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-ом 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 относится невозможность проведения испытаний не только в условиях трения скольжения, но и трения качения, что происходит в натурных испытаниях.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение достоверности испытания за счет возможности моделирования как трения скольжения, так и трения качения.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении достоверности испытания за счет моделирования не только трения скольжения, но и трение качения. Кроме того, устройство обеспечивает отсутствие краевых эффектов и возможность варьирования прижимающими усилиями, прикладываемыми к разным образцам.
Поставленная задача решается тем, что установка для исследования образца материала на истирание льдом, содержащая привод вращения кольцеобразного образца льда и средства для удержания образцов истираемого материала, выполненные с возможностью их прижатия к цилиндрической поверхности образца льда, отличающаяся тем, что образцам истираемого материала придана цилиндрическая форма, при этом каждый из них снабжен отдельным приводом вращения с осью вращения, параллельной оси вращения образца льда, причем каждый отдельный привод вращения образца истираемого материала установлен на отдельном силовом цилиндре, корпус которого жестко зафиксирован в пространстве, кроме того, силовые цилиндры снабжены средствами регулирования прижимных усилий.
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.
Признак, указывающий, что «образцам истираемого материала придана цилиндрическая форма» обеспечивает возможность проведения испытаний не только в условиях трения скольжения, но и трения качения.
Признаки, указывающие, что каждый из образцов истираемого материала «снабжен отдельным приводом вращения с осью вращения, параллельной оси вращения образца льда» обеспечивают возможность контактирования образцов истирающего (льда) и истираемого материала по образующим, причем это обеспечивает возможность выполнения образца льда более массивным (и, соответственно, более прочным).
Признак «…каждый отдельный привод вращения образца истираемого материала установлен на отдельном силовом цилиндре, корпус которого жестко зафиксирован в пространстве…» обеспечивает возможность регулирования прижимающих усилий, прикладываемых к разным образцам.
Признаки, указывающие, что «силовые цилиндры снабжены средствами регулирования прижимных усилий» обеспечивают получение и фиксацию измерительных данных.
На фиг.1 показана схема установки, на фиг.2 и фиг.3 показан кольцеобразный образец льда. На чертежах показаны образцы 1 и 2 истираемого материала, кольцеобразный образец 3 льда (истирающего материала) привод 4 вращения кольцеобразного образца 3 льда и приводы вращения 5 и 6 образцов 1 и 2 истираемого материала соответственно, силовые цилиндры 7 и средства 8 регулирования прижимных усилий.
Установка для исследования образцов 1 и 2 материала на истирание льдом содержит привод 4 вращения кольцеобразного образца 3 льда и средства для удержания образцов 1 и 2 истираемого материала, выполненное с возможностью их прижатия к цилиндрической поверхности образца льда 3.
Образцы 1 и 2 истираемого материала имеют форму цилиндров радиусом R и высотой Н с прямыми торцами. Образец 3 льда имеет форму кольца, ограниченного внутренним радиусом R1 и внешним радиусом R2, и имеет плоские торцевые поверхности, разнесенные на толщину Н (см. фиг 3).
Каждый из образцов 1 и 2 снабжен отдельными приводами 5 и 6 вращения с осью вращения, параллельной оси вращения образца 3 льда, причем каждый отдельный привод 5 и 6 вращения образцов 1 и 2 истираемого материала установлен на отдельном силовом цилиндре 7, корпус которого жестко зафиксирован в пространстве. Кроме того, силовые цилиндры 7 снабжены средствами 8 регулирования прижимных усилий в виде штоков.
Устройство работает следующим образом. Взаимодействие образцов 1 и 2 истираемого материала и образца 3 льда осуществляется цилиндрическими поверхностями. Заготовку образца 3 льда приводят во вращение приводом 4 с угловой скоростью W3. Образцы 1 и 2 приводятся во вращение приводами 5 и 6 с угловыми скоростями W1 и W2 соответственно. Значение скоростей W1, W2 и W3 могут варьироваться от нуля до некоторого максимального значения. Это дает возможность проводить истирание образцов 1 и 2, как с проскальзыванием, так и без скольжения образцов 1 и 2 относительно образца 3 льда. Таким образом, предоставляется возможность получения разных условий трения: трения скольжения и трения качения. Это расширяет возможность исследований механизмов трения, так как в природе действуют разные механизмы трения.
Прижим образцов 1 и 2 истираемого материала и образца 3 льда осуществляют при помощи силовых цилиндров 7. Приводы 5 и 6 и образцы 1 и 2 вместе с ними крепят к концу средства 8 регулирования соответствующего силового цилиндра 7.
Направление выдвижения средства 8 регулирования прижимных усилий силового цилиндра 7 задают линейной направляющей и ориентируют к центру заготовки образца 3 льда. Износ материала при истирании компенсируется выдвижением средства 8 регулирования соответствующего силового цилиндра 7. Количество образцов, одновременно подверженных истиранию, может быть более одного или двух.
В ходе эксперимента контролируют величину крутящего момента, прижимное усилие, температуру и другие параметры (скорость вращения и количество оборотов).