Экспериментальная установка для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин

Изобретение относится к испытаниям, в частности к определению физико-термических свойств резины обрезиненных опорных катков гусеничных машин в различных условиях работы. Экспериментальная установка для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин содержит электродвигатель, испытываемый резиновый образец и механизм нагружения. Механизм нагружения выполнен в виде диска, эксцентрично закрепленного на валу. Один конец вала связан с электродвигателем, а другой - с тахометром. Контактирующая с испытываемым резиновым образцом через сменную, подвижную в направлении деформации испытываемого резинового образца пластину, поверхность образована наружной обоймой подшипника качения, посаженного на диск. Испытываемый резиновый образец с внедренными термопарами и теплоизоляцией на нагружаемых поверхностях установлен на жестком основании механизма нагружения. Достигается создание малогабаритной, простой в эксплуатации экспериментальной установки для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин при различных условиях работы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к испытаниям, в частности к определению физико-термических свойств резины обрезиненных опорных катков гусеничных машин (ГМ) в различных условиях работы.

Обрезиненные опорные катки относятся к числу основных сборочных единиц ходовой части ГМ. Массивные наружные шины обеспечивают лучшую амортизацию, существенно снижая динамические нагрузки на гусеницу и каток и повышая тем самым срок их службы. При достаточной частоте нагружения массив резины не успевает отдавать окружающей среде все выделенное тепло, начинается саморазогрев. Если равновесие между выделенным и отведенным количеством тепла не устанавливается, температура резины будет расти до недопустимого уровня. Для прогнозирования срока службы и надежности эксплуатации обрезиненных катков необходимо проведение испытаний резины под нагрузкой.

Известна установка для испытания модели гусеничного обода, принятая за аналог этого изобретения. В этой установке на стенде имитируют движение обода на твердом несминаемом грунте. Модель гусеничного обода выполняется по законам подобия. В качестве грунта на стенде такой модели обычно применяется бесконечная лента или подобная гусеница, установленная на роликах под опорной ветвью испытуемого обода. Такие условия, при соответствующем подборе материалов ленты, имитируют движение на мягком, но упругом грунте (Забавников Н.А. Основы теории транспортных гусеничных машин. М.: Машиностроение, 1968 г.).

Недостатками описанной установки являются практически натуральные, т.е. большие габаритные размеры, а также сложность измерения температуры в центре массива шины при вращающемся опорном катке.

Известна также машина для определения динамических свойств полимерных материалов (МДМ), принятая за прототип данного изобретения (Испытательная техника. / Под ред. В.В.Клюева. Справочник в двух книгах. Кн.2, М.: Машиностроение, 1982. с.141). В этой машине механизм нагружения состоит из кривошипно-шатунного механизма, снабженного устройством для плавного изменения эксцентриситета в процессе нагружения испытываемого резинового образца, а вращение его обеспечивается через редуктор с переменным коэффициентом передачи от электродвигателя с плавным изменением частоты вращения. Для изменения фазы смещения активного захвата кривошипно-шатунный механизм снабжен устройством, выдающим импульс отметки фазы угла вращения кривошипа в пределах 360°. Сигналы с датчика силы, датчика смещения активного захвата и устройства отметки фазы угла вращения кривошипа поданы на прибор, обеспечивающий измерение усилия, действующего на испытываемый резиновый образец в заданной фазе его деформирования и измерение деформации испытываемого резинового образца в заданной фазе нагружения. В машине имеется термокриокамера, в которой испытываемый резиновый образец вместе с захватами находится в зоне с равномерной температурой. Применение такой машины для испытания резины обода гусеничной машины более целесообразно, чем аналог. Установка имеет меньшие габариты, однако обладает существенными недостатками.

Основными недостатками описанной конструкции являются: сложность эксплуатации в связи необходимостью изменения величины плеча кривошипа для изменения усилия, действующего на испытываемый резиновый образец; невозможность нагружения резинового образца в форме пластины, лежащего на твердом основании; отсутствие возможности измерения температуры внутри массива резинового образца; относительно большие габаритные размеры такой установки.

Технической задачей настоящего изобретения является создание малогабаритной, простой в эксплуатации экспериментальной установки для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин при различных условиях работы.

Поставленная задача изобретения решается в предложенной экспериментальной установке следующим образом. Экспериментальная установка для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин содержит электродвигатель, механизм нагружения и испытываемый резиновый образец. Механизм нагружения выполнен в виде диска, эксцентрично закрепленного на валу, с посаженным на диск подшипником. Один конец вала связан с электродвигателем постоянного тока, а другой - с тахометром. Поверхность, контактирующая с испытываемым резиновым образцом через сменную, подвижную в направлении деформации испытываемого резинового образца пластину, образована наружной обоймой подшипника качения, посаженного на диск. Испытываемый резиновый образец с внедренными в него термопарами и теплоизоляцией на нагружаемых поверхностях установлен на жестком основании механизма нагружения.

Определение толщины сменной пластины для требуемой длительности и амплитуды нагружения испытываемого резинового образца производится по следующей экспериментальной зависимости:

где σ - толщина сменной пластины; R - радиус наружной обоймы подшипника качения, посаженного на диск; ε - величина эксцентриситета закрепления диска на валу; δ_К - максимальная деформация резины обода опорного катка гусеничной машины; R_К - радиус опорного катка гусеничной машины; h - толщина испытываемого резинового образца в несжатом состоянии, при этом коэффициент от 1,0 до 1,2 выбирается в зависимости от упругости материала теплоизоляции горизонтальных поверхностей.

Изобретение поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображена схема экспериментальной установки для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин, на фигуре 2 изображено сечение экспериментальной установки по А-А фиг.1. Фигура 3 иллюстрирует расчетную схему экспериментальной установки в соответствии с фигурой 2.

Экспериментальная установка для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин содержит электродвигатель 1, испытываемый резиновый образец 2 и механизм нагружения. Механизм нагружения, моделирующий циклическое сжатие испытываемого резинового образца 2, выполнен в виде диска 3 с подшипником 4, эксцентрично закрепленного на валу 5. Кинематическая схема установки размещена на жестком основании 6, предназначенном для гашения вибраций, возникающих во время эксперимента. Вал 5 закреплен в опорах 7 на подшипниках 8, приводящийся во вращение через редуктор 9, 10. На валу 5 также установлен оптический модулятор 11, представляющий совместно с оптическим датчиком 12 тахометр для измерения его частоты вращения. Поверхность диска 3, образованная наружной поверхностью подшипника качения 4, посаженного на диск 3, и контактирующая с испытываемым резиновым образцом 2 через сменную, подвижную в направлении деформации образца пластину 13, которая предназначена для равномерного распределения сжимающей силы на испытываемый резиновый образец. Для предотвращения возникновения сдвиговых нагрузок на испытываемый резиновый образец 2 пластина 13 свободно посажена на направляющие стойки 14. Этой же цели служит подшипник 4. Боковая теплоизоляция испытываемого резинового образца (не показана) применена для ликвидации теплоотдачи в окружающую среду. Горизонтальные поверхности испытываемого резинового образца также теплоизолированы от основания 6 и пластины 13. Внедренные в испытываемый резиновый образец термопары 15 предназначены для измерения температуры внутри него.

Работа установки заключается в следующем.

До проведения эксперимента для конкретной ГМ рассчитывают частоту N_к, длительность τ_к и величину деформации δ_к площади контакта резиновой шины опорного катка с беговой дорожкой гусеницы (фиг.3). Исходными данными являются: скорость движения ГМ V_м; радиус опорного катка R_K, внутренний радиус резиновой шины R_ш;, модуль сжатия резины шины Е; статическая нагрузка Р_ст на опорный каток.

Величину деформации δ_K рассчитывают по формуле:

Частоту и длительность деформации площади контакта резиновой шины опорного катка с беговой дорожкой гусеницы рассчитывают по соответствующим формулам:

где α_K - центральный угол окружности R_K, соответствующий площади контакта резиновой шины с беговой дорожкой гусеницы.

Обеспечение при работе установки предварительно рассчитанных по (1), (2), (3) значений поясняет расчетная схема на фигуре 3. Точками В и А обозначены положения эксцентрично закрепленного диска 3, соответствующие началу и максимуму нагружения образца. Задание в эксперименте длительности деформации τ_Э (определяемой величиной угла 2α (фиг.3)) и величины деформации образца δ_э, соответствующих величинам δ_К и τ_К, обеспечивается толщиной σ сменной пластины 13 при известных параметрах установки: эксцентриситете ε посадки диска 5 на валу 4 и радиусе R подшипника 4 (фиг.1, 2, 3). Толщина сменной пластины 13 определяется по экспериментальной зависимости

где коэффициент от 1,0 до 1,2 выбирается в связи с сжимаемостью теплоизоляции горизонтальных поверхностей испытуемого образца.

После расчетов по зависимостям (1)-(4) приступают к эксперименту. Для этого в установку между опорами 7 на жесткое основание 6 под диск 3 с подшипником 4 помещают испытываемый резиновый образец 2 (фиг.1) с предварительно внедренными в него термопарами 15 и накрывают его пластиной 13, надев последнюю на направляющие стойки 14. «Холодные» спаи термопар 15 и оптический датчик 12 тахометра подключают к регистрирующей аппаратуре. Включают питание электродвигателя 1 и по показаниям тахометра, вызванным вращением оптического модулятора 11, регулируют величину напряжения и устанавливают необходимую частоту вращения вала 5 в подшипниках 8 через редуктор 9, 10. Регистрируют температуру саморазогрева образца в интересующие моменты времени пробега ГМ по показаниям термопар 15.

Пример конкретного расчета толщины сменной пластины.

Исходные данные:

скорость движения ГМ V_м=40 км/ч = 11 м/с;

радиус опорного катка R_K=0,2 м;

внутренний радиус резиновой шины опорного катка ГМ R_ш=0,16 м;

модуль сжатия резины шины Е=2·10⁶ Н/м;

статическая нагрузка на опорный каток Р_ст=2·10 Н;

толщина испытуемого резинового образца в несжатом состоянии h=0,04 м;

величина эксцентриситета закрепления диска на валу ε=0,02 м;

радиус наружной обоймы подшипника качения, посаженного на диск, R=0,13 м.

Результаты расчетов:

величина деформации δ_K=Р_ст/E=0,01 м;

частота и длительность деформации

толщина сменной пластины при теплоизоляции горизонтальных поверхностей испытуемого образца паронитом, для которого коэффициент равен 1.

Предложенная экспериментальная установка для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин прошла испытания в лаборатории заявителя с положительными результатами и является малогабаритной, простой в эксплуатации и позволяет определять температуру саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин при различных условиях работы.

1. Экспериментальная установка для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин, содержащая электродвигатель, механизм нагружения и испытываемый резиновый образец, отличающаяся тем, что механизм нагружения выполнен в виде диска, эксцентрично закрепленного на валу, один конец которого связан с электродвигателем, а другой - с тахометром, причем контактирующая с испытываемым резиновым образцом через сменную, подвижную в направлении деформации испытываемого резинового образца пластину, поверхность образована наружной обоймой подшипника качения, посаженного на диск, а испытываемый резиновый образец с внедренными термопарами и теплоизоляцией на нагружаемых поверхностях установлен на жестком основании механизма нагружения.

2. Экспериментальная установка для определения температуры саморазогрева резины обода опорных катков гусеничных машин по п.1, отличающаяся тем, что толщина сменной, подвижной в направлении деформации испытываемого резинового образца пластины для обеспечения требуемой длительности и амплитуды нагружения испытываемого резинового образца определяется по следующей зависимости:

где σ - толщина сменной пластины; R - радиус наружной обоймы подшипника качения, посаженного на диск; ε - величина эксцентриситета закрепления диска на валу; δ_K - максимальная деформация резины обода опорного катка гусеничной машины; R_K - радиус опорного катка гусеничной машины; h - толщина испытываемого резинового образца в несжатом состоянии, при этом коэффициент от 1,00 до 1,2 выбирается в зависимости от свойств теплоизоляции.