Устройство для определения физико-механических свойств кожи

 

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля физико-механических свойств кожи. Испытуемый образец подвергают вибрационным нагрузкам и по показаниям вибродатчика определяют физико-механические свойства исследуемого образца. Устройство позволяет проводить исследования без разрушения образцов. Устройство для определения физико-механических свойств кожи содержит вибродатчик, состоящий из подвижного штока и закрепленной на нем силовой катушки, постоянный магнит, магнитную систему подвеса, измерительную катушку и металлическую плиту. Оно имеет силовой индентор, закрепленный на нижнем конце подвижного штока и представляющий собой постоянный магнит цилиндрической формы, и опорный индентор, выполненный из постоянного магнита цилиндрической формы, соосно установленный с ним и размещенный в верхней части оси. Ось имеет возможность вертикального перемещения относительно направляющего стакана и жестко связана с металлической плитой с ее тыльной стороны. Металлическая плита имеет круглое отверстие, диаметр которого равен диаметрам отверстий, выполненных в центре основания корпуса вибродатчика и направляющего стакана. Технический результат устройства - определение физико-механических параметров упругих материалов на растяжение (сжатие) в автоматическом режиме. 3 ил.

Устройство относится к устройствам неразрушающего контроля физико-механических свойств кожи.

Изобретение может быть использовано как в легкой промышленности, так и на предприятиях ремонта и пошива обуви, в частности, для определения физико-механических характеристик кожи и других упруго-вязких материалов в динамическом резонансном режиме.

Известен целый ряд устройств, позволяющих определить физико-механические свойства исследуемого материала, измерять величины таких параметров кожи, как разрывное напряжение, условный модуль упругости, относительное удлинение, деформация образца при разрыве и т.п. (Зыбин Ю.П. и др., Материаловедение изделий из кожи., М., Легкая индустрия, 1968, с.27-64).

Подобные типы разрывных машин (РТ-250, Айнотрон и др.), позволяют определить физико-механические параметры кожи при разрушении образцов. Основными недостатками этого метода контроля параметров кожи является: значительные потери дорогостоящей кожи, трудоемкость и продолжительность испытаний, невозможность повторных операций одних и тех же образцов. Эти недостатки могут быть устранены в устройствах динамического испытания кож без их разрушения.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения физико-механических свойств кожи, описанное в патенте RU 2047175 Cl, кл. G 01 N 33/36, 1995 и взятое за прототип, включающее магнитоэлектрический вибродатчик, содержащий постоянный магнит, силовую катушку, установленную на подвижном штоке, магнитную систему подвеса, измерительную катушку, металлическую плиту для размещения исследуемого образца.

Основным недостатком этого устройства является невозможность определения жесткости кож и других вязкоупругих материалов на растяжение (сжатие) в динамическом резонансном режиме.

Задачей изобретения является определение физико-механических характеристик кож и других вязкоупругих материалов на растяжение (сжатие) в автоматическом режиме. Указанная задача решается тем, что устройство состоит из генератора электрических сигналов синусоидальной формы с дискретно изменяющейся частотой, магнитоэлектрического вибродатчика, содержащего постоянный магнит и силовую катушку, установленную на подвижном штоке электронного толщиномера и связанного с ним микропроцессора, причем последний связан также с генератором и цифровым вольтметром, получающим сигнал с измерительной части вибродатчика, магнитная система подвеса которого выполнена в виде трех постоянных магнитов цилиндрической формы, равномерно расположенных вдоль подвижного штока, при этом два из них неподвижно закреплены в корпусе вибродатчика по концам подвижного штока, а третий магнит неподвижно закреплен в средней части подвижного штока и служит сердечником измерительной катушки, установленной в корпусе вибродатчика и силового и опорного инденторов, выполненных из постоянных магнитов цилиндрической формы, дополнительно установленных соответственно на подвижном штоке и оси, имеющей возможность относительного вертикального перемещения.

Существенным отличием предлагаемого устройства является введение дополнительных элементов: силового и опорного инденторов. Силовой индентор закреплен на нижнем конце подвижного штока. Соосно установленный с ним опорный индентор размещен в верхней части оси, имеющей возможность относительного вертикального перемещения. Оба индентора выполнены из постоянных магнитов цилиндрической формы. Кроме того, изменена конструкция металлической плиты, на которую укладывается исследуемый образец кожи, путем введения направляющего стакана, подвижной оси и образования в нем круглого отверстия, диаметр которого равен диаметрам отверстий, выполненных в центре основания корпуса вибродатчика и металлической плиты.

Такое конструктивное решение позволяет определить физико-механические параметры исследуемой кожи или других вязкоупругих материалов на растяжение в автоматическом режиме, сохранив при этом все возможности прототипа.

Предложенная совокупность признаков, реализуемых в предлагаемом устройстве с новым выполнением рабочей части подвижного штока в виде силового индентора и введением опорного индентора позволяет получить положительный эффект в сокращении времени на экспресс-анализ физико-механических свойств кожи и других вязкоупругих материалов без их разрушения, а введение в конструкцию металлической плиты направляющего стакана, подвижной оси и образования в нем круглого отверстия, диаметр которого равен диаметрам отверстий, выполненных в центре основания корпуса вибродатчика и металлической плиты, дает возможность определить прочность и жесткость кож или других вязкоупругих материалов на растяжение (сжатие) в автоматическом режиме.

Сущность устройства поясняется на фиг. 1, 2 и 3. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения физико-механических свойств кожи, которое состоит из вибродатчика 1, связанного с генератором 2 электрических сигналов синусоидальной формы с дискретно изменяющейся частотой и цифровым вольтметром 3. Для определения толщины исследуемого материала использован электронный толщиномер 4 с выносной измерительной головкой 5. Причем генератор 2, цифровой вольтметр 3 и электронный толщиномер 4 связаны с микропроцессором 6, выход которого соединен с дисплеем 7 и цифропечатающим устройством 8. Образец исследуемой кожи или другого вязкоупругого материала 9 помещается между силовым 10 и опорным 11 инденторами, выполненными из постоянных магнитов цилиндрической формы и жестко укрепленными соответственно на жестком штоке 12 и оси 13, установленной в направляющем стакане 14 с возможностью вертикального перемещения относительно него и жестко связанной с металлической плитой 15 с ее тыльной стороны (см. фиг. 2). Причем плита 15 имеет отверстие 16, диаметр которого равен диаметрам отверстий 17 и 31, выполненных в центре основания 18 корпуса 19 вибродатчика 1 и направляющего стакана 14.

На фиг. 2 представлен общий вид вибродатчика 1 в разрезе для лучшего показа конструкции. Вибродатчик 1 состоит из подвижного штока 12, выполненного из легкого алюминиевого сплава, общая масса которого не превышает 12 г и закрепленной на нем силовой катушки 24. Стремление к уменьшению массы подвижного штока вызвано необходимостью расширения динамического диапазона вибродатчика.

Упругая подвеска подвижного штока 12 вибродатчика осуществляется с помощью постоянных магнитов цилиндрической формы 20, 21, 22, выполненных из ферромагнитного материала. Магнит 21 непосредственно закреплен на подвижном штоке 12 вибродатчика 1 и располагается между двумя соосными магнитами цилиндрической формы 20 и 22, причем плоскости всех магнитов параллельны. Магнитные поля 20, 21 и 22 имеют противоположные направления друг относительно друга.

Подобная компоновка магнитов позволила использовать магнит 21 в качестве сердечника измерительной катушки 23, конструктивно размещенной, как видно на фиг. 2 таким образом, что плоскость витков катушки 23 совпадает с плоскостью магнита 21. Для создания гармонических колебаний подвижного штока 12 в его верхней части расположена силовая катушка 24. Подвижный шток 21 расположен в центре корпуса 19 цилиндрической формы в направляющих втулках 25 и 26, выполненных из фторопласта. В верхней части вибродатчика 1 закреплен ферритовый магнит цилиндрической формы 27, размещенный между двумя стальными пластинами 28 и 29 круглой формы. К верхней пластине 28 в ее центре прикреплен стальной сердечник 30. Магнитную цепь замыкает нижняя пластина 29 с отверстием в центре, через которое проходит нижняя часть сердечника 30, имеющего цилиндрическую форму. Между отверстием пластины 29 и стальным сердечником 30 имеется кольцевой зазор, в котором размещена силовая катушка 24, жестко укрепленная в верхней части подвижного штока 12.

Работа устройства (см. фиг. 1 и 2) осуществляется по команде "запуск". При этом по сигналу микропроцессора 6 включается механизм подъема вибродатчика 1 и измерительной головки 5 толщиномера 4. Исследуемый образец кожи или вязкоупругого материала 9 помещается между силовым 10 и опорным 11 инденторами, соответственно укрепленными на подвижном штоке 12 и оси 13, установленной в направляющем стакане 14, на металлической плите 15, имеющей отверстие 16, диаметр которого равен диаметру отверстия 17, выполненного в центре основания 18 корпуса 19 вибродатчика 1. После этого опускают вибродатчик 1 с измерительной головкой 5 электронного толщиномера 4 на исследуемый образец (механизм подъема и опускания вибродатчика и измерительной головки на фиг. 1, 2 не показан).

От микропроцессора 6 поступает сигнал на задающий генератор 2, с которого сигнал синусоидальной формы поступает на силовую катушку 24, при этом в ней возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита 27, вследствие чего силовая катушка 24 вместе с подвижным штоком 12 совершает вынужденные колебания с частотой, равной частоте задающего генератора 2, а контактные поверхности силового 10 индентора, подвижного штока 12 и опорного 11 индентора оказывают периодическое силовое воздействие на исследуемый материал 9. При этом исследуемый образец кожи или другого вязкоупругого материала подвергается периодическому растяжению, а в измерительной катушке 23 возникает ЭДС индукции, которая количественно определяется с помощью цифрового вольтметра 3 и фиксируется в памяти микропроцессора 6. После этого по команде микропроцессора 6, производится переключение задающего генератора 2 на следующую степень частоты. Подобным образом с заданной дискретностью осуществляется сканирование частоты до выявления распределения зависимости выходного напряжения на измерительной катушке 23 от частоты задающего генератора 2. Упруго-вязкие свойства исследуемой кожи могут быть определены по характеру ее деформации, регистрируемой измерительной частью 23 вибродатчика 1 в виде амплитудно-частотных характеристик.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), /на фиг. 3 отмеченная цифрой 0/, соответствует случаю свободных резонансных колебаний с частотой подвижного штока 12 вибродатчика. На той же фиг. 3 показан пример реакции кожи на воздействие подвижного штока 12, оснащенного силовым индентором 10, для одного исходного положения вибродатчика 1 относительно лицевой поверхности исследуемого образца кожи. При этом АЧХ, отмеченная цифрой 1, соответствует положению вибродатчика, когда силовой индентор 10 находится в области контакта с кожей, оказывая определенное давление.

Изменение частоты задающего генератора 2, нахождение резонансной частоты и полуширины АЧХ на уровне 0,707 от максимальной амплитуды, расчет показателей с учетом толщины исследуемого материала осуществляется в автоматическом режиме с помощью микропроцессора 6 по разработанной программе. Полученные значения физико-механических свойств кожи или других упруго-вязких материалов высвечиваются на экране дисплея 7 и фиксируются на бумажной ленте с помощью цифропечатающего устройства 8.

Экспериментальные исследования позволили создать наиболее компактную и надежную конструкцию вибродатчика, которая обеспечивает высокую согласованность работы всех конструктивных элементов устройства. Кроме того установлено, что при принятом ступенчатом изменении положения вибродатчика относительно поверхности исследуемого образца кожи, максимумы амплитуд АЧХ соответствуют различным частотам; причем эти максимумы уменьшаются с увеличением значений резонансной частоты по определенному закону.

Использование предлагаемого устройства на заводах Российской Федерации позволит исключить значительные потери натуральной кожи и других вязкоупругих материалов, расходуемых на проведение физико-механических испытаний, сократить время, трудоемкость испытаний, определить по характеру деформации кожи ее упруго-вязкие физико-механические свойства.

Формула изобретения

Устройство для определения физико-механических свойств кожи, содержащее вибродатчик, состоящий из подвижного штока и закрепленной на нем силовой катушки, постоянный магнит, магнитную систему подвеса, измерительную катушку и металлическую плиту, отличающееся тем, что оно имеет силовой индентор, закрепленный на нижнем конце подвижного штока и представляющий собой постоянный магнит цилиндрической формы, и опорный индентор, выполненный из постоянного магнита цилиндрической формы, соосно установленный с ним и размещенный в верхней части оси, имеющей возможность вертикального перемещения относительно направляющего стакана и жестко связанной с металлической плитой с ее тыльной стороны, при этом металлическая плита имеет круглое отверстие, диаметр которого равен диаметрам отверстий, выполненных в центре основания корпуса вибродатчика и направляющего стакана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3