакуумной присоски 3 от сменной платформы 12, обладающей заданным качеством обработки, что приводит к разгерметизации системы и изменению уровня вакуума в полости сменной упругой вакуумной присоски 3, что регистрируется датчиком давления 8. Величину перемещения можно зафиксировать с помощью датчика для измерения перемещений в реальном времени 4 и оценить визуально по рейке 5. При этом выбор элементов пневмоавтоматики обусловлен возможностью проведения экспериментальных исследований как в воздушной, так и в жидкой среде, а также в многофазной среде, так как система позволяет учитывать внешнее давление на исследуемые образцы.Before conducting tests in the experimental rig for testing vacuum suction cups of various designs and materials for tearing in various environments, a replaceable platform 12 with a specified processing quality (surface roughness, material hardness, surface unevenness and other platform parameters are determined from the test procedure) is installed in the rigid frame 1. A replaceable elastic vacuum suction cup 3 is installed on the replaceable platform 12 with a specified processing quality, which is fixed via fastening 6 on the rod of the pneumatic cylinder 2 in such a way that the movement of the rod is perpendicular to the replaceable platform 12 with a specified processing quality. The base of the pneumatic cylinder 2 is rigidly fixed on the rigid frame 1. The replaceable elastic vacuum suction cup 3 has a specified design (for example, a corrugated profile, a round or polygonal shape, etc.) and material (nitrile butadiene rubber, silicone, etc.), determined from the test procedure. At the beginning of the experiment, a vacuum is formed in the vacuum cavity of the replaceable elastic vacuum suction cup 3 due to the air ejector 7 fed through the air line 11. The supply pressure of the ejector 7 is controlled by the pressure sensor 9. The replaceable elastic vacuum suction cup 3 is fixed on the surface of the replaceable platform 12, which has a given processing quality. The fact of the presence of the required vacuum level in the vacuum cavity of the replaceable elastic vacuum suction cup 3 is recorded by means of the pressure sensor 8. After the formation of the required vacuum level in the replaceable elastic vacuum suction cup 3, a command is received to retract the rod of the pneumatic cylinder 2, rigidly fixed on the rigid frame 1 and pulling the replaceable elastic vacuum suction cup 3, which has a given processing quality, through the fastening 6. For this purpose, the working fluid is fed into the rod cavity of the pneumatic cylinder 2 under the required pressure. The level of this pressure is regulated by a pressure reducer 13 and is monitored by a pressure sensor 10. Depending on the level of supply pressure in the cavity of the pneumatic cylinder 2, the normal force applied to the replaceable elastic vacuum suction cup 3 can be adjusted to retract the rod. When the force determined by the parameters of the materials being studied and the vacuum level is exceeded, the replaceable elastic vacuum suction cup 3 is deformed and torn away from the replaceable platform 12, which has a given processing quality, which leads to depressurization of the system and a change in the vacuum level in the cavity of the replaceable elastic vacuum suction cup 3, which is recorded by a pressure sensor 8. The amount of displacement can be recorded using a sensor for measuring displacements in real time 4 and visually assessed using a rail 5. In this case, the choice of pneumatic automation elements is due to the possibility of conducting experimental studies both in air and in a liquid medium, as well as in a multiphase medium, since the system makes it possible to take into account the external pressure on the samples being studied.
Таким образом, полученные данные об изменении статического и динамического давления в вакуумной полости сменной упругой вакуумной присоски 3 позволяют провести оценку качества переходных характеристик давления, а данные о перемещении позволяют оценить качество сцепления сменной упругой вакуумной присоски 3 и сменной платформы 12, обладающей заданным качеством обработки.Thus, the obtained data on the change in static and dynamic pressure in the vacuum cavity of the replaceable elastic vacuum suction cup 3 make it possible to evaluate the quality of the transient pressure characteristics, and the data on the movement make it possible to evaluate the quality of the adhesion of the replaceable elastic vacuum suction cup 3 and the replaceable platform 12, which has a given quality of processing.
Список использованной литературыList of references
1. Патент RU 2525144 С1. Способ определения прочности сцепления покрытия с основой на отрыв и устройство для его осуществления. Опубл. 10.08.2014.1. Patent RU 2525144 C1. Method for determining the adhesion strength of a coating to a base for tearing and a device for implementing it. Published 10.08.2014.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2842570C1 true RU2842570C1 (en) | 2025-06-30 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1252282A1 (en) * | 1985-04-19 | 1986-08-23 | Предприятие П/Я В-2120 | Vacuum cargo-gripping device |
| SU1344598A1 (en) * | 1986-02-26 | 1987-10-15 | Волгоградский Политехнический Институт | Suction gripper |
| SU1545147A1 (en) * | 1986-05-28 | 1990-02-23 | Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко | Apparatus for checking quality of glued joints of multiple-layer structures |
| SU1625812A1 (en) * | 1989-02-21 | 1991-02-07 | Проектно-технологический трест "Оргтехстрой" | Vacuum grab of transport vehicle |
| DE102006062692B4 (en) * | 2006-02-06 | 2008-08-21 | J. Schmalz Gmbh | Suction pads |
| RU101187U1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) | DEVICE FOR LOCALIZING LEAKS |
| RU160508U1 (en) * | 2015-11-03 | 2016-03-20 | Андрей Иванович Бодренко | DEVICE INTENDED FOR IMPLEMENTATION OF LANDING OF AN UNMANNED AIRCRAFT TELEPHONE TYPE ON A FLAT VERTICAL SURFACE |
| RU211333U1 (en) * | 2022-03-05 | 2022-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Хольц Роботикс" | Vacuum-pneumatic gripper with material separation function for handling sheet material |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1252282A1 (en) * | 1985-04-19 | 1986-08-23 | Предприятие П/Я В-2120 | Vacuum cargo-gripping device |
| SU1344598A1 (en) * | 1986-02-26 | 1987-10-15 | Волгоградский Политехнический Институт | Suction gripper |
| SU1545147A1 (en) * | 1986-05-28 | 1990-02-23 | Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко | Apparatus for checking quality of glued joints of multiple-layer structures |
| SU1625812A1 (en) * | 1989-02-21 | 1991-02-07 | Проектно-технологический трест "Оргтехстрой" | Vacuum grab of transport vehicle |
| DE102006062692B4 (en) * | 2006-02-06 | 2008-08-21 | J. Schmalz Gmbh | Suction pads |
| RU101187U1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) | DEVICE FOR LOCALIZING LEAKS |
| RU160508U1 (en) * | 2015-11-03 | 2016-03-20 | Андрей Иванович Бодренко | DEVICE INTENDED FOR IMPLEMENTATION OF LANDING OF AN UNMANNED AIRCRAFT TELEPHONE TYPE ON A FLAT VERTICAL SURFACE |
| RU211333U1 (en) * | 2022-03-05 | 2022-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Хольц Роботикс" | Vacuum-pneumatic gripper with material separation function for handling sheet material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5305645A (en) | Dynamic measurement of material strength and life under cyclic loading | |
| Swann et al. | Improved techniques for measuring the indentation and thickness of articular cartilage | |
| Gent et al. | Interfacial stresses for bonded rubber blocks in compression and shear | |
| CN102323170A (en) | A kind of method of testing of ultrahard diamond thin film mechanical performance | |
| US10571379B2 (en) | Compensated mechanical testing system | |
| EP3076153A1 (en) | Method for calculating an indenter area function and quantifying a deviation from the ideal shape of an indenter | |
| Ganzenmüller et al. | A Split-Hopkinson Tension Bar study on the dynamic strength of basalt-fibre composites | |
| De Pauw et al. | On the use of digital image correlation for slip measurement during coupon scale fretting fatigue experiments | |
| Andrews et al. | Adhesion of ice to a flexible substrate | |
| KR101447507B1 (en) | Horizontality and verticality shear test apparatus and method for gouge | |
| RU2842570C1 (en) | Experimental stand for testing vacuum suction cups of various structures and materials for separation in various environments | |
| CN110487712B (en) | Rock structural surface dynamic friction system based on double vibration tables | |
| US4951497A (en) | Process and apparatus for measuring the roughness of the surface of a piece | |
| JP2018077179A (en) | Method for rubber compression test | |
| US3387490A (en) | Rheometer die improvement | |
| US2691886A (en) | Stress relaxation measuring device | |
| US5983731A (en) | Load transducer | |
| Ju et al. | A systematic method for characterizing the elastic properties and adhesion of a thin polymer membrane | |
| RU2841052C1 (en) | Experimental stand for testing vacuum suction cups of various structures and materials for shear in various media | |
| US6711940B2 (en) | Method and apparatus for measuring the elasticity of fluids | |
| CN115655905B (en) | True triaxial loading device, rock mechanical properties and damage direction test method | |
| CN218444921U (en) | True triaxial loading device | |
| Tadic et al. | The influence of vacuum level on the friction force acting on the pneumatic cylinder sealing ring | |
| RU2841057C1 (en) | Experimental stand for testing vacuum suction cups of various structures and materials for torsion in various media | |
| Zwick et al. | Oscillatory enhancement of the squeezing flow of yield stress fluids: a novel experimental result |