ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ НАМАГНИЧЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств материалов, в частности к приборам для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при нагрузках сдвига, растяжения и т.п.

Известен прибор для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных формовочных материалов при нагрузках растяжения и сдвига, содержащий источник магнитного поля (МП) в виде электрической катушки (ЭК), установленный на неферромагнитной опоре, подвижный в вертикальном направлении стол, приводимый в действие с помощью рычажного механизма, сменные разборные приспособления с полостью для дисперсного материала, динамометрический механизм для нагружения образца [1].

Основные недостатки прибора:
- повышенные габариты из-за того, что в качестве источника МП использована ЭК, а динамометрический механизм не связан с опорой и источником МП и вынесен за их пределы,
- не позволяет определять условия разрушения при различных направлениях вектора индукции к поверхности П разрушения, т.е. при различных углах
Сущность изобретения достигается тем, что известный прибор для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов, содержащий имеющий электрическую катушку источник магнитного поля, стол, динамометрический механизм, разборное приспособление с полостью для дисперсного материала и устройство для крепления этого приспособления, снабжен С-образным магнитопроводом, имеющим сердечник электрической катушки и две параллельные полюсные пластины, фиксатором положения стола, вертикальной опорой стола с осью его вращения и угловой шкалой с углублениями для фиксатора положения стола. Свободные торцы полюсных пластин скреплены вертикальной опорой стола, стол выполнен поворотным в виде Г-образного рычага, на одной полке которого, параллельной полюсным пластинам, укреплен динамометрический механизм, на другой - фиксатор положения поворотного стола. При этом поворотный стол закреплен на внешней консоли его оси поворота, устройство для крепления разборного приспособления смонтировано на ее внутренней консоли и является сменным, а по крайней мере одна из полюсных пластин выполнена с прорезью.

Размер полюсной пластины, перпендикулярный оси поворота поворотного стола по меньшей мере может быть равен 1,2...1,3 наибольшего размера образца. Кроме того, длина и ширина полюсов полюсной пластины и межполюсное расстояние могут быть равны между собой.

Продольный размер электрической катушки не превышает соответствующего размера полюсных пластин. Сердечник и электрическая катушка могут быть выполнены прямоугольного сечения. Если полюсные пластины расположены в горизонтальной плоскости, то сердечник размещен в вертикальной, а если полюсные пластины расположены вертикально, то сердечник - горизонтально. Вертикальная опора поворотного стола размещена или у торцов, расположенных на противоположном от катушки конце полюсных пластин, или у торцов полюсных пластин, примыкающих к катушке.

Прорезь в полюсной пластине выполнена от ее торца до середины пластины в направлении, перпендикулярном оси поворота стола.

Такое выполнение прибора позволяет быть более универсальным, т.е. определять не только усилия растяжения, но и сдвига, сжатия и т.п. за счет применения сменного устройства для крепления сменных разборных приспособлений и за счет возможности различной установки электромагнита и опоры поворотного стола. Кроме того, предлагаемый прибор имеет меньше габариты за счет крепления опоры поворотного стола на полюсных пластинах электромагнита, выполнения поворотного стола в виде Г-образного рычага, закрепления этого стола и сменного устройства на общей оси, расположения динамометрического механизма на поворотном столе.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен прибор, вид спереди в частичном разрезе, на фиг. 2 - вид сверху прибора, на фиг. 3 - вид сбоку, на фиг. 4 - схема установки электромагнита на наружную плоскость одной из полюсных пластин с креплением опоры поворотного стола к свободным торцам полюсных пластин, расположенных на противоположных от катушки концах полюсных пластин, на фиг. 5 - то же, с креплением опоры к торцам пластин, примыкающим к катушке, на фиг. 6 - схема установки электромагнита на торцы полюсных пластин.

Прибор (в любом конструктивном исполнении) содержит источник магнитного поля, выполненный в виде электромагнита с С-образным магнитопроводом, имеющим сердечник 2, охваченный витками электрической катушки 3 и две полюсных пластины 4 и 5, по меньшей мере в одной из которых выполнена прорезь 6. К пластинам 4 и 5 у их свободных торцов прикреплена вертикальная опора 7 поворотного стола 8 с осью 9 его поворота и угловой шкалой 10, снабженной углублениями 11 для фиксатора 12 положения стола 8. Поворотный стол 8 выполнен в виде Г-образного рычага, на одной полке которого, параллельной полюсным пластинам 4 и 5, укреплен динамометрический механизм 13, а на другой фиксатор - 12 положения стола 8. Этот стол закреплен на внешней 14 консоли оси 9, а на ее внутренней 15 консоли смонтировано сменное устройство 16 для крепления разборного приспособления 17 с полостью 18 для дисперсного материала 19.

Закрепление поворотного стола 8 и сменного устройства 16 на одной оси 9 позволяет поворачивать их синхронно на один и тот же угол и обеспечивать соосность динамометрического механизма 13 и полости 18 образца дисперсного материала 19.

Динамометрический механизм 13 может быть различной конструкции и принципа действия, в том числе пружинным. Разборное приспособление 17 также может быть различной конструкции и назначения, однако в любом случае оно должно иметь подвижную и неподвижную части, как у известных приспособлений. Подвижная часть разборного приспособления связывается с динамометрическим механизмом 13 тягой 20.

Электромагнит может быть установлен на какое-либо основание двояко:
1. На наружную плоскость одной из полюсных пластин, например 4, с расположением ее и другой пластины 5 горизонтально, а сердечника 2 вертикально (см. фиг. 1-5).

2. На торцы обеих полюсных пластин 4 и 5 с расположением их вертикально, а сердечника 2 горизонтально (см. рис. 6).

При этом изменяются направление вектора индукции и эргономические характеристики прибора и облегчается работа с прибором при использовании того или иного разборного приспособления 17 и сменного устройства 16. Для установки электромагнита на торцы пластин 4 и 5 продольный размер прямоугольной электрической катушки 3 не превышает соответствующего размера полюсных пластин 4 и 5. Для обеспечения в межполюсном пространстве электромагнита однородности индукции магнитного поля, воздействующей на образец, целесообразно, чтобы длина, ширина полюсной поверхности пластины 4 и 5 и межполюсное расстояние были равны между собой, а наибольший размер образца не превышал 70... 80% длины или ширины полюсной поверхности или, что то де самое, минимальная длина (ширина) полюсной поверхности пластин 4 и 5 по меньшей мере равна 1,2. ..1,3 наибольшего размера образца. Это обеспечивает нахождение всего образца в практически однородном магнитном поле. Сердечник 2 и, соответственно, катушка 3 могут быть круглого, квадратного или прямоугольного поперечного сечения. С точки зрения минимизации габаритов прибора наиболее целесообразны сердечник и катушка прямоугольного сечения. Они также обеспечивают более однородное магнитное поле в межполюсном пространстве (при одинаковых размерах полюсных пластин).

Опора 7 поворотного стола 8 может быть укреплена к одному из свободных (от катушки 3) торцов полюсных пластин 4 и 5, а именно:
1. К торцам, расположенным на противоположном от катушки 3 конце пластин 4 и 5,
2. К торцам, примыкающим к катушке 3.

Это также изменяет эргономические характеристики прибора и облегчает работу с ним при использовании определенных приспособлений 17. В зависимости от расположения вертикальной опоры 7 и оси поворота стола изменяется и положение прорези 6. Однако в любом случае прорезь в полюсной пластине выполнена от ее свободного торца до середины пластины в направлении, перпендикулярном оси 9 поворота стола, или, что то же самое, параллельно вертикальной плоскости опоры 7.

Прибор работает следующим образом (на примере нагружения образца силой растяжения).

В полость 18 разборного приспособления 17 насыпается дисперсный намагничивающийся материал 19 и, при необходимости, уплотняется. На внутренней консоли 15 оси 9 монтируется соответствующее сменное устройство 16, с помощью которого закрепляется это приспособление. Затем подвижная часть разборного приспособления 17 присоединяется к динамометрическому механизму 13 с помощью тяги 20. На катушку 3 электромагнита подается электрический ток, который создает магнитное поле, намагничивающее сердечник 2 и полюсные пластины 4 и 5, а также дисперсный материал 19, частички которого, спецпляясь между собой, образуют прочную систему. Прочность намагниченного дисперсного материала и, следовательно, усилия его разрушения зависят от величины и направления вектора Ве индукции к поверхности П разрушения, т.е. угла Величина индукции изменяется с помощью источника питания (не показан), а величина угла с помощью поворота сменного устройства 16, разборного приспособления 17 и стола 8. Поворотный стол 8 устанавливается в необходимое положение, которое определяется по угловой шкале 10 и фиксируется с помощью фиксатора 12. Затем с помощью динамометрического механизма 13 образец нагружается постепенно до тех пор, пока не разрушится. В момент разрушения фиксируют усилие разрушения, затем приспосбление 17 удаляется из устройства 16. Цикл закончен, если это усилие за вычетом массы поднимаемых частей разделить на площадь поверхности разрушения, то получается соответствующая прочность.

В таблице приведены значения различных видов прочности при величинах угла = 0^o и 90^oC.

Путем замены разборных приспособлений 17 и сменных устройств 16 для их крепления можно определять на этом приборе усилия разрушения образцов других видов, в т.ч. при нагрузках сдвига с использованием известного приспособления. Этому способствует также возможность двоякой установки электромагнита и опоры 7, позволяющая изменить направление вектора индукции с вертикального на горизонтальное.

Предложенный прибор по сравнению с известным (по прототипу) имеет определенные преимущества, т.е. является более универсальным, позволяя определять не только усилия сдвига, но и растяжения, сжатия и т.п., что достигается применением сменного устройства для крепления сменных разборных приспособлений и возможность различной установки электромагнита и опоры поворотного стола.

Кроме того, он имеет меньшие габариты за счет крепления опоры поворотного стола на полюсных пластинах электромагнита, выполнения поворотного стола в виде Г-образного рычага, закрепления этого стола и сменного устройства на общей оси, расположения динамометрического механизма на поворотном столе, а также позволяет измерять прочностные параметры при различных углах
Источники информации:
1. Литейное производство, N 11, - М.: Машиностроение, 1975, с. 19.

Прибор содержит имеющий электрическую катушку 3 поворотный стол 8, динамический механизм 13, разборное приспособление с полостью для дисперсного материала, устройство для крепления разборного приспособления, С-образный магнитопровод, имеющий сердечник 2 электрической катушки 3 и две параллельные полюсные пластины 4 и 5, вертикальную опору 7 стола 8 с осью его вращения 9 и угловой шкалой с углублениями для фиксатора 12 положения стола 8. Техническим результатом является определение не только усилия сдвига, но и растяжения, сжатия. 6 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Прибор для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов, содержащий имеющий электрическую катушку источник магнитного поля, стол, динамометрический механизм, разборное приспособление с полостью для дисперсного материала и устройство для крепления этого приспособления, отличающийся тем, что прибор снабжен С-образным магнитопроводом, имеющим сердечник электрической катушки и две параллельные полюсные пластины, фиксатором положения стола, вертикальной опорой стола с осью его вращения и угловой шкалой с углублениями для фиксатора положения стола, причем свободные торцы полюсных пластин скреплены вертикальной опорой стола, стол выполнен поворотным в виде Г-образного рычага, на одной полке которого, параллельной полюсным пластинам, укреплен динамометрический механизм, на другой - фиксатор положения поворотного стола, при этом поворотный стол закреплен на внешней консоли его оси поворота, устройство для крепления разборного приспособления смонтировано на ее внутренней консоли и является сменным, а по крайней мере одна из полюсных пластин выполнена с прорезью. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что размер полюсной поверхности полюсной пластины, перпендикулярной оси вращения поворотного стола, по меньшей мере равен 1,2 - 1,3 наибольшего размера образца. 3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что длина и ширина полюсных пластин и межполюсное расстояние равны между собой. 4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что сердечник и электрическая катушка выполнены прямоугольного сечения. 5. Прибор по п.1 или 2, отличающийся тем, что продольный размер прямоугольной электрической катушки не превышает соответствующего размера полюсных пластин. 6. Прибор по п.1, отличающийся тем, что полюсные пластины и сердечник расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. 7. Прибор по п.1, отличающийся тем, что прорезь в полюсной пластине выполнена от ее торца до середины в направлении, перпендикулярном оси вращения поворотного стола.