УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ФРИКЦИОННЫХ ДИСКОВ ДЛЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к испытаниям на прочность, в частности, предназначена для контроля тормозных дисков авиационной техники и наземного транспорта из углеродного композиционного фрикционного материала с целью оценки их работоспособности. Задача полезной модели - расширение возможности прочностных испытаний фрикционных дисков путем приложения как статической, так и динамической нагрузки.
В настоящее время работоспособность фрикционных дисков на этапах периодического контроля, в том числе серийной продукции, оценивают путем измерения статической прочности на растяжение, сжатие и изгиб стандартных образцов, вырезанных из материала диска.
Оценка прочностной долговечности дисков производится путем проведения ресурсных испытаний натурного тормоза в сборе (т.е. с полным комплектом дисков). В связи с этим не представляется возможным оценить индивидуальный уровень прочности того или иного варианта конструкции диска.
К недостаткам указанных способов определения работоспособности дисков относится то, что
- определение статической прочности на специальных образцах дает данные по прочности материала, из которого изготовлен диск, но не полностью отражает прочность и работоспособность силовых элементов конструкции диска;
- ресурсные испытания дисков в составе тормозного колеса представляют собой длительный и дорогостоящий процесс. Кроме того, получаемые данные испытаний отражают обобщенный результат испытаний тормоза в целом, но не варианта конструкции диска (или варианта материала диска при данной конструкции).
Известно испытательное устройство для прочностных испытаний фрикционных тормозных дисков, в частности, изготовленных из углеродного композиционного материала [1]. Данное устройство содержит специальную кассету для размещения в ней испытуемого диска, нагружающее устройство, в качестве рабочего органа которого используется одиночный силовой стержень, входящий в один из пазов испытуемого диска, а для создания силонагружения используется гидравлический привод. Испытуемый диск размещается в кассете, при этом одна половина диска зажимается между створками кассеты, вторая же половина остается свободной. Кассета с испытуемым диском устанавливается на неподвижной платформе. На подвижной платформе закрепляется рабочий орган нагружения.
Далее с помощью гидросистемы осуществляется силовое воздействие указанного стержня на стенку паза диска в строго определенном направлении, перпендикулярном стенке паза. После чего нагрузка увеличивается вплоть до статического разрушения испытуемого изделия.
Данный способ достаточно близко подходит к предлагаемой полезной модели по исполнению, поэтому принят за прототип.
Недостатком известного устройства является наличие существенных отличий от реальных условий эксплуатации. Так, в процессе испытаний силовому воздействию подвергается только один паз диска, в то время как в реальной эксплуатации одновременно нагружаются практически все пазы диска, т.е. действующий общий крутящий момент реализуется за счет действия нескольких окружных усилий. Условная же схематизация путем замены нескольких сил одной общей силой не будет в должной мере характеризовать прочность конструкции диска. Кроме того, использование известного устройства позволяет нагружать паз диска силой, действующей однократно только в одном, строго заданном направлении. Для реальных же условий эксплуатации действие тормозного момента характеризуется многократным повторным нагружением для каждого из пазов, что может вызывать усталостные разрушения диска.
Технический результат полезной модели заключается в создании установки, обеспечивающей с помощью силового гидроцилиндра, рычага и промежуточной муфты одновременное нагружение требуемого количества пазов диска, а также обеспечение возвратно-поступательного движения обечайки совместно с силовыми пальцами с целью создания в рабочей зоне диска переменных напряжений, аналогичных эксплуатационным (с помощью программного блока).
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке предусмотрена возможность осуществления любого числа одновременно нагружаемых пазов вплоть до максимального (для данного типа диска). Кроме того, предусматривается возможность воспроизведения как однократных, так и многократных повторных нагрузок (путем применения программного блока для задания в процессе испытаний спектра нагрузок) за счет осуществления возвратно-поступательных движений обечайки (совместно с комплектом силовых пальцев) в окружном направлении. В таком случае обеспечивается возможность воспроизведения не только статических, но и переменных усилий, воздействующих на конструктивные элементы испытуемого диска.
Таким образом, за счет применения предлагаемой установки обеспечивается возможность испытаний дисков, как в условиях различных величин статических нагрузок, так и на усталостную прочность. При этом резко сокращаются расходы на проведение усталостных испытаний по сравнению с испытаниями пакета дисков в составе натурного колеса.
Сущность одного из вариантов реализации полезной модели поясняется фигурой.
Устройство для воспроизведения нагрузок на тормозной диск включает:
испытуемый диск из углеродного композиционного фрикционного материала - 1, кассету для фиксации диска - 2, нагружающий блок (обечайка) - 3, силовые пальцы - 4, промежуточную муфту - 5, рычаг для передачи момента - 6, силовой гидроцилиндр - 7, измерительный элемент (мессдоза) - 8.
Функции предлагаемой установки заключаются в следующем: силовой гидроцилиндр (7) через рычаг(6) и промежуточную муфту (5) передает на нагружающий блок (обечайку-3) с пальцами (4) усилие. Пальцы входят в пазы испытуемого диска (1) и передают требуемые усилия (как статические, так и динамические) на боковую стенку паза.
Непрерывный контроль параметров статических и динамических процессов осуществляется мессдозой (8), а также тензодатчикам и, которые устанавливаются на силовых пальцах (с записью на компьютер).
В случае проведения циклических испытаний диска к исполнительному органу силовому гидроцилиндру (7) подключается гидропульсатор, который через специальное программное устройство может задавать требуемый по величине спектр переменных нагрузок, воспроизводящий эксплуатационные условия работы диска.
[1] - Jae-seok Yoo, Dae-un Sung, Chun-Gon Kim, Chang-Sun Hong and Kwang-Su Kim, "Mechanical strength experiments of carbon/carbon brake disk," The Korea society for composite materials, Vol. 9, No. 2, 1999, pp. 33-39.