Исследование реологической характеристики «усилие активации» с использованием текстуроанализатора «Структурометр СТ-2»

Сарбашев К.А., специалист по анализу текстуры,

 ООО «Лаборатория качества»

Усилие активации – это усилие, которое должен приложить пользователь (оператор) на механический переключатель для изменения его состояния. Примером такого действия является нажатие на кнопку, выдвигание стержня шариковой ручки и прочее. Понятие усилие активации также применимо к процессу дозирования мыла из поршневой крышки дозатора.

Для исследования процесса активации различных бытовых устройств и для измерения «усилия активации» использовали текстуроанализатор «Структурометр СТ-2».

На рисунке 1 приведены кривые нескольких измерений усилия возникающего в ходе процесса «активации» шариковой ручки. Такую кривую называют характеристической кривой процесса.

Рисунок 1. Кривые изменения усилия от деформации при активации шариковой ручки.

Анализируя динамику усилия, возникающего на тензометрическом датчике, можно выделить следующие ключевые точки процесса:

• Точка 1 – Переход от поджатия кнопки шариковой ручки и удаления люфта в конструкции к началу сжатия пружины;
• Точка 2 – Максимальное усилие, при котором произошла активация;
• Точка 3 – Резкое изменение усилия, вызванное механическим переключением в конструкции ручки;
• Точка 4 – Ручка активирована, усилие резко возрастает, так как механизм активации ручки застопорен в положении «открытие» и колпачок ручки находится в крайнем нажатом положении.

Максимальное усилие, возникшее в ходе активации, составляет 340,4 г – почти полкилограмма. Это «усилие активации» простой шариковой ручки.

Тактильный характер процесса активации ручки зависит от конструкции ручки, марки стали, из которой изготовлена пружина механизма. Ручки разных производителей отличаются по этому показателю. Для шариковых ручек известных марок специфическое «усилие активации» является «визитной карточкой», которую потребитель воспринимает тактильно.

Другое приложение метода исследования «усилие активации» – исследование процесса работы различных диспенсеров. На рисунке 2 представлены кривые изменения усилия при нажатии на крышку диспенсера мыла для рук.

Рисунок 2. Кривая изменения усилия в ходе «активации» дозатора для мыл

Анализируя данные кривые, также можно выделить несколько этапов процесса работы дозатора:

• Точка 1 - Усилие достаточное для открытия клапана подачи мыла в носик дозатора;
• Точка 2 – Начало сжатия пружины цилиндра набора мыла;
• Точка 3 – Увеличение упругости, вызванное приближением к крайнему положению пружины;
• Точка 4 – Пружина сжата, процесс активации окончен.

Усилием активации для данного устройства следует считать усилие, возникающее в точке 3 (2158 г.), хотя конструктивно процесс активации закончился только в точке 4. Обычно усилия, возникающего в точке 3, бывает достаточно для выдавливания требуемого количества мыла.

Такое значение усилия активации в данном случае обусловлено конструкцией диспенсера, а также вязкостью прокачиваемого вещества. Варьируя рецептуру косметического средства или изменяя конструкцию дозатора, можно добиться рациональных значений усилия активации, обеспечивающих максимальное удобство пользователя.

Еще одним важным аспектом применения показателя «усилие активации» является анализ процесса нажатия различных кнопок управления. Важно не допустить случайного нажатия кнопки, но и обеспечить легкость активации при преднамеренном использовании.

Рисунок 3. Кривая изменения усилия в ходе «активации» кнопки управления без фиксации положения

Исследовали процесс активации кнопки управления питанием в промышленном (влаго- и термостойком) исполнении без фиксации положения. На полученной в ходе этого эксперимента кривой можно выделить три ключевые точки:

• Точка 1 – Сжатие основной пружины кнопки;
• Точка 2 – Начало поджатия пружины контактной группы, момент возникновения контакта;
• Точка 3 – Поджатие пружины контактной группы завершено, продолжается сжатие основной пружины кнопки.

«Усилие активации» для данной кнопки составило 351 г, что сопоставимо с усилием активации шариковой ручки (340,4 г), протестированной нами в начале этой работы.

Усилие активации кнопки зависит от конструкции и используемых материалов. Оптимальное усилие активации в таком случае может зависеть от целей применения разрабатываемой кнопки. Например, при проектировании кнопки экстренной остановки оборудования целесообразно сделать ее устойчивой к случайным нажатиям, кнопки точной настройки, напротив, должны быть выполнены с минимальным усилием активации.

Реологическая характеристика «Усилие активации» сопровождает нас в повседневной жизни всюду, контроль и анализ этого параметра поможет выделить вашу продукцию и обеспечить её стабильно высокое качество.

В данном обзоре использовались следующие инденторы и комплектующие текстуроанализатора «Структурометр СТ-2»:

Чертеж индентора	Размеры индентора						Наименование индентора, каталожный номер, материал, масса	Фото индентора
	A	B	C	D	d	a
	35	-	-	11	M3	-	Индентор «Никкансуи» (СТ-2.27.00.001) Сталь 27,2 г
	75	152	-	102	86.2	-	Съемный столик (СТ-2.16.00.000 СБ) Дюраль 722,0 г
	9	100	90	18	-	-	Крышка №1 (СТ-2.11.00.001) Дюраль 215,0 г