Кукин Г.Н. и др. Текстильное материаловедение. Текстильные полотна и изделия

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. IV.28. Режимы деформиро-

вания проб полотен:

— длительность полного цикла рас-

тяжения; /р

—

длительность растяже-

ния; /„ — длительность отдьЬса

ta ta

у многих полотен продолжительность развития релаксацион-

ных процессов деформации превосходит время полуцикла от-

дыха, для увеличения периода отдыха необходимо снижение

частоты.

По режиму цикла деформирования методы по А. И. Коб-

лякову (1] разделяются на низкочастотные (условно <о<

<0,1 Гц), среднечастотные (0,1 <ш^3,5 Гц)., высокочастот-

ные (условно ю>3,5 Гц). Исследования, проведенные в МГТА

им. А. Н. Косыгина [1 и др.], показали, что высокочастотные

методы многоциклового растяжения целесообразны для тка-

ней, среднечастотные — для трикотажных полотен, низко- и

среднечастотные — для нетканых полотен.

В результате исследования, проведенного В. П. Осиповым,

определены основные требования к режиму деформирования,

заключающиеся в создании полного цикла растяжения на-

грузка— разгрузка — отдых (рис. 1V.28, а) вместо нагрузка —

разгрузка (рис. IV.28,б).

При таком режиме многократного деформирования обеспе-

чивается возможность релаксации остаточной циклической де-

формации с относительно небольшими периодами цикла. При

этом необходимо, чтобы постоянная статическая нагрузка была

минимально возможной, например, для проб трикотажных по-

лотен не более 20 сН.

На результаты многократного растяжения полотен сущест-

венно влияет выбор амплитуды деформирования, ее величина.

Различают амплитуды абсолютной а; и относительной а

де-

формации, стрелы прогиба а/, напряжения а

, давления а

работы растяжения а

, которые поддерживаются постоянными.

При абсолютной амплитуде длина (при одноосном деформиро-

вании), объем или площадь пробы увеличиваются, а масса ра-

бочей части пробы остается постоянной, поэтому относитель-

122

ное воздействие на пробу уменьшается, и чем больше изме-

нения в структуре в начальный" период деформирования, тем

меньше они в последующий период процесса утомления, вслед-

ствие чего нарастание усталостных явлений при многократном

растяжении замедляется.

Наоборот, при относительной постоянной деформации (ам-

плитуда а

) масса пробы, участвующей в процессе растяже-

ния, уменьшается, и чем больше массы выключается из про-

цесса многократного растяжения, тем большее напряжение

испытывают элементы структуры пробы и быстрее в них разви-

ваются усталостные процессы. Однако заметный прирост на-

коплений остаточной циклической деформации происходит

в основном в начальном периоде многократного деформирова-

ния. Темп прироста остаточной циклической деформации через

3—5 тыс. циклов существенно не отличается. Процессы утом-

ления при многократном деформировании очень длительны,

поэтому предпочтение отдается приборам и методам, при ко-

торых абсолютная деформация сохраняется в цикле постоян-

ной как при одноосном, так и двухосном растяжении текстиль-

ных полотен.

Испытания текстильных полотен на многократное растяже-

ние с поддержанием в каждом цикле амплитуды заданной цик-

лической стрелы прогиба проводятся на пульсаторах с ору-

дием сферической сферы. На кафедре текстильного материало-

ведения МГТА им. А. Н. Косыгина проводятся исследования

формоустойчивости различных полотен (тканей, трикотажных

и нетканых полотен), результаты которых подтверждаются

опытной ноской и данными эксплуатации их в различных из-

делиях.

Возможны испытания текстильных полотен при многократ-

ном растяжении с поддержанием постоянной заданной цикли-

ческой нагрузки (напряжения). Такие методы хорошо моде-

лируют условия Эксплуатации ряда бытовых и технических из-

делий. Например, А. И. Кобляковым и В. П. Румянцевым П]

были проведены исследования трикотажных и других поло-

тен, искусственной кожи на приборе МРД-1 при постоянной

в каждом цикле амплитуде заданной циклической нагрузки на

пробу.

Существуют методы, в которых при многократном растяже-

нии в каждом цикле поддерживается достоянной амплитуда

заданной циклической работы растяжения. Однако приборы

для осуществления этого метода пока отсутствуют, хотя испы-

тания такого рода представляют интерес для изучения изме-

нения энергии материала. Заключительной градацией класси-

фикации методов испытаний на многократное растяжение по-

лотен является подход к выбору величины амплитуды. Ампли-

туду выбирают в долях (а) разрывного удлинения е

(аг=аер),

123

в долях (р) зажимной длины L

(ai=fiL

), в долях (а) разрыв-

ного напряжения о

(а

=ао

) и с помощью величины М, не

зависящей от разрывных показателей (щ=М; а

=М).

Аппаратура для испытаний

Аппаратура для испытаний на растяжение до разрыва широко

известна и описана в работе {20]. Менее разработана аппара-

тура для усталостных испытаний.

К приборам, сохраняющим постоянной амплитуду абсолют-

ной заданной циклической деформации, относится ротационный

пульсатор, разработанный П. В. Лиманаускасом. Принципи-

альная схема прибора показана на рис. IV.29. Пробу / в виде

трубки закрепляют в кольцевых зажимах 2 и 6. Зажим 2 под-

вешен на гибкой ленте 3, перекинутой через блок 4. На дру-

гом конце ленты прикреплен противовес 5. Нижний зажим 6

соединен шарниром 9 с корпусом прибора, а шарниром 7—

с ползуном 10 вала 8. Перемещая ползун 10 по кулисе, изме-

няют заданную циклическую деформацию. При заправке пробы

ползун находится в центре вала. Растяжение пробы произво-

дят не одновременно по всему цилиндру, а частично. Напри-

мер, в положении, показанном на рис. IV.29, растягивается

только левая сторона трубки (пробы), а правая неподвижна.

Остальные части пробы испытывают постепенное растяжение

или разгрузку и отдых. Поперечное сокращение пробы сдер-

живается соседними недеформируемыми участками вследст-

вие неодновременного растяжения всей рабочей поверхности

пробы, поэтому в элементах структуры возникают горизон-

тальные растягивающие усилия. Однако в целом растяжение

является одноосным, хотя и несколько осложненным по срав-

нению с растяжением проб в виде плоских полосок. Прибор

высокочастотный (до 9,15 Гц).

Длительное время проводились испытания на пульсаторе,

разработанном по идее М. С. Бородовского. В пульсаторе

в каждом цикле поддерживается постоянной амплитуда отно-

сительной заданной циклической деформации. Схема прибора

показана на рис. 1V.30.

Пробу

7 закрепляют в зажимах 2 и 8. Зажим 8 получает

возвратно-поступательное движение от эксцентрик? 15 через

систему тяг 9, 12 и двуплечий рычаг 10. Зажим 2 закреплен

на барабане 16, на одной оси с которым находится муфта 1,

выбирающая остающиеся в каждом цикле деформации. По

типу муфта принадлежит к муфтам обгона и может поворачи-

ваться только в одну сторону, указанную на схеме стрелкой.

Проба прижимается к образующей барабана роликом 4, по-

мещенным на рычаге 5, качающимся вокруг оси 6. На этом же

рычаге находится прижимной груз 3. Через барабан переки-

124

7 Р

Рис. IV.30. Схема пульсатора, разработанного по

идее М. С. Бородовского

Рис. IV.29. Схема ротационного пульсатора

нут тросик, на конце которого укреплены компенсирующий

груз и перо самописца 18, записывающее кривую нарастания

остаточных циклических деформаций на равномерно движу-,

щейся бумажной ленте 17.

Заданную величину деформации устанавливают, переме-

щая камень 13 в кулисе 14. При установлении нужного экс-

центриситета (амплитуды деформации) необходимо, чтобы ры-

чаг 10, а с ним и зажим 8 занимали определенное (нулевое)

положение. На тяге 12 перемещают винтовые ограничители 11,

чтобы увеличить или уменьшить длину тяги (звена) 12.

При испытании на этом приборе масса пробы, подвергаю-

щейся многократному растяжению, уменьшается в результате

выбирания остаточной циклической деформации. Вследствие

этого напряженность в элементарных звеньях структуры три-

котажа увеличивается тем больше, чем меньше их число в зоне

деформирования. Таким образом, по мере развития процесса

утомления масса пробы убывает, когда в условиях эксплуа-

тации масса материала сохраняется практически постоянной.

Поэтому большее распространение получили прибора, на ко-

торых при испытаниях сохраняется постоянной заданная аб-

солютная циклическая деформация.

К приборам, сохраняющим при испытании постоянной ам-

плитуду заданного циклического напряжения (давления), от-

носят приборы для испытаний текстильных полотен при одно-

осном и двухосном растяжении. Это приборы МР-2 и МР-3

для одноосного растяжения, разработанные в ЦНИИ шерсти

и в других институтах. Достаточно широкое распространение

получили приборы для двухосного многократного растяжения.

К ним относятся приборы мембранного типа (Венгрия) [22],

схема которых приведена на рис. IV.31. В приборе с пневма-

тическим приводом воздух от компрессора через регулирующее

125

Рис. IV.3I. Схема приборов мем

бранного типа

устройство 1 (рис. IV.31,a)

попадает в рабочую камеру

2 и растягивает мембрану 3

с пробой 4 под колоколом 5.

Чем больше сжимается ос-

тавшийся под колоколом

воздух, тем сильнее давле-

ние Р2, фиксируемое мано-

метром 7. Таким образом,

перепад давления р

—р i

(под пробой р\ и над про-

бой р

) связан с деформа-

цией пробы. Давление р\

задается постоянным в каждом цикле деформирования и. регу-

лируется манометром 8.

Заданное давление поддерживается постоянным системой

автоматического управления (на схеме не показана) через

датчики 6, 9, которые связаны с самописцем записывающего

устройства (также не показанным на схеме), регистрирую-

щим изменение давлений рi—р

во времени.

В приборе с гидравлическим приводом заданное давление

жидкости на систему мембрана — проба поддерживается пе-

ремещением поршня 9 (рис. IV.31,6), т. е. с изменением вели-

чины X заданное циклическое давление контролируется мано-

метром 7 и датчиком 8, включенными в цепь управления. Из-

менение деформации пробы фиксируется объемом V, см

жидкости под мембраной:

где S

—

площадь поршня; х — высота подъема поршня.

По данным А. Векаши, прибор с пневматическим приводом

' имеет существенные недостатки (низкая чувствительность,

утечка воздуха), поэтому предпочтение отдается прибору с гид-

равлическим приводом. В нем при растяжении используется

постоянный объем жидкости, который легко измерить. Однако

на этом приборе испытания возможны лишь при низкочастот-

ном режиме.

Одним из простых по конструкции, но интересным по воз-

можностям проведения испытаний при постоянной амплитуде

заданного давления является пульсатор МРД-1, разработан-

ный А. И. Кобляковым и В. П. Румянцевым на базе прибора

В. И. Тепнина. Схема прибора показана на рис. IV.32. Пробу

2 помещают в зажим 3, имеющий замкнутый кольцевой кон-

126

тур, и прижимают к рабочему органу 1 в виде полусферы.

Возвратно-поступательное перемещение рабочего органа (ору-

дия), перпендикулярное плоскости пробы, осуществляется от

кривошипно-шатунного механизма. В каждом цикле поддер-

живается постоянной амплитуда заданной циклической на-

грузки, определяемая амплитудно-электронным реле (на схеме

не показано).

Контроль за амплитудой циклической нагрузки выполняет

установленный на штоке 5 индуктивный датчик 6. Датчик со-

стоит из корпуса 4, обмотки 7, пружинящих элементов 8 и пе-

рекрытия магнитопровода 9, жестко соединенного со штоком 5.

Усилия на пробу создают пружинящие элементы 8. В резуль-

тате корпус датчика сближается с перекрытием магнитопро-

вода 9, воздушны» зазор между ними уменьшается и изме-

няется индуктивность датчика, включенного в цепь с мостовой

схемой. Сигнал разбаланса цепи через мостовую схему посту-

пает на амплитудно-электронное реле, в цепь которого парал-

лельно включен индикатор усилия в пробе — микроамперметр

(на схеме не показаны).. Пока усилйе на пробу не достигло

заданной величины, реле подключает исполнительный меха-

низм.

Исполнительный механизм представляет собой магнитный

пускатель 11 с системой рычагов и собачкой 13, взаимодей-

ствующими по сигналу датчика с храповиком 12, который че-

рез червячную передачу 10 перемещает зажим с пробой на-

встречу полусфере до тех пор, пока давление на пробу не до-

стигнет заданного значения.

После этого амплитудно-элек- Электродвигатель

тронное реле выключает меха- j

низм. При накоплении оста-

точной деформации усилие

в пробе уменьшается и по им-

пульсу индуктивного датчика

амплитудно-электронное реле

включает исполнительный ме-

ханизм, который перемещает

зажим с пробой до восстанов-

ления заданных параметров.

Прибор ЕРДТ-2 — пневма-

тический пульсатор, на кото-

ром можно также проводить

испытания для определения

релаксационных показателей

полотен, разработан в Каунас-

Рис. IV.32. Схема пульсатора МРД-1

127

Ч¥Ш1 *

Рис. IV.33. Схема пульсатора

ЕРДТ-2

ском политехническом институте ]23]. Он предназначен для мно-

гократного растяжения полотен мембранным методом при под-

держании в каждом цикле максимальной заданной циклической

стрелы прогиба и заданной амплитуды циклического дав-

ления.

Прибор состоит из рабочей камеры с пневматическим при-

водом и электрического блока. Проба 8 (рис. IV.33) помеща-

ется над мембраной 7 и прижимается к рабочей камере 14 ко-

локолом 5. Для предварительного натяжения пробы на обод

колокола надето Г-образное кольцо 3 с иглами на конце,

а к камере 14 прикреплено второе кольцо 2 с U-образной ка-

навкой. Кольцо 2 подпружинено пружиной 1 и удерживает

пробу в горизонтальной плоскости при прокалывании ее иг-

лами. При опускании кольца 3 (вместе с колоколом) иглы вхо-

дят в U-образную канавку кольца 2. Под давлением верхнего

кольца 3 нижнее кольцо 2 опускается, сжимая пружину 1.

Проба натягивается. Кольцо 3 выполняется сменным для соз-

дания, разной величины давления на пробу в зависимости от

массы испытуемого материала или условий эксперимента.

Сжатый воздух через редуктор 13 и дроссель 12 при откры-

том электромагнитном клапане 11 и закрытом клапане 10 (как

показано на схеме) попадает в камеру 14 и через отверстие

в крышке 4 поступает под мембрану, растягивая пробу. Если

клапан 11 закрыть, а клапан 10 открыть, то воздух из рабочей

камеры через дроссель 9 выпускается в атмосферу.

Электрическая схема прибора включает двухканальное уси-

лительное устройство 20, 15, электронное устройство 17 со стре-

128

Приборы для многоциклового растяжения тек-

стильных полотен

Растяжение в ллоскости

пробы

Пространственное

растяжение

1 К

о (О

Двухосное

мембранное

Двухосное про-}

доливание пу-[

ансоном

, I ,

Двухосное ло-

ктевым

сгибом

r-U,

X Л

а«

Поддерживаемый постоянный фактор

Доля поддерживаемого фактора от выб~

раиной постоянной величины

Закон изменения поддерживаемого фак-

тора в цикле растяжения

Предварительное (заправочное) натяже-

ние пробы перед

испытанием

Статическое натяжение пробы в процес-

се

испытания

Форма

параметры пробы

Рис. IV.34. Схема классификации приборов для многократного растяжения

текстильных полотен (по В. П. Осйпову)

5 заказ № 1<Щ

Рис. IV.35. Универсальный прибор для ис-

пытания текстильных материалов

лочным прибором 16 и исполни-

тельное устройство 18 со счетчи-

ками циклов. Для регистрации из-

менения стрелы прогиба и давле-

ния имеются индуктивные датчики

6, 21, подключенные через усили-

тельное устройство к измеритель-

ному прибору 19. Величина макси-

мального давления регулируется

электронным устройством 17 через

датчик 21 и исполнительное устрой-

ство 18. Аналогично регулируется

заданная стрела прогиба, но через

датчик 6.

Постоянной в каждом цикле мо-

жет быть только амплитуда задан-

ного циклического давления. Ам-

плитуда заданной циклической

стрелы прогиба с приростом оста-

точной циклической стрелы про-

гиба уменьшается. Прибор рассчи-

тан на низкую и среднюю частоту циклического деформиро-

вания для усталостных испытаний текстильных полотен на мно-

гократное растяжение.

Из приборов-пульсаторов для двухосного растяжения необ-

ходимо отметить прибор ПД-5М, позволяющий производить од-

новременное многократное растяжение пяти элементарных проб

рабочим органом сферической формы. Прибор высокочувстви-

тельный, результаты, получаемые при испытаниях текстильных

полотен, хорошо коррелируют с их формоустойчивостью.

Описание прибора приведено в «Лабораторном практикуме

по текстильному материаловедению» (20]. Помимо двухосного

мембранного продавливания пуансоном имеются приборы с лок-

тевым сгибом.

Классификация приборов для многократного растяжения,

предложенная В. П. Осиповым, показана на рис. IV.34.

ЦНИХБИ и кафедра текстильного материаловедения МГТА.

им. А. Н. Косыгина провели 'большую работу по созданию уни-

версальных приборов и унификации испытаний на них различ-

ных текстильных полотен. В результате создан такой прибор,

на котором определяют усталостные и релаксационные харак-

теристики при одноосном и двухосном растяжении. Прибор по-

казан на рис. IV.35. Прибор можно широко использовать при

130

Рис. IV.36. Кинематическая схема прибора:

1 — мультипликатор: 2 — активный зажим; 3 — элементарная проба; 4 — пассивный за-

жни; 5 — груз статического натяжения; 6 — диск; 7 — уравновешивающий механизм;

8, 15 — электромагниты; 9 — средство выборки остаточной деформации; 10 — электро-

магнит; // — направляющая; 12 — трос; 13 — груз; 14— траверса; 16 — толкатель; 17 —

направляющие; 18 — шкала; 19, 25, 27 — рычаги; 20 — пружина; 21 — винт; 22 — кор-

пус; 23 — опора; 24 — кулачковый механизм; 26— шарнир; 28, 30 — кулачки; 29 — ре-

дуктор; 31 — зубчатое колесо; 32 — вал; 33 — рейка; 34 — кронштейн; 35 — пуансон;

36 — шток

разработке текстильных полотен новых видов, совершенствова-

ний структуры выпускаемых полотен, а также для контроля их

качества.

Кинематическая схема универсального прибора для много-

кратного (многоциклового) одноосного и двухосного (сфериче-

ским органом) растяжения, а также для изучения релаксаци-

онных характеристик полотен приведена на рис. IV.36.

130