Устройство для исследования реологических свойств керамических масс Советский патент 1992 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для исследования реологических свойств искусственных керамических масс при производстве грубой строительной керамики,

Известно исследование реологических свойств искусственных керамических масс, помещенных в так называемых деформато- рах, являющихся составными частями приборов для этих исследований, в частности, представляющих собой подвижную и неподвижную зубчатые пластины.

При исследовании грубозернистых (крупнодисперсных) керамических масс точность исследования понижается из-за того, что получается проскальзывание зубьев пластинок по поверхности зерен крупно- дисперсного наполнителя а при подаче вертикальных нагрузок изменяется очень значительно объем исследуемого образца.

Недостатком известных устройств является невысокая точность из-за погрешностей, которые возникают при проскальзывании зубьев во время работы с прибором, а кроме

того, в пластинках прямоугольной конфигурации происходит концентрация напряжений в углах пластин и невозможность предохранить исследуемый образец от изменения его влажности. Невозможно исследовать поведение образца под действием вертикальной нагрузки, так как нарушается (уменьшается) его объем из-за истечения массы из-под верхней пластины.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для исследования реологических свойств керамических масс, пластометр конструкции Толстого, содержащей основание с размещенными на нем зубчатыми пластинками прямоугольной формы, нижняя из пластин жестко прикреплена к основанию, а верхняя снабжена штоком и крюком, который, в свою очередь, гибкой нитью, перекинутой через.шкив, связан с подвеской для размещения груза. Шток неподвижно закреплен посредине верхней плоскости пластины, связан гибкой нитью с индикатором перемещения часового типа, по которому отсчиты3 ел

О

вают горизонтальные перемещения верхней пластины и тем самым фиксируют деформацию сдвига образца. Плоскости пластинок, прилегающие к массе, имеют взаимно противоположное рифление, обеспечивающее их зацепление с верхними слоями исследуемой глиняной массы. Пластинки с образцом между ними помещаются в гнездо- держатель, закрепленное в основании прибора. Гнездо снабжено винтом для крепления нижней пластинки и ограничителем хода верхней пластинки, предотвращающим ее отрыв от образца массы.

Прибор позволяет замерить горизонтальные деформации образца, состоящего из чистых глин или бинарных глиняных смесей.

Недостатком известного устройства является следующее. В связи с тем, что пла- стины-деформзторы имеют прямоугольную в плане форму, то в их углах концентрируются напряжения, ведущие к отрыву верхней пластинки от образца и искажающие подлинное реологическое поведение масс при их исследовании, что снижает качество измерения.

Конфигурация рифлений (ТЯастинок, прилегающих к массе исследуемого образца, ограничивает исследование только тонких дисперсных масс на основе чистых глин или глиняных смесей, так как при испытании масс, содержащих в своем составе гру- бодисперсный наполнитель, наблюдается скольжение, кроме того, невозможно исследовать поведение масс при вертикальных нагрузках, что не позволяет с достаточной точностью моделировать процесс их ф ормо- взния. Кроме того, конструкция устройства не предохраняет образец от not ери влаги в процессе исследования.

Недостатком является то, что нагрузочное устройство задает только горизонтальное перемещение, что тоже отражается на точности исследования.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона исследуемых обьектов.

Указанная цель достигается тем, что устройство для исследования реологических свойств керамической массы, содержащее основание с установленными на нем пластинками с зубьями по всей поверхности одной из сторон, индикатор горизонтальных перемещений пластин и горизонтальное нагрузочное устройство, снабжено индентором в виде усеченного конуса, соединенного с индикатором вертикальных перемещений, верхней и нижней каретками, установленными на основании с возможностью возвратно-поступательного движения.

нижняя из которых соединена с устройством для изменения приложенного горизонтального усилия смещения, а верхняя, снабженная крюком и стопорным винтом с

5 углублением, в котором жестко установлена нижняя пластина с параллельными зубчатыми выступами треугольного сечения с равными боковыми кромками и основанием, равным 1,1-1,3 ширины паза между

10 зубьями (чья длинная сторона ориентирована перпендикулярно направлению действия горизонтальной силы) и размещенным на наружном диаметре нижней пластины набором колец, каждое из которых выполне15 но с кольцевой канавкой по верхнему периметру соосно с нижним выступом кольца и установлено так, что нижние выступы верхнего кольца входят в кольцевую канавку последующего нижнего с возможностью

0 скольжения, верхняя круглая пластина выполнена с аналогичными зубьями, коническим отверстием по центру и наружным диаметром, большим наружного диаметра колец, соединена с вертикальным нагрузоч5 ным устройством, снабженным вертикальными стойками в виде барабана, соединенного тросом с крюком верхней каретки, причем индикатор горизонтальных перемещений выполнен в виде датчика де0 формаций и соединен на входе с верхней кареткой, а на выходе - с устройством для измерения приложенного горизонтального усилия смещения.

На чертеже представлена схема устрой5 ства для исследования реологических свойств керамической массы.

Устройство содержит массивное основание 1, в которое закреплены шарикоподшипники 2 так, что образуют равнобедренный

0 треугольник, чья наибольшая высота совпадает по положению с продольной осью нижней каретки 3 Нижняя каретка 3 устанавливается свободно поверх шарикоподшипников 2, закрепленных на массивное

5 основание 1. В передней части нижней каретки ввинчен шток 4, острие которого упирается в пластину тензомессдозы 5, закрепленной неподвижно к массивному основанию 1, В четырех углах нижней каретки,

0 при помощи винтовой резьбы, закреплены вертикальные стойки 6 вертикального нагрузочного устройства 7. Кроме того, на верхней стороне нижней каретки, аналогично шарикоподшипникам 2, закреплены шарикоподшип5 ники 8. При помощи направляющей 9 возвратно-поступательное движение нижней каретки строго фиксировано. На, шарикоподшипниках нижней каретки поставлена верхняя каретка 10, в которой сделано углубление с глубиной, равной половине толщины нижней зубчатой пластины. В верхней каретке 10с одной стороны ввинчен крюк 11 и стопорные винты 12, а противоположная сторона соединена с входом датчика 13 горизонтальных перемещений, вход которого связан с усилителем 14 и регистрирующим прибором 15. В углублении, расположенном на верхней поверхности верхней каретки 10, сделаны два выступа по оси в продольном направлении. В углублении установлена нижняя зубчатая пластина 16 и жестко закреплена так, что ее зубья и пазы всегда расположены перпендикулярно направлению действия горизонтальной сдвигающей силы. По наружному диаметру нижней пластины расположены кольца 17, обеспечивающие постоянство объема и влажности образца 18. сделанного из исследуемой керамической массы. Над кольцами, плотно опираясь по всему периметру на них, поставлена верхняя зубчатая пластина 19. Ее анешний диаметр чуть больше внешнего диаметра колец, а по центру выполнено коническое отверстие, через которое проходит индентор 20 в виде усеченного конуса, расположенного широким основанием вниз. Сверху на пластину 19 опираются подвижные стойки 21 вертикального нагрузочного устройства 7, через которые проходит вертикальная ось индентора, снабженная площадкой 22 для вертикального груза. Индикатор 23 вертикальных перемещений на входе,связан с вертикальной осью индентора, а на выходе с регистрирующим прибором и усилителем устройства для измерения горизонтального усилия смещения. Гибкий трос 24 связывает крюк 11 верхней каретки 10 с горизонтальным нагрузочным устройством, состоящим из барабана, связанного через редуктор 26 с электродвигателем 27.

Устройство работает следующим образом.

Заранее приготовленный из исследуемой массы образец цилиндрической формы, зажатый между нижней пластинкой 16, верхней пластиной 19 и индентором 20, а по периметру- кольцами 17, при поднятых стойках 21 точно опускается в гнездо нижней каретки 10 так, чтобы выступы гнезда вошли в пазы нижней зубчатой пластины 16. Стопорные винты 12 должны быть завинчены до упора. Стойки 21 опускаются до касаний с верхней пластиной 19. На вертикальное нагрузочное устройство 7 ставится заданный по плану эксперимента груз. Через отверстие ввинчивается вертикальная ось индентора в конус и индикатор 23 вертикального перемещения, входом соединяется с вертикальной осью индентора 20, а выходом - с помощью

электрического кабеля с усилителем 14 и регистрирующим прибором 15. Петля гибкого троса 24 накидывается на крюк 11. Стопорные винты 12 развинчиваются до конца. 5 Включается усилитель 14, включается регистрирующий прибор 15. Включается горизонтальное нагрузочное устройство путем запуска электродвигателя 27, Заданный по плану эксперимента груз нагружают на ин10 дентор. Электродвигатель 27 при помощи редуктора 26 крутит барабан 25. На барабан наматывается гибкий трос 24. Гибкий трос тянет крюк 11, а с ним и верхнюю каретку 10. Так как каретка 10 при помощи стоек 6

5 образует единое целое с нижней кареткой 3, то движется и нижняя каретка. При своем движении каретка опирается в тензомасс- дозу и, изгибая ее, создает электрический сигнал, по величине которого можно судить

0 о тяговом усилии, возникающем на нижней зубчатой пластине 16. Одновременно происходит деформация образца 18. При помощи кабеля сигнал от тензомассдозы через усилитель 14 записывается на регистрирующем приборе

5 15. В то же самое время горизонтальное движение верхней каретки 10 с помощью датчика 13 через усилитель 14 фиксируется на регистрирующем приборе 15. Таким образом осуществляется запись горизонтальной деформации

0 образца. Верхняя каретка двигается по шарикоподшипникам 8, а нижняя - по шарикоподшипникам 2. Возвратно-поступательное движение нижней каретки строго фиксировано направляющей 9. Под действием вертикаль5 ного груза индентор проникает в исследуемую массу и через датчик 23 его проникание записывается на приборе 15. Давление верхней пластины 19, создаваемое грузом, так велико, что несмотря на проникновение индентора 20 пластина не поднимается, а плотно

0 прижимается к кольцам 17. Индентор 20 проникает в исследуемый образец 18 на 1,5-2 мм и, так как индентор представляет собой конус, то кольцевая выемка над его основанием компенсирует выпор исследуемой массы из5 под основания индентора 20. Постоянство объема исследуемого образца 18 обеспечивается постоянным объемом рабочей камеры, т.е. пространством между нижней 16 и верхней 19 пластинами и ограничительными коль0 цами 17. Конструкция дает возможность для дифференцированного приложения вертикальной нагрузки. Одна нагрузка (qi) через площадку вертикального нагрузочного устройства 7 передается прямо на верхнюю зуб5 чатую пластину 19, кольца 17 и, в конечном итоге, нэ основание 1. Другая вертикальная нагрузка (q2), отличная и по величине меньшая, чем лервая, через площадку 22 для вертикального груза и индентор 20 проникает в

исследуемую массу на 2 мм так, что отмечается на датчике 23. Получается местное уплотнение, показания датчика перемещения меняются. Зная величину груза для проникновения индентора на 2 мм в массу исследуемого образца, можно определить давление локального уплотнения. Реакция образца на проникновение индентора гораздо меньше груза qi, так что отрыв пластины 19 от кольца 17 невозможен, таким образом сохраняется постоянство обьема, в котором находится исследуемый образец, и герметичность, так как зазор между верхней пластиной 19 и индентором 20 надежно защищен смазкой. Показания датчика 23 меняются, когда груз, прикладываемый к площадке 22 вертикального груза, таков, что вызывает локальные уплотнения под основанием индентора 20.

Эксперимент считается оконченным, когда нижняя каретка 3 приходит в соприкосновение с вертикальными стойками.

После математической обработки реог- раммы получаем: напряжение сдвига в любой момент времени, коэффициент дислокации структуры массы, модуль быстрой эластической деформации, модуль медленной эластической деформации, равновесный модуль, наибольшую предельную ньютоновскую вязкость, наибольшую пластическую вязкость, прочность структуры, максвелловский период релаксации, период упругого последействия, медленную эластичность, деформируемость, текучесть, подвижность, пластичность по Во- ларовичу. мощность, затраченную на горизонтальную деформацию, мощность, затраченную на вертикальную деформацию и суммарную мощность деформации.

Формула изобретения

Устройство для исследования реологических свойств керамических масс, включающее основание с установленными на нем

пластинами с параллельными зубьями по всей поверхности одной из сторон, индикатор горизонтальных перемещений пластины и горизонтальное нагрузочное

устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона исследуемых объектов, оно снабжено дополнительно индентором, соединенным с индикатором вертикальных

перемещений, верхней и нижней каретками, установленными на основании с возможностью возвратно-поступательного движения нижняя из которых соединена с устройством для измерения горизонтального усилия смещения, а в верхней каретке выполнено углубление, в котором жестко установлена круглая нижняя пластина с параллельными зубчатыми выступами треугольного сечения с равными боковыми

кромками и основанием, равным 1,1-1,3 ширины межзубчатого расстояния, и размещенным на ее наружном диаметре набором колец,чкаждое из которых выполнено с кольцевой канавкой по верхнему периметру соосно с нижним выстугюм кольца и установлено так, что нижние выступы верхнего кольца входят в кольцевую канавку по- следующего нижнего кольца с возможностью скольжения, верхняя круглая пластина с аналогично выполненными зубьями и коническим отверстием по центру с наружным диаметром, большим наружного диаметра колец, соединена с вертикальным нагрузочным устройством, а

горизонтальное нагрузочное устройство в виде барабана соединено тросом с крюком верхней каретки, причем индикатор горизонтальных перемещений выполнен в виде датчика деформации и соединен на входе с

верхней кареткой, а на выходе - с устройством для измерения горизонтального усилия смещения.

Изобретение относится к строительным материалам и используется для исследования реологических свойств искусственных керамических масс при производстве грубой строительной керамики. Устройство содержит массивное основание с закрепленной на нем нижней кареткой, которая снабжена устройством для измерения горизонтальных усилий смещения. В верхней каретке выполнено углубление, в котором жестко установлена круглая нижняя пластина с параллельными зубчатыми выступами треугольного сечения. Через отверстие в верхней пластине на исследуемый образец воздействует индентор. Изменение состояния образца регистрируют датчиками. 1 ил. (Л С