Установка для испытания материалов на абразивное изнашивание
INSTALLATION FOR TESTING MATERIALS FOR ABRASIVE WEAR

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к ударно-абразивному изнашиванию незакрепленным абразивом при пониженных, нормальных и повышенных температурах.
Известна установка для испытания на абразивный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин (патент РФ №2408865).Установка содержит раму, на которой установлен привод возвратно-поступательного перемещения, держатель образца, абразивный материал, узел нагружения, тензометрический датчик, аналого-цифровой преобразователь, электронно-вычислительную машину и набор грузов для испытания. Привод возвратно-поступательного перемещения выполнен в виде электродвигателя, соединенного через ременную передачу с возвратно-поступательным механизмом, который с помощью крепления соединен с кареткой горизонтального перемещения, на которой установлен держатель для испытуемого образца с закрепленным тензометрическим датчиком, сигнал с которого поступает на ЭВМ через усилитель АЦП, при этом держатель имеет винтовой зажим, который выполнен с возможностью изменения угла установки испытуемого образца. При помощи узла нагружения изменяется нагрузка сверху и снизу на испытуемый образец за счет увеличения или уменьшения грузов, при этом в узел нагружения самотеком из емкости поступает абразивный материал.
К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции, невозможность проведения испытаний в условиях ударно-абразивного изнашивания.
Известна установка для испытания материалов на абразивное изнашивание (патент РФ №2564827). Установка содержит основание, на котором установлены привод вращения, вертикальный вал, контртело в виде плоского кольца с абразивной массой на его поверхности, держатель образца, закрепленный на механизме нагружения, и грузы. Держатель образца состоит из двух электрически изолированных друг от друга медных токоподводящих пластин, соединенных с источником тока. Кольцо закреплено на барабане с возможностью их вращения вокруг вертикального вала, жестко закрепленного на основании. Под кольцом расположен электрический нагреватель в виде ленты из материала с высоким электрическим сопротивлением, концы которой подключены к двум медным кольцевым шинам, расположенным на поверхности барабана и электрически изолированным от него. Кольцевые шины находятся в скользящем контакте с неподвижными токоподводящими узлами, подключенными к источнику тока, а кольцо и электрический нагреватель расположены в теплоизоляционном кожухе.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невозможность проведения испытаний при пониженных температурах в условиях ударно-абразивного изнашивания.
Известна установка для испытания на ударно-абразивное и ударно-гидроабразивное изнашивание конструкционных и специальных материалов (патент РФ №2434219), которая содержит раму, привод, бункер с направляющим каналом, неподвижную наковальню, ударный механизм, включающий ударник, приспособление для крепления образца, комплект грузов и упругий элемент. Дополнительно установка содержит систему подачи жидкости, приспособление для крепления образцов снабжено торцевой и окружной проставками, при этом торцевая проставка со стороны образца имеет липкую прокладку, ударник снабжен планкой, а упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия.
Недостатком данного устройства является невозможность проведения испытаний при пониженных температурах.
Известна установка для испытания материалов на абразивное изнашивание при низких, нормальных и повышенных температурах (патент РФ №2691639), которая содержит ударный механизм, включающий ударник и грузы, испытываемый образец, а также содержит систему управления ударным механизмом, состоящую из соленоида, закрепленного на вертикальной плите, с возможностью перемещения по направляющим вверх или вниз при помощи реечной передачи, управляемой шаговым электродвигателем через передаточный механизм, перемещение абразивной ленты через теплоизолированную камеру, в которой установлен испытываемый образец, происходит при вращении подающего ролика, от привода, состоящего из электродвигателя постоянного тока, редуктора, клиноременной передачи, состоящей из ведущего и ведомого шкивов, при этом прижимание абразивной ленты обеспечивается обрезиненным прижимным и направляющим роликами, а перемещение абразивной ленты осуществляется посредством подающей и принимающей кассет.
Недостатком данного устройства является невозможность проведения испытаний на ударно-абразивное изнашивание по слою незакрепленного абразива.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка У-I-АС (Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. М.: Машиностроение, 1982. с.40), которая состоит из сварной рамы с электродвигателем, вращение от которого передается через упругую муфту вначале двухступенчатому редуктору, далее клиноременной передаче на кулачковый вал с закрепленным кулачком, который при помощи ролика поднимает боек на заданную высоту и сбрасывает его, что приводит к удару торцовой поверхности образца по слою незакрепленного абразива, размещенного на металлической наковальне. Установка снабжена дозатором, обеспечивающим дозирование абразива,  подачу его в зону удара и очистку забоя при помощи поворотного диска, вращающегося от кулачкового вала через зубчатую передачу и шарнирное сочленение, при этом в пазах диска установлены плавающие и неподвижно закрепленные щетки.
Недостатком данного устройства является невозможность проведения испытаний при пониженных и повышенных температурах.
Задачей изобретения является создание установки для проведения
испытаний материалов на ударно-абразивное изнашивание  незакрепленным абразивом в условиях от пониженных до повышенных температур.
Указанная цель достигается тем, что установка для испытания материалов на абразивное изнашивание содержит ударный механизм, включающий ударник и грузы, испытываемый образец, систему управления ударным механизмом, состоящую из соленоида, закрепленного на вертикальной плите, с возможностью перемещения по направляющим вверх или вниз при помощи реечной передачи, управляемой шаговым электродвигателем через передаточный механизм, теплоизолированную камеру, в которой установлен испытываемый образец, дозатор для подачи абразива отличающаяся тем,  что  установка содержит скребковый механизм, расположенный над столом и  состоящий из вала и закрепленных  на нем лопастей, служащих для перемещения абразива, подаваемого из бункера дозатора, к испытываемому образцу и щеток, предназначенных для удаления использованного абразива после удара контробразцом  по образцу, а также  привод вращения вала, состоящий из мотор-редуктора  и конической передачи, при этом  испытуемый образец  установлен в центре теплоизолированной камере, прикрепленной   к нижней стороне стола, таким образом, что изнашиваемая поверхность образца  находится на уровне поверхности стола.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема установки, на фиг. 2 разрез теплоизолированной камеры.
Ударный механизм (фиг.1) содержит ударник 1, в котором закреплен контробразец 2 и сменные грузы 3, с помощью которых регулируют энергию удара контробразца 2 по образцу 4. Ударник 1 соединен с сердечником соленоида 5, при включении и выключении которого в соответствии с программой испытаний ударник 1 поднимается и падает, обеспечивая удар по испытываемому образцу 4. Энергия удара зависит как от веса падающего груза, так и от высоты подъема ударника.
Система управления ударным механизмом 6 включает программное устройство, включающее и выключающее в соответствие с программой испытаний соленоид 5, который закреплен на вертикальной плите 7, перемещаемой по направляющим 8 вверх или вниз при помощи реечной передачи 9-10, управляемой шаговым электродвигателем 11 через передаточный механизм 12.
Испытуемый образец 4 установлен в теплоизолированной камере 13 (фиг.2) таким образом, что находится в середине отверстия в столе 14 диаметром, превышающим диаметр контробразца 2 в 1,5-2 раза, а изнашиваемая поверхность образца 4 находится на уровне поверхности стола 14.  Теплоизолированная камера 13 состоит из основания 15, крышки 16, прикрепляемых к нижней стороне стола 14.
Дозатор 17 (фиг.1) включает в себя устройство выдачи абразива 18, управляемое по программе в соответствие с режимами испытаний и бункер 19 с абразивом 20.
Скребковый механизм расположен над столом 14 и  включает в себя закрепленные на валу 21 лопасти 22, служащие для перемещения абразива 20, подаваемого из бункера 19, к испытываемому образцу 4, щетки 23, предназначенные для удаления использованного абразива после удара контробразцом 2 по образцу 4, и привод вращения вала 21, состоящий из мотор-редуктора 24 и конической передачи 25. В зависимости от заданной частоты соударения и скорости вращения вала 21 лопасти 22 и щетки 23 смещены друг относительно друга таким образом, чтобы обеспечивать удар контробразца 2 по образцу 4 после прохождения лопасти 22, формирующей слой абразива над испытываемым образцом 4, но перед прохождением щетки 23, удаляющей использованный абразив в щель 26 стола 14. Высота слоя формируемого абразива задается смещением места крепления лопасти 22 на валу 21.
Установка позволяет проводить испытания как в условиях пониженных температур, так и в условиях повышенных  температур. При испытаниях в условиях пониженных температур во внутреннюю полость теплоизолированной камеры 13 подают пары жидкого азота из сосуда Дьюара 27, интенсивность и объем которых регулируют в соответствии с заданной температурой испытаний блоком автоматического поддержания температуры (условно не показан). Значение температуры испытаний в условиях пониженных температур лимитируется толщиной слоя образующегося инея по поверхности испытываемого образца 4. При испытаниях в условиях повышенных температур во внутренней полости теплоизолирующей камеры 13 размещают нагревательные элементы 28, которые обеспечивают требуемую температуру образца 4 в процессе испытаний. Данные о температуре испытаний поступают от термопары, закрепленной на расстоянии 1,5 мм от торцевой поверхности испытываемого образца 4.
Установка работает следующим образом. Перед проведением испытаний устанавливают такие режимы испытаний, как энергия удара, частота ударов по абразивной поверхности, температура испытаний, а также зернистость и вид абразива, толщину абразивного слоя. Установка позволяет в процессе испытаний программированно изменять указанные режимы.
Величина энергии удара по абразивной поверхности зависит от высоты падения ударника 1, которая, в свою очередь, регулируется перемещением плиты 7 с закрепленным на ней соленоидом 5. Управляя работой шагового электродвигателя 11, можно изменять энергию удара в процессе испытаний.
После проверки соответствия требуемых и установленных режимов испытаний включают установку, из бункера 19 посредством дозатора 18 подается порция абразива 20 на стол 14 и затем, при вращении вала 21 при помощи лопасти 22, абразив подается в зону образца 4, образуя слой заданной толщины.
Срабатывает ударный механизм, ударник 1 ударяет по образцу 4 с находящимся на нем слоем абразива, после чего ударник 1 поднимается и щетки 23, закрепленные на валу 21 удаляют  абразив с образца 4 в щель 26 стола 14.
Испытания проводят в течение заданного времени.