УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦА МАТЕРИАЛА НА ИСТИРАНИЕ ЛЬДОМ
UNIT FOR STUDY OF MATERIAL SAMPLE ON ABRASION WITH ICE

Изобретение относится к технике механических испытаний материалов на стойкость к истиранию до разрушения и может быть использовано, в частности, для испытаний на ледовое истирание.
Известна установка для исследования образца материала на истирание льдом, содержащая основание, размещенные на нем средство для удержания образца истирающего материала, снабженное приводом вращения, и средство для удержания образца истираемого материала (см. Экспериментальное исследование на истирание бетона морским льдом. Статья на 20-м ОТС в Хьюстоне, штат Техас, 2-5 мая, 1988 г.).
Недостатком этого решения является низкая производительность, так как оно не позволяет проводить испытания более одного образца.
Известна также установка для исследования образца материала на истирание льдом, содержащая основание, на котором размещена горизонтальная платформа, выполненная с возможностью вращения, вокруг вертикальной оси и удержания кольцеобразного образца истирающего материала, привод вращения платформы, средство для удержания образцов истираемого материала, выполненное с возможностью придания ему усилия, прижимающего к истирающей поверхности (см. патент РФ на ПМ №45826, МПК G01N 3/56, 2005 г.).
К недостаткам данной конструкции относятся нестабильная ширина контактной поверхности за счет износа материала истирающей поверхности и одностороннее направление истирания (вращение шпинделя только в одну сторону).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение достоверности испытания за счет приведения образца испытуемого материала в движение как во вращательном, так и возвратно-поступательном направлении.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении стабильной площади контакта трущихся материалов, компактности и универсальности устройства, позволяющей использовать его при вращательном и поступательном движении льда.
Поставленная задача решается тем, что установка для исследования образца материала на истирание льдом, содержащая основание, на котором размещена горизонтальная платформа, снабженная приводом вращения вокруг вертикальной оси с возможностью формирования усилий, прижимающих образцы льда к истираемому образцу, радиально относительно оси вращения платформы, отличается тем, что образец истираемого материала выполнен в виде цилиндра, при этом платформа снабжена средством его жесткого закрепления, при этом станина установки снабжена вертикальными стойками, продольные оси которых лежат в одной плоскости с осью вращения платформы, при этом средства для удержания образцов льда выполнены в виде горизонтальных направляющих, пропущенных через вертикальные стойки, выполненных с возможностью продольного перемещения в них образцов льда, при этом параллельно с направляющими, над ними на высоте, обеспечивающей возможность размещения образцов истираемого материала на платформе, в вертикальных стойках выполнены сквозные отверстия, через которые пропущена с возможностью продольного перемещения штанга, концы которой снабжены вертикальными стержнями, при этом на одном из вертикальных стержней закреплен силовой цилиндр с возможностью возвратно-поступательного движения его штока вдоль продольной оси первого образца льда и упора в него, при этом второй вертикальный стержень снабжен штоком с пятой на конце, упертой в торец второго образца льда.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «…образец истираемого материала выполнен в виде цилиндра, при этом платформа снабжена средством его жесткого закрепления…» обеспечивают возможность передачи истирающего усилия по цилиндрической поверхности образца при его вращении вокруг продольной оси симметрии (вращения).
Признаки «…станина установки снабжена вертикальными стойками, продольные оси которых лежат в одной плоскости с осью вращения платформы…» обеспечивают симметричность нагружения образца усилиями, прижимающими к нему истирающие образцы.
Признаки «…средства для удержания образцов льда выполнены в виде горизонтальных направляющих, пропущенных через вертикальные стойки, выполненных с возможностью продольного перемещения в них образцов льда…» обеспечивают приложение к цилиндрической поверхности истираемого образца истирающими усилиями.
Признаки «…параллельно с направляющими, над ними на высоте, обеспечивающей возможность размещения образцов истираемого материала на платформе, в вертикальных стойках выполнены сквозные отверстия, через которые пропущена с возможностью продольного перемещения штанга, концы которой снабжены вертикальными стержнями, при этом на одном из вертикальных стержней закреплен силовой цилиндр с возможностью возвратно-поступательного движения его штока вдоль продольной оси первого образца льда и упора в него, при этом второй вертикальный стержень снабжен штоком с пятой на конце, упертой в торец второго образца льда» обеспечивают возможность фиксации двух образцов истираемого материала и «автоматическое сохранение» усилия прижима образцов к истирающей поверхности.
На фиг.1 показана схема установки. На фиг.1 показаны образец 1 истираемого материала, основание 2, привод 3 вращения, платформа 4, средство 5 жесткого закрепления образца 1, вертикальные стойки 6, образцы 7 льда, горизонтальные направляющие 8, сквозные отверстия 9, штанга 10, вертикальные стержни 11 и 12, силовой цилиндр 13, подпружиненный шток 14 силового цилиндра 13, шток 15 с пятой 16, пружина 17 силового цилиндра 13.
Установка для исследования образца 1 материала на истирание льдом содержит основание 2, на котором установлен привод вращения 3. На приводе 3 соосно размещена горизонтальная платформа 4. Платформа 4 снабжена средством 5 жесткого закрепления образца 1, например, выполненного в виде нескольких выступов, жестко закрепленных на платформе 4 с возможностью контактирования с соответствуюшими пазами (шлицами, выполненными на нижнем конце образца, опираемом на платформу 4). Основание 2 установки снабжено вертикальными стойками 6, продольные оси которых лежат в одной плоскости с осью вращения платформы 4. Средства для удержания образцов 7 льда выполнены в виде горизонтальных направляющих 8, пропущенных через вертикальные стойки 6, выполненных с возможностью продольного перемещения в них образцов 7 льда. При этом параллельно с направляющими 8, над ними на высоте, обеспечивающей возможность размещения образца 1 истираемого материала на платформе 4, в вертикальных стойках 6 выполнены сквозные отверстия 9, через которые пропущена с возможностью продольного перемещения штанга 10, концы которой снабжены вертикальными стержнями 11 и 12. На вертикальном стержне 11 закреплен силовой цилиндр 13 с возможностью возвратно-поступательного движения его штока 14 вдоль продольной оси первого образца 7 льда и упора в него. Второй вертикальный стержень 12 снабжен штоком 15 с пятой 16 на конце, упертой в торец второго образца 7 льда.
Установка работает следующим образом.
Образец 1 истираемого материала выполнен в виде цилиндра, который жестко фиксируют на платформе 4 средством его закрепления 5, соосно с осью вращения привода 3, тем самым обеспечивая возможность передачи истирающего усилия по цилиндрической поверхности образца при его вращении вокруг продольной оси симметрии (вращения). На одном конце (опираемом на платформу 4) образца 1 истираемого материала выполнены шлицы (на чертеже не показаны). Примерно 2/3 высоты образца 1 истираемого материала оставляют свободными от средств его закрепления 5. Истирающему воздействию подвергается цилиндрическая поверхность образца 1.
Образец 7 льда (истирающего материала), имеющий вид прямоугольной призмы или цилиндра, помещают в горизонтальных направляющих 8 с возможностью взаимного перемещения (их поперечное сечение обеспечивает возможность свободного продольного скольжения в них образцов 7 льда). Вектор перемещения образца 7 льда (истирающего материала) в горизонтальных направляющих 8 ориентирован перпендикулярно оси вращения образца 1 истираемого материала. Один край горизонтальных направляющих 8 образует зазор с боковой поверхностью образца 1 истираемого материала. С другого края горизонтальных направляющих 8 производится опирание образца 1 истираемого материала и силового цилиндра 13 с возможностью возвратно-поступательного движения его штока 14 вдоль продольной оси первого образца 7 льда и упора в него.
Прижатие образца 7 льда к образцу 1 истираемого материала обеспечивается по двум его диаметральным образующим одновременно по линии, проходящей через ось вращения образца, силой упругости пружины 17 силового цилиндра 13, обеспечивающей появление прижимающего усилия на обоих образцах 7, поскольку пружина 17 «работает» между вертикальными стержнями 11 и 12 штанги 10.
Истирающее действие производится при вращении образца 1 при включении привода 3 вращения, с которым взаимодействует контактная поверхность образцов 7 льда (истирающего материала) не вовлекаемого во вращение. Износ материала компенсируют работой силового цилиндра 13, обеспечивающего перемещение пружины 17 в сторону истираемого образца 1. При этом в противоположную сторону идет скольжение горизонтальной направляющей 8.
В ходе испытаний контролируют величину крутящего момента, прижимное усилие, температуру и другие параметры (скорость вращения, количество оборотов).