Машина для испытания материалов на трение и изнашивание Российский патент 2024 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к испытательной технике. Устройство предназначено для проведения исследований триботехнических пар материалов на трение и износ, притирки сопрягаемых поверхностей технических средств транспорта в частности железнодорожного, автомобильного или специального подземного шахтного транспорта.

Известна машина трения, предназначенная для испытания материалов на трение и износ, в которой нижний образец через вращающийся датчик крутящего момента приводится во вращение электродвигателем, закрепленным на неподвижной станине. Верхний образец исследуемой пары трения закреплен на валу откидной каретки, приводимой во вращение тем же электродвигателем через зубчатую передачу [1].

Недостатком указанной машины является ограничение круга испытуемых пар трения только цилиндрическими формам образцов и отсутствие автоматизации сбора измерительной информации о ходе процесса испытаний.

Известно устройство для исследования трения в узлах крепления контактной подвески, состоящее из консоли, закрепленной на опоре и соединенной с блоком имитации нагрузки. Источником информации для сбора и индикации параметров взаимодействия пары трения консоль-опора является датчик отклонения, установленный на вершине опоры [2].

Недостатком указанного устройства является жесткая специализация, ограничивающая круг исследования парой трения опора - контактная подвеска.

Наиболее близкой к заявляемой является машина для испытания материалов на трение и изнашивание, содержащая платформу и установленные на ней держатели образца и контробразца, приводы их вращения и измерительную систему, содержащую датчик угловых скоростей и тензометрические датчики, установленные на оси контробразца, подсоединенные через аналогово-цифровой преобразователь к ЭВМ. Измерительная система дополнительно содержит блок измерения перемещений контробразца и блок регистрации параметров поверхности образцов, электрические выходы которых и привод вращения контробразца через датчик тока и преобразователь «ток-давление» подсоединены к ЭВМ [3].

Машина имеет возможность автоматизированного сбора измерительной информации. Использование известного изобретения не позволяет в полной мере учитывать параметры и режимы приработки фрикционных поверхностей в процессе испытаний в следствие применения пневматического привода платформы. Также не реализовано техническое решение стабилизации нагрузки в исследуемой паре трения, что уменьшает точность измерения и повторяемость результатов между различными циклами исследований.

В основу изобретения поставлена задача: повышения точности измерения и уменьшения систематической составляющей погрешности измерений за счет введения в конструкцию машины контура автоматической стабилизации величины силы трения в зоне контакта образца и контробразца.

Поставленная задача достигается тем, что машина для исследования фрикционных пар материалов на трение и износ, содержащая испытуемые образец и контробразец, находящиеся в силовом фрикционном взаимодействии, установленные в держателях, приводимых во вращение посредством электродвигателей, измерительную систему, включающую в себя блок измерения перемещения контробразца по оси Z, датчик угловой скорости вращения держателя контробразца вокруг оси Z, блок регистрации параметров контактирующей с контробразцом поверхности испытуемого образца, выходные сигналы которых через аналого-цифровой преобразователь поступают в электронно-вычислительную машину, где производится первичная обработка измерительной информации и ее регистрацию в энергонезависимой памяти, систему автоматического регулирования силы трения в зоне фрикционного контакта образца и контробразца, содержащую динамометрический подшипниковый узел, дискриминатор, сравнивающий выходной сигнал динамометрического подшипникового узла с сигналом задания с выхода электронно-вычислительной машины, регулятора, сервоклапана подачи рабочей жидкости в гидропривод и гидропривода перемещения платформы с держателем контробразца.

Общая схема машины для испытания материалов на трение и изнашивание представлена на фиг. 1.

Платформа 1 имеет возможность поступательного перемещения вдоль вертикальной оси Z по неподвижным направляющим 2 посредством гидравлического цилиндра 3. Держатель контробразца 4, закреплен на платформе 1 с возможностью вращения вокруг оси Z с помощью электродвигателя 5 через зубчатую передачу 6. Исследуемые образцы 7 закреплены на плоской горизонтальной поверхности держателя 8, приводимого во вращение приводом 9, содержащим электродвигатель 10 и зубчатую передачу 11.

Измерительная система включает в себя блок измерения перемещений контробразца 12, блок измерения параметров поверхности образцов 13, содержащий температурный датчик и датчик расстояния до поверхности образца, датчик угловой скорости 14, установленный на оси вращения контробразца. Выходные сигналы указанных датчиков подсоединены через аналогово-цифровой преобразователь 15 к электронно-вычислительной машине 16 с установленной на ней расчетной программой для регистрации параметров изнашивания образцов в режиме реального времени.

Величина силы трения в области фрикционного взаимодействия поверхностей образца и контробразца поддерживается на заданном уровне системой автоматического регулирования, содержащей динамометрический подшипниковый узел 17, выходной сигнал которого подключен к инверсному входу дискриминатора 18, на прямой вход которого заведен сигнал задания с выхода электронно-вычислительной машины 16, регулятор 19, сервоклапан подачи рабочей жидкости 20, гидравлический цилиндр 3 перемещения платформы 1 с держателем контробразца 4.

Работа машины при цикле испытаний осуществляется следующим образом. Программа испытаний заносится в память электронно-вычислительной машины 16. Платформа 1 по направляющим 2 перемещается в крайнее верхнее положение. На горизонтальной поверхности поворотного держателя 8 устанавливаются и фиксируются испытуемые образцы 7. Контр образец 5’ устанавливается и фиксируется в держателе 4. Включаются электродвигатель 5 вращения контробразца и электродвигатель 10 привода вращения 9 держателя 8 образцов 7. В электронно-вычислительной машине 16 запускается программа испытаний, платформа 1 опускается гидравлическим цилиндром 3 до соприкосновения рабочих поверхностей образца и контробразца.

Возникающая в результате фрикционного взаимодействия рабочих поверхностей образца и контробразца сила трения приводит к появлению момента силы, направлением вектора вдоль оси Z вращения держателя 4 контробразца 5’, измеряемого динамометрическим подшипниковым узлом 17. Дискриминатор 18 производит сравнение выходного сигнала динамометрического подшипникового узла 17 (фактический момент силы) с сигналом задания, формируемого программой испытаний, выполняемой в электронно-вычислительной машине 16. Выходной сигнал дискриминатора (величина ошибки) подается на вход регулятора 19, с его выхода подается на управляющий вход сервоклапана 20 подачи рабочей жидкости в гидравлический цилиндр 3, формируя управляющее воздействие - перемещение платформы 1 вдоль неподвижных направляющих 2, приводящее к изменению силы прижатия контробразца 5’ по нормали к поверхности образца 7и компенсации отклонения фактической силы трения в зоне фрикционного взаимодействия рабочих поверхностей образца и контробразца от заданной программой испытаний.

В процессе проведения испытаний измерительная информация о силовых, температурных и скоростных характеристиках процесса фрикционного взаимодействия и изнашивания поверхностей образца и контробразца, собираемая датчиками 12, 13 и 14, переводится в цифровое представление аналого-цифровым преобразователем 15 и регистрируется в энергонезависимой памяти электронно-вычислительной машины 16.

Предложенная конструкция машины позволяет уменьшить погрешность измерений и повысить повторяемость результатов исследований за счет стабилизации режимов фрикционного взаимодействия исследуемых пар материалов.

Источники информации

1. RU 2 379 654 C1, G01N 3/56, Машина для испытания материалов на трение и износ Смушкович Б. Л. 2008140232/28, заявлено 09.10.2008; опубл. 20.01.2010, Бюл. №2 - 9 с.

2. RU 2 806 292 C1, B60M 1/20, (2006.01), G01N 3/56, (2006.01), Устройство для исследования трения в узлах крепления консоли контактной подвески Сидоров О. А., Тарасенко А. В., Лукьянова О. А., Чертков И. Е. 2023110891, заявлено 26.04.2023; опубл. 30.10.2023, Бюл. №31 - 8 с.

3. RU 2 328 719 C2, G01N 3/56 (2006.01), Машина для испытания материалов на трение и изнашивание Аксенов В. А., Ильиных А. С., Щелоков С. В., Шаламов В. А., Шаламова О. А., Фефелов В. Н., Банул В. В., 2006124488/28 заявлено, 07.07.2006; опубл. 10.07.2008, Бюл. №19 - 6 с.

Изобретение относится к испытательной технике. Машина содержит испытуемые образец и контробразец, находящиеся в процессе испытаний в силовом фрикционном взаимодействии, приводы для их вращения, измерительную систему в составе блока измерения перемещений контробразца, блока регистрации параметров поверхности образца, датчика угловой скорости вращения контробразца, электрические выходы которых подсоединены через аналогово-цифровой преобразователь к электронно-вычислительной машине, систему автоматического регулирования силы трения в зоне фрикционного взаимодействия рабочих поверхностей образца и контробразца в составе динамометрического подшипникового узла, дискриминатора, регулятора, сервоклапана подачи рабочей жидкости и гидравлического цилиндра перемещения платформы с держателем контробразца. Технический результат: повышение точности измерения и уменьшения систематической составляющей погрешности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Машина для испытания материалов на трение и изнашивание, содержащая испытуемые образец и контробразец, находящиеся в процессе испытаний в силовом фрикционном взаимодействии, приводы для их вращения, измерительную систему в составе блока измерения перемещений контробразца, блока регистрации параметров поверхности образца, датчика угловой скорости вращения контробразца, электрические выходы которых подсоединены через аналогово-цифровой преобразователь к электронно-вычислительной машине, систему автоматического регулирования силы трения в зоне фрикционного взаимодействия рабочих поверхностей образца и контробразца в составе динамометрического подшипникового узла, дискриминатора, регулятора, сервоклапана подачи рабочей жидкости и гидравлического цилиндра перемещения платформы с держателем контробразца.

2. Машина для испытания материалов на трение и изнашивание по п.1, отличающаяся тем, что содержит систему, автоматически поддерживающую заданное значение силы трения между поверхностями образца и контробразца в зоне их силового фрикционного взаимодействия.