Экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах Российский патент 2025 года по МПК G01M13/00 G01M3/34 G01N19/04 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области измерения параметров трения при механическом взаимодействии различных материалов и может быть использовано для исследования сил трения при воздействии крутящего момента на присоски различных конфигураций и материалов при их фиксации на различных типах поверхностей, обладающих заданной шероховатостью. При этом размещенный в зоне вакуумирования присоски датчик давления по характеристике изменения уровня вакуума во времени позволяет определить момент отрыва присоски от поверхности и, тем самым, определить максимальный крутящий момент, способный привести к потере фиксации между исследуемой присоской и исследуемой поверхностью. Задачей заявленного изобретения является повышение точности измерения крутящего момента за счет его контролируемого изменения во времени совместно с оценкой изменения уровня вакуума во времени датчиком давления при проведении измерений в различных средах, в том числе и многофазных.

Недостатком аналогичных стендов является невозможность определения момента отрыва присоски от поверхности при воздействии на нее крутящего момента.

Известно устройство (RU 2221235 С2), универсальный ротационный испытательный стенд, включающий центрифугу, обеспечивающую создание инерциальных нагрузок и содержащую основание (статор), ротор с приспособлением для размещения изделий, устройства управления и контроля, отличающийся тем, что стенд содержит устройства имитаций электрических сигналов, ударных, гидравлических, пневматических и механических воздействий, объединенных в единый комплекс, включающий устройство генерирования электрических сигналов, ударный механизм и пневмосистему, состоящую из подвижных элементов и неподвижного оборудования, подвижные элементы с помощью системы регулирования, измерения и контроля формируют давление внешней среды, воздействующее на датчики давления изделий и с помощью силового цилиндра обеспечивают механическое воздействие, неподвижное оборудование при наличии систем высокого давления среды и управления реализует автоматическое воздействие, при этом устройство генерирования электрических сигналов и подвижные элементы пневмосистемы размещены на роторе, привод которого выполнен реверсивным, и/или статоре и взаимодействуют с ним.

Однако данное устройство не позволяет определить момент отрыва присоски от поверхности при кручении, а также не способно определить качество переходного процесса изменения давления, возникающего в вакуумной камере присоски в момент разгерметизации при кручении, что реализовано в предлагаемом варианте.

Известно устройство CN 102759489 B, многофункциональная вакуумная машина для испытания на износ трением, которая может имитировать специфические условия окружающей среды, такие как вакуум, радиация, коррозия, и может проводить трибологические испытания в более широком диапазоне скоростей и нагрузок с различными способами контакта. Устройство состоит из вакуумной системы, системы контроля износа при трении, электропривода, системы измерения и управления и каждая подсистема высокоинтегрирована. Отличающийся тем, что система для испытания на износ трением включает в себя неподвижное верхнее приспособление для образца и может свободно вращаться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, при этом конструкция рычага имеет возможность колебания в вертикальном направлении, при этом конструкция рычага включает консольную балку и вертикальный рычаг, которые установлены вертикально, при этом консольная балка и вертикальный рычаг могут находиться под прозрачными окнами вакуумной камеры и внутренней высокоточной вспомогательной платформы перемещения, регулировкой положения для выполнения движений в горизонтальном и вертикальном направлении в случае необходимости поддержания в камере вакуума с помощью манипулятора и маховика, для максимально точного перемещения приспособления для образца по двум осям. Изменение температуры при испытаниях на трение определяется при установке датчика температуры и датчика давления на верхнее крепление образца, датчик температуры устанавливается вблизи границы трения.

Данное устройство может быть использовано для испытаний присосок на износ при кручении, однако оно не способно определить качество переходного процесса изменения давления, возникающего в вакуумной камере присоски в момент разгерметизации при кручении, что реализовано в предлагаемом варианте.

Техническое решение направлено на реализацию возможности определения момента потери фиксации присоски при ее кручении и поверхности с заданными материалами и параметрами обработки.

Задачей заявленного изобретения является повышение точности измерения крутящего момента за счет его контролируемого изменения во времени совместно с оценкой изменения уровня вакуума во времени датчиком давления при проведении измерений в различных средах, в том числе и многофазных.

Поставленная задача достигается тем, что экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах, содержащий жесткую раму, жесткое крепление, поворотный пневмодвигатель, сменную упругую вакуумную присоску, сменный поворотный диск, воздушный эжектор, магистрали, датчик угла поворота, датчик давления в питающей магистрали, отличающийся тем, что содержит датчик давления в вакуумируемой области, а сменный поворотный диск совершает поворот вокруг своей оси.

Поставленная задача также достигается тем, что он содержит датчик давления в вакуумируемой области, встроенный в сменную упругую вакуумную присоску.

Поставленная задача также достигается тем, что он содержит датчик давления в вакуумируемой области, встроенный в сменный поворотный диск.

Поставленная задача также достигается тем, что сменная упругая вакуумная присоска может иметь различную форму и материал в зависимости от задач испытаний.

Поставленная задача также достигается тем, что сменный поворотный диск обладает заданным качеством обработки поверхности.

В конструкцию стенда добавляется датчик давления, который показывает уровень давления в вакуумной камере присоски при ее фиксации на поверхности. Резкое изменение уровня давления в вакуумной камере будет свидетельствовать о разгерметизации системы «присоска-поверхность», и это будет означать, что приложенный к присоске крутящий момент будет искомым критическим моментом, характеризующим систему «присоска-поверхность» с текущими заданными материалами и параметрами шероховатости обработки поверхности.

На фиг. 1. изображен экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах.

Экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах состоит из жесткой рамы 1, в основании которой установлен поворотный пневмопривод 5.

На роторе поворотного пневмопривода 5 закреплен сменный поворотный диск 4, оснащенный датчиком угла поворота 6.

На сменный поворотный диск 4 размещается сменная упругая вакуумная присоска 3, которая фиксируется жестким креплением 2 к жесткой раме 1.

Для генерации вакуума в сменной упругой вакуумной присоске 3 используется воздушный эжектор 7, а уровень разрежения в камере вакуумирования сменной упругой вакуумной присоски 3 контролируется датчиком давления 8.

Воздушный эжектор 7 питается сжатым воздухом из магистрали 11 (слева на фиг. 1) и имеет выход в окружающую среду.

Давление питания воздушного эжектора 7 измеряется датчиком давления 9.

Магистрали 11 (снизу на фиг. 1) подключены к поворотному пневмоприводу 2 и на магистрали, питающей штоковую полость на втягивание пневмоцилиндра 2.

Давление в поворотном пневмоприводе 2 измеряется датчиком давления 10.

Перед проведением испытаний в экспериментальном стенде для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах в жесткой раме 1 устанавливается сменный поворотный диск 4, обладающий заданным качеством обработки (шероховатость поверхности, твердость материала, неровность поверхности и прочие параметры платформы определяются из методики испытаний). На сменный поворотный диск 4, обладающий заданным качеством обработки, устанавливается сменная упругая вакуумная присоска 3, которая через жесткое крепление 2 закрепляется на жесткой раме 1. Сменная упругая вакуумная присоска 3 обладает заданным конструктивом (например, гофрированный профиль, округлая или полигональная форма и пр.) и материалом (бутадиен-нитрильный каучук, силикон и пр.), определяемыми из методики испытаний. В начале эксперимента в вакуумной полости сменной упругой вакуумной присоски 3 образуется вакуум благодаря воздушному эжектору 7, питаемому через магистраль 11. Давление питания эжектора 7 контролируется датчиком давления 8. Происходит фиксация сменной упругой вакуумной присоски 3 на поверхности сменного поворотного диска 4, обладающего заданным качеством обработки. Факт наличия необходимого уровня вакуума в вакуумной полости сменной упругой вакуумной присоски 3 фиксируется посредством датчика давления 8. После образования необходимого уровня вакуума в сменной упругой вакуумной присоске 3 поступает команда на поворот ротора пневмопривода 2, закрепленного жестко на жесткой раме 1 и поворачивающего сменный поворотный диск 4, обладающий заданным качеством обработки. Для этого в поворотный пневмопривод 2 подается рабочее тело под необходимым давлением. Уровень этого давления контролируется датчиком давления 10. При превышении определяемого параметрами исследуемых материалов и уровнем вакуума момента сопротивления происходит смещение сменного поворотного диска 4, обладающего заданным качеством обработки, относительно сменной упругой вакуумной присоски 3, что приводит к разгерметизации системы и изменению уровня вакуума в полости сменной упругой вакуумной присоски 3, что регистрируется датчиком давления 8. Величину перемещения можно зафиксировать с помощью датчика угла поворота 6. При этом выбор элементов пневмоавтоматики обусловлен возможностью проведения экспериментальных исследований как в воздушной, так и в жидкой среде, а также в многофазной среде, так как система позволяет учитывать внешнее давление на исследуемые образцы.

Таким образом, полученные данные об изменении статического и динамического давления в вакуумной полости сменной упругой вакуумной присоски 3 позволяют провести оценку качества переходных характеристик давления, а данные о перемещении позволяют оценить качество сцепления сменной упругой вакуумной присоски 3 и сменной, скользящей по направляющим платформе 4, обладающей заданным качеством обработки.

Список использованной литературы

1. Патент RU 2221235 С2. Универсальный ротационный испытательный стенд. Опубл. 01.10.2004.

2. Патент CN 102759489 B. Multifunctional vacuum friction wear testing machine. Опубл. 27.04.2017.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области измерения параметров трения при механическом взаимодействии различных материалов, и может быть использовано для исследования сил трения при воздействии крутящего момента на присоски различных конфигураций и материалов при их фиксации на различных типах поверхностей, обладающих заданной шероховатостью. Экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах содержит жёсткую раму, на основании которой установлен поворотный пневмодвигатель, на роторе которого закреплен сменный поворотный диск, выполненный с возможностью поворота вокруг своей оси и оснащенный датчиком угла поворота, на сменном поворотном диске размещена сменная упругая вакуумная присоска, зафиксированная жёстким креплением на упомянутой жёсткой раме, стенд также содержит воздушный эжектор, выполненный с возможность питания воздухом из магистрали и имеющий выход в окружающую среду, датчик давления в питающей магистрали и датчик давления в вакуумируемой области. Технический результат - повышение точности измерения крутящего момента за счет его контролируемого изменения во времени совместно с оценкой изменения уровня вакуума во времени датчиком давления при проведении измерений в различных средах, в том числе и многофазных. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах, содержащий жёсткую раму, на основании которой установлен поворотный пневмодвигатель, на роторе которого закреплен сменный поворотный диск, выполненный с возможностью поворота вокруг своей оси и оснащенный датчиком угла поворота, на сменном поворотном диске размещена сменная упругая вакуумная присоска, зафиксированная жёстким креплением на упомянутой жёсткой раме, стенд также содержит воздушный эжектор, выполненный с возможность питания воздухом из магистрали и имеющий выход в окружающую среду, датчик давления в питающей магистрали и датчик давления в вакуумируемой области.

2. Экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах по п.1, отличающийся тем, что датчик давления в вакуумируемой области встроен в сменную упругую вакуумную присоску

3. Экспериментальный стенд для испытаний вакуумных присосок различных конструктивов и материалов на кручение в различных средах по п.1, отличающийся тем, что датчик давления в вакуумируемой области встроен в сменный поворотный диск.