Способ и устройство для оперативной оценки износостойкости полимерных и эластомерных материалов при трении по покрытиям дорог
METHOD AND DEVICE FOR IMMEDIATE ASSESSMENT OF WEAR-RESISTANCE OF POLYMER AND ELASTOMERIC MATERIALS BY RUBBING AGAINST ROAD SURFACE

Область, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области испытания полимерных и эластомерных материалов и может быть использовано для оперативной оценки их на износостойкость по бетону, асфальту, заснеженным и ледовым дорогам с целью выбора наиболее перспективных из большого ассортимента разнорецептурных образцов.
Уровень техники
Испытания на износостойкость проводятся разными методами. Например, известна установка для испытания материалов на износ по льду (1. Установка для исследования образца материала на истирание льдом/ патент RU 2542613 С1, 20.02.2015), в которой истирание образцов материала происходит по одному и тому же следу ограниченной радиусом цилиндрической поверхности образца искусственно замороженного льда. Недостатком указанной установки является истирание образцов материала в лабораторных условиях, далеких от естественных условий испытаний.
Известна другая установка для испытания материалов на износ по льду (2. Установка для исследования образца материала на истирание льдом/ патент RU 2542612 С1, 20.02.2015), в которой истирание образцов материала производится по свежей, только что обработанной торцевой поверхности кольцевого образца искусственно замороженного льда. Недостатком указанной установки также является истирание образцов материала в лабораторных условиях, далеких от естественных условий испытаний.
Наиболее близким техническим решением является изобретение (3. Способ исследования образца материала на истирание/ патент RU 2327138 С1, 20.06.2008), в котором с необходимым прижимным усилием образцы испытуемого материала истираются путем их перемещения на буксире транспортным средством по ледяной поверхности, образовавшегося естественным путем на акватории, на заранее заданный путь. Недостатком данного технического решения является невозможность оперативной оценки износа без замера изменения линейных размеров и массы образцов.
Раскрытие изобретения
В настоящее время создается множество модификаций антифрикционных и фрикционных материалов даже на базе одной и той же полимерной или эластомерной основы. Существующими методами испытания их на износостойкость может занять длительное время даже в лабораторных условиях.
Таким образом, существует необходимость преодолеть недостатки уровня техники, чтобы обеспечить возможность оперативной оценки износостойкости испытуемых материалов в натурных условиях и расширить арсенал технических средств.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в оперативной оценке износостойкости материала при трении по выбранному покрытию дороги, исключении времени кондиционирования образцов, а также повышении достоверности полученных результатов.
Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен способ определения износостойкости полимерных и эластомерных материалов, заключающийся в том, что из испытуемых материалов вырезают прямоугольные полосы одной и той же толщины; подвергают вырезанные образцы на изнашивание, проводимое при натурных условиях; при этом радиус кривизны изнашиваемой поверхности подвергаемых испытанию образцов должен быть один и тот же.
Особенность способа по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что испытание на износостойкость проводится при трении скольжения.
Для решения той же задачи и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложено устройство для оперативной оценки износостойкости полимерных и эластомерных материалов при трении по покрытиям дорог, состоящее из каркаса для буксировки, в котором расположены несколько одинаковых модулей, в которых закреплен прямоугольный цилиндрический диск, на цилиндрической поверхности которого закреплены образцы для испытания; в диске выполнены сквозные радиальные пазы, через которые диск закреплен в общем каркасе двумя стержнями, проходящими через одну пару радиальных сквозных, находящихся на одной линии и расположенных перпендикулярно к дорожному покрытию пазов.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
На фиг. 1 представлен модуль для испытания материалов на износ.
На фиг. 2 представлено устройство для буксировки, состоящее из нескольких модулей.
На фиг. 3 представлен другой вариант расположения модулей на устройстве.
Осуществление изобретения
Для реализации способа по настоящему изобретению необходимо устройство для оперативной оценки износостойкости полимерных и эластомерных материалов при трении по покрытиям дорог, состоящее из нескольких одинаковых модулей. Модуль представляет собой жесткий каркас 1, в котором закреплены прямоугольные цилиндрические диски 2. На цилиндрическую поверхность каждого диска 2 закреплены с помощью винта с шайбой 8 три образца 3 для испытания. Образец 3 представляет собой полоску, ширина которой равна толщине диска, а длина равна 1/3 окружности диска 2. На образец 3 через диск воздействуют грузы 4 через осевой стержень 5. На каждом диске 2 выполнены три пары сквозных радиальных пазов 6, расположенных друг от друга на 60° (фиг. 1). Диск 2 закреплен в каркасе 1 двумя стержнями 7, проходящими через одну пару радиальных сквозных, расположенных на одной линии пазов 6. Причем эти радиальные сквозные пазы, сквозь которые продеты стержни, расположены перпендикулярно к дорожному покрытию. Весом грузов 4 можно варьировать в зависимости от поставленной задачи, например, можно одновременно испытать один и тот же материал, т.е. на всех дисках закрепить один и тот же материал, но каждый диск можно нагружать грузами с различным весом или испытать при одной и той же нагрузке разнорецептурные материалы. Радиальные пазы обеспечивают испытуемым образцам постоянный контакт с поверхностью дороги при их незначительных неровностях и большого износа самих образцов. Схема закрепления дисков в перпендикулярных по отношению к дорожному покрытию и на одной линии расположенных сквозных пазов 6 исключает поворот дисков относительно своей оси вследствие возникающего момента трения при скольжении образцов по поверхности дороги. Наибольший угол поворота будет обусловлен только зазором между стержнями 7 и пазами 6, в отличие от другого расположения этих пазов. После соответствующего времени кондиционирования испытуемых образцов по ГОСТ 12423-66 «Пластмассы. Условия кондиционирования и испытаний образцов (проб)», устройство, состоящее из нескольких модулей (фиг. 2), буксируется (не показан) наземным транспортом, например, автомобилем по дороге с тем или иным покрытием, например, по заснеженной или ледовой дороге на заданный участок пути при естественном температурном фоне. Причем для устойчивости и предотвращения устройства от опрокидывания желательно поставить на второй колее такое же устройство (необязательно с таким же количеством модулей), соединенное с первым устройством так, чтобы при буксировке их транспортом каждое из устройств шло по своей колее. При большом количестве испытуемых материалов и вариантов нагружения можно буксировать несколько устройств, состоящих из различного количества модулей. Одинаковый диаметр дисков обеспечивает при одинаковой толщине испытуемых образцов одинаковую внешнюю кривизну поверхности трения, по износу которой можно оперативно судить изнашиваемость того или иного материала. Материал, у которого высокая изнашиваемость, будет иметь большой сегмент изношенной части по сравнению со следом износа более износостойкого материала, у которого будет малый сегмент износа. Так как все образцы были испытаны на одном и том же участке и в одно и то же время, будут исключены влияние особенностей различных участков дороги и влияние суточного изменения температуры. Для испытания новых образцов вынимаются два стержня 7, и переворачиванием диска на 120° достигается поставка нового и выдержанного при температуре окружающего воздуха, но уже закрепленного на диске образца для новых испытаний. Таким образом, можно испытать три новых образца на каждом диске без соответствующего кондиционирования их до температуры окружающего воздуха. При низких температурах окружающего воздуха, например минус 40°С и ниже многие материалы становятся жестче, и потому появляется необходимость замены образцов в теплом помещении, что влечет потерю времени за счет оттаивания и сушки устройства от инея и последующего кондиционирования образцов до температуры окружающего воздуха.. Данный способ оперативной оценки износостойкости материалов существенно сокращает время, необходимое для выборки износостойких материалов за счет исключения взвешивания и замера большого количества испытанных образцов. Такие же испытания можно провести и с различными модификациями резин для шин автомобилей по асфальту, так как основной износ шин происходит во время торможения, то есть во время трения скольжения. В зависимости от поставленной цели после отсева наиболее изнашиваемых материалов по выбранному покрытию дороги испытание повторяется с более износостойкими материалами для отбора наиболее износостойких материалов, с которыми в дальнейшем проводятся лабораторные испытания. Независимое нагружение образцов и одинаковая кривизна истираемой поверхности при испытании по другому варианту расположения модулей (фиг. 3) дает возможность определить, какой из участков полозьев саней наиболее подвержен изнашиванию по той или иной дороге, что позволит конструкторам выбрать материал для соответствующих участков полозьев для саней.
Достоверность результатов испытаний достигается за счет одновременного испытания разных материалов при одних и тех же природных условиях: температура, давление, влажность, кристалличность снега и льда, наконец, влияние солнечной радиации (солнечных лучей). При натурных испытаниях на открытом воздухе невозможно создать одинаковые условия по влажности, по температуре окружающего воздуха даже в течение одних и тех же суток. Поэтому при повторных испытаниях, необходимых для статистики, погрешности, вносимые изменением окружающей среды, неизбежны. Исключается также время, необходимое для кондиционирования следующей партии испытуемых образцов за счет простого поворота диска, с заранее закрепленными испытуемыми образцами, на 120°.
Таким образом, при использовании заявляемого изобретения можно оперативно оценить изнашиваемость испытуемых материалов без замера размеров и веса образцов, сократить время испытаний за счет исключения времени кондиционирования двух последующих партий образцов, повысить достоверность полученных результатов, одновременным испытанием при различных нагрузках образцов из одного и того же материала или большого ассортимента разнорецептурных образцов при одних и тех же климатических условиях. Следовательно, способ и образец по настоящему изобретению расширяют арсенал технических средств.