Установка для испытания на износостойкость и жаростойкость порошковых и композиционных материалов

Полезная модель относится к области металлургии, а конкретно к оборудованию для испытания материалов на износостойкость и жаростойкость под действием ударных нагрузок в диапазоне рабочих температур от 300 до 700°С и воздействия высокотемпературной газовой коррозии, позволяющее максимально приблизить проводимые испытания материалов к реальным эксплуатационным условиям работы деталей газораспределительного механизма двигателей внутреннего сгорания.
В настоящее время известен стенд (Чудинов Б.А. Опыт создания и работы трибологического центра на Волжском автомобильном заводе. // Заводская лаборатория. 1997. №4. - 59 с.) для испытания пары трения седло - клапан двигателей внутреннего сгорания, представляющий автоматизированный комплекс для испытаний трибосопряжений на трение и износ в статических и динамических режимах, и включающий в себя два основных сборочных узла: машину трения и систему управления. Недостатком данного устройства является не достаточное приближение испытательных условий к реальным эксплуатационным условиям, а так же низкий диапазон температур испытуемых седел и клапанов в пределах от 100 до 450°С.
Известен стенд (Поддубный И.Н., Чернета О.Г., Коробочка А.Н., Ивщенко Л.И. Оценка работоспособности клапанов механизма газораспределения двигателей внутреннего сгорания.//Вестник двигателестроения. 2010. №1. С. 16-19.) испытания клапанов и седел газораспределительного механизма бензиновых ДВС, представляющий собой устройство, конструкция которого включает головку цилиндров, в которой установлены клапан, седло, направляющая втулка, пружина клапана, распределительного вала, механизм вращения клапана, блок проточных камер, горелки, резервуар для топлива, датчики измерения температуры клапана и седла. В качестве привода и системы нагружения клапанов используется электродвигатель постоянного тока. Недостатком данного устройства главным образом является возможность испытывать только готовые серийные детали, что экономически не целесообразно при разработке совершенно новых материалов.
Также известна испытательная установка (Патент РФ №93981; опубликовано 10.05.2010; МПК G01N 3/00) для проведения испытаний на ударно-абразивное и ударно-гидроабразивное изнашивание конструкционных и специальных материалов. В нее входит рама, привод, бункер с направляющим каналом, неподвижная наковальня, ударный механизм, включающий ударник, приспособление для крепления образца, комплект грузов и упругий элемент, выполненный в виде пружины сжатия, система подачи жидкости. Данная установка была выбрана в качестве прототипа.
Полезная модель направлена на расширение функциональных возможностей за счет технического результата, заключающегося в возможности проведения испытаний порошковых и композиционных материалов как на износ, так и на жаростойкость под действием ударных нагрузок и высокотемпературной газовой коррозии в диапазоне необходимых для проведения исследований рабочих температур от 300 до 700°С, воздействию которых во время эксплуатационной работы подвергается пара трения седло - клапан газораспределительного механизма двигателей внутреннего сгорания.
Данная задача решается за счет того, что установка для испытания на износостойкость и жаростойкость композиционных материалов содержит раму, с закрепленными на ней неподвижной наковальней с приспособлением для крепления испытуемого образца, ударным механизмом, включающим ударник, комплект грузов и упругий элемент, выполненный в виде пружины сжатия, закрепленное на раме нагревательное устройство в виде газовой горелки с вентилем и пьезоэлементом, термопару, установленную в испытуемый образец и подключенную к установленному на раме цифровому измерителю температуры.
На фиг. 1 показана установка для испытания на износостойкость и жаростойкость порошковых и композиционных материалов.
Установка для испытания на износостойкость и жаростойкость порошковых и композиционных материалов (фиг. 1) состоит из рамы 1 и установленной на ней неподвижной наковальни 8 со сменным вкладышем 16 с исследуемым образцом, закрепленным в приспособлении 17, установленной в исследуемый образец термопарой 21 и подключенной к цифровому измерителю температуры 22. А также зафиксированной на раме 1 оси 15 ударника 11 ударного механизма 9 с грузами 18 и контртелом 20 в приспособлении 19, кулачком 10, сменной пластиной 12, планкой 13 и пружиной 14. На раме 1 так же закреплена газовая горелка 7 с вентилем 5 и пьезоэлементом 6, подключенная к газовому баллону 2 с вентилем 3 с помощью газопровода 4.
Работа установки осуществляется через кулачок 10, который совершает вращательное движение и воздействует профилем на ударник 11 через сменную пластину 12. При вращении кулачка 10 ударник 11 с закрепленными на нем планкой 13 и грузами 18 отклоняется и сжимает пружины 14, которые при расжатии обеспечивают ударник 11 обратным движением. Ударник совершает вращательное движение на оси 15, зафиксированной на раме 1, до положения, в котором происходит удар закрепленного в приспособление 19 контртела 20 по сменному вкладышу 16 с образцом, закрепленному в приспособлении 17.
Удар контртела 20 по сменному вкладышу с образцом 16 происходит в условиях высокотемпературного нагрева в диапазоне необходимых для проведения испытаний рабочих температур от 300 до 700°С, воздействию которых во время эксплуатационной работы подвергается пара трения седло - клапан газораспределительного механизма двигателей внутреннего сгорания. Температурный нагрев обеспечивается поджогом газовой горелки 7 пьезоэлементом 6. Контроль необходимой для проведения испытаний рабочей температуры осуществляется с помощью установленной в исследуемый образец термопары 21 подключенной к цифровому измерителю температуры 22.
На разработанном стенде энергия удара регулируется жесткостью пружин, конструкция стенда позволяет устанавливать пружины различных типоразмеров и изменять их количество. Скорость ударника с контртелом изменяется возможностью установкой на него дополнительных грузов различной заданной массы. Что делает возможным в процессе испытаний оказывать ударные нагрузки различной величины на испытуемый образец, близкие к реальным рабочим эксплуатационным нагрузкам. Установка позволяет проводить испытания при энергии удара от 3 до 30 Дж и скорости удара от 0,9 до 5,4 м/с в условиях нагрева испытуемого образца и контртела до 300-700°С.