УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ИЗНОС Российский патент 1998 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания материалов на износ.

Известно устройство для испытания материалов на гидроабразивный износ [1] , содержащее бак, размещенный в нем вал с держателем образцов, выполненный в виде диска с гнездами по торцу, привод вращения вала, систему подачи и отвода из бака гидроабразивной среды, дополнительный диск с возможностью перемещения по оси вала.

Недостатком известного устройства является невозможность контролировать и поддерживать в определенном диапазоне параметры режима испытаний (частоту, скорость, плотность абразива и т.п.), производить их контроль. Все это ограничивает возможность создания переменных режимов испытаний и моделирования эксплуатационных условий.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является установка для испытаний материалов на гидроабразивный и коррозионный износ [2]. Установка содержит замкнутый трубопровод, систему подачи рабочей среды, насос для перемещения рабочей среды, компенсирующую емкость с рабочей средой, бункер с абразивом, электромагнитомеханическую систему регулирования рабочей среды, состоящую из магнитного и электронного регуляторов количества абразива и электромеханического регулятора скорости потока рабочей среды, узел обратной связи, включающий датчик скорости потока рабочей среды и радиоактивный датчик абразива. Внутри трубопровода в держателях, соединенных с осями сельсинов, расположены испытуемые образцы. Вдоль замкнутого трубопровода расположены термоэлементы холодильно-нагревательного устройства для изменения температуры рабочей среды с датчиками температур. Все элементы соединены с программным контрольно-задающим устройством для изменения параметров рабочей среды. Испытания материалов проводятся по программе, задаваемой программным контрольно-задающим устройством для изменения параметров рабочей среды. В случае отклонения от программных значений регулируемых величин параметров рабочей среды на датчиках температуры, скорости потока и плотности абразива через усилители программного контрольно-задающего устройства для изменения параметров рабочей среды подают дополнительный импульс на соответствующие исполнительные органы и приводят режим испытаний в соответствие с программным.

Недостатками описанной установки являются:
невозможность реализации микроударного нагружения объекта испытаний, т. е. создания динамических условий повреждения, характерных для большинства машин и механизмов;
невозможность создания условий для пластической деформации и микрорезания;
не исследуются прочностные характеристики образца, а регулирование и контроль ведутся только за параметрами внешнего воздействия;
производится контроль и регулирование только параметров нагружения и среды в статических условиях изнашивания образцов.

Изобретение отличается от прототипа тем, что электромагнитомеханическая система регулирования рабочей среды дополнительно включает электромеханический регулятор частоты вращения образцов, соединенный с электродвигателем, узел обратной связи дополнительно включает датчик частоты вращения образцов и съемный датчик геометрических параметров образцов, система подачи рабочей среды дополнительно включает динамический блок, содержащий бак с размещенными внутри него держателями образцов, соплами, установленными с возможностью подачи струй рабочей среды на рабочие поверхности образцов, и ротором, установленным на валу электродвигателя, при этом электромеханический регулятор частоты вращения образцов, датчик частоты вращения образцов и съемный датчик геометрических параметров образцов соединены с программным контрольно-задающим устройством для изменения параметров рабочей среды. Держатели с установленными в них образцами жестко и попарно противоположно закреплены на роторе. Ротор гуммирован уплотняющим материалом, величина зазора между рабочей поверхностью образцов и соответствующим торцом ротора равна 0,1 - 1,0 мм. Установка снабжена кронштейнами, каждый из которых расположен на стенке бака напротив соответствующего торца ротора, а держатели образцов жестко закреплены в кронштейнах внутри бака на его стенках.

Изобретение решает задачу создания установки, которая при ее использовании позволяет достичь технического результата, заключающегося в контроле геометрических параметров износа, в оценке ресурса контроля показателей надежности и прочности за счет дополнительного введения в узел обратной связи датчика частоты вращения образцов и съемного датчика геометрических параметров образцов, в создании форсированных режимов испытаний вследствие дополнительного монтажа электромеханического регулятора частоты вращения образцов, а также позволяет по всем моделям износа реализовывать динамические условия воздействия на образец. На предлагаемой установке контролю и регулированию подлежат как параметры нагружения и среды, так и слежения за выработанным и остаточным ресурсами в условиях микроударного нагружения и микрорезания образцов, в большей степени моделирующих условия эксплуатации.

На фиг. 1 изображена установка для испытания материалов на износ; на фиг. 2 - бак динамического блока, элементы которого выполнены по п.3 и 4 формулы.

Установка для испытания материалов на износ содержит замкнутый трубопровод 1, насос 2 для перемещения рабочей среды, компенсирующую емкость 3 с рабочей средой и бункер 4 с абразивом, держатели образцов 5, размещенные внутри бака 6, электродвигатель 7 и установленный на его валу ротор 8, гуммированный уплотняющим материалом. Замкнутый трубопровод 1 содержит сопла 9, установленные с возможностью подачи струй рабочей среды на рабочую поверхность образцов посредством коллектора (не показан). Подбор диаметра сопел 9 зависит от ширины дорожки износа на образцах. На трубопроводе 1 смонтирована электромагнитомеханическая система 10 регулирования рабочей среды, содержащая магнитный регулятор 11 количества абразива, электронный регулятор 12 количества абразива, электромеханический регулятор 13 скорости потока и электромеханический регулятор 14 частоты вращения образцов. В установку также входит узел 15 обратной связи, содержащий датчик 16 скорости потока рабочей среды, радиоактивный датчик 17 плотности абразива, датчик 18 частоты вращения образцов и съемный датчик 19 геометрических параметров образцов. Вдоль замкнутого трубопровода 1 равномерно расположены термоэлементы 20 холодильно-нагревательного устройства 22 для изменения температуры рабочей среды с датчиками 21 температур. Узел 15 обратной связи, электромагнитомеханическая система 10 регулирования рабочей среды и элементы холодильно-нагревательного устройства 22 для изменения температуры рабочей среды соединены с программным контрольно-задающим устройством 23 для изменения параметров рабочей среды на основе ПЭВМ.

Держатели 5 с установленными в них образцами (фиг. 1) жестко и попарно противоположно закреплены на роторе 8. Угол установки образцов относительно траектории струи с рабочей средой фиксирован. На поверхности образцов создаются режим микроударного нагружения гидроабразивной струей, кавитационный и эрозионный износ. Предусмотрена возможность поворота образцов в держателях относительно оси ротора 8. Держатели 5 с установленными в них образцами (фиг. 1) могут быть жестко закреплены внутри бака 6 на его стенках в кронштейнах 24 (фиг. 2), расположенных напротив соответствующего торца ротора 8, гуммированного уплотняющим материалом, причем между торцом ротора 8 и рабочей поверхностью образцов имеется зазор A, который составляет от 0,1 до 1,0 мм. В этом случае на поверхности образцов создаются режим микрорезания гидроабразивной струей и гидроабразивный износ.

Установка работает следующим образом.

Образцы закрепляются в держателях 5, устанавливаемых под определенным углом к траектории струи. Подбирается диаметр сопел 9, рассчитанный по ширине дорожки износа на образцах. Гидравлический контур через сопла 9, установленные с возможностью подачи струй рабочей среды на рабочую поверхность образцов, заполняется рабочей средой с мерным количеством магнитного или/и диэлектрического абразива, направленной на поверхности образцов, которые приводятся во вращение ротором 8. Включаются насос 2 для перемещения рабочей среды и электродвигатель 7. Запускается рабочая программа, и поступает сигнал на установку режима испытаний. Срабатывают магнитный регулятор 11 количества абразива, электронный регулятор 12 количества абразива, электромеханический регулятор 13 скорости потока, электромеханический регулятор 14 частоты вращения образцов, термоэлементы 20 и устанавливается режим испытаний по определенным параметрам воздействия. На программное контрольно-задающее устройство 23 для изменения параметров рабочей среды поступает сигнал обратной связи от датчика 16 скорости потока рабочей среды, радиоактивного датчика 17 плотности абразива, датчика 18 частоты вращения образцов, съемного датчика 19 геометрических параметров образцов и датчика 21 температуры. Создается режим контроля и согласования по времени параметров воздействий.

В зависимости от решаемой задачи в работу может включаться выборочное число элементов электромагнитомеханической системы 10 для регулирования рабочей среды, узла 15 обратной связи и холодильно-нагревательного устройства 22 для изменения температуры рабочей среды.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет производить оперативную и форсированную оценку ресурса, проверку и контроль показателей надежности и прочности, моделировать динамические условия воздействия на образец, а именно микроударное нагружение и микрорезание, отслеживать геометрические параметры износа.

Установка предназначена для испытания материалов на износ. Замкнутый трубопровод 1 соединен с системой подачи рабочей среды насосом 2 для ее перемещения и бункером 4 с абразивом. Установка содержит также холодильно-нагревательное устройство 22 для изменения температуры рабочей среды, держатели 5 образцов, электромагнитомеханическую систему 10 регулирования рабочей среды, включающую магнитный регулятор 11 количества абразива, электронный регулятор 12 количества абразива и электромеханический регулятор 13 скорости потока рабочей среды. Узел 15 обратной связи содержит датчик 16 скорости потока рабочей среды и радиоактивный датчик 17 плотности абразива. В установку введен электромеханический регулятор 14 частоты вращения образцов, соединенные с электродвигателем 7 датчик 18 частоты вращения образцов и съемный датчик 19 геометрических параметров образцов. В установку введен ротор 8. Динамический блок содержит бак 6 с держателями 5 образцов и соплами 9. Держатели 5 жестко и попарно противоположно закреплены на роторе 8. Держатели 5 могут быть жестко закреплены внутри бака 6 на его стенках. Ротор 8 гуммирован уплотняющим материалов, а величина зазора между рабочей поверхностью образцов и торцом ротора 8 равна, 0,1 - 1,0 мм. Держатели 5 образцов могут быть закреплены в кронштейнах 24, расположенных на стенке бака 6. Установка позволяет контролировать геометрические параметры износа материалов и оценивать их ресурс. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Установка для испытания материалов на износ, содержащая замкнутый трубопровод, соединенные с ним систему подачи рабочей среды, насос для перемещения рабочей среды, компенсирующую емкость с рабочей средой, бункер с абразивом и холодильно-нагревательное устройство для изменения температуры рабочей среды, а также держатели образцов, электромагнитомеханическую систему регулирования рабочей среды, включающую в себя магнитный регулятор количества абразива, электронный регулятор количества абразива и электромеханический ругулятор скорости потока рабочей среды, соединенный с ней программное контрольно-задающее устройство изменения параметров рабочей среды и узел обратной связи, включающий в себя датчик скорости потока рабочей среды и радиоактивный датчик плотности абразива, соединенные с программным контрольно-задающим устройством изменения параметров рабочей среды, отличающаяся тем, что электромагнитомеханическая система регулирования рабочей среды дополнительно включает электромеханический регулятор частоты вращения образцов, соединенный с электродвигателем, узел обратной связи дополнительно включает датчик частоты вращения образцов и съемный датчик геометричских параметров образцов, система подачи рабочей среды дополнительно включает динамический блок, содержащий бак с размещенными внутри него держателями образцов, соплами, установленными с возможностью подачи струй рабочей среды на рабочие поверхности образцов, и ротором, установленным на валу электродвигателя, при этом электромеханический регулятор частоты вращения образцов, датчик частоты вращения образцов и съемный датчик геометрических параметров образцов соединены с программным контрольно-задающим устройством для изменения параметров рабочей среды. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что держатели с установленными в них образцами в них образцами жестко и попарно противоположно закреплены на роторе. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что держатели образцов жестко закреплены внутри бака на его стенках, ротор гуммирован уплотняющим материалом, а величина зазора между рабочей поверхностью образов и соответствующим торцом ротора равна 0,1 - 1,0 мм. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена кронштейнами, каждый из которых расположен на стенке бака напротив соответствующего торца ротора, а держатели образцов жестко закреплены в кронштейнах.