Обоснование выбора материалов для мужских ботинок рантового-клеевого метода крепления

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения физико-механических свойств кожи, описанное в патенте RU 2047175 Cl, кл. G 01 N 33/36, 1995 и взятое за прототип, включающее магнитоэлектрический вибродатчик, содержащий постоянный магнит, силовую катушку, установленную на подвижном штоке, магнитную систему подвеса, измерительную катушку, металлическую плиту для размещения исследуемого образца.

Основным недостатком этого устройства является невозможность определения жесткости кож и других вязкоупругих материалов на растяжение (сжатие) в динамическом резонансном режиме.

Задачей изобретения является определение физико-механических характеристик кож и других вязкоупругих материалов на растяжение (сжатие) в автоматическом режиме. Указанная задача решается тем, что устройство состоит из генератора электрических сигналов синусоидальной формы с дискретно изменяющейся частотой, магнитоэлектрического вибродатчика, содержащего постоянный магнит и силовую катушку, установленную на подвижном штоке электронного толщиномера и связанного с ним микропроцессора, причем последний связан также с генератором и цифровым вольтметром, получающим сигнал с измерительной части вибродатчика, магнитная система подвеса которого выполнена в виде трех постоянных магнитов цилиндрической формы, равномерно расположенных вдоль подвижного штока, при этом два из них неподвижно закреплены в корпусе вибродатчика по концам подвижного штока, а третий магнит неподвижно закреплен в средней части подвижного штока и служит сердечником измерительной катушки, установленной в корпусе вибродатчика и силового и опорного инденторов, выполненных из постоянных магнитов цилиндрической формы, дополнительно установленных соответственно на подвижном штоке и оси, имеющей возможность относительного вертикального перемещения.

Существенным отличием предлагаемого устройства является введение дополнительных элементов: силового и опорного инденторов. Силовой индентор закреплен на нижнем конце подвижного штока. Соосно установленный с ним опорный индентор размещен в верхней части оси, имеющей возможность относительного вертикального перемещения. Оба индентора выполнены из постоянных магнитов цилиндрической формы. Кроме того, изменена конструкция металлической плиты, на которую укладывается исследуемый образец кожи, путем введения направляющего стакана, подвижной оси и образования в нем круглого отверстия, диаметр которого равен диаметрам отверстий, выполненных в центре основания корпуса вибродатчика и металлической плиты.

Такое конструктивное решение позволяет определить физико-механические параметры исследуемой кожи или других вязкоупругих материалов на растяжение в автоматическом режиме, сохранив при этом все возможности прототипа.

Предложенная совокупность признаков, реализуемых в предлагаемом устройстве с новым выполнением рабочей части подвижного штока в виде силового индентора и введением опорного индентора позволяет получить положительный эффект в сокращении времени на экспресс-анализ физико-механических свойств кожи и других вязкоупругих материалов без их разрушения, а введение в конструкцию металлической плиты направляющего стакана, подвижной оси и образования в нем круглого отверстия, диаметр которого равен диаметрам отверстий, выполненных в центре основания корпуса вибродатчика и металлической плиты, дает возможность определить прочность и жесткость кож или других вязкоупругих материалов на растяжение (сжатие) в автоматическом режиме.

 

 

 

 

 

 

5.2 Экспериментальная часть

 

5.2.1.Методика проведения эксперимента

 

В данной курсовой работе исследуются  физико-механические свойства материалов для верха обуви. В качестве материалов верха выбираем 4 вида кожи. В соответствии с ГОСТом 938.11-69 образцы для испытаний должны иметь форму двусторонней лопаточки с размерами рабочей зоны 50х10 (рисунок 1.2). Рабочую часть каждого образца размечают прямыми линиями перпендикулярно продольной оси на пять равных участков длиной 10 мм. Замеряют толщину образцов в каждом участке и рассчитывают среднее значение толщины образца мм.

Кожи выкраиваются по направлениям  наименьшей тягучести.

Количество образцов для каждого вида материала - 3.

Перед испытанием образцы размечают, замеряют толщину пяти участков рабочей зоны и вычисляют среднее значение.

Испытание проводилось в условиях  одноосного растяжения на разрывной машине маятникого типа  РТ-250. Схема оборудования представлена на рисунке 1.3

Принцип действия машины заключается в следующем:

Разрывную машину подключают к источнику электропитания.

Перед заправкой образца верхний зажим фиксируют неподвижно во втулке с помощью арретира 15. Устанавливают требуемое расстояние между зажимами 16 и 21, которое должно соответствовать рабочей длине образца. 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 относительно втулки 25, устанавливают требуемое расстояние между зажимами и при помощи шпильки соединяют подвижный шток 24 с втулкой 25.Образец испытываемого материала 20 заправляют сначала в губки верхнего зажима 16, а затем нижнего зажима 21 разрывной машины лицевой стороной к испытателю, строго посередине зажимов и без перекосов и фиксируют в таком положении при помощи винтов, установленных на зажимах. В том случае, когда образцу необходимо придать предварительное напряжение, верхний конец образца фиксируют в верхнем зажиме, а нижний конец после пропускания между губок нижнего зажима помещают на устройстве для предварительного натяжения 22. К нижнему концу подвешивают калиброванный груз для создания предварительного напряжения, фиксируют образец в нижнем зажиме, после чего груз снимают.

  После заправки образца арретиром 15 производят разблокировку верхнего  зажима 16.

  Шкалу силоизмерителя 8 при  помощи ручки, установленной на  панели прибора, вращают таким  образом, чтобы стрелки 9 и 10 (ведущая  и контрольная) были установлены  относительно нулевого значения  силы. На измерителе абсолютной  деформации 17 значение указателя  также должно располагаться на  нулевом значении.

Шкала для измерения силы имеет три пояса: А – от 0 до 500 Н с ценой деления 1 Н; Б – от 0 до 1000 Н с ценой деления 2 Н; В – от 0 до 2500 Н с ценой деления 5 Н. При работе на втором и третьем поясах на маятник 4 добавляют грузы 3 в 1 кН или 7 кН соответственно.Скорость перемещения нижнего зажима регулируется от 25 до 250мм/мин путем вращения специальной рукоятки, установленной на лицевой панели машины.

   Растяжение образца осуществляется  за счет опускания нижнего  зажима с постоянной скоростью. Для опускания и последующего  поднятия нижнего зажима в  исходное положение используются  кнопки «Вниз» и «Вверх» на  панели прибора. При нажатии кнопок  включается электродвигатель 1, который  через муфту 28 приводит в движение  червячный редуктор 27 с присоединённым  к нему винтом 26, входящим в  резьбовое соединение со втулкой 25. Движение втулки 25 происходит  по направляющей 2. Включая кнопки  на панели управления разрывной  машины «Вниз» и «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 экстренного останова движения  нижнего зажима используется  кнопка «Стоп» на панели машины.

   Усилие Р, прилагаемое для растяжения образца материала, измеряют маятниковым силоизмерителем. Образец 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. Отклоняясь от положения равновесия, маятник перемещает зубчатую рейку 6 и поворачивает зубчатое колесо 7.

На оси зубчатого колеса закреплена ведущая 9 и контрольная 10 стрелки, с помощью которых на шкале силоизмерителя 8 фиксируется усилие, действующее на образец материала. При разрыве образца маятник возвращается в исходное положение, а ведущая стрелка под действием грузика 5 – на нулевое деление шкалы силоизмерителя 8. Контрольная 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 образца 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 снабжена механизмом автоматического  останова при разрыве образца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1 – электродвигатель; 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 деформации; 18 – зубчатое колесо; 19 – указатель; 20 – образец материала; 22 – устройство для предварительного натяжения;23 – зубчатая рейка; 24 – подвижный шток; 25 – втулка; 26 – винт;

27 –  червячный редуктор; 28 – муфта

 

Рисунок 1.3 Схема разрывной машины РТ-250

 

По данным, полученным при испытании образцов, устанавливаются следующие показатели, характеризующие их механические свойства:

• Нагрузка при разрыве Р, Н – наибольшее усилие, которое выдерживают образцы до разрыва;
• Предел прочности при растяжении σ, Н/мм2.

                                       σ= [Н/мм2],                                   (1.7)

где  F – площадь поперечного сечения испытываемого образца, мм2

Прочность зависит от толщины и вида материалов.

Рассмотрим деформации при растяжении:

• Относительное удлинение при разрыве:

                          ,                                (1.8)

где абсолютное удлинение при разрыве, мм;

      рабочая длина образца до растяжения, мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2.2 Результаты исследований

 

 

Вычисление площадей  образцов

 

Таблица 5.1 – Вычисление площадей образцов

Наименование материала	№ обр	Толщина, мм					Средняя толщина, мм	ширина, мм	Площадь поперечного сечения,мм2
		1	2	3	4	5
Свиная подкладочная кожа	1	0,7	0,6	0,8	0,7	0,7	0,7	10	7
	2	0,7	0,8	0,8	0,9	0,8	0,8	10	8
	3	0,6	0,7	0,7	0,8	0,7	0,7	10	7
Велюр	1	1,7	1,8	1,8	1,9	1,8	1,8	10	18
	2	1,7	1,6	1,8	1,7	1,7	1,7	10	17
	3	1,8	1,7	1,8	1,8	1,9	1,8	10	18
Яловка легкая	1	1,1	1,2	1,3	1,2	1,2	1,2	10	12
	2	1,3	1,3	1,2	1,3	1,4	1,3	10	13
	3	1,2	1,1	1,2	1,3	1,2	1,2	10	12
Полукожник	1	2,0	2,1	2,1	2,2	2,1	2,1	10	21
	2	2,0	2,0	1,9	2,1	2,0	2,0	10	20
	3	2,1	2,0	2,1	2,1	2,2	2,1	10	21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты, полученные с помощью разрывной машины

 

Таблица 5.2 – Результаты измерений образцов

	Свиная подкладочная кожа
	образец№1		образец№2		образец№3
Показания прибора для образцов	Р, Н	∆l, мм	Р, Н	∆l, мм	Р, Н	∆l, мм	∆l ср
	1	2	3	4	5	6	7
	25	8	25	9	25	6	7,7
	50	15	50	13	50	11	13
	75	20	75	17	75	15	17,3
	100	22	100	21	100	19	20,7
	125	24	125	23	125	23	24
Значения показателей при разрыве	125	24	135	25	125	23

 

 

Таблица 5.3 – Результаты измерений образцов

	Велюр
	образец№1		образец№2		образец№3
Показания прибора для образцов	Р, Н	∆l, мм	Р, Н	∆l, мм	Р, Н	∆l, мм	∆l ср
	1	2	3	4	5	6	7
	25	12	25	11	25	8	10,3
	50	15	50	14	50	11	13,3
	75	17	75	16	75	13	15,3
	100	18	100	18	100	15	17
	125	20	125	20	125	17	19
	150	23	150	21	150	18	20,7
	175	24	175	22	175	21	22,3
	200	26	200	24	200	23	24,3
	225	28	225	26	225	24	26
	250	29	250	29	250	25	27,7
	275	30	275	32	275	27	29,7
	300	32	300	34	300	30	32
	325	35	325	35	325	32	34
	350	37	350	37	350	35	36,3
	375	39	375	40	375	37	38,7
	400	40	400	41	400	39	40