Описание и принцип работы разрывных машин
Полуцикловые характеристики материалов при одноосном растяжении определяют на разрывной машине (динамометре). В зависимости от формы испытываемой пробы материала различают следующие методы испытаний:
 Рис. 4.2. Методы закрепления проб материалов в зажимах разрывных машин при одноосном растяжении: а - стрип: 1 - проба элементарная; 2 - зажимы; б - граб; в –полуграб. |
стрип (рис. 4.2 а) - поперечные размеры элементарной пробы 1 меньше ширины зажимов 2 динамометра;
граб (рис. 4.2 б) - поперечные размеры больше ширины зажимов;
полуграб (рис. 4.2 в) – смешан-ный метод.
Показатели свойств материалов при одноосном растяжении определяют на разрывных машинах с постоянной скоростью опускания нижнего зажима, с постоянной скоростью возрастания нагрузки и с постоянной скоростью деформирования. При стандартных испытаниях материалов легкой промышленности применяют разрывные машины маятникового типа РТ-250М-2, РМ-3-1, РМ-30-1, ИР-574-3 и др. (рис. 4.3). Разрывные машины данного типа состоят из силоизмерителя (измерение силы в испытываемой элементарной пробе материала осуществляется по углу отклонения маятника от вертикального положения), приводной станции и рабочих органов (зажимов), соединенных с маятником и приводной станцией.
 | Рис. 4.3. Схема разрывной машины РТ-250М:1 – электро-двигатель; 2 – направляющая; 3 - груз; 4 - маятник; 5 - грузик; 6- зубчатая рейка; 7- зубчатое колесо; 8- силоизмеритель; 9 - ведущая стрелка; 10 - контрольная стрелка; 11 - масляный амортизатор; 12 - грузовой рычаг; 13, 14 - звенья корректирующего устройства; 15 - арретир; 16, 21 - зажимы; 17 - измеритель абсолютной дефор-мации; 18 - зубчатое колесо; 19 - указатель; 20- проба; 22- устройство для предварительного натяжения; 23- зубчатая рейка; 24 - подвижный шток; 25 - втулка; 26 - винт; 27 – червячный редуктор; 28 - муфта |
Методика работы на разрывной машине РТ-250М. Разрывную машину подключают к источнику электропитания. Перед заправкой элементарной пробы верхний зажим фиксируют неподвижно во втулке с помощью арретира 15. Устанавливают требуемое расстояние между зажимами 16 и 21. Для этого вынимают шпильку, соединяющую подвижный шток 24 и втулку 25. На боковой поверхности подвижного штока 24 имеются отверстия, расположенные на расстоянии 50 мм относительно друг друга. Поднимая или опуская подвижный шток 24 относительно втулки 25, устанавливают требуемое расстояние между зажимами, которое должно соответствовать длине рабочей части элементарной пробы, и при помощи шпильки соединяют подвижный шток 24 с втулкой 25.
Установив требуемое расстояние, элементарную пробу 20 испытываемого материала заправляют в губки сначала верхнего зажима 16, а затем нижнего зажима 21 разрывной машины.
Элементарную пробу устанавливают в зажимах лицевой стороной к испытателю, строго посередине и без перекосов. При помощи винтов, установленных на зажимах, фиксируют элементарную пробу в верхнем, а затем в нижнем зажиме. В том случае, если элементарной пробе необходимо создать предварительное напряжение, верхний конец пробы фиксируют в верхнем зажиме, а нижний конец после пропускания между губок нижнего зажима 21 помещают на устройстве для предварительного натяжения 22. К нижнему концу подвешивают калиброванный груз для создания предварительного напряжения, фиксируют элементарную пробу в нижнем зажиме, после чего снимают груз.
После заправки элементарной пробы арретиром 15 проводят разблокировку верхнего зажима 16. Шкалу силоизмерителя 8 при помощи ручки, установленной на панели прибора, вращают так, чтобы стрелки 9 и 10 (ведущая и контрольная) были установлены относительно нулевого значения силы. На измерителе абсолютной деформации 17 при помощи вращения шкалы устанавливают нулевое значение деформации относительно ведущей стрелки 19.
Шкала для измерения силы имеет три пояса: А - от 0 до 50 даН с ценой деления 0,1 даН; Б - от 0 до 100 даН с ценой деления 0,2 даН; В - от 0 до 250 даН с ценой деления 0,5 даН. При работе на втором и третьем поясах на маятник 4 добавляют грузы 3 с соответствующей маркировкой. Выбор шкалы измерения усилия зависит от вида материала.
Скорость перемещения нижнего зажима регулируют от 25 до 250 мм/мин путем изменения силы электрического тока на роторе электродвигателя. Установление требуемой скорости осуществляют путем вращения реохорда, установленного на лицевой панели прибора.
Растяжение элементарной пробы осуществляют за счет опускания нижнего зажима с постоянной скоростью. Для этого нажимают на панели прибора кнопку «Вниз». При нажатии кнопки включается электродвигатель и нижний зажим 21 начнет опускаться. Электродвигатель 1 через муфту 28 приводит в движение червячный редуктор 27, к которому подсоединен винт 26, входящий в резьбовое соединение со втулкой 25. Движение втулки 25 происходит по направляющей 2.
Включая кнопки на панели управления разрывной машины «Вниз» или «Вверх», изменяют направление постоянного электрического тока в цепи электродвигателя и, следовательно, направление вращения ротора электродвигателя и винта 26. Вращаясь в том или ином направлении, винт 26 перемещает шток 24 вниз или вверх по направляющей 2. Для останова движения нижнего зажима на панели предусмотрена кнопка «Стоп».
Усилие Р, прилагаемое для растяжения элементарной пробы, измеряют маятниковым силоизмерителем. Проба материала 20, деформируясь, перемещает верхний зажим 16, который поворачивает грузовой рычаг 12, соединенный неподвижно с маятником 4. Поворот рычага 12 приводит к отклонению маятника на некоторый угол φ. Связь между углом отклонения маятника и усилием, прилагаемым для растяжения пробы материала, выражается зависимостью:
Р= Q R tg φ /r,
где Q — приведенный вес маятника; R — плечо маятника при отклонении его на угол φ; r — плечо грузового рычага.
Отклоняясь от положения равновесия, маятник перемещает зубчатую рейку 6 и поворачивает зубчатое колесо 7.
При разрыве пробы маятник возвращается в исходное положение, а под действием грузика 5 - на нулевое деление шкалы силоизмерителя 8. Контрольная ведущая стрелка 10 остается в момент разрушения материала на месте и фиксирует значение силы. Для плавного движения маятника машина снабжена масляным амортизатором 11, шток которого соединен с грузовым рычагом 12.
Удлинение пробы измеряют по шкале измерителя абсолютной деформации 17 в миллиметрах.
Шкалу приводит в движение зубчатое колесо 18, соединенное с зубчатой рейкой 23, которая соединена со втулкой 25. Указатель 19 соединен с корректирующим устройством, включающим звенья 13 и 14, и рычагом 12. При отклонении маятника от вертикального положения корректирующее устройство поворачивает указатель по направлению перемещения шкалы измерителя абсолютной деформации 17 на величину, равную перемещению верхнего зажима.
Разрывная машина РТ-250М снабжена механизмом автоматического останова при разрыве пробы.
Отметив значения усилия и абсолютное удлинение при разрыве нажатием кнопки «Вверх», верхний зажим возвращают в исходное положение.
Разрывная машина ИР-574-3 конструктивно аналогична машине РТ-250М, но максимальное измеряемое усилие составляет 3000 Н, а скорость движения нижнего зажима — до 500 мм/мин.
Испытания мягких искусственных кож проводят в соответствии с ГОСТ 17316-71 на образцах прямоугольной формы. Образцы вырезают из материала в продольном и поперечном направлениях.
Размер образца зависит от свойств материала и должен быть указан в стандартах или технических условиях на материал. Минимальные размеры образца искусственной кожи и пленочных материалов составляют 20 х 220, 50 х 220, 50x320 мм, размеры рабочего участка пробы, соответственно, 20х100, 50х100 и 50х200 мм.
Число вырезанных параллельных образцов для испытания указывается в стандартах или технических условиях на искусственную кожу. Если таких указаний нет, для испытания берут дваобразца в продольном и три образца в поперечном направлениях. После вырезания образцы маркируют и кондиционируют. Перед испытанием у каждого образца в пяти точках измеряют толщину рабочей части и вычисляют среднеарифметическое значение. Результаты измерений и вычислений заносят в форму 4.1.
Образцы искусственных кож испытывают с предварительным натяжением. Для этого после заправки и фиксации верхнего конца образца в верхнем зажиме разрывной машины (рис. 4.3) нижний конец образца пропускают через губки нижнего зажима устройства для предварительного натяжения и подвешивают груз предварительного натяжения массой 0,2 кг при ширине образца 20 мм и 0,5 кг при ширине образца 50 мм, после чего образец зажимают в нижнем зажиме разрывной машины и снимают груз предварительного напряжения. Скорость опускания нижнего зажима при испытании должна составлять 100 мм/мин.
В процессе растяжения образца следят за показаниями шкал нагрузки и удлинения и определяют их значения в момент разрыва образца или в момент разрушения текстильной основы.
Если увеличение нагрузки прекращается до наступления видимого разрушения образца, показания с силоизмерителя разрывной машины снимают в момент прекращения увеличения нагрузки и испытание прекращают.
Испытания мягких искусственных кож рекомендуется проводить с записью диаграммы растяжения. В том случае, если машина не снабжена записывающим устройством, диаграмму растяжения строят по точкам, исходя из значений Рр и 
.
Для искусственных кож кроме величин Рр и и ɛ для продольного и поперечного направлений при растяжении определяют Dy, Еу, Ar, Av, Аm и коэффициент равномерности kр, которые вычисляют по соответствующим формулам (см. выше).
Для искусственных кож на тканевой основе условную жесткость Dyпри растяжении вычисляют по формуле (4.11).
Если основа искусственных кож нетканая, условную жесткость Dy определяют при напряжении σ = 5 МПа, т. е. при нагрузке Ру = 0,5 Рр. Для этого строят диаграмму растяжения и находят при соответствующем значении Ру величину Δℓу для расчета ɛу, а затем по формуле (4.11) вычисляют Dy, а по формуле (4.9) - условный модуль упругости Еу. Коэффициент растяжимости А и показатель степени n рассчитывают по формулам (4.7) и (4.8). Промежуточные результаты и среднеарифметические показатели заносят в форму 4.1.
Форма 4.1
| Мате риал | Номер образца | Направление выкраивания образца | Толщина h, (мм) образца под номером | hср, мм | Fср, мм2 | Рр, даН | Δℓ, мм | Р*, даН | ɛ, % | ||||
Продолжение формы 4.1
| σ, МПа | Dy, даН | Еу, МПа | ΔℓА, мм | ɛА, % | n | А | Ar, Дж | V, м3 | Аv, Дж/м3 | m, кг | Am, Дж/кг | kp |
Вывод: Оценить соответствие испытываемого материала нормативным требованиям стандартов и определить области его применения.
Вопросы для самоподготовки
1. Что такое механические свойства и их классификация?
2. Какие виды разрывных машин применяют для испытания искусственной кожи на растяжение. Каковы схема и принцип работы маятниковой разрывной машины?
3. Как измеряются нагрузка и удлинение в маятниковых разрывных машинах типа РТ-250М?
4. Какие относительные и абсолютные характеристики механических свойств при одноосном растяжении вы знаете?
5. Какие характеристики равномерности (изотропности) механических свойств вы знаете и как они определяются?
6. Чем характеризуются энергетические свойства искож при полуцикловых испытаниях?
7. Чем характеризуются упругие свойства материалов при полуцикловых испытаниях?
8. Какой зависимостью можно описать связь между усилием и удлинением искусственной кожи?
9. Каковы основные показатели кожи при одноосном растяжении?
10. Каковы форма и размер образцов для проведения испытаний мягких искусственных кож?
11. Сколько образцов испытывают в продольном и поперечном направлениях?
12. От чего зависит величина предварительного натяжения образцов при их испытании?
13. В чем различие методик в определении условной жесткости мягких искусственных кож на тканой и нетканой основах?
Лабораторная работа 5