МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДЕТАЛЕЙ НА АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС Российский патент 2019 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к испытательной техники, в частности, к устройствам для испытания поверхностей деталей на трение и износ в условиях абразивного изнашивания, и может быть использовано для испытания материалов в условиях механического изнашивания.

Известно устройство для испытания на абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих, строительных и дорожных машин [Патент RU №2071602, G01N 3/56, опубл. 10.01.1997], которое содержит емкость с абразивной средой - грунтом, закрепленную на станине станка, вал с образцами, закрепленными под определенным углом к направлению движения грунта, с возможностью погружения в грунт на определенную величину.

Недостатком данного устройства является низкая степень приближенности испытания к условиям эксплуатации в виду отсутствия полного спектра восприятия испытываемыми образцами динамических нагрузок.

В качестве прототипа выбрана машина трения для испытания материалов деталей почвообрабатывающих машин на абразивный износ, включающая в себя раму, ротор и емкость с абразивной смесью, испытываемые образцы, закрепленные на цилиндрической поверхности ротора, а ротор погружен в абразивную смесь с углом охвата (200÷210)° и закреплен на выходном валу коробки передач вместе со счетчиком, при этом первичный вал коробки передач связан с валом электродвигателя через муфту. [Патент на полезную модель №66537, G01N, опубл. 10.09.2007].

Недостатком данной машины является низкая степень приближенности испытания к условиям эксплуатации, поскольку условия силового взаимодействия абразивной среды и испытуемого образца находятся на низком уровне.

Технический результат изобретения является повышение адекватности условий испытаний образцов путем создания реальных динамических взаимодействий между испытуемыми образцами и абразивной средой.

Указанный технический результат достигается тем, машина для испытания деталей на абразивный износ, включающая раму, на которой установлены емкость с абразивной смесью и механизм вращения, связанный через муфту с коробкой передач, при этом на выходном валу коробки передач установлены счетчик оборотов и ротор, на цилиндрической поверхности которого закреплены испытываемые образцы, погруженные в абразивную смесь, при этом емкость с абразивной смесью установлена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе, а дно емкости с абразивной смесью снабжено подложкой, при этом на торце ротора закреплен вибровозбудитель, датчик вибрации и датчик силы.

Также указанный технический результат достигается тем, что подложка выполнена из твердотельного абразива.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что дополнительно введены последовательно соединенные пульт ввода данных и блок управления, взаимодействующий с датчиком силы, датчиком вибрации, емкостью с абразивной смесью и вибровозбудителем.

Сущность данного изобретения заключается в том, что емкость с абразивной смесью установлена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе, а дно емкости с абразивной смесью снабжено подложкой, при этом на торце ротора закреплен вибровозбудитель, датчик вибрации и датчик силы.

Также сущность изобретения заключается в том, что подложка выполнена из твердотельного абразива, и дополнительно введены последовательно соединенные пульт ввода данных и блок управления, взаимодействующий с датчиком силы, датчиком вибрации, емкостью с абразивной смесью и вибровозбудителем.

Как известно, детали любого оборудования или устройства в процессе эксплуатации подвергаются воздействию внешних факторов, в том числе -динамическим нагрузкам, такими как удары различной природы и уровня воздействия [Трощенко В.Т. Механическое поведение материалов при различных видах нагружения / В.Т. Трощенко, А.А. Лебедев, В.А. Стрижало и др. // К.: Логос, 2000. - 571 с.], и вибрационные колебания, которые негативно влияют на эксплуатационные свойства поверхности детали, что приводит к усталостному разрушению изделий и, следовательно, снижению ресурса работы конструкций [Блехман И.И., Блехман Л.И., Васильков В.Б., Иванов К.С., Якимова К.С. Об износе оборудования в условиях вибрации и ударных нагрузок // Вестник научно-технического развития. 2012. №11 (63). С. 3-14].

Необходимость в динамическом воздействии на поверхность испытываемых образцов при проведении испытаний на абразивный износ, описана в ГОСТ 28213 и ГОСТ 28215, а также в работе [Ганапольский С.Г., Шипин А.И. Исследование влияния вибрации на интенсивность абразивного износа // Научный журнал «Advanced science». 2017. №3. С. 200-207], где обуславливается, что целью испытаний является определение механических дефектов испытываемых образцов, а также использование этой информации для определения конструктивной прочности или как средство контроля их качества.

В аналогах машины для испытания деталей на абразивный износ адекватность условий при проведении испытаний находится на низком уровне, поскольку на испытываемые образцы не оказывают влияние реальные эксплуатационные динамические нагрузки, так как в их конструкциях отсутствуют механизмы, предназначенные для создания реальных эксплуатационных вибраций и ударных нагрузок, таких как, например, циклические и одиночные удары.

В изобретении реальное динамическое взаимодействие на поверхность испытуемых образцов при проведении испытаний на абразивный износ осуществляются путем перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе емкости с абразивной средой, на дне которой установлена подложка.

За счет перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе емкости с абразивной средой осуществляется соударение абразивной подложки, установленной на дне емкости с абразивной смесью, с испытываемыми образцами. При этом непосредственный контакт поверхностей испытываемых образцов и твердотельного абразива, из которого состоит абразивная подложка, обеспечит высокую степень микрорезания и царапания поверхностей [Чичинадзе А.В., Берлинер Э.М., Браун Э.Д. и др. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) // М: Машиностроение, 2003. - С. 107-139], что в свою очередь приближает условия испытания к условиям эксплуатации в виду расширения спектра восприятия испытываемыми образцами динамических нагрузок.

Перемещения в вертикальной плоскости емкости с абразивной средой может быть реализована, например, с помощью, по меньшей мере, одного пневмоцилиндра, который закреплен на раме под емкостью с абразивной смесью.

При этом вертикальное перемещение емкости с абразивной смесью также обеспечивается за счет выполнения торцевой стенки емкости с абразивной смесью в виде кожуха [https://eu-technologies.ru/zapchasti/gofry Дата обращения: 08.08.2018 г.] с отверстием под выходной вал коробки передач, на котором установлен подшипник, на внешнем кольце которого закреплен кожух. Причем площадь кожуха больше площади торцевой стенки емкости с абразивной средой, что обусловлено обеспечением вертикального перемещения емкости с абразивной смесью.

Кроме того, за счет создания вибрационных колебаний, создаваемых в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно оси вращения ротора, осуществляется приближение условий испытаний к условиям эксплуатации путем создания реальных динамических взаимодействий между испытываемыми образцами и абразивной средой [Чичинадзе А.В., Берлинер Э.М., Браун Э.Д. и др. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) // М.: Машиностроение, 2003. - С. 112-114].

Создание вибрационных колебаний, воздействующих на испытываемые образцы в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно оси вращения ротора, может быть реализована, например, с помощью вибровозбудителя [Галицков С.Я., Галицков К.С, Маслов С.Н. Электромеханический вибровозбудитель с автоматически управляемыми амплитудой, частотой и направление колебаний, с. 10-11], который установлен на торцевой части ротора.

Тем самым достигается повышение адекватности условий испытаний образцов путем создания реальных динамических взаимодействий между испытуемыми образцами и абразивной средой.

Задание параметров динамического взаимодействия, таких как: сила ударных нагрузок, приходящихся на поверхность испытываемых образцов; время испытаний; интенсивность и время работы вибровозбудителя; время нахождения в контакте испытуемых образцов с абразивной подложкой; реализуется за счет последовательно соединенных пульта ввода данных и блока управления, взаимодействующего с установленными на роторе датчиками силы и вибрации. Введенные элементы обеспечивают автоматизированное управление работы исполнительных механизмов машины для испытания деталей на абразивный износ.

В ходе проведения испытаний датчик силы передает показания ударных нагрузок, а датчик вибрации передает показания вибрационных и динамических колебаний, приходящиеся на испытываемые образцы, на блок управления, который в зависимости от заданных параметров динамического взаимодействия корректирует работу пневмоцилиндра и вибровозбудителя.

Тем самым достигается указанный в изобретении технический результат.

Структурная схема машины для испытания деталей на абразивный износ в варианте исполнения с пневмоцилиндром и вибровозбудителем приведена на фигуре 1. На фигуре 2 изображена функциональная схема управления пневмоцилиндром и вибровозбудителем.

На фигурах 1, 2 обозначены: 1 - рама, 2 - емкость с абразивной смесью, 3 - механизм вращения, 4 - коробка передач, 5 - муфта, 6 - счетчик оборотов, 7 - ротор, 8 - испытываемые образцы, 9 - датчик силы, 10 - подшипник; 11 - кожух; 12 - пневмоцилиндр, 13 - вибровозбудитель, 14 - блок управления, 15 - пульт ввода данных; 16 - абразивная подложка, 17 - датчик вибрации.

Назначения введенных элементов ясны из их названия.

Машина для испытания деталей на абразивный износ работает следующим образом.

Испытываемые образцы 8 крепятся на роторе 7. В зависимости от эксплуатационных параметров рабочей среды испытываемых образцов 8 подбирается абразивная подложка 16, которая предварительно крепится на дне емкости с абразивной смесью 2. Абразивная смесь так же, как и абразивная подложка 16, подбирается в зависимости от заявленной рабочей среды и факторов, влияющих на износ при их эксплуатации испытываемых образцов 8.

После этого на пульте ввода данных 15 вводят все необходимые данные: сила ударных нагрузок, приходящихся на поверхность испытываемых образцов 8; время испытаний; интенсивность и время работы вибровозбудителя 13; время нахождения в контакте испытуемых образцов 8 с абразивной подложкой 16 (фиг. 2).

Далее механизма вращения 3 создает крутящий момент и передает вращение через муфту 5 на коробку передач 4. Коробка передач 4 обеспечивает требуемую частоту вращения ротора 7, который в свою очередь задает скорость перемещения испытываемых образцов 8 в емкости с абразивной смесью 2 (фиг. 1).

Согласно введенным данных на пульт ввода данных 15 через блок управления 14 осуществляется управление работой пневмоцилиндра 12, который осуществляет подъем емкости с абразивной смесью 2 с заданной частотой и ускорением до соударения абразивной подложки 16 с испытываемыми образцами 8. При этом вибровозбудитель 13 создает необходимые вибрационные колебания.

В свою очередь датчик силы 9 и датчик вибрации 17 передают показания об ударных и вибрационных нагрузках, приходящихся на испытываемые образцы 8 и передают данную информацию на блок управления 14, который в зависимости от заданных параметров динамического взаимодействия корректирует работу пневмоцилиндра 12 и вибровозбудителя 13 (фиг. 2).

Степень износа поверхности испытываемых образцов 8 после проведения испытаний определяют, например, взвешиванием или изменением линейных размеров до испытания и после. Также для более точного и подробного анализа износа поверхностей возможно применение, например, любых металлографических установок.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания поверхностей деталей на абразивное изнашивание, и может быть использовано для испытания материалов и заготовок. Машина содержит раму, на которой установлены емкость с абразивной смесью, механизм вращения, который связан с коробкой передач через муфту, и при этом на выходном валу коробки передач установлены счетчик и ротор. На цилиндрической поверхности ротора закреплены испытываемые образцы, погруженные в абразивную смесь. При этом емкость с абразивной средой выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Также на торцевой части ротора установлены вибровозбудитель, датчики силы и вибрации. Технический результат: высокая степень приближенности условий испытаний образцов к реальным условиям эксплуатации путем создания реальных динамических взаимодействий между испытуемыми образцами и абразивной средой. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Машина для испытания деталей на абразивный износ, включающая раму, на которой установлены емкость с абразивной смесью и механизм вращения, связанный через муфту с коробкой передач, при этом на выходном валу коробки передач установлены счетчик оборотов и ротор, на цилиндрической поверхности которого закреплены испытываемые образцы, погруженные в абразивную смесь, отличающаяся тем, что емкость с абразивной смесью установлена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе, а дно емкости с абразивной смесью снабжено подложкой, при этом на торце ротора закреплен вибровозбудитель, датчик вибрации и датчик силы.

2. Машина для испытания деталей на абразивный износ по п. 1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из твердотельного абразива.

3. Машина для испытания деталей на абразивный износ по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные пульт ввода данных и блок управления, взаимодействующий с датчиком силы, датчиком вибрации, емкостью с абразивной смесью и вибровозбудителем.