СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств материалов, а более конкретно - к области исследования их трибологических свойств, и может быть использовано преимущественно для количественного определения силы и коэффициента трения между элементами внутри свитых, т.е. скрученных, сплетенных, спиралеобразных и т.п. изделий, например кабелей, канатов, тросов, веревок и других подобных изделий.

Известен способ определения коэффициента трения, заключающийся в перемещении образца по исследуемой горизонтальной поверхности при помощи груза, подвешенного на нити и перекинутого через блок, коэффициент трения определяется как отношение перемещающей образец силы к нормальному давлению, причем массу груза необходимо подбирать такой, чтобы образец двигался равномерно [Сабликов М.В. Сельскохозяйственные машины. Часть II / М.В.Сабликов. - М.: Колос, 1968, с.7].

Недостатком данного способа является низкая точность и трудоемкость и отсутствие возможности определения параметров трения для скрученных, свитых и т.п. между собой элементов.

Наиболее близким решением предлагаемому способу определения коэффициента трения является способ по патенту РФ на изобретение № 2300755, заключающийся в перемещении образца по исследуемой метровой горизонтальной поверхности при помощи груза, подвешенного на нити и перекинутого через блок, при этом фиксируют время перемещения образца, а коэффициент трения определяют по формуле

,

где M - масса груза, кг;

m - масса образца, кг;

S - путь, пройденный образцом, м;

t - время перемещения образца на пути S, с;

g - ускорение свободного падения.

Масса груза должна быть больше массы образца на 10-20%.

Недостатком данного способа является низкая точность, поскольку величина коэффициента трения зависит от времени перемещения, а на метровом отрезке время перемещения образца имеет малые значения. Кроме этого способ ограничен областью применения. Этим способом невозможно определение коэффициентов трения скрученных между собой элементов, например элементов кабелей, канатов, тросов и т.п.

Задачей настоящего изобретения является определение силы трения и коэффициента трения элементов свитых изделий и тем самым расширение области исследования подобных изделий при натурных испытаниях.

Технический результат заключается в повышении точности исследования свитых изделий за счет измерения параметров трения между элементами внутри изделий.

Технический результат достигается следующим образом. Способ определения силы трения и коэффициента трения согласно изобретению имеет общее с прототипом то, что он включает горизонтальное перемещение образца, соединенного с грузом, подвешенным на нити и перекинутым через блок. В отличие от прототипа по заявляемому способу горизонтальному перемещению подвергают элемент свитого изделия, для чего один конец его соединяют нитью с грузом, а другой конец вытягивают из свитого изделия, одновременно измеряя величину приложенного усилия, при этом концы остальных элементов свитого изделия со стороны нити устанавливают неподвижно. Силу трения между элементами определяют по формуле:

F_тр=Q₂-Q₁,

где Q₂ - величина приложенного усилия;

Q₁ - вес груза.

А коэффициент трения f определяют по формуле:

,

где H - шаг свивки изделия;

l - длина исследуемого элемента;

Q₂ - величина приложенного усилия;

Q₁ - вес груза.

Отдельные элементы внутри свитых изделий, например пряди внутри каната, жилы внутри кабеля и т.д., двигаются и трутся друг о друга в процессе работы, что может привести к их износу, обрыву, т.е. влияет на прочность, надежность самих изделий. При этом трение между элементами зависит от характера свивки и касания в процессе работы (точечного, линейного). Например, при циклических изгибах кабеля во время работы происходит перемещение его элементов относительно друг друга и непредсказуемые касания (трение друг о друга). В технике не обнаружено способов, позволяющих исследовать трибологические свойства отдельных элементов, расположенных непосредственно внутри свитых изделий.

Испытания в основном проводятся на прочность или на определение трибологических характеристик отдельно взятых элементов или изделий в целом. См., например, патент РФ № 2289119, а.с. СССР №1821689, ГОСТ 15634.2-70 «Метод испытания механической прочности изоляции на истирание, который предусматривает испытания проводов круглого и прямоугольного сечений со всеми видами изоляции». Известно из уровня техники устройство по патенту РФ № 2025714, которое позволяет определять коэффициент трения волокон относительно друг друга внутри структуры текстильного материала. Но структура текстильного материала совершенно иная, чем у свитых изделий. В текстильном материале волокна расположены перпендикулярно друг другу, и такой способ не применим для свитых изделий. Кроме этого следует отметить, что перемещение образца в прототипе происходит под действием силы тяжести самого груза, а в предлагаемом способе перемещение образца, причем вместе с грузом, происходит под действием приложенного усилия. Способ отражает реальную картину деформации свитых изделий под действием внешних сил.

Предложенный способ прост, но обладает новизной пути решения: предложен новый путь исследования надежности и измерения параметров трения между элементами внутри изделий.

Вышеуказанное позволяет утверждать, что заявляемый способ явным образом не следует из уровня техники и соответствует критерию «изобретательский уровень».

На чертеже изображена схема устройства для осуществления способа для определения коэффициента трения.

Устройство включает силоизмеритель с растягивающей установкой 1, соединенный с одним концом испытуемого элемента 2 изделия 3. Другой конец элемента 2 изделия 3 соединен с грузом 5 нитью 4, которая перекинута через блок 6. Со стороны нити концы остальных элементов изделия, например жилы, и оболочку кабеля устанавливают неподвижно. В качестве растягивающей установки может служить любое известное устройство для испытания материалов на растяжение.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Для осуществления способа выбирают свитое изделие и оставляют концы свободными. Один конец элемента 2 устанавливают в подвижных захватах растягивающей установки 1, другой его конец соединяют с нитью 4. Со стороны нити 4 другие элементы изделия 3 соединяют с неподвижным захватом. При создании определенного усилия Q₂ элемент 2 изделия 3 начнет перемещаться вместе с грузом 5. Это усилие фиксируется с помощью силоизмерителя 1.

Силу трения между элементами определяют по формуле:

F_тр=Q₂-Q₁,

где Q₂ - величина приложенного усилия;

Q₁ - вес груза.

А коэффициент трения f определяют по формуле:

,

где l - длина исследуемого элемента;

H - шаг свивки изделия.

Реализация способа не ограничена описанным примером. Возможно измерение параметров трения перемещаемых вместе с грузом отдельных элементов или самих изделий в целом, относительно неподвижных элементов или изделий.

Способ определения силы трения и коэффициента трения применятся при исследовании трибологических свойств свитых изделий, например кабеля, троса, каната и тому подобных изделий. Технический результат заключается в повышении точности исследования свитых изделий за счет измерения параметров трения между элементами внутри этих изделий. Способ определения силы трения и коэффициента трения заключается в том, что один конец элемента свитого изделия соединяют нитью с грузом, перекинутым через блок. Концы остальных элементов свитого изделия со стороны нити устанавливают неподвижно. Второй конец исследуемого элемента вместе с подвешенным грузом вытягивают из свитого изделия. Измеряют величину приложенного усилия. По величине приложенного усилия Q₂ с учетом веса груза Q₁ определяют силу трения F_тр между элементами по формуле: F_тр=Q₂-Q₁. Коэффициент трения f определяют исходя из шага свивки изделия H, длины исследуемого элемента l, величины приложенного усилия Q₂, веса груза Q₁ по формуле: . 1 ил.

Способ определения силы трения и коэффициента трения, включающий горизонтальное перемещение образца, соединенного с грузом, подвешенным на нити и перекинутым через блок, отличающийся тем, что горизонтальному перемещению подвергают элемент свитого изделия, для чего один конец его соединяют нитью с грузом, а другой конец вытягивают из свитого изделия, одновременно измеряя величину приложенного усилия, при этом концы остальных элементов свитого изделия со стороны нити устанавливают неподвижно, после чего силу трения F_тр между элементами определяют по формуле
F_тр=Q₂-Q₁,
где Q₂ - величина приложенного усилия;
Q₁ - вес груза,
а коэффициент трения f определяют по формуле
,
где H - шаг свивки изделия;
l - длина исследуемого элемента;
Q₂ - величина приложенного усилия,
Q₁ - вес груза.