RU170285U1 - Device for measuring the adhesion strength of ice to solid surfaces of various materials - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам испытательной техники и может быть использована во многих отраслях промышленности, в частности в гидротехническом строительстве при эксплуатации сооружений, зданий, конструкций, оборудования в суровых климатических условиях и в зоне воздействия атмосферного или брызгового видов обледенения при работающих в зимних условиях сооружениях водосбросного фронта. Устройство для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов содержит неподвижную станину 1, опорные стойки 2 для размещения силового, измерительного и загрузочного оборудования устройства и датчик измерения силы 7. Устройство дополнительно оборудовано нижней загрузочной 3 и верхней опорной 4 плитами, которые прикреплены к опорным стойкам крепежными элементами 6, тяговым стержнем 8, который имеет фиксацию на верхней опорной плите 4, направляющей резьбовой втулкой 10, совмещенной с осью тягового стержня 8, нижним загрузочным 11 и верхним упорным 12 дисками, резьбовым соединением сочлененными с направляющей резьбовой втулкой 10, упорным подшипником 12, которым обеспечен контакт между дисками, силовой загрузочной пружиной 14, конструктивно сочлененной с верхним упорным диском 12. Техническим результатом является возможность проведения измерений адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов на сдвиг и отрыв с возможностью формирования на них ледовых образований различных типов, а также количественно оценить затрачиваемую для разделения единицы площади такого контакта энергию, что является важным обстоятельством. 2 ил.The utility model relates to devices of test equipment and can be used in many industries, in particular in hydraulic engineering for the operation of structures, buildings, structures, equipment in harsh climatic conditions and in the zone of exposure to atmospheric or spray icing when working in winter front. A device for measuring the adhesive strength of ice to solid surfaces of various materials contains a fixed frame 1, support racks 2 for placing power, measuring and loading equipment of the device and a force measurement sensor 7. The device is additionally equipped with a lower loading 3 and upper supporting 4 plates that are attached to supporting struts with fasteners 6, a pull rod 8, which has a fixation on the upper base plate 4, a threaded guide sleeve 10, combined with the axis of the pull rod I 8, lower boot 11 and upper thrust 12 disks, threaded jointed with a threaded guide sleeve 10, thrust bearing 12, which provides contact between the disks, power loading spring 14, structurally articulated with the upper thrust disc 12. The technical result is the possibility of measurements the adhesive strength of ice to solid surfaces of various materials for shear and tearing with the possibility of the formation of ice formations of various types on them, as well as quantify the cost The energy used to separate the unit area of such a contact is an important circumstance. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам испытательной техники, предназначена для измерения адгезионной прочности льда к различным твердым поверхностям из различных материалов на сдвиг и/или отрыв, а также анализа материалов путем определения их физических свойств и может быть использована во многих отраслях промышленности, в частности в гидротехническом строительстве при эксплуатации сооружений, зданий, конструкций, оборудования в суровых климатических условиях и в зоне воздействия атмосферного или брызгового видов обледенения при работающих в зимних условиях сооружениях водосбросного фронта.The utility model relates to devices of testing equipment, designed to measure the adhesion strength of ice to various solid surfaces from various materials for shear and / or separation, as well as analysis of materials by determining their physical properties and can be used in many industries, in particular in the hydraulic construction during operation of structures, buildings, structures, equipment in severe climatic conditions and in the zone of exposure to atmospheric or spray types of icing during Spillway facilities operating in winter conditions.

Известно устройство для измерения сдвиговой прочности льда к различным твердым поверхностям, состоящее из фиксирующих испытуемый материал скоб, охлаждающего устройства, дозирующего устройства для распределения воды на поверхность образца, скользящего ножа и устройства для измерения силы, прикладываемой к ножу. В данном устройстве испытания производятся в условиях стеснения гладких цилиндрических образцов на сдвиг. Замораживание воды при этом реализовано в предусмотренном зазоре между верхней направляющей втулкой и цилиндрическим стержнем, выполненным из исследуемого материала. (Гольдштейн Р.В., Епифанов В.П. К измерению адгезии льда к другим материалам // Вестник ПГТУ, Механика, №2, 2011, - с. 28-41).A device for measuring the shear strength of ice to various hard surfaces is known, consisting of brackets fixing the test material, a cooling device, a metering device for distributing water to the surface of the sample, a sliding knife, and a device for measuring the force applied to the knife. In this device, tests are carried out in conditions of tightness of smooth cylindrical samples in shear. In this case, water freezing is realized in the provided gap between the upper guide sleeve and the cylindrical rod made of the material under study. (Goldstein R.V., Epifanov V.P. To the measurement of ice adhesion to other materials // Bulletin of the Perm State Technical University, Mechanics, No. 2, 2011, p. 28-41).

Недостатком данного аналога является то, что оно дает искаженное значение адгезионной прочности за счет стеснения между втулкой и образцом образующегося при замораживании льда.The disadvantage of this analogue is that it gives a distorted value of adhesive strength due to the tightness between the sleeve and the sample formed during freezing of ice.

Известно устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям, состоящее из неподвижной станины, сосуда для замораживания воды с отверстием в верхней крышке для погружения в сосуд тестируемого образца, устройства для замораживания воды в сосуде, подвижного рычага с возможностью вертикального перемещения относительно неподвижной станины, датчика измерения силы с креплением для тестируемого образца и компьютера для обработки результатов измерений. В данном устройстве тестируемый образец, представляющий собой цилиндр из исследуемого материала, одной стороной прикрепляется к датчику силы, закрепленному на подвижном рычаге, а другой стороной частично погружен в сосуд с замораживаемой водой через отверстие в крышке сосуда. Измерение адгезионной прочности в данном техническом устройстве основано на определении усилия, требуемого для выдергивания образца изо льда при приложении усилия вдоль оси цилиндра (патент на полезную модель RU 125342 U1, МПК G01N 19/04, опубл. 27.02.2013).A device for measuring the shear strength of ice adhesion to solid surfaces, consisting of a fixed frame, a vessel for freezing water with a hole in the top cover for immersion of the test sample in the vessel, a device for freezing water in the vessel, a movable lever with the possibility of vertical movement relative to the stationary frame, force measuring sensor with mount for the test sample and a computer for processing measurement results. In this device, the test sample, which is a cylinder of the test material, is attached on one side to a force sensor mounted on a movable arm, and the other side is partially immersed in a vessel with frozen water through an opening in the lid of the vessel. The measurement of adhesive strength in this technical device is based on determining the force required to pull a sample out of ice when applying force along the axis of the cylinder (Utility Model Patent RU 125342 U1, IPC G01N 19/04, publ. 02.27.2013).

Недостатком данного устройства является невозможность его использования для измерения адгезионной прочности льда на отрыв и создания различных типов ледовых образований на поверхности испытуемого материала.The disadvantage of this device is the inability to use it to measure the adhesive strength of the ice on separation and the creation of various types of ice formations on the surface of the test material.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.According to the greatest number of similar features and the result achieved using the given technical solution is selected as a prototype of the claimed utility model.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является возможность проведения измерений адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов на сдвиг и отрыв с возможностью формирования на них ледовых образований различных типов, а также количественно оценить затрачиваемую для разделения единицы площади такого контакта энергию, что является важным обстоятельством.The technical task of the proposed utility model is the ability to measure the adhesion strength of ice to solid surfaces from various materials for shear and tearing with the possibility of forming ice formations of various types on them, as well as quantify the energy expended to separate a unit area of such a contact, which is an important circumstance.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов, содержащем неподвижную станину, опорные стойки для размещения силового, измерительного и загрузочного оборудования и датчик измерения силы, дополнительно установлены нижняя загрузочная и верхняя опорная плиты, которые прикреплены к опорным стойкам крепежными элементами, тяговый стержень, который имеет фиксацию на верхней опорной плите, направляющая резьбовая втулка, совмещенная с осью тягового стержня, нижний загрузочный и верхний упорный диски, резьбовым соединением сочлененные с направляющей резьбовой втулкой, упорный подшипник, которым обеспечен контакт между дисками, силовая загрузочная пружина, конструктивно сочлененная с верхним упорным диском.To achieve the technical result, in the device for measuring the adhesion strength of ice to solid surfaces of various materials, containing a fixed bed, support racks for placing power, measuring and loading equipment and a force measurement sensor, an additional lower loading and upper base plate are attached, which are attached to supporting racks with fasteners, a traction rod that has a fixation on the upper base plate, a threaded guide sleeve, combined with Sewing a pull rod, lower loading and upper thrust discs, threaded jointed with a threaded guide sleeve, thrust bearing, which provides contact between the discs, power loading spring structurally articulated with the upper thrust disc.

Благодаря наличию этих признаков возможно проводить испытания по измерению адгезионной прочности на контакте сред «лед - твердая поверхность из различных материалов» как на сдвиг, так и на отрыв, а также проводить испытания с различными видами ледовых образований на поверхностях испытуемых материалов, а также количественно оценить затрачиваемую для разделения единицы площади такого контакта энергию, что является важным обстоятельством.Due to the presence of these signs, it is possible to carry out tests to measure the adhesion strength at the contact of the ice-solid media of various materials, both shear and tear, as well as conduct tests with various types of ice formations on the surfaces of the tested materials, as well as quantify the energy expended to separate the unit area of such a contact is an important circumstance.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-2.The proposed device is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-2.

На фиг. 1 показано устройство для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов.In FIG. 1 shows a device for measuring the adhesive strength of ice to solid surfaces of various materials.

На фиг. 2 представлено размещение испытательного блока в рабочем пространстве устройства для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов.In FIG. 2 shows the placement of the test block in the working space of the device for measuring the adhesive strength of ice to solid surfaces of various materials.

Устройство для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов содержит неподвижную станину 1, обеспечивающую устойчивость всей конструкции, коробчатого типа, выполненной из швеллера №24; опорные стойки 2, которые служат для размещения силового, измерительного и загрузочного оборудования установки и выполнены из резьбовых стержней М20; нижнюю загрузочную плиту 3 для фиксации испытательных блоков с образцами и верхнюю опорную плиту 4, изготовленные из листового проката толщиной 16 мм; верхнюю и нижнюю шаровые тяги датчика динамометра 5; шарнирные крепежные элементы 6, передающие прикладываемую нагрузку на шаровые тяги динамометра; силовой датчик динамометра 7, представляющий собой упругий элемент с силовводящими элементами для регистрации величины силы приложения нагрузки при отрыве и сдвиге, при этом ось нагружения упругого элемента совмещена с осью нагружения установки без перекосов и смещений; тяговый стержень 8, через который передается отрывное или сдвиговое усилие; регулировочные крепежные элементы 9; направляющую резьбовую втулку 10; нижний загрузочный диск 11, позволяющий механически задавать приложение нагрузки и передачу ее на тяговый стержень с определенной заданной скоростью за счет сжатия силовой пружины; упорный подшипник 12; верхний упорный диск 13, передающий сжимающее усилие на силовую загрузочную пружину 14.A device for measuring the adhesion strength of ice to solid surfaces of various materials contains a fixed frame 1, which ensures the stability of the entire structure, box-type, made of channel No. 24; supporting racks 2, which serve to accommodate the power, measuring and loading equipment of the installation and are made of threaded rods M20; lower loading plate 3 for fixing test blocks with samples and upper support plate 4, made of sheet metal 16 mm thick; upper and lower ball link of the dynamometer sensor 5; hinged fasteners 6 transmitting the applied load to the ball link of the dynamometer; dynamometer power sensor 7, which is an elastic element with power-introducing elements for recording the magnitude of the load application force at separation and shear, while the loading axis of the elastic element is combined with the loading axis of the installation without distortions and displacements; traction rod 8, through which a tearing or shear force is transmitted; adjusting fasteners 9; guide threaded sleeve 10; the lower boot disk 11, which allows you to mechanically set the application of the load and transfer it to the traction rod with a specific set speed due to compression of the power spring; thrust bearing 12; upper thrust disk 13, transmitting compressive force to the power loading spring 14.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для проведения исследований подготовленный экспериментальный блок с намороженным слоем льда и примороженными к нему образцами устанавливается в рабочее пространство между станиной 1 и нижней загрузочной плитой 3 так, что его рабочая поверхность ориентируется параллельно или перпендикулярно плоскости станины 1 и плиты 3 в зависимости от вида испытаний (на отрыв или сдвиг) по определению адгезионной прочности льда и антиобледенительного покрытия. С помощью регулировочных элементов 9 производится регулировка высоты опорных стоек 2 с последующим непосредственным креплением к испытуемым образцам. Далее посредством механического вращения загрузочного диска 11 производится сжатие пружины 14 за счет вертикального перемещения загрузочного диска 11. Усилие пружины передается на тяговый стержень 8 и, в дальнейшем, через шарнирные механизмы 6 и шаровые тяги динамометра 5 на его датчик 7.For research, the prepared experimental unit with a frozen layer of ice and samples frozen to it is installed in the working space between the bed 1 and the lower loading plate 3 so that its working surface is oriented parallel or perpendicular to the plane of the bed 1 and plate 3, depending on the type of test (for separation or shear) to determine the adhesive strength of ice and de-icing coating. Using the adjusting elements 9, the height of the support posts 2 is adjusted, followed by direct attachment to the test samples. Further, by mechanical rotation of the boot disk 11, the spring 14 is compressed due to the vertical movement of the boot disk 11. The spring force is transmitted to the traction rod 8 and, subsequently, through the hinge mechanisms 6 and ball rods of the dynamometer 5 to its sensor 7.

Использование предлагаемого устройства позволяет измерять адгезионную прочность различных видов льда к твердым поверхностям различных материалов как на отрыв, так и на сдвиг с возможностью формирования на них ледовых образований различных типов, а также количественно оценить затрачиваемую для разделения единицы площади такого контакта энергию.Using the proposed device allows you to measure the adhesion strength of various types of ice to the solid surfaces of various materials both on separation and shear with the possibility of formation of ice formations of various types on them, as well as quantify the energy expended to separate a unit area of such contact.

Claims (1)

Устройство для измерения адгезионной прочности льда к твердым поверхностям из различных материалов, содержащее неподвижную станину, опорные стойки для размещения силового, измерительного и загрузочного оборудования и датчик измерения силы, отличающееся тем, что устройство дополнительно оборудовано нижней загрузочной и верхней опорной плитами, которые прикреплены к опорным стойкам крепежными элементами, тяговым стержнем, который имеет фиксацию на верхней опорной плите, направляющей резьбовой втулкой, совмещенной с осью тягового стержня, нижним загрузочным и верхним упорным дисками, резьбовым соединением сочлененными с направляющей резьбовой втулкой, упорным подшипником, которым обеспечен контакт между дисками, силовой загрузочной пружиной, конструктивно сочлененной с верхним упорным диском.A device for measuring the adhesive strength of ice to solid surfaces of various materials, containing a fixed frame, support racks for placing power, measuring and loading equipment and a force measuring sensor, characterized in that the device is additionally equipped with a lower loading and upper support plates that are attached to the supporting racks fasteners, a pull rod, which has a fixation on the upper base plate, a threaded guide sleeve, combined with the axis of the pull rod zhnya, the lower boot and upper thrust discs articulated threaded connection with the threaded guide sleeve, the thrust bearing, which is provided with contact between the discs, the spring force loading structurally articulated with the upper thrust disc.

Images