УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ НАМАГНИЧЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2001 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 материалов при нагрузках растяжения и сдвига, содержащий намагничивающее устройство (НУ) в виде электрической катушки, установленное 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 магнитного поля использована катушка, а динамометрический механизм не связан с опорой и катушкой и вынесен за их пределы;
- отсутствие возможности определения усилия разрушения при различных направлениях вектора индукции B_e к поверхности П разрушения, т.е. при различных углах В_e^П.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату (прототипом) является универсальный прибор для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при различных нагрузках и углах B_е^П, содержащий НУ в виде С-образного электромагнита, поворотный стол в виде Г-образного рычага с фиксатором его положения относительно намагничивающего устройства, вертикальную опору Г-образного стола с осью его вращения и угловой шкалой с углублениями для фиксатора положения стола, динамометрический механизм, укрепленный на горизонтальной полке Г-образного стола, сменное разборное приспособление с полостью для дисперсного материала и устройство для крепления этого приспособления, смонтированное на внутренней консоли оси вращения. При этом поворотный стол закреплен на внешней консоли его оси поворота, а по крайней мере одна из полюсных пластин С-образного электромагнита выполнена с прорезью /2/. Эргономические характеристики прибора могут изменяться путем двоякой установки электромагнита на основание и креплением вертикальной опоры к различным свободным торцам полюсных пластин электромагнита.

Основным недостатком описанного прибора является повышенная трудоемкость измерений из-за:
- во-первых, необходимости учета изменений в действительной нагрузке на образец, обусловленных прежде всего различием в силе трения движущихся частей разборного приспособления о направляющие при различных углах B_е^П, которые обеспечиваются изменением положения образца;
- во-вторых, из-за трудности переворота на 90^o тяжелого НУ в случае изменения его эргономических характеристик.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном универсальном приборе для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов, содержащем НУ в виде С-образного электромагнита, поворотный стол в виде Г-образного рычага с фиксатором его положения относительно НУ, вертикальную опору стола с осью его вращения и угловой шкалой с углублениями для фиксатора положения стола, динамометрический механизм, связанный со столом, разборное приспособление с полостью для дисперсного материала и устройство для крепления разборного приспособления, согласно изобретению НУ и вертикальная опора выполнены с возможностью поворота относительно оси вращения стола.

НУ и вертикальная опора могут быть выполнены с возможностью поворота относительно оси вращения стола посредством введенных в прибор дополнительной опоры с осью вращения и стоек, одна из которых, с фиксатором положения поворотного стола относительно этой стойки, предназначена для сопряжения с поворотным столом, а другая - для сопряжения с осью вращения дополнительной опоры. НУ и вертикальная опора могут быть выполнены с возможностью поворота относительно оси вращения стола посредством введения в прибор дополнительной опоры с осью вращения и стоек, одна из которых, с фиксатором положения поворотного стола относительно этой стойки, предназначена для сопряжения с осью вращения поворотного стола, а другая - для сопряжения с осью вращения дополнительной опоры.

Кроме этого, прибор может быть снабжен угловой шкалой с углублениями для фиксатора положения поворотного стола относительно стойки.

Техническим результатом является снижение трудоемкости измерений при различных углах B_e^П и обеспечение возможности установления любого угла B_e^П.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан прибор, у которого ось вращения стола сопряжена со стойкой, вид спереди; фиг. 2 - то же, вид сверху; фиг. 3 - то же, вид сбоку; фиг. 4 - узел сопряжения поворотного стола со стойкой, в разрезе; фиг. 5 - то же, вид сбоку.

Прибор (в любом конструктивном исполнении) содержит НУ 1 в виде С-образного электромагнита, имеющего сердечник 2, охваченный витками электрической катушки 3, и две полюсные 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 НУ 1, к которой примыкает поворотный стол 8. В отверстии опоры 7 размещена ось 9, вокруг которой совершают поворот НУ 1 и стол 8. Опора 7 снабжена угловой шкалой 10 с углублениями 11 для фиксатора 12 положения НУ 1 относительно поворотного стола 8. Стол 8 выполнен в виде Г-образного рычага, на горизонтальной полке которого укреплен динамометрический механизм 13, а на другой - фиксатор 12 положения НУ 1 относительно поворотного 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. Подвижная часть разборного приспособления 17 связана с динамометрическим механизмом 13 тягой 20. С противоположной стороны от опоры 7 к НУ 1 прикреплена другая дополнительная опора 21, снабженная осью 22 вращения НУ 1, которая опирается на стойку 23 станины 24 прибора. У опоры 7 расположена другая стойка 25, которая может быть выполнена двояко:
1. С ответным гнездом для размещения оси 9 (фиг. 1, 2, 3).

2. С ответным гнездом для размещения торца рычага стола 8 (фиг. 4,5).

В любом случае в стойке 25 укреплен фиксатор 26 положения поворотного стола 8 относительно стойки 25 (или, что то же самое, относительно вертикали).

Положение фиксатора 26 зависит от исполнения стойки 25. В первом случае, когда стойка 25 контактирует с внешней 14 консолью оси 9, фиксатор 26 целесообразно расположить на вертикальной геометрической оси стойки 25 (ближе к нижней полюсной пластине 4). При этом Г-образный рычаг снабжен угловой шкалой 27 с соответствующими углублениями 28 для фиксатора 26. Это исполнение обличает поворот стола 8 и обеспечивает более точную фиксацию стола 8 в нужном положении, но усложняет конструкцию. Во втором случае, когда стойка 25 контактирует с торцом Г-образного рычага стола 8, фиксатор 26 целесообразно расположить на горизонтальной геометрической оси соответствующего гнезда стойки 25 (фиг. 4, 5). В этом случае фиксатор 26 входит в резьбовые отверстия 29, выполненные на круглой торцевой поверхности Г-образного рычага стола 8 (фиг. 4, 5).

Закрепление поворотного стола 8 и сменного устройства 16 на одной оси 9 позволяет поворачивать их синхронно на один и тот же угол и обеспечить соосность динамометрического механизма 13 и образца дисперсного материала 19. Динамометрический механизм 13 может быть различной конструкции и принципа действия, в т.ч. 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.

Снабжение прибора стойками 25 и 23, опорой 21 с осью 22 и фиксатором 26 позволяет поворачивать НУ 1 относительно стола 8 и образца материала 19, изменять угол B_e^ П и фиксировать его. При этом подвижная часть разборного приспособления 17 всегда совершает перемещение в одних и тех же условиях независимо от угла B_e^П. Это уменьшает трудоемкость измерений и вычислений, связанных с необходимостью учета при каждом угле B_e^П измененных сил трения. Кроме того, изготовление НУ 1 поворотным позволяет очень легко и быстро изменять его эргономические характеристики, что необходимо при использовании различных приспособлений, а также устанавливать практически любой угол B_e^П.

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, с помощью которых оно усиливается и намагничивает дисперсный материал 19, частички которого, сцепляясь между собой, образуют прочную систему. Прочность намагниченного дисперсного материала и, следовательно, усилия его разрушения зависят от величины и направления вектора B_e индукции к поверхности П разрушения, т. е. угла B_e^П. Величина индукции изменяется с помощью источника питания (не показан), а величина угла B_e^П в основном с помощью поворота НУ 1. Возможно изменение угла B_e^П и путем поворота сменного устройства 16, разборного приспособления 17 и стола 8, что позволяет установить практически любой угол B_e^П.

В первом случае необходимое положение НУ 1 устанавливается по угловой шкале 10 с помощью фиксатора 12, входящего в углубления 11. Во втором случае поворотный стол 8 устанавливается в необходимое положение, которое определяется по угловой шкале 27, связанной с Г-образным рычагом поворотного стола 8, и фиксируется с помощью фиксатора 26. Затем с помощью динамометрического механизма 13 образец нагружается постепенно до тех пор, пока не разрушится. В момент разрушения фиксируют усилие разрушения, затем приспособление 17 удаляется из устройства 16. Цикл закончен. Если это усилие за вычетом силы веса поднимаемых частей и (или) силы трения подвижных частей приспособления о направляющие разделить на расчетную площадь поверхности разрушения, то получается соответствующая прочность. Поясним примером.

При угле B_e^П = 90^o (когда продольная ось образца на разрыв вертикальна и совпадает с вектором индукции B_e, а полюсные пластины 4 и 5 горизонтальны) из усилия разрушения вычитают силы веса подвижной части приспособления 17 (верхнего захвата) и дисперсного материала 19, находящегося в этой части. При угле B_e^П=0^o (когда положение НУ 1 не изменяется, а стол 8 поворачивается на 90^o, изменяя также на 90^o положение оси образца) из усилия разрушения необходимо вычитать силу трения подвижной части приспособления 17 о неподвижную, определенную заранее без магнитного поля. Если же угол B_e^П=0^o обеспечить поворотом НУ 1 на 90^o (а не стола 8), то вычитать нужно ту же силу веса, что и при угле B_e^П=90^o. Это существенно уменьшает трудоемкость измерений и вычислений и увеличивает точность измерений. Таким образом, измерение усилий разрушения образца при его растяжении целесообразно проводить, когда его ось вертикальна, т.е. Г-образный рычаг стола 8 расположен вертикально. Изменение же усилия разрушения шарообразного образца при его сдвиге целесообразно осуществлять при горизонтальном расположении этого рычага.

Предложенный прибор по сравнению с прототипом позволяет снизить трудоемкость измерений путем выполнения поворотным намагничивающего устройства и вертикальной опоры. В сочетании со столом это позволяет установить на приборе любой угол B_e^П.

Источники информации:
1. Черногоров П.В., Никифоров А.П., Левшин Г.Е. Магнитные и прочностные свойства материалов для магнитных форм. / Литейное производство, 1975, N 11, с. 18-20.

2. Патент N 2119152 РФ. МПК6 G 01 N 3/00. Прибор для определения усилий разрушения намагниченных дисперсных материалов. / Левшин Г.Е.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при нагрузках сдвига, растяжения. Намагничивающее устройство в виде С-образного электромагнита имеет сердечник, охваченный витками электрической катушки, и две полюсные пластины, в одной из которых выполнена прорезь. К полюсным пластинам у их свободных торцов прикреплена вертикальная опора, к которой примыкает поворотный стол. В отверстии вертикальной опоры размещена ось, вокруг которой совершают поворот намагничивающее устройство и стол. Вертикальная опора снабжена угловой шкалой с углублениями для фиксатора положения поворотного стола. Этот стол закреплен на внешней консоли оси, а на ее внутренней консоли смонтировано сменное устройство для крепления разборного приспособления с полостью для дисперсного материала. Подвижная часть разборного приспособления связана с динамометрическим механизмом, соединенным со столом. Техническим результатом является снижение трудоемкости измерений. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Универсальный прибор для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов, содержащий намагничивающее устройство в виде C-образного электромагнита, поворотный стол в виде Г-образного рычага с фиксатором его положения относительно намагничивающего устройства, вертикальную опору стола с осью его вращения и угловой шкалой с углублениями для фиксатора положения стола, динамометрический механизм, связанный со столом, разборное приспособление с полостью для дисперсного материала и устройство для крепления разборного приспособления, отличающийся тем, что намагничивающее устройство и вертикальная опора выполнены с возможностью поворота относительно оси вращения стола. 2. Универсальный прибор по п.1, отличающийся тем, что намагничивающее устройство и вертикальная опора выполнены с возможностью поворота относительно оси вращения стола посредством введенных в прибор дополнительной опоры с осью вращения и стоек, одна из которых, с фиксатором положения поворотного стола относительно этой стойки, предназначена для сопряжения с поворотным столом, а другая - для сопряжения с осью вращения дополнительной опоры. 3. Универсальный прибор по п.1, отличающийся тем, что намагничивающее устройство и вертикальная опора выполнены с возможностью поворота относительно оси вращения стола посредством введенных в прибор дополнительной опоры с осью вращения и стоек, одна из которых, с фиксатором положения поворотного стола относительно этой стойки, предназначена для сопряжения с осью вращения поворотного стола, а другая - для сопряжения с осью вращения дополнительной опоры. 4. Универсальный прибор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что он снабжен угловой шкалой с углублениями для фиксатора положения поворотного стола относительно стойки.