УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РАБОЧЕГО ОРГАНА

Полезная модель относится к испытательной технике, а в частности к установкам для оценки износостойкости материала при абразивном изнашивании.
Известно большое количество схем, способов и устройств, применяемых для изучения трибологических характеристик трибосопряжений и материалов контактирующей пары - износа, коэффициента трения и т.п.
При изучении износостойкости металлов и сплавов большое распространение получил способ испытаний на абразивное изнашивание, предложенный М.М. Хрущевым [1], согласно которому испытания проводятся путем истирания об абразивную поверхность (закрепленный абразив) монолитных образцов из испытуемого и эталонного материалов на равных путях трения с последующим сравнением износа по уменьшению длины образцов или по потере их массы.
i
v
m
3
3
Износостойкость материалов, основные понятия и определения в соответствии с [2]: изнашивание и износ. К абсолютным характеристикам износа относятся: линейный износ h, измеряемый в мм; объемный износ h, измеряемый в мм; износ по массе h, измеряемый в г (граммах). Однако размерности абсолютных характеристик износа этого показателя в мм, мм, г не являются энергетическим в Дж/г.
К относительным характеристикам износа относятся скорость изнашивания и интенсивность изнашивания. Интенсивность линейного изнашивания определяется по формуле
i
где j - интенсивность линейного изнашивания, мкм/м,
i
h - величина линейного износа (толщина изношенного слоя), мкм,
L - путь трения, м.
Однако размерность относительной характеристики износа этого показателя в мкм/м не является энергетическим в Дж/г.
Известны машины для испытания на абразивное изнашивание, содержащие стол с размещенными на нем электродвигателем, редуктором и приводным валом, на котором на траверсе установлены кронштейны с креплением для образцов, барабан с абразивным материалом [3].
Известна машина, содержащая стол с размещенными на нем электродвигателем, редуктором и приводным валом, на котором на траверсе установлены кронштейны с креплением для образцов, барабан с абразивным материалом, штангу с тензометрическим датчиком, одним концом жестко закрепленную к столу, а другим соприкасающуюся с барабаном. Под днищем барабана с абразивом установлены электромагниты, а в качестве абразива используют ферромагнитные материалы [4].
Недостатком этих машин является сложное конструктивное исполнение, состоящее из электродвигателей, клиноременных передач, редукторов, тензометрических и электромагнитных датчиков.
Известно устройство для сравнительных испытаний материалов на стойкость к абразивному изнашиванию при их перемещении в незакрепленном абразиве [5]. Несколько испытуемых образцов крепятся к поверхности цилиндрической оправки под определенным углом относительно плоскости ее вращения равноудаленно по оси в разных сечениях, образуя на ней винтовую линию. Оно дает возможность проведения ускоренных сравнительных испытаний на абразивную износостойкость нескольких образцов одновременно.
Известно устройство для испытания образцов на абразивную износостойкость [6], состоящее из основания, механизма протяжки абразивной ленты, опорного элемента, механизма нагружения и держателя образца. Устройство работает по принципу защемления абразивной ленты между вращающимся образцом и опорным элементом в виде барабана.
Известные устройства имеют ряд недостатков. В частности, для обеспечения стабильных условий испытания материала необходимо обеспечить постоянный контакт поверхности образца с абразивной лентой, в течение всего времени испытания, такое возможно только при использовании специально подготовленных образцов, имеющих цилиндрическую форму. Нарушение стабильности условий испытания при проведении опыта на неподготовленном образце не позволяет обеспечить точность результатов абразивного износа.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является принятое в качестве прототипа устройство, содержащее ротор с осью, устройство для шлифования с абразивной лентой и держатель образцов, выполненный в виде подпружиненной пластины с радиальной подачей до контакта с абразивной лентой и смонтирован на одной платформе станка [7].
Недостатком прототипа является необходимость в применении эталонных абразивных рабочих органов для сравнения с опытным образцом. Кроме этого, все выше рассмотренные устройства позволяют определить показатель истирания с размерностью в мм/м; мм3/м; г/м, однако известные устройства не позволяют определить энергетический показатель износостойкости материала.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции и обеспечение возможности определения энергетического показателя износостойкости рабочего органа (абразивного бруска - силосоуборочного комбайна, используемого для заточки ножей измельчительного барабана; абразивного круга - используемого для восстановления деталей, изношенных трением).
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для определения энергетического показателя износостойкости рабочего органа, содержащем ротор с осью, устройство для шлифования и держатель образцов, согласно полезной модели, оно дополнительно оснащено счетчиком потребляемой энергии, в качестве устройства для шлифования применяется абразивный круг, а держатель выполнен в виде нажимного рычага с суппортом.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг.), в котором представлены устройство для определения энергетического показателя износостойкости рабочего органа.
Устройство для определения энергетического показателя износостойкости рабочего органа содержит ротор с осью 1, устройство для шлифования с абразивным кругом 2, держатель 3, суппорт 4 с прикрепленным рабочим органом 5 (опытным образцом в виде абразивного круга или бруска), электродвигатель 6, и счетчик 7 потребляемой энергии.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Рабочий орган 5 (абразивный брусок или круг) с первоначальной массой m1, предварительно взвешенный на весах, закрепляется на суппорте 4 (фиг.). Снимаются показания счетчика 7 потребляемой энергии до испытаний. Нажатием кнопки выключателя запускается электродвигатель 6, приводящий во вращение ротор с осью 1 и устройство для шлифования с абразивным кругом 2. Затем с некоторым усилием Р держатель 3 с суппортом 4 и рабочим органом 5 (абразивный брусок или круг) прижимается к абразивному кругу 2. При вращении абразивного круга 2 возникает сила трения F, которая приводит к истиранию рабочего органа 5 (абразивного бруска или круга) до массы m2. Продолжительность испытания зависит от величины затрат потребляемой энергии 10…20 Дж. Снимаются показания счетчика 7 потребляемой энергии в конце испытания. По разнице показания счетчика 7 электроэнергии до и после испытаний определяется суммарная затрата энергии А на истирание.
По результатам взвешивания на весах определяется масса m истирания рабочего органа (абразивного бруска или круга), а именно, по разнице первоначальной массы m1 и конечной массы m2, то есть m=m1-m2.
Определяется энергетический показатель износостойкости Е рабочего органа в Дж/г, путем деления энергии А, израсходованной на истирание рабочего органа в Дж, на разницу массы (m1-m2) рабочего органа до и после истирания в г.
Все данные показаний: счетчика 7 потребляемой энергии, взвешивания на весах заносятся в таблицу. В результате расчетов по вышеуказанному способу определяется энергетический показатель Е износостойкости рабочего органа (абразивного бруска - силосоуборочного комбайна, используемого для заточки ножей измельчительного барабана; абразивного круга - используемого для восстановления деталей, изношенных трением; и некоторых других рабочих органов) с размерностью в Дж/г.
Таким образом, предложенное устройство позволяет определить энергетический показатель износостойкости рабочего органа в Дж /г без изготовления эталонного рабочего органа (эталонного образца), без измерения пути истирания рабочего органа и без измерения силы давления на рабочий орган.
Благодаря счетчику потребляемой энергии, имеется возможность с минимальными затратами времени определить энергетический показатель истирания рабочего органа (абразивного бруска или круга).
Экономический эффект достигается за счет снижения затрат на дорогостоящее оборудование и потерь времени на определение нового энергетического показателя износостойкости при истирании рабочего органа (абразивного бруска или круга).
Список использованной литературы
1. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - Москва: Наука, 1970. - 251 с.
2. ГОСТ 17367-71. Металлы. Метод испытания на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы.
3. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М., 1970, с. 59-63.
4. Патент РФ №2328720. МПК G01N 3/56. Машина для испытания на абразивное изнашивание / Иванайский В.В., Кривочуров Н.Т. Патентообладатель: ФГБОУ ВПО Алтайский ГАУ, заявл. 2006142148/28, 28.11.2006, опубл. 10.07.2008. Бюл. №19.
5. Патент РФ №2654951, МПК G01N 3/56, Устройство для сравнительных испытаний материалов на стойкость к абразивному изнашиванию при их перемещении в незакрепленном абразиве / Михальченков A.M., Феськов С.А., Дьяченко А.В., Орехова Г.В. Патентообладатель: ФГБОУ ВО Брянский ГАУ. заявл. 2017111384, 04.04.2017., опубл. 23.05.2018, Бюл. №15.
6. Авторское свидетельство СССР №1633344, МПК G01N 3/56 Устройство для испытания материалов на изнашивание, опубл. 07.03.1991.
7. Патент РФ №2727050, МПК G01N 3/56. Устройство для ускоренных испытаний образцов на износостойкость / Аулов В.Ф., Иванов В.И., Рожков Ю.Н., Шаповал Ю.Н. Патентообладатель: ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, заявл. 2020107847, 21.02.2020, опубл. 17.07.2020, Бюл. №20.