МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДЕТАЛЕЙ НА АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
MACHINE FOR TESTING PARTS FOR ABRASIVE WEAR

Изобретение относится к испытательной техники, в частности, к устройствам для испытания поверхностей деталей на трение и износ в условиях абразивного изнашивания, и может быть использовано для испытания материалов в условиях механического изнашивания.
Известно устройство для испытания на абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих, строительных и дорожных машин [Патент RU №2071602, G01N 3/56, опубл. 10.01.1997], которое содержит емкость с абразивной средой - грунтом, закрепленную на станине станка, вал с образцами, закрепленными под определенным углом к направлению движения грунта, с возможностью погружения в грунт на определенную величину.
Недостатком данного устройства является низкая степень приближенности испытания к условиям эксплуатации в виду отсутствия полного спектра восприятия испытываемыми образцами динамических нагрузок.
В качестве прототипа выбрана машина трения для испытания материалов деталей почвообрабатывающих машин на абразивный износ, включающая в себя раму, ротор и емкость с абразивной смесью, испытываемые образцы, закрепленные на цилиндрической поверхности ротора, а ротор погружен в абразивную смесь с углом охвата (200÷210)° и закреплен на выходном валу коробки передач вместе со счетчиком, при этом первичный вал коробки передач связан с валом электродвигателя через муфту. [Патент на полезную модель №66537, G01N, опубл. 10.09.2007].
Недостатком данной машины является низкая степень приближенности испытания к условиям эксплуатации, поскольку условия силового взаимодействия абразивной среды и испытуемого образца находятся на низком уровне.
Технический результат изобретения является повышение адекватности условий испытаний образцов путем создания реальных динамических взаимодействий между испытуемыми образцами и абразивной средой.
Указанный технический результат достигается тем, машина для испытания деталей на абразивный износ, включающая раму, на которой установлены емкость с абразивной смесью и механизм вращения, связанный через муфту с коробкой передач, при этом на выходном валу коробки передач установлены счетчик оборотов и ротор, на цилиндрической поверхности которого закреплены испытываемые образцы, погруженные в абразивную смесь, при этом емкость с абразивной смесью установлена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе, а дно емкости с абразивной смесью снабжено подложкой, при этом на торце ротора закреплен вибровозбудитель, датчик вибрации и датчик силы.
Также указанный технический результат достигается тем, что подложка выполнена из твердотельного абразива.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что дополнительно введены последовательно соединенные пульт ввода данных и блок управления, взаимодействующий с датчиком силы, датчиком вибрации, емкостью с абразивной смесью и вибровозбудителем.
Сущность данного изобретения заключается в том, что емкость с абразивной смесью установлена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе, а дно емкости с абразивной смесью снабжено подложкой, при этом на торце ротора закреплен вибровозбудитель, датчик вибрации и датчик силы.
Также сущность изобретения заключается в том, что подложка выполнена из твердотельного абразива, и дополнительно введены последовательно соединенные пульт ввода данных и блок управления, взаимодействующий с датчиком силы, датчиком вибрации, емкостью с абразивной смесью и вибровозбудителем.
Как известно, детали любого оборудования или устройства в процессе эксплуатации подвергаются воздействию внешних факторов, в том числе -динамическим нагрузкам, такими как удары различной природы и уровня воздействия [Трощенко В.Т. Механическое поведение материалов при различных видах нагружения / В.Т. Трощенко, А.А. Лебедев, В.А. Стрижало и др. // К.: Логос, 2000. - 571 с.], и вибрационные колебания, которые негативно влияют на эксплуатационные свойства поверхности детали, что приводит к усталостному разрушению изделий и, следовательно, снижению ресурса работы конструкций [Блехман И.И., Блехман Л.И., Васильков В.Б., Иванов К.С., Якимова К.С. Об износе оборудования в условиях вибрации и ударных нагрузок // Вестник научно-технического развития. 2012. №11 (63). С. 3-14].
Необходимость в динамическом воздействии на поверхность испытываемых образцов при проведении испытаний на абразивный износ, описана в ГОСТ 28213 и ГОСТ 28215, а также в работе [Ганапольский С.Г., Шипин А.И. Исследование влияния вибрации на интенсивность абразивного износа // Научный журнал «Advanced science». 2017. №3. С. 200-207], где обуславливается, что целью испытаний является определение механических дефектов испытываемых образцов, а также использование этой информации для определения конструктивной прочности или как средство контроля их качества.
В аналогах машины для испытания деталей на абразивный износ адекватность условий при проведении испытаний находится на низком уровне, поскольку на испытываемые образцы не оказывают влияние реальные эксплуатационные динамические нагрузки, так как в их конструкциях отсутствуют механизмы, предназначенные для создания реальных эксплуатационных вибраций и ударных нагрузок, таких как, например, циклические и одиночные удары.
В изобретении реальное динамическое взаимодействие на поверхность испытуемых образцов при проведении испытаний на абразивный износ осуществляются путем перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе емкости с абразивной средой, на дне которой установлена подложка.
За счет перемещения в вертикальной плоскости по заданной программе емкости с абразивной средой осуществляется соударение абразивной подложки, установленной на дне емкости с абразивной смесью, с испытываемыми образцами. При этом непосредственный контакт поверхностей испытываемых образцов и твердотельного абразива, из которого состоит абразивная подложка, обеспечит высокую степень микрорезания и царапания поверхностей [Чичинадзе А.В., Берлинер Э.М., Браун Э.Д. и др. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) // М: Машиностроение, 2003. - С. 107-139], что в свою очередь приближает условия испытания к условиям эксплуатации в виду расширения спектра восприятия испытываемыми образцами динамических нагрузок.
Перемещения в вертикальной плоскости емкости с абразивной средой может быть реализована, например, с помощью, по меньшей мере, одного пневмоцилиндра, который закреплен на раме под емкостью с абразивной смесью.
При этом вертикальное перемещение емкости с абразивной смесью также обеспечивается за счет выполнения торцевой стенки емкости с абразивной смесью в виде кожуха [https://eu-technologies.ru/zapchasti/gofry Дата обращения: 08.08.2018 г.] с отверстием под выходной вал коробки передач, на котором установлен подшипник, на внешнем кольце которого закреплен кожух. Причем площадь кожуха больше площади торцевой стенки емкости с абразивной средой, что обусловлено обеспечением вертикального перемещения емкости с абразивной смесью.
Кроме того, за счет создания вибрационных колебаний, создаваемых в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно оси вращения ротора, осуществляется приближение условий испытаний к условиям эксплуатации путем создания реальных динамических взаимодействий между испытываемыми образцами и абразивной средой [Чичинадзе А.В., Берлинер Э.М., Браун Э.Д. и др. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) // М.: Машиностроение, 2003. - С. 112-114].
Создание вибрационных колебаний, воздействующих на испытываемые образцы в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно оси вращения ротора, может быть реализована, например, с помощью вибровозбудителя [Галицков С.Я., Галицков К.С, Маслов С.Н. Электромеханический вибровозбудитель с автоматически управляемыми амплитудой, частотой и направление колебаний, с. 10-11], который установлен на торцевой части ротора.
Тем самым достигается повышение адекватности условий испытаний образцов путем создания реальных динамических взаимодействий между испытуемыми образцами и абразивной средой.
Задание параметров динамического взаимодействия, таких как: сила ударных нагрузок, приходящихся на поверхность испытываемых образцов; время испытаний; интенсивность и время работы вибровозбудителя; время нахождения в контакте испытуемых образцов с абразивной подложкой; реализуется за счет последовательно соединенных пульта ввода данных и блока управления, взаимодействующего с установленными на роторе датчиками силы и вибрации. Введенные элементы обеспечивают автоматизированное управление работы исполнительных механизмов машины для испытания деталей на абразивный износ.
В ходе проведения испытаний датчик силы передает показания ударных нагрузок, а датчик вибрации передает показания вибрационных и динамических колебаний, приходящиеся на испытываемые образцы, на блок управления, который в зависимости от заданных параметров динамического взаимодействия корректирует работу пневмоцилиндра и вибровозбудителя.
Тем самым достигается указанный в изобретении технический результат.
Структурная схема машины для испытания деталей на абразивный износ в варианте исполнения с пневмоцилиндром и вибровозбудителем приведена на фигуре 1. На фигуре 2 изображена функциональная схема управления пневмоцилиндром и вибровозбудителем.
На фигурах 1, 2 обозначены: 1 - рама, 2 - емкость с абразивной смесью, 3 - механизм вращения, 4 - коробка передач, 5 - муфта, 6 - счетчик оборотов, 7 - ротор, 8 - испытываемые образцы, 9 - датчик силы, 10 - подшипник; 11 - кожух; 12 - пневмоцилиндр, 13 - вибровозбудитель, 14 - блок управления, 15 - пульт ввода данных; 16 - абразивная подложка, 17 - датчик вибрации.
Назначения введенных элементов ясны из их названия.
Машина для испытания деталей на абразивный износ работает следующим образом.
Испытываемые образцы 8 крепятся на роторе 7. В зависимости от эксплуатационных параметров рабочей среды испытываемых образцов 8 подбирается абразивная подложка 16, которая предварительно крепится на дне емкости с абразивной смесью 2. Абразивная смесь так же, как и абразивная подложка 16, подбирается в зависимости от заявленной рабочей среды и факторов, влияющих на износ при их эксплуатации испытываемых образцов 8.
После этого на пульте ввода данных 15 вводят все необходимые данные: сила ударных нагрузок, приходящихся на поверхность испытываемых образцов 8; время испытаний; интенсивность и время работы вибровозбудителя 13; время нахождения в контакте испытуемых образцов 8 с абразивной подложкой 16 (фиг. 2).
Далее механизма вращения 3 создает крутящий момент и передает вращение через муфту 5 на коробку передач 4. Коробка передач 4 обеспечивает требуемую частоту вращения ротора 7, который в свою очередь задает скорость перемещения испытываемых образцов 8 в емкости с абразивной смесью 2 (фиг. 1).
Согласно введенным данных на пульт ввода данных 15 через блок управления 14 осуществляется управление работой пневмоцилиндра 12, который осуществляет подъем емкости с абразивной смесью 2 с заданной частотой и ускорением до соударения абразивной подложки 16 с испытываемыми образцами 8. При этом вибровозбудитель 13 создает необходимые вибрационные колебания.
В свою очередь датчик силы 9 и датчик вибрации 17 передают показания об ударных и вибрационных нагрузках, приходящихся на испытываемые образцы 8 и передают данную информацию на блок управления 14, который в зависимости от заданных параметров динамического взаимодействия корректирует работу пневмоцилиндра 12 и вибровозбудителя 13 (фиг. 2).
Степень износа поверхности испытываемых образцов 8 после проведения испытаний определяют, например, взвешиванием или изменением линейных размеров до испытания и после. Также для более точного и подробного анализа износа поверхностей возможно применение, например, любых металлографических установок.