МАШИНА ТРЕНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам для испытаний в абразивной и гидроабразивной средах конструкционных материалов и рабочих органов машин и механизмов.
Известна машина трения, состоящая из цилиндрической емкости с абразивным материалом, ротора, вращающегося внутри абразивного материала с испытуемыми образцами и установленного на вертикальном валу, помещенного в радиальные и упорный подшипники, и получающего вращение через коническую передачу, коробки передач от электродвигателя. Соединение валов двигателя, коробки передач и конической передачи осуществляют муфтами (патент RU №2071602, 1997 г.).
К недостаткам данного устройства следует отнести низкую степень приближенности условий испытания образцов к условиям эксплуатации, а также недостаточно широкие функциональные возможности.
Наиболее близкой по технической сути к предлагаемому устройству является установка для испытания на абразивный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин, содержащая раму, на которой установлен привод возвратно-поступательного перемещения, держатель образца, абразивный материал, узел нагружения, дополнительно содержит тензометрический датчик, аналого-цифровой преобразователь, электронно-вычислительную машину и набор грузов для испытания, при этом 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, на держателе закреплен тензометрический датчик, сигнал с которого поступает на ЭВМ через усилитель АЦП, при этом держатель имеет винтовой зажим, который выполнен с возможностью изменения угла установки испытуемого образца, а 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 (патент RU №2408865,2011 г.).
К недостаткам данного устройства следует отнести отсутствие возможности испытаний образцов в гидроабразивной среде, а также низкую степень приближенности условий испытания и параметров образцов к условиям эксплуатации.
Техническая задача - создание устройства, позволяющего проводить трибологические испытания различных пар трения в абразивной или гидроабразивной средах при возвратно-вращательном движении одного из образцов с высокими нагрузками и низкими скоростями относительного перемещения.
Технический результат - повышение эффективности работы устройства за счет усовершенствования конструкции.
Он достигается тем, что известное устройство, содержащее раму, на которой расположен электродвигатель, держатель образца, узел нагружения, емкость с абразивным материалом, дополнительно содержит плиту, на которой закреплены основные узлы устройства, рабочий вал, установленный на подшипниках качения, закрепленных в опорах, жестко соединенных с плитой, разноплечий рычаг, подвижно закрепленный на кронштейне и осуществляющий своим малым плечом статическое нагружение испытуемых образцов - неподвижного и возвратно вращающегося, подвес, расположенный на конце разноплечего рычага и снабженный набором грузов, подвижный рычаг, закрепленный на рабочем валу, который приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом, емкость для воды, жестко закрепленную на рамке кронштейна и снабженную водопроводным краном, к которому жестко прикреплена силиконовая трубка с перистальтическим зажимом, на конце которой установлена трубка-дозатор, приемно-направляющую трубку для подачи абразива в зону трения, дозатор абразива, приемный коллектор, установленный под плитой и направляющий использованную воду и абразив в сборную емкость с находящимся в ней фильтром абразива, постоянный магнит, жестко закрепленный на подвижном рычаге, герметичный контакт, установленный на плите и электрически соединенный с электронным счетчиком циклов.
На чертеже изображена машина трения (фиг. 1 - общий вид).
Машина трения содержит раму 1, плиту 2 для крепления на ней основных узлов устройства, рабочий вал 3, установленный на подшипниках качения (на чертеже не показаны), закрепленных в опорах 4 и жестко соединенных с плитой 2. Разноплечий рычаг 5, подвижно закрепленный на кронштейне 6, который своим малым плечом 7 осуществляет статическое нагружение испытуемых неподвижного образца 8 и возвратно вращающегося подвижного образца 9, на конце рычага 5 жестко закреплен подвес 10, снабженный набором грузов 11. На рабочем валу 3 жестко закреплен подвижный рычаг 12, который приводится в движение через шарниры 13 шатуном 14 и кривошипом 15, приводимые в движение редуктором 16 и электродвигателем 17. На кронштейне 6 закреплена рамка 18 с прикрепленными к ней емкостью для абразива 19 и емкостью для воды 20. В нижней части емкости для абразива 19 установлен дозатор абразива 21 для регулировки подачи абразива в зону трения. К рабочему валу 3 жестко прикреплен маятник 22 дозатора абразива 21.
Под дозатором абразива 21 расположена приемно-направляющая трубка 23 для подачи абразива в зону трения. Емкость для воды 20 снабжена водопроводным краном 24, к которому жестко прикреплена силиконовая трубка 25 с перистальтическим зажимом 26 для регулировки подачи воды в зону трения, на конце которой установлена трубка-дозатор 27. Подача воды может осуществляться капельно и струйно.
На подвижном рычаге 12 жестко закреплен постоянный магнит 28, на плите 2 установлен герметичный контакт 29, электрически соединенный с электронным счетчиком циклов (на чертеже не показан).
Под плитой 2 установлен приемный коллектор 30, который собирает и направляет использованную воду и абразив в сборную емкость 31 с находящимся в ней фильтром абразива 32.
Рабочий вал 3, установленный на подшипниках качения, необходим для закрепления на нем подвижного образца 9, находящегося в трибоконтакте с неподвижным образцом 8. Подвижный рычаг 12, закрепленный на рабочем валу 3, необходим для осуществления возвратно-вращательного движения подвижного образца 9 с помощью электродвигателя и кривошипно-шатунного механизма.
Система подачи воды, состоящая из емкости для воды 20, водопроводного крана 24, силиконовой трубки 25, перистальтического зажима 26, трубки-дозатора 27, и система подачи абразива, состоящая из емкости для абразива 19, дозатора абразива 21 и приемно-направляющей трубки 23, необходимы для создания водно-абразивной среды в зоне трения образцов 8 и 9.
Система подсчета циклов, состоящая из постоянного магнита 28, герметичного контакта 29, электрически соединенного с электронным счетчиком циклов, необходима для расчета таких трибологических характеристик как путь трения, коэффициент трения и износ подвижного образца.
Машина трения работает следующим образом: на малом плече 7 разноплечего рычага 5 устанавливают неподвижный образец 8, на рабочий вал 3 крепят подвижный образец 9. Образцы соприкасаются по образующей наружными поверхностями. Закрепление образцов 8 и 9 производят с помощью прижимов, болтов, проходящих через сквозные отверстия, и гаек (на чертеже не показаны). На левое плечо рычага 5 подвешивают грузы 11, необходимые для создания нагрузки на малом плече 7 и образцах 8 и 9. Образцы имеют различную ширину, обеспечивающую полное перекрытие неподвижным образцом 8 подвижного образца 9 по ширине. Неподвижный образец 8 имеет ширину 15 мм, подвижный образец 9 имеет ширину 10 мм. Образцы имеют форму  части кольца и соприкасаются наружными поверхностями, что обеспечивает гарантированное попадание водно-абразивной смеси в зону трения. Перед началом работы машины трения система подачи воды, состоящая из емкости для воды 20, водопроводного крана 24, силиконовой трубки 25, перистальтического зажима 26, трубки-дозатора 27, приводится в действие открытием водопроводного крана 24. Включение электродвигателя 17 и движение шарниров 13, шатуна 14, кривошипа 15 и редуктора 16 приводит в действие подвижный рычаг 12, который вращает рабочий вал 3. Маятник 22 дозатора абразива 21, закрепленный на рабочем валу 3, который движется в возвратно-вращательном режиме, приводит в действие систему подачи абразива, состоящую из емкости для абразива 19, дозатора абразива 21 и приемно-направляющей трубки 23, открывает дозатор абразива 21. На обратном ходу маятник 22 закрывает дозатор абразива 21. Порция абразива, попадая в приемно-направляющую трубку 23, направляется в зону трения образцов 8 и 9. Рабочие циклы повторяются в соответствии с планом эксперимента.
0
1
0
1
До установки образцов производится определение массы m. После проведения необходимого числа циклов на износ образцы взвешивают и определяют массу m. По формуле Δm=m- m определяют величину износа каждого образца.
Положительный эффект предполагаемого устройства - машина трения позволяет определять износостойкость материалов в присутствии абразивной и жидкой сред, а также их комбинаций, при высоких удельных нагрузках, малых скоростях относительного перемещения в возвратно-вращательном режиме подвижного образца. При проведении экспериментов обеспечивается любое число рабочих циклов, что сокращает время для определения износостойкости пары трения по сравнению с аналогичными натурными испытаниями.