СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ

Полезная модель относится к испытательной технике и предназначена для определения предельного значения импульса силы, вызывающего начало возникновения пластической деформации в металлических образцах при многократных динамических нагрузках, например, при взаимодействии рабочих кромок рельсов в местах стыков с колесом подвижного состава, что необходимо учитывать при выборе толщины наплавленного упрочняющего слоя, а также при проектировании узлов трения, работающих в условиях динамического нагружения.
Известно устройство для ударных испытаний материалов (RU, №2187790 С7, G 01 M 7/00, опубл. 2002.08.20) /1/, включающее инерционное тело, выполненное с возможностью контакта с объектом испытаний и возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси платформы, средства подъема и сброса платформы и предназначена для исследования демпфирующих свойств материалов с большим внутренним трением.
Известен стенд для ударных испытаний на прочность (RU, №2017129, 6 МПК G 01 N 3/34, опубл. 30.07.94) /2/. С целью расширения функциональных возможностей путем испытаний как при одиночных ударных импульсах, так и при повторных ударных нагружениях после ударного импульса и с последующей выдержкой испытуемого образца заданное время под нагрузкой. Стенд включает ударники, взаимодействующие вдоль продольной оси на инерционную массу с захватами для испытуемого образца. Описанное устройство также не позволяет определить величину предельного воздействующего импульса силы, при котором начинается упругая и пластическая деформация металлического образца.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому устройству является установка для усталостных испытаний образцов материалов (RU, №2020458, 5 G0 1 N 3/32, опубл. 30.09.94) /3/, принимаемая за прототип. Устройство-прототип обеспечивает усталостные испытания материалов, в том числе при ударных нагрузках и включает нагружатель в виде инерционного груза, захват образца, электромеханический привод и устройство для создания ударной осевой нагрузки, кинематически связанное с приводом и включающее ударник (индентор). Однако, установка-прототип, как и описанный выше аналог при возможности осуществления многократного воздействия импульсов силы на образец, не позволяет определить предельные ударные нагрузки, вызывающие начало пластической деформации металлического образца.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является определение предельного импульса силы, при котором возникает пластическая деформация плоской контактной поверхности металлического или биметаллического образца, за счет многократных ударов со стабильным импульсом силы.
Это достигается тем, что индентор с образцом имеет плоскую контактную поверхность заданной величины, а устройство для создания ударной осевой нагрузки выполнено с возможностью воздействия на исследуемый образец стабильным импульсом силы и регистрации количества воздействий.
Технический результат достигается тем, что стенд для динамических испытаний металлических и биметаллических образцов, включающий нагружатель в виде инерционного груза, захват образца, электромеханический привод и устройство для создания ударной осевой нагрузки, кинематически связанное с приводом и индентор, предназначенный для периодического взаимодействия с инерционным грузом и испытуемым образцом, согласно полезной модели, устройство для создания ударной осевой нагрузки содержит шток, установленный с возможностью возвратно-поступательного вертикального перемещения,
расположенный в корпусе между двумя парами направляющих роликов и снабженный роликом подъема, на нижнем конце штока закреплен посредством резьбового соединения сменный индентор, имеющий плоскую контактную поверхность с испытуемым образцом, а на верхнем конце - с нагружателем, объект испытаний установлен на массивном основании корпуса, устройство для создания ударной осевой нагрузки связано с электромеханическим приводом цепной передачей, содержащей ведущую и ведомую звездочки, между которыми жестко закреплена к корпусу продольная опорная планка, на которую опирается ролик подъема штока для удержания звеньев цеп от прогиба, на внешней стороне цепной передачи закреплены два упора с возможностью поочередного зацепления с роликом подъема штока, корпус снабжен счетчиком числа свободных падений штока с нагружателем.
На фиг.1 приведен схематический чертеж стенда для динамических испытаний металлических и биметаллических образцов (вид А-А), на фиг.2 - схема электромеханического привода, на фиг.3 - металлический или биметаллический образец, на фиг.4 - образец после испытаний в разрезе.
Стенд для ударных испытаний металлических образцов (фиг.1), содержит корпус 1 с массивным основанием 2, на поверхности которого закреплен держатель 3 испытуемого образца 4, снабженный захватами 5 и регулировочным винтом 6. В корпусе 1 между двумя парами направляющих роликов 8 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения шток 9, на нижнем конце которого посредством резьбового соединения 10 закреплен сменный индентор 11 с наконечником из твердого сплава, а на верхнем конце размещаются инерционные грузы 12 массой 5, 10, 15, 20, 25 и т.д. кг. На штоке 9 закреплен ролик подъема 13, взаимодействующий с двумя упорами, закрепленными на звеньях цепи таким образом, что в верхнем положении штока 9 после выхода первого упора из контакта с роликом подъема штока второй упор 15 подходит к ролику подъема после свободного падения штока и не препятствует его свободному падению.
Шток 9 с индентором 11 и инерционными грузами 12 составляют устройство для создания осевой ударной нагрузки на испытуемый образец, которое кинематически связано с электромеханическим приводом (фиг.2) цепной передачей 16, содержащей ведущую звездочку 17 и ведомую звездочку 18, между которыми жестко закреплена к корпусу 1 продольная опорная планка 19, для удержания звеньев цепи от прогиба. К корпусу 1 в верхней части закреплен механический счетчик 20 числа ударов индентора 11 об испытуемый металлический образец 4, контактный рычаг которого взаимодействует со штоком 9.
2
2
Устройство работает следующим образом. При вращении с заданной скоростью от редуктора электромеханического привода 21 ведущей звездочки 17 происходит поочередное зацепление (контакт) упоров 14, 15 с роликом 13 подъема штока 9. В верхнем положении штока 9 после выхода первого упора 14 из контакта с роликом 13 подъема штока 9, второй упор 15 подходит к ролику 13 подъема после свободного падения штока и не препятствует его свободному падению. В результате получают многократные удары плоской контактной поверхности индентора 11 о поверхность испытуемого образца. Для испытания образцов из цветных металлов воздействующие нагрузки составляют 10-20 кг/мм, для наплавленных твердых сплавов типа УСЧ -35, 12 H 01 на сталь 3 или сталь 38ХС нагрузка составляет 50-2000 кг/мм. Под действием кинетической энергии инерционной массы начинается пластическая деформация образца, приводящая к возникновению углубления на его поверхности, (фиг.3, 4), площадь которого равна площади контактной поверхности индентора. В конкретном примере выполнения площадь углубления составляет 1 мм. После воздействия заданного количества ударов на различных образцах из одного и того же материала, образцы разрезают, подвергают срезы шлифовке, исследуют под микроскопом деформацию зерен при фиксированном счетчиком количестве ударов и рассчитывают предельную
нагрузку на образец, при которой начинается пластическая деформация, и, следовательно, интенсивность износа детали увеличивается на порядок.
Источники информации:
1. №2187790, С, 7 МПК G 01 M 7/00, опубл. 20.08. 2002.
2. №2017129, 5 МПК G 01 N 3/34, опубл. 30.07.1994
3. №2020458, 5 МПК G 01 N 3/32, опубл. 30.09.94 - прототип.