Изобретение относится к испытаниям материалов, основанным на времени и повторяемости свободного ударного взаимодействия, и может быть использовано для неразрушающей послойной оценки технологического и эксплуатационного состояния, величины нормального модуля упругости, степени рассеяния энергии поверхностей твердых тел, прежде всего поверхностей трения.
Известно устройство, предназначенное для определения состояния и упругих свойств поверхностей трения [1,2]
Это устройство содержит основание, смонтированную на основании заданно-ориентируемую опору-кассету для закрепления исследуемого образца, воздействующий на деталь-образец индентор с известными физико-механическими свойствами, регулируемый упор, токопроводящую нить и электронный модуль.
В электронный модуль входят следующие основные элементы: формирователь сигнала соударения, два триггера, два логических элемента И, четыре логических элемента ИЛИ, счетчик защитного интервала, счетчик интервалов времени, дешифратор, счетчик соударений, счетчик бит, блок индикаторов, последовательно-параллельный регистр, счетчик блоков, селектор частот, последовательный регистр сдвига, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), счетчик адреса, блок управления и генератор опорной частоты.
Входы формирователя сигнала соударения соединены с токопроводящей нитью, на которой подвешен индентор, и деталью-образцом. Выход формирователя соединен с установочным входом первого триггера, первым входом первого логического элемента И, а также тактовым входом параллельной загрузки последовательно-параллельного регистра. Выход первого триггера соединен с вторым входом первого элемента И, сбросовым входом счетчика интервалов времени, счетным входом счетчика числа соударений и входом выбора режима работы последовательно-параллельного регистра. Выход второго триггера соединен с первым входом второго элемента И. Выход первого элемента И связан со сбросовым входом счетчика защитного интервала. Выход первого элемента ИЛИ соединен с установочным входом второго триггера. Выход второго элемента ИЛИ подключен к сбросовому входу первого триггера и выход третьего элемента ИЛИ соединен со сбросовым входом счетчика бит. Выход четвертого элемента ИЛИ соединен со сбросовым входом счетчика блоков, а выход второго элемента И подключен к счетному входу счетчика бит, тактовому входу последовательного сдвига последовательно-параллельного регистра, тактовому входу регистра сдвига и счетному входу счетчика адреса. Выход переполнения счетчика защитного интервала связан с первым входом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ. Выходы счетчика интервалов времени соединены с первой группой информационных входов последовательно-параллельного регистра. Выходы дешифратора соединены с адресными входами блока индикаторов, а выходы счетчика соударений соединены с второй группой информационных входов последовательно-параллельного регистра. Выход переполнения счетчика бит подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, входу записи информации блока индикаторов и счетному входу счетчика блоков. Выход последовательно-параллельного регистра связан с информационным входом ОЗУ. Информационные выходы счетчика блоков соединены с входами дешифратора. Выход переполнения счетчика блоков соединен со сбросовым входом второго триггера и первым входом четвертого элемента ИЛИ. Первый выход селектора частот подключен к счетному входу счетчика защитного интервала, второй выход селектора частот соединен со счетным входом счетчика интервалов времени, третий выход селектора частот соединен с вторым входом второго элемента И. Выходы регистра сдвига соединены с информационными входами блока индикаторов. Выход ОЗУ соединен с информационным входом регистра сдвига. Выходы счетчика адреса связаны с адресными входами ОЗУ. Первый выход блока управления соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй выход блока управления соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, вторым входом третьего элемента ИЛИ, вторым входом четвертого элемента ИЛИ, сбросовым входом счетчика соударений и сбросовым входом счетчика адреса, третий выход блока управления соединен с входом выбора поддиапазона селектора частот, четвертый выход блока управления соединен с входом выбора режима работы ОЗУ. Выход генератора опорной частоты соединен с тактовым входом селектора частот.
Недостатком этого устройства является невозможность непосредственного подключения его к ЭВМ, что существенно снижает производительность испытаний и повышает время определения искомых параметров.
Цель изобретения повышение производительности испытаний и снижение времени определения искомых параметров за счет обеспечения возможности непосредственного ввода в ЭВМ измеренных значений времен соударений.
Для этого в предлагаемом устройстве предусмотрен ввод информации в ЭВМ через стандартные коммуникационные средства (под стандартным коммуникационным средством подразумевается последовательный асинхронный порт RS-232С, отечественное обозначение стык С2).
Цель достигается тем, что в устройство, содержащее основание, смонтированную на основании заданно-ориентируемую опору-кассету для закрепления исследуемой детали-образца, воздействующий на деталь-образец индентор с известными физико-механическими свойствами, регулируемый упор, токопроводящую нить, на которой подвешен индентор, формирователь сигнала соударения, триггер, логический элемент И, счетчик защитного интервала, последовательно-параллельный регистр, счетчик интервалов времени, селектор частот, генератор опорной частоты, при этом первый вход формирователя сигнала соударения соединен с токопроводящей нитью, второй вход формирователя сигнала соударения соединен с исследуемой деталью-образцом выход формирователя сигнала соударения соединен с установочным входом триггера, первым входом логического элемента И и входом параллельной загрузки последовательно-параллельного регистра, выход триггера связан с вторым входом логического элемента И, входом выбора режима работы последовательно-параллельного регистра и сбросовым входом счетчика интервалов времени, выход логического элемента И подключен к сбросовому входу счетчика защитного интервала, выходы счетчика интервалов времени связаны с первой группой информационных входов последовательно-параллельного регистра, первый выход селектора частот соединен с тактовым входом счетчика защитного интервала, второй выход с тактовым входом счетчика интервалов времени, выход генератора опорной частоты подключен к входу формирователя сетки частот, введены элемент проверки на четность и буферный формирователь, при этом выход переполнения счетчика защитного интервала соединен с сбросовым входом триггера, выход последовательно-параллельного регистра соединен с входом буферного формирователя, выход буферного формирователя подключен к соответствующей линии ("передаваемые данные") асинхронного коммуникационного интерфейса, выходы счетчика интервалов времени связаны с входами элемента проверки на четность, третий выход селектора частот соединен с тактовым входом последовательного сдвига последовательно-параллельного регистра, выходы элемента проверки на четность связаны с второй группой информационных входов последовательно-параллельного регистра.
На фиг.1 представлена общая схема устройства; на фиг.2 временные диаграммы работы предлагаемого устройства; на фиг.3 формат передаваемых данных согласно спецификации RS-232С; на фиг.4 пример подключения и загрузки последовательно-параллельного регистра.
Устройство (фиг. 1) содержит основание 1, смонтированную на основании заданно-ориентируемую опору-кассету 2 для закрепления исследуемой детали-образца 3, воздействующий на деталь-образец 3 индентор 4 с известными физико-механическими свойствами, регулируемый упор 5, токопроводящую нить 6, на которой подвешен индентор 4, формирователь 7 сигнала соударения, триггер 8, элемент И 9, счетчик 10 защитного интервала, буферный формирователь 11, последовательно-параллельный регистр 12, счетчик 13 интервалов времени, селектор 14 частот, элемент 15 проверки на четность, генератор 16 опорной частоты.
Первый вход формирователя 7 соединен с токопроводящей нитью 6, второй вход соединен с исследуемым образцом 3. Выход формирователя 7 соединен с установочным входом триггера 8, первым входом элемента И 9 и входом параллельной загрузки регистра 12.
Выход триггера 8 связан с вторым входом элемента И 19, входом выбора режима работы регистра 12 и сбросовым входом счетчика 13.
Выход элемента И 9 подключен к сбросовому входу счетчика 10.
Выход переполнения счетчика 10 соединен со сбросовым входом триггера 8.
Выход формирователя 11 подключен к соответствующей линии ("Передаваемые данные") асинхронного коммуникационного интерфейса.
Выход регистра 12 соединен с входом формирователя 11.
Выходы счетчика 13 связаны с первой группой информационных входов регистра 12, а также с входами элемента 15.
Первый выход селектора 14 частот соединен с тактовым входом счетчика 10, второй выход с тактовым входом счетчика 13, третий выход с тактовым входом последовательного сдвига регистра 12.
Выходы элемента 15 связаны с второй группой информационных входов регистра 12.
Выход генератора 16 подключен к входу селектора 14 частот.
Упор 5 предназначен для строго заданного отклонения маятника, образованного индентором 4 и нитью 6, от вертикали и детали-образца 3.
Формирователь 7 предназначен для преобразования электрического сопротивления участка контакта исследуемого образца 3 и индентора 4 при их соударении в сигнал логического уровня "0" или "1" на выходе формирователя. При этом порог электрического сопротивления, разделяющего существование контакта или его отсутствие, может быть регулируемым.
Триггер 8 служит для выделения интервала времени, в течение которого счетчик 13 производит подсчет поступающих на его счетный вход с выхода селектора 14 частот тактовых интервалов определения времени соударения, а также для определения режима работы регистра 12 (параллельная загрузка согласно фиг.3 или же последовательный сдвиг информации).
Элемент И 9 необходим для разрешения счета счетчику 10 только в случае, если триггер 8 установлен, а с выхода формирователя 7 поступает сигнал логического уровня, соответствующего отсутствию контакта.
Счетчик 10 используется для подсчета длительности защитного интервала, необходимого для устранения возможного "дребезга" контакта индентора 4 и образца 3, а также для сброса триггера 8.
Формирователь 11 предназначен для установления параметров выходного сигнала в соответствии со стандартом RS-232С (напряжение логической "1" 12 В, логического "0" -12 В).
Регистр 12 служит для параллельной записи информации с выходов счетчика 13, выходов элемента 15. При помощи соответствующей внутренней организации регистра 12 осуществляется введение в информационную последовательность необходимых для нормальной работы асинхронного интерфейса стартовых и стоповых битов. Кроме того, регистр 12 осуществляет последовательный сдвиг информации при сброшенном триггере 8.
Счетчик 13 используется для подсчета количества тактовых интервалов определения времени соударения, поступающих в моменты, когда триггер 8 установлен. Данный элемент может быть двоично-десятичным или двоичным (от этого зависит код представления информации).
Селектор 14 частот предназначен для формирования сетки частот из опорной частоты, поступающей с выхода генератора 16. Первая из сформированных частот используется в качестве тактовой при подсчете защитного интервала счетчиком 10, вторая в качестве тактовой при определении времени соударения счетчиком 13, третья в качестве тактовой частоты последовательного сдвига регистра 12.
Элемент 15 проверки на четность служит для вычисления бита(ов) проверки на четность информации, поступающей с выхода счетчика 13 (биты проверки на четность должны присутствовать в асинхронной последовательности).
Генератор 16 введен для формирования высокостабильной опорной частоты.
Элементы с позициями 1-8, 9, 10, 12-14 и 16 имеют назначение, аналогичное назначению соответствующих элементов прототипа.
Формирователь 7 выполнен на базе операционных усилителей К140УД7 по схеме компаратора (с логическим уровнем ТТЛ на выходе). Триггер 8 типа К555ТМ2. Элемент 9 типа К555ЛИ1. Счетчик 10 типа К555ИЕ2, К555ИЕ5 и др. Формирователь 11 выполнен на базе операционного усилителя К140УД7 и транзистора КТ805БМ. Регистр 12 последовательно соединенные регистры типа К555ИР1. Счетчик 13 последовательно соединенные счетчики К555ИЕ2 или К555ИЕ5 (в первом случае представление выходной информации осуществляется в двоично-десятичном коде, во втором в двоичном). Селектор 14 частот выполнен с применением делителей частоты на микросхемах типа К555ИЕ2, К555ИЕ5 и др. Элемент 15 проверки на четность на основе микросхем типа К155ИП2. Генератор 16 выполнен по традиционной схеме с применением кварцевого генератора с частотой 10 мГц (при этой частоте микросхемы серии 555 функционируют устойчиво).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
После включения питания триггер 8 может находиться либо в установленном, либо в сброшенном состоянии. В первом случае счетчику 10 разрешается подсчет тактовых импульсов защитного интервала. После переполнения счетчика 10 сигнал на его выходе сбрасывает триггер 8. Устройство находится в начальном состоянии (время перехода в это состояние после включения питания не превышает 0,1 с). Далее осуществляется запуск на ЭВМ прикладной программы обработки результатов испытаний.
С помощью упора 5 обеспечивается требуемое расстояние между исследуемой поверхностью детали-образца и индентором 4. Индентор, подвешенный на гибкой токопроводящей нити 6, отводится до упора 5 и отпускается, после чего он свободно движется в направлении изучаемой поверхности детали-образца 3 и соударяется с ней. В момент соприкосновения (контакта) индентора 4 с исследуемой поверхностью электрическое сопротивление участка индентор-образец падает ниже порогового сопротивления (фиг.2а). На выходе формирователя 7 вырабатывается сигнал, соответствующий замыканию (фиг.2б).
В этот момент триггер 8 устанавливается (фиг.2в) и разрешает тем самым счет счетчику 13. Кроме того, регистр 12 переводится в режим параллельной загрузки информации.
При возникновении "дребезга" контакта (фиг.2б, моменты 1 и 2) содержимое счетчика 13 заносится в регистр 12. Так как интервал "дребезга" не превышает защитного интервала τзащ. счетчик 10, который начинает счет при появлении сигнала отсутствия контакта, сбрасывается по приходу сигнала существования контакта, не успев достигнуть состояния переполнения.
В стадии размыкания образца 3 и индентора 4 (фиг.2б, момент 3) информация из счетчика 13 заносится в регистр 12. Счетчик 10 в третий раз начинает счет и в момент переполнения вырабатывает на выходе сигнал переполнения (фиг.2г). Этот сигнал сбрасывает триггер 8.
После сброса триггера 8 регистоp 12 производит последовательный сдвиг информации. Так как вследствие соответствующей внутренней организации регистра 12 на его последовательный вход подается сигнал, соответствующий стоп-биту, то после сдвига на выход регистра записанной информации производится постоянный сдвиг последовательности, состоящей из одних стоп-битов, что воспринимается как отсутствие сигнала.
В момент поступления на выход устройства асинхронной информационной последовательности коммуникационный интерфейс (RS-232C) инициирует аппаратное прерывание. При поступлении запроса прерывания от интерфейса соответствующая программа обработки данного прерывания осуществляет чтение поступившей информации о времени соударения образца и индентора. Далее значение времени соударения может быть передано прикладной программе для обработки.
После прекращения колебаний маятника (по истечении определенного времени после последнего прерывания, например 3 с) программа обработки прерываний уведомляет прикладную программу об окончании процесса измерений. В зависимости от полученных результатов возможно либо повторение измерений, либо изменение соответствующих параметров измерений и проведение новых измерений, либо окончание работы.
В момент следующего соударения цикл работы устройства повторяется.
В самом общем случае ударно взаимодействующие поверхности могут иметь сферическую, цилиндрическую, плоскую или иную конфигурацию. Их размеры и относительные скорости могут изменяться в достаточно широких пределах.
В каждом конкретном случае по времени первого и последующих соударений (τ1, τ2. τn) с учетом известных физико-механических свойств индентора по соответствующим соотношениям могут быть определены модуль нормальной упругости и коэффициент внутреннего трения слоев материала. Для сферического индентора 4 и плоской детали-образца 3 соотношения для расчета искомых упругодиссипативных характеристик имеют вид
Eпов2
σ
Q
m,r масса и радиус кривизны индентора;
Епов1, Епов2 модуль Юнга поверхностных слоев индентора и исследуемого образца-детали;
h высота падения индентора;
p сила соударения;
V [(1 μ12)/Епов1 + (1 μ22)/Епов2] упругая постоянная Кирхгофа;
a,b,c константы (а 2,5, с 10).
Общее состояние изучаемых поверхностей трения устанавливается по измеренным величинам путем сопоставления их с подобными величинами, полученными для эталонных образцов.
Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить производительность испытаний поверхностных слоев материалов, сократить время определения искомых параметров. Кроме того, обеспечиваются полнота и наглядность получения информации. Существенно упрощается ведение банка данных.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Устройство для определения состояния и упругих свойств поверхностей трения | 1990 |
|
SU1744587A1 |
Устройство для регистрации ритма сердечной деятельности и характера его изменений | 1978 |
|
SU784867A1 |
Способ многодорожечной цифровой магнитной записи и устройство для его осуществления | 1988 |
|
SU1606996A1 |
СЕЛЕКТОР ИМПУЛЬСОВ | 2011 |
|
RU2474043C1 |
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФРИКЦИОННОЙ УСТАЛОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ЛИНЕЙНОМ КОНТАКТИРОВАНИИ | 1997 |
|
RU2130601C1 |
Устройство двусторонней телесигнализации | 1990 |
|
SU1786684A1 |
Приемник многочастотных сигналов | 1990 |
|
SU1838894A3 |
Цифровой компандер | 1986 |
|
SU1427575A1 |
Устройство для измерения частоты | 1982 |
|
SU1247773A1 |
Устройство поэлементной синхронизации | 1985 |
|
SU1319301A1 |
Изобретение относится к технике определения механических характеристик материалов и позволяет обеспечить автоматизированное определение диссипативных свойств, а также общего состояния поверхностей трения. Задачей является обеспечение возможности непосредственного ввода в ЭВМ измеренных значений времен соударений. Это достигается тем, что устройство для определения состояния и упругодиссипативных свойств поверхностей трения содержит основание 1, размещенную на основании 1 заданно-ориентируемую опору-кассету 2 для закрепления исследуемого образца 3, токопроводящую нить 6, подвешенный на нити 6 индентор 4 с известными физико-механическими свойствами, регулируемый упор 5, формирователь 7 сигнала соударения, триггер 8, логический элемент И 9, счетчик 10 защитного интервала, последовательно-параллельный регистр 12, счетчик 13 интервалов времени, селектор 14 частот, генератор 16 опорной частоты 16, а также элемент 15 проверки на четность и буферный формирователь 11. 4 ил.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ И УПРУГОДИССИПАТИВНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ, содержащее основание, размещенную на основании заданно-ориентируемую опору-кассету для закрепления исследуемого образца, токопроводящую нить, подвешенный на ней индентор с известными физико-механическими свойствами, регулируемый упор, формирователь сигнала соударения, триггер, логический элемент И, счетчик защитного интервала, последовательно-параллельный регистр, счетчик интервалов времени, селектор частот и генератор опорной частоты, при этом первый вход формирователя сигнала соударения соединен с токопроводящей нитью, второй вход формирователя сигнала соударения соединен с исследуемым образцом, вход формирователя сигнала соударения соединен с установочным входом триггера, первым входом логического элемента И и входом параллельной загрузки последовательно-параллельного регистра, выход триггера связан с вторым входом логического элемента И, входом выбора режима работы последовательно-параллельного регистра и сбросовым входом счетчика интервалов времени, выход логического элемента И подключен к сбросовому входу счетчика защитного интервала, выходы счетчика интервалов времени связаны с первой группой информационных входов последовательно-параллельного регистра, первый выход селектора частот соединен с тактовым входом счетчика защитного интервала, второй выход с тактовым входом счетчика интервалов времени, выход генератора опорной частоты подключен к входу селектора частот, отличающееся тем, что оно снабжено элементом проверки на четность и буферным формирователем, выход переполнения счетчика защитного интервала соединен со сбросовым входом триггера, выход последовательно-параллельного регистра соединен с входом буферного формирователя, выход буферного формирователя предназначен для подключения к асинхронному коммуникационному интерфейсу, выходы счетчика интервалов времени связаны с входами элемента проверки на четность, третий выход селектора частот соединен с тактовым входом последовательного сдвига последовательно-параллельного регистра, а выходы элемента проверки на четность связаны с второй группой информационных входов последовательно-параллельного регистра.
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Замятин А.Ю | |||
Характеристика и результаты практического использования системы ПАУД МФ СЕЗАМУ | |||
Топка с несколькими решетками для твердого топлива | 1918 |
|
SU8A1 |
Ю.П.Замятина | |||
Рыбинск: МФ СЕЗАМУ-РАТИ, 1991, с.66-79. |
Авторы
Даты
1995-05-27—Публикация
1992-03-17—Подача