Лабораторная установка для исследования газоабразивного изнашивания
Владельцы патента RU 2287800:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к испытательной технике. Установка состоит из бункера, смесителя, камеры, держателя образца. Для придания образцу колебательных движений как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости в установке применен вибровозбудитель, а конструкция держателя образца позволяет производить растягивающие или сжимающие деформации образцов. Технический результат: расширение функциональных возможностей и повышение достоверности испытаний. 3 ил.
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания резин, пластмасс, металлов и других материалов на износ.
Известна установка (Гребнев Л.В. О влиянии напряженно-деформированного состояния стальных образцов на износ в потоке абразивных частиц / Л.В.Гребнев, Н.С.Пенкин // Трение и износ. - 1984. - Т.5. - №3. - с.551-555), состоящая из камеры, устройства для подачи абразива и держателей образцов, позволяющих производить растяжение образцов. Эта установка работает на основе центробежного метода для испытаний материалов на газоабразивное изнашивание.
Недостатком известной конструкции является то, что незначительные деформации растяжения можно придавать только стальным образцам. Придание небольших деформаций растяжения высокоэластичным материалам на этой установке проблематично. Кроме того, затруднена оценка износа растянутых образцов из высокоэластичных материалов вследствие их разрыва.
Известна лабораторная установка (Бирюков В.И. Абразивное изнашивание газопромыслового оборудования / В.И.Бирюков, В.И.Виноградов, В.Н.Мартиросян. - М.: Недра, 1977. - 207 с.; Марей А.И., Извозчиков В.В. Определение износа резин в потоке абразивного зерна // Фрикционный износ резин. - М.: 1964. - с.216-222), включающая бункер, смеситель, камеру, держатель образца. Эта установка работает на основе струйного метода для испытания материалов на износ при газоабразивном изнашивании.
Недостатком известной конструкции является ограниченные функциональные возможности, так как при помощи подобной установки можно испытывать материалы на износ только в условиях статического положения образца по отношению к абразивному потоку.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является расширение функциональных возможностей лабораторной установки и повышение достоверности испытаний высокоэластичных материалов на износ.
Для достижения указанного технического результата в известной конструкции лабораторной установки включающей бункер, смеситель, камеру, держатель образца, согласно изобретению для придания образцу колебательных движений применен вибровозбудитель, а конструкция держателя образца позволяет производить растягивающие или сжимающие деформации.
Анализ существенных признаков, отличающих заявляемое решение от признаков известных технических решений, сходства не обнаружил, что позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями.
На фиг.1 изображена схема лабораторной установки; на фиг.2 - схема держателя образца; на фиг.3 - в качестве примера приведены данные исследований влияния частоты колебаний n на относительную износостойкость по массе Im образца из резины марки ИРП-10214, изготовленной на основе каучука СКС-30АРКМ-15, при постоянных амплитудах колебаний А: 1-А=2 мм; 2-А=4 мм. Испытания проводились при угле атаки 70°.
На фиг.1 показана схема установки, в состав которой входит смеситель 1, камера 2, вибровозбудитель 3, держатель образца 4, бункер 5, пластина 6, толкатель 7.
Отличие предлагаемой конструкции от известной заключается в придании образцу колебательного движения. Это достигается путем применения вибровозбудителя 3, который через толкатель 7 связан с пластиной 6, на которой закреплен держатель образца. В качестве вибровозбудителя могут применяться вибрационные механизмы любого типа. Кроме того, применение специального держателя образца позволяет производить малые относительные растягивающие удлинения или сжатие образца.
Установка работает следующим образом.
Абразивный материал 8 из бункера 5 по резиновой трубке 9 поступает в смеситель 1. Воздух, пройдя цикл технологической подготовки, из нагнетающей магистрали 10 также поступает в смеситель, в котором происходит смешивание воздуха с абразивом и образуется газоабразивный поток. Для контроля давления воздуха в нагнетающей магистрали применен манометр 11. Контроль разряжения в смесителе осуществляется вакуумметром 12. Скорость газоабразивного потока изменяется с помощью регулятора давления 13 в нагнетающей магистрали. Подача абразива в смеситель возможна при снятии зажима с трубки 14. Расход абразива из бункера задается размером калиброванного отверстия в сменной износостойкой вставке 15. Газоабразивный поток формируется в сменной износостойкой вставке 16 с калиброванным отверстием.
С целью обеспечения плавной регулировки плотности газоабразивного потока смеситель снабжен сообщающимся с внешней средой отверстием с регулируемым вентилем 22. Воздух из внешней среды, попадая через вентиль в смеситель, понижает разряжение в ней и уменьшает инжекционный эффект. В результате уменьшается количество поступающего из бункера абразива и плавно снижается плотность газоабразивного потока.
Смеситель имеет возможность перемещаться в вертикальной плоскости, что позволяет плавно регулировать расстояние от сопла 1 до образцов, установленных в держателе образца 2 в пределах от 10 до 75 мм.
Держатель образца 4 (фиг.2) включает корпус 19, ползун 20, микрометрический винт 22. Держатель образца работает следующим образом: испытуемый образец 17 устанавливается в держатель образца 2 и крепится при помощи прижимных планок 18. Одна из сторон (ползун) 20 в держателе образца подвижная. Путем ввинчивания микрометрического винта 22 в ползун осуществляется растяжение или сжатие образца. Величина растяжения или сжатия контролируется путем нанесения рисок на образце. Далее образец с держателем образца помещается в газоабразивный поток под определенным углом при закреплении их на пластине 6. Пластина 6 через толкатель 7 связана вибровозбудителем 3, который придает образцу заданные колебания. В установке предусмотрена возможность изменения направления колебаний с вертикальной плоскости на горизонтальную. Для этого вибровозбудитель крепится непосредственно к пластине 6 (фиг.1), а толкатель 7 снимается с установки. Отработанный абразив выводится из камеры через отверстие 23.
После завершения испытаний снимается держатель образца 2 с установки, а затем с держателя образца снимается образец 17. Далее производится очистка образца от частиц абразива и взвешивание. Оценка величины износа оценивается разностью между массой не изношенного и изношенного образца. После этого процесс испытаний повторяют.
С помощью предлагаемой установки можно проводить лабораторные испытания различных материалов в следующих режимах:
1. Проводить газоабразивное изнашивание струйным методом;
2. Проводить газоабразивное изнашивание струйным методом в условиях колебания образца. Причем можно варьировать направление колебаний;
3. Проводить газоабразивное изнашивание струйным методом в условиях деформаций растяжения или сжатия образца;
4. Проводить газоабразивное изнашивание струйным методом в условиях колебаний и малых деформаций образца.
При проведении экспериментов можно:
1. Варьировать скоростью потока абразивных частиц;
2. Варьировать крупностью абразивных частиц крупностью до 3 мм;
3. Изменять в широком диапазоне амплитуду и частоту колебаний;
4. Производить малые относительные растягивающие или сжимающие удлинения высокоэластичных материалов;
5. Варьировать расстоянием от сопла до образца;
6. Применять образцы различной толщины;
7. Производить изнашивание при различных углах атаки;
Все это способствует значительному расширению функциональных возможностей предлагаемой установки.
На фиг.3 в качестве примера приведены данные исследований влияния частоты колебаний n на относительную износостойкость по массе Im образца из резины марки ИРП-10214, изготовленной на основе каучука СКС-30АРКМ-15, при постоянных амплитудах колебаний А: 1-А=2 мм; 2-А=4 мм. Испытания проводились при угле атаки 70°.
Данные испытаний показали: износ резины под действием колебаний меньше, чем при отсутствии колебаний, причем уменьшение износа идет до определенной амплитуды или частоты колебаний, а затем начинает постепенно расти.
Лабораторная установка для испытания материалов на газоабразивное изнашивание, включающая бункер, смеситель, камеру, держатель образца, отличающаяся тем, что для придания образцу колебательных движений как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях в установке применен вибровозбудитель, а конструкция держателя образца позволяет производить растягивающие или сжимающие деформации образцов.
