В  работе рассматривается измерение упругого отскока от испытуемого материала с целью определения качества поверхности и внутренних слоев. Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими существующими методами, такими как радиационный, ультразвуковой  и т.п. Главным образом, он является безопасным, сравнительно дешевым, не требующим специальной подготовки оператора. Кроме того, волны деформаций, проходящие через материал испытуемого тела и отражающиеся от свободных поверхностей, влияют на отскок ударника. Бойки, которые ранее применялись при отскоке, изготавливаются, в основном, из инструментальной стали.

Зачастую требуется контролировать материалы с плотностью, много меньшей, чем плотность стали. Например, дерево, пластмасса, бетон, алюминий. Появилось мнение о проведение исследований с бойками из различных материалов с большим диапазоном плотности, либо с бойками стаканного типа, приведенная плотность которых соответствует плотности легких материалов.

Кроме того, чтобы увеличить  число ударов при сбросе бойка, использовался ударник [2], в котором шар при ударе принудительно поворачивался и успевал за одно падение в направляющей трубке совершить несколько десятков ударов, т.е. происходил так называемый «квазипластический удар». Данная конструкция позволяла повысить информативность отскока в несколько раз, что заметно увеличивало точность измерений и качество контроля.

Из всего многообразия существующих методов были проанализированы следующие:

- метод шариковых отпечатков: суть метода заключается в том, что в молоток вместо рабочего инструмента (пики, зубила) вставляется оправка с шариковым наконечником, через которую молоток своим бойком наносит удар по стальному образцу. От каждого удара на образце остается отпечаток. Затем свободно падающим грузом, равным по весу бойку ударника, через ту же оправку наносятся удары с различной высоты до тех пор, пока диаметры отпечатков от бойка испытуемого молотка и свободно падающего груза не совпадут. Энергия удара молотка определяется как произведение веса груза на высоту его сбрасывания. Метод применяется, в основном, в лабораторных условиях, т.к. обеспечивается достаточная точность измерения высоты свободно падающего груза и диаметра отпечатков.

- Метод дифференцирования кривой перемещения: для определения энергии удара требуется снять осциллограмму десяти последовательных циклов перемещения бойка-ударника. В каждом цикле в точке удара проводится касательная, тангенс угла наклона которой в соответствующих масштабах будет соответствовать скорости удара. Скорость удара: . Последовательно обрабатывая осциллограммы всех снятых циклов кривой перемещения, определяют скорости удара в каждом цикле. Средняя скорость удара находится при этом как среднее арифметическое значение для всех рассматриваемых циклов перемещения бойка: . Вследствие необходимости графической обработки данных значительно увеличивается время получения конечного результата.

- Метод измерения посредством снятия индикаторной диаграммы: для определения удара этим методом необходимо на шлейфовом осциллографе на пленку записать одновременно давления вверхней и нижней камерах, путь поршня-ударника и отметки времени. На снятой осциллограмме выбирают три последовательных цикла, которые увеличиваются до удобных для обработки размеров. При этом же увеличении наносятся тарировочные отметки давлений и пути. Для определения сил, действующих на поршень-ударник, строится тарировочный график, по оси ординат которого откладывают отметки тарировки датчиков давления, по оси абсцисс – силу (масштаб, удобный для обработки, . Для определения пути строится тарировочный график: по оси абсцисс откладывают пройденный поршнем путь (мм), по оси ординат – отметки тарировки хода. Построив тарировочные графики, кривые давления перестраивают в график сил, действующих на ударник, для чего через отметки времени проводят вертикальные линии. По графику сил в нижней и верхней камерах строят график результирующей силы за один цикл. Статистический момент импульса сил, действующих на ударник во время рабочего хода, равен: . Данный метод требует значительных графических построений и является весьма трудоемким.

- Метод индикации мерного участка пути: используется устройство для измерения преударной скорости бойка-ударника рабочего инструмента. Рисунок 1 поясняет схему измерений данным методом. На рисунке изображены боек испытуемой машины 1, рабочий инструмент 2  контактным датчиком 3, состоящим из подвижного стержня 4 и возвратной пружины 5. Подвижный стержень выступает над торцом на величину l. В состав устройства определения скорости входят источник электрического напряжения 7, связанный с бойком 1, блок преобразования 8, частотомер 9, задатчик времени прохождения ударной волны 10, сумматор 11, определитель скорости 12, блок индикации 13 и задатчик мерного участка пути 14.

В процессе измерения дважды замыкается электрическая цепь: когда боек наносит удар по подвижному стержню, в результате чего напряжение от источника через боек, подвижный стержень, рабочий инструмент поступает в блок преобразования, и когда боек наносит удар по рабочему инструменту и срабатывает датчик регистрации прохождения ударной волны, в результате чего напряжение с датчика поступает на вход блока преобразования. Применение метода требует тщательной подготовки всей механической и электрической базы, что усложняет проведение работ.

- Метод время-пролетного датчика и дифференциального анализатора интервалов времени: метод позволяет в целях бурения без каких-либо переделок в перфораторе производить измерение энергии удара. Время-пролетный датчик монтируется в полом цилиндре-трубке и устанавливается вместо водяной или воздушной трубки внутри перфоратора. Датчиками импульсов, отмечающих начало и конец измеряемых интервалов , служат две катушки, намотанные на магнит с известным базовым расстоянием между ними l. Совершая возвратно-поступательное движение, поршень-ударник при рабочем ходе вперед своей торцевой частью проходит поочередно над катушками, возбуждая в них импульсы ЭДС. После преобразования импульсы из блока формирователя импульсов, следуют друг за другом с интервалом  и попадают на измеритель интервалов времени. Работа пневматических перфораторов характеризуется распределением ударов по энергиям, поэтому в качестве измерителя интервала времени  применяется анализатор временных интервалов.

- Измерение посредством магнитоупругих датчиков: если к магнитной цепи преобразователя приложить сжимающее или растягивающее усилие, то вследствие их воздействия произойдет изменение магнитной проницаемости сердечника. Последнее вызовет изменение магнитного сопротивления сердечника. Это приведет к изменению индуктивности обмотки, помещенной на сердечнике. Выполнив предварительную тарировку, возможно произвести оценку скорости бойка с инструментом и энергии удара по амплитуде напряжения выходной обмотки датчика с магнитоупругим преобразователем. Магнитоупругие преобразователи могут работать как переменные индуктивные сопротивления, величина которых определяется приложенным к сердечнику механических усилием, и как трансформаторные преобразователи с переменной взаимоиндуктивностью между обмотками. Использование магнитоупругого датчика в качестве измерительного средства требует для получения достоверных результатов многоэлементной базы, что снижает надежность работы устройства в целом и определяет погрешность измерений, которая складывается из погрешностей определения коэффициентов преобразования, детектирования, фильтрации, интегрирования, повторения, измерения массы, ускорения, высоты, напряжения, соответствующего образцовой энергии.

Проанализировав существующие методы, можно сделать вывод о том, что метод упругого отскока является наиболее простым в исполнении, не дорогим, не требующим специальной подготовки оператора.

1. Стихановский Б. Н. Процессы удара / Б. Н. Стихановский. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 332 с.
2. Стихановский Б. Н., Редько У. Н. Устройство для исследования материалов методом упругого отскока / Б. Н. Стихановский, У. Н. Редько. Патент № 99176, Бюл. № 31 от 10.11.2010.

Все статьи автора «ilineilli»