СТЕНД ДЛЯ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для ресурсных испытаний различных деталей, в частности, дисковых ножей рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов и автомобильных ступичных подшипников.
Известен стенд для испытания и исследования рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов [патент РФ №2318196, MПK G01M 19/00, E02F 5/18, опубл. 27.02.2008 г.], содержащий короб с имитируемым грунтом, узел подачи рабочего органа, включающий два гидродомкрата и швеллер, соединенный с динамометром растяжения и тягой, прижимной узел, включающий гидродомкраты и прижимные плиты, между которыми расположено устройство для измерения усилия прижатия плит, выполненное в виде динамометра сжатия. В грунте установлена труба, имитирующая старый трубопровод, через которую пропущена тяга, присоединенная к передней части рабочего органа, а к задней части рабочего органа присоединена труба, имитирующая новый трубопровод, к которой через фланец закреплен груз переменного веса.
Недостатками данного стенда являются сложность его конструкции, большая трудоемкость и низкая производительность при осуществлении испытаний рабочих органов и их ножей на ресурс.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является стенд для ресурсных испытаний ножей рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов [Шайхадинов, А. А. Совершенствование рабочих органов установок для бестраншейного ремонта трубопроводов с возможностью увеличения их диаметра:
Дис. канд. техн. наук: 05.02.02. Красноярск, 2005. 178 с.], содержащий нож, установленный в подпружиненной вилке, и модель старого трубопровода, закрепленную в токарном станке. Вилка с ножом вставлена в корпус, который закреплен в резцедержателе токарного станка.
Недостатком этого стенда является то, что в нем нож осуществляет резание модели старого трубопровода за счет создания на ее наружной поверхности радиальной канавки, проходящей в плоскости поперечного сечения модели старого трубопровода, в то время как в реальных условиях резание осуществляется изнутри трубопровода и вдоль его. Это уменьшает адекватность испытаний по сравнению с реальными условиями работы ножей рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов, снижая точность испытаний. Кроме того, в данном стенде не предусмотрен контроль постоянного значения усилия прижатия ножа к модели старого трубопровода. В процессе работы стенда с течением времени нож внедряется (углубляется) в модель старого трубопровода, при этом пружина вилки начинает разжиматься, расстояние от резцедержателя до ножа увеличивается, а усилие прижатия ослабевает, в то время как оно должно быть постоянным. Это также уменьшает адекватность испытаний по сравнению с реальными условиями работы.
Техническим результатом полезной модели является увеличение точности ресурсных испытаний деталей.
Указанный технический результат достигается тем, что в стенде для ресурсных испытаний деталей, содержащем вилку с дисковым ножом и модель старого трубопровода, новым является то, что вилка с дисковым ножом и модель старого трубопровода установлены с возможностью поворота в вертикальной плоскости, вилка с дисковым ножом соединена с механизмом возвратно-поступательного движения и размещена таким образом, что плоскость поперечного сечения дискового ножа расположена в вертикальной плоскости, внутренняя поверхность старого трубопровода сопряжена с лезвием дискового ножа, к концу модели старого трубопровода закреплен груз. Так же новым является и то, что модель старого трубопровода выполнена в виде сегмента трубы.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан стенд для ресурсных испытаний деталей (вид сбоку); на фиг.2 - вид А на фиг 1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.
Стенд для ресурсных испытаний деталей содержит вилку 1 (фиг.1, 2) с установленным в ней на оси 2 дисковым ножом 3 и модель старого трубопровода 4, выполненную, например, в виде сегмента трубы (фиг.3). Вилка 1 и модель старого трубопровода 4 установлены соответственно в шарнирах 5, 6 (фиг.1, 2) с возможностью поворота в вертикальной плоскости. Вилка 1 с дисковым ножом 3 соединена с механизмом возвратно-поступательного движения, выполненного, например, в виде кривошипно-шатунного механизма 7. Вилка 1 с дисковым ножом 3 размещена таким образом, что плоскость поперечного сечения дискового ножа 3 расположена в вертикальной плоскости. При этом внутренняя поверхность модели старого трубопровода 4 сопряжена с лезвием дискового ножа 3. К концу модели старого трубопровода 4 на тросе 8 закреплен груз 9.
Стенд для ресурсных испытаний деталей работает следующим образом.
Исследуемую деталь, например дисковый нож 3 рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, с заданными геометрическими (диаметр, толщина, угол заострения лезвия, вид профиля режущей кромки) и физическими (твердость, шероховатость) параметрами устанавливают на ось 2 вилки 1, предварительно закрепленной в шарнире 5 и соединенной с кривошипно-шатунным механизмом 7. Затем в шарнир 6 устанавливают модель старого трубопровода 4 с заданным радиусом, толщиной стенки, длиной, материалом и его твердостью. К концу модели старого трубопровода 4 на тросе 8 закрепляют груз 9 расчетного веса и сопрягают внутреннюю поверхность модели старого трубопровода 4 с лезвием дискового ножа 3. После чего включают кривошипно-шатунный механизм 7. Возвратно-поступательным движением он поднимает и опускает вилку 1, обеспечивая ее повороты в вертикальной плоскости. При этом осуществляется перемещение дискового ножа 3 качением по внутренней поверхности модели старого трубопровода 4 вдоль ее от одного конца к другому и обратно. Такое движение дискового ножа 3 повышает точность испытаний и их адекватность по сравнению с реальными условиями работы дисковых ножей 3 рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов. Перемещаясь по внутренней поверхности модели старого трубопровода 4, дисковый нож 3 внедряется (углубляется) в нее, осуществляя ее резание. Постоянное значение усилия прижатия модели старого трубопровода 4 к дисковому ножу 3 обеспечивается грузом 9. Это также повышает точность испытаний и их адекватность. При движении дискового ножа 3, установленного в вилке 1, поднимаемой кривошипно-шатунным механизмом 7, конец модели старого трубопровода 4 также поднимается, поворачиваясь в вертикальной плоскости. При обратном перемещении дискового ножа 3 и опускании вилки 1 конец модели старого трубопровода 4 под действием груза 9 также опускается. В случае полного разрезания стенки модели старого трубопровода 4, она заменяется другой моделью и испытания возобновляются.
Усилие прижатия F модели старого трубопровода 4 к дисковому ножу 3 определяется по формуле:
1
где l - длина вилки с ножом, м (фиг.1);
2
1 - длина сегмента трубы (от оси шарнира до точки крепления груза), м;
ϕ - угол поворота вилки относительно вертикали, град;
b - расстояние между осями шарниров по горизонтали, м;
h - расстояние между осями шарниров по вертикали, м;
G - вес груза, Н;
Р - вес сегмента трубы, Н.
Скорость перемещения  оси вращения дискового ножа 3 рассчитывается по формуле:
,
где l - расстояние от оси вращения вилки до оси вращения ножа (фиг.1), м;
ω - угловая скорость вращения мотор-редуктора (кривошипа), об/мин;
Δφ - угол поворота вилки между крайними положениями ножа, град.
Величина наработки L, дискового ножа 3 вычисляется по формуле:
где t - время испытания ножа, с.
Ресурс дискового ножа 3 находится путем определения его наработки L, от начала испытаний до наступления предельного состояния (критического затупления или появления первых следов разрушения дискового ножа 3).
На предлагаемом стенде также возможно проведение ресурсных испытаний вращающихся деталей автомобилей, испытывающих динамическую нагрузку в радиальном направлении, в частности, ступичных подшипников автомобилей. В этом случае взамен сегмента трубы устанавливается балка прямоугольного сечения, а на ось вилки взамен дискового ножа устанавливается подшипник.
Заявляемый стенд позволяет повысить точность ресурсных испытаний деталей.