Машина для испытания на трение и изнашивание
FRICTION AND WEAR TESTING MACHINE

Изобретение относится к испытательной технике, а именно испытаниям на трение и изнашивание и может быть использована для испытания абразивных инструментов и обрабатываемости различных материалов, в частности к испытаниям абразивных кругов, применяемых для шлифования рельсов в пути.
Известна машина для испытания материалов на трение и изнашивание, содержащая основание и установленные на нем держатели контробразца и привод его вращения, узел нагружения, связанный с держателем образца, механизм передачи вращения к держателю образца (см а.с. СССР 1633343, МПК G01N 3/56)
К недостаткам данной машины относится то, что вращение задается только контробразцу, а держателю образца вращение передается через сложный механизм, нагрузка на образец задается дополнительным устройством и контролируется при этом только степень износа образца.
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 вращений и измерительную систему, содержащую датчик угловых скоростей и тензометрические датчики, установленные на оси контробразца, подсоединенные через аналогово-цифровой преобразователь к ЭВМ, при этом 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, а платформа установлена с возможностью перемещения по направляющим посредством пневмопривода, подсоединенного через сервоклапан подачи сжатого воздуха к ЭВМ (см. патент РФ 2328719, МПК G01N 3/56).
К недостаткам данной машины относится наличие дополнительного электропривода контробразца, который не позволяет моделировать процесс безприводного шлифования, оценить площадь взаимодействия образца и контробразца и его зависимость от коэффициента трения между ними, и получить необходимые зависимости, для оценки эффективности безприводных способов шлифования.
Техническая задача заявляемого решения состоит в расширении функциональных возможностей машины, позволяющих моделировать процессы безприводного шлифования поверхности.
Поставленная задача достигается тем, что машина для испытания материалов на трение и изнашивание, содержащая платформу и установленные на ней держатели образцов и контробразца, привод перемещения образцов и измерительную систему, содержащую датчик угловых скоростей и блок регистрации параметров поверхности образцов, подсоединенные через преобразовательный блок к ЭВМ, снабжена блоком нагружения контробразца, содержащим механизм поперечного перемещения относительно продольной оси образцов, механизм нагружения, датчики вертикального и поперечного позиционирования, тензометрические датчики и датчик измерения угловых скоростей, подсоединенные через преобразовательный блок к ЭВМ, а также выходной вал для крепления контробразца, имеющего возможность вращения за счет сил трения при контакте с поверхностями образцов, привод образцов выполнен в виде транспортера, закрепленного на платформе, кинематически связанного с электродвигателем.
На чертеже представлена фиг. 1 - общая схема машины для испытания материалов на трение и изнашивание, фиг. 2 - вид сверху.
Машина для испытания материала на трение и изнашивание содержит платформу 1, с установленным на нее блоком нагружения 2, имеющим выходной вал для крепления контробразца 3, транспортер 4, на ленте которого закреплены образцы 5, электродвигатель транспортера 6, связанный с приводным роликом ленты транспортера 7 посредством ременной передачи 8 и измерительную систему, состоящую из датчика измерения угловых скоростей 9, установленного на валу электродвигателя 6, блок регистрации параметров поверхности образцов 10, включающий температурные датчики 11 и датчики вертикального позиционирования 12. Блок нагружения 2 контробразца 3 содержит механизм поперечного перемещения 13, механизм нагружения 14, датчики поперечного 15 и вертикального 16 позиционирования, тензометрические датчики 17 и датчик измерения угловых скоростей 18. Все датчики подсоединены через преобразовательный блок 19 к ЭВМ 20. Работа машины осуществляется следующим образом.
На ленту транспортера 4 устанавливают и фиксируют образцы 5 (отрезки рельсов длиной 150-200 мм), на выходной вал блока нагружения 2 устанавливают и фиксируют контробразец 3 (шлифовальный круг 200×20×16 мм). Геометрические параметры образцов 5 и контробразца 3 предварительно измеряются и фиксируются в программе испытаний. На ЭВМ 20 задается режим подготовки к испытаниям, при этом блок нагружения 2 контробразца 3 устанавливается в крайнее нерабочее положение. В ЭВМ 20 задается программа проведения испытаний, на электродвигателе 6 при этом устанавливают необходимую, для этой программы, частоту вращения в диапазоне от 1800 об/мин до 3000 об/мин. Блок нагружения 2 устанавливает контробразец 3 в заданное программой положение с величиной смещения оси вращения контробразца относительно оси движения контробразца в диапазоне от 20 мм до 80 мм (определяется конструкцией контробразца) и величиной прижатия от 10 Н до 300 Н (расчетная величина, в случае нагружения контробразца более 300 Н произойдет его разрушение). Вращение двигателя 6 приводит к линейному перемещению образцов 5. Момент контакта поверхностей контробразца 3 и образцов 5 фиксируется в ЭВМ 20. При контакте поверхностей образцов 5 с поверхностью контробразца 3, последний приводится во вращение за счет сил трения, при этом скорость его вращения определяется величиной смещения оси вращения относительно оси движения образцов 5 и прижатия к ним. При контакте поверхностей образцов 5 и контробразца 3 происходит износ, величина которого регистрируется датчиками вертикального позиционирования 12 и 16 и передается через преобразователь 19 в ЭВМ 20. В программе испытаний также фиксируются значения с датчиков 9, 11, 15, 17, 18. На основании полученных значений программа испытаний производит расчет снятого с образцов 5 слоя металла, величину износа контробразца 3 и скорость разрушения пары изнашивания. В случае превышения номинальных нагрузок на выходном валу блока нагружения 2, в ЭВМ срабатывает аварийная программа размыкания пары изнашивания и механизм нагружения 14 размыкает контробразец 3 с образцами 5.
В процессе работы машины измерительная система производит регистрацию и обработку сигналов, поступающих в ЭВМ 20. Полученные данные выводятся на экран или принтер в виде таблиц и графиков. После окончания цикла испытаний производят контрольный замер геометрических параметров образцов 5 и контробразца 3 и сравнивают их с параметрами до испытания.
Использование предлагаемой конструкции устройства в сравнении с прототипом позволяет более точно оценить процессы безприводного шлифования и контролировать силовые и скоростные характеристики процесса изнашивания непрерывно в момент проведения испытания, обеспечить сохранность оборудования и личную безопасность обслуживающего персонала при возникновении аварийных ситуаций в процессе эксплуатации устройства.