Устройство для сравнительных испытаний материалов на стойкость к абразивному изнашиванию при их перемещении в незакрепленном абразиве

Авторы патента:

Дьяченко Антон Вячеславович (RU)

Феськов Сергей Александрович (RU)

Михальченков Александр Михайлович (RU)

Орехова Галина Владимировна (RU)

G01N3/56 - исследование сопротивления износу или истиранию

Владельцы патента RU 2654951:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к области триботехники, в частности к устройствам и методам исследований на абразивную износостойкость, применительно к деталям с покрытыми или упрочненными рабочими поверхностями, которые эксплуатируются в условиях абразивного изнашивания в незакрепленном абразиве. Устройство содержит несколько испытуемых образцов, прикрепленных к поверхности цилиндрической оправки под определенным углом относительно плоскости ее вращения равноудаленно по оси в разных сечениях, образуя на ней винтовую линию. Технический результат: возможность проведения ускоренных сравнительных испытаний на абразивную износостойкость нескольких образцов одновременно путем их перемещения в незакрепленном абразиве по круговой траектории с изменением угла наклона к плоскости вращения, повышенной перемешиваемостью изнашивающей среды и широкой универсальностью. 2 ил.

Известно устройство (Патент RU №2410668, кл. G01N 3/56, опубл. 27.01.2011) [1], которое позволяет осуществлять испытания на абразивное изнашивание, воспроизводящее условия эксплуатации детали рабочего органа при его прямолинейном движении с изменяемым углом установки к направлению этого движения, несложное в исполнении и проведении экспериментов. В то же время конструкция имеет ряд существенных недостатков: первое - ограниченность применения (низкая универсальность), так как устройство предназначено для конкретных деталей, работающих в конкретных условиях. Второе - необходимость в поступательном движении емкости с абразивным материалом, влекущее усложнение испытательного устройства. Третье - неизменность угла атаки испытуемых образцов, вызывающее необходимость в наличии нескольких оправок.

Наиболее близким к заявленному является устройство, получившее название способ «крыльчатки» (Ю.В. Волков, З.А. Волкова, Л.М. Кайгородцев. Долговечность машин, работающих в абразивной среде. - М.: Машиностроение, 1964, 40 с.) [2]. Изнашивание образцов, закрепленных в держателе в виде крыльчатки, производится путем вращения их в свободно насыпанной в цилиндрический стакан абразивной массе. Наклон образцов к плоскости вращения, по мнению авторов, интенсифицирует процесс изнашивания и способствует перемешиванию абразивного порошка. Недостатками данного способа являются: первое - перемешивание не будет достаточно эффективным, так как испытуемые изделия расположены в одной плоскости; второе - конструкция не предусматривает регулирования углов наклона исследуемых материалов и не ясно из описания, каким должен быть этот угол; третье - такое количество образцов (6 шт.) требует высокой жесткости конструкции.

Целью изобретения является разработка конструкции устройства для проведения ускоренных сравнительных испытаний на абразивное изнашивание в незакрепленном абразиве нескольких образцов с различной износостойкостью одновременно, путем их перемещения по круговой траектории с возможностью изменения угла наклона к плоскости вращения, повышенной перемешиваемостью абразивной среды и широкой универсальностью.

Поставленная цель достигается тем, что опытные образцы со сформированными абразивостойкими покрытиями или прошедшие иную упрочняющую обработку крепятся к поверхности цилиндрической оправки равноудаленно по оси в разных сечениях, образуя на ней винтовую линию. Образцы располагаются под определенным (заданным) углом относительно направления их перемещения.

Экспериментальные образцы представляют собой прямоугольные пластины, на контактирующей с абразивной средой поверхности которых формируются износостойкие покрытия, или они подвергаются упрочняющему воздействию (например, термообработке, пластическому деформированию) с получением различной стойкости к абразивному изнашиванию. Испытания предполагают наличие нескольких образцов. Толщина, длина и ширина пластин должна обеспечивать возможность их крепления к оправке с достаточной жесткостью, а площадь поверхности - прохождение всех процессов, присущих абразивному изнашиванию. Испытуемые образцы крепятся к отфрезерованной поверхности оправки шпилькой, для чего в их торцевой части предусмотрено резьбовое отверстие.

Оправка представляет собой цилиндр, изготовленный из стали или серого чугуна с отфрезерованными в противоположных нескольких плоскостях лысками, длина которого определяется количеством и геометрическими параметрами опытных образцов. Резьбовые отверстия под крепежные шпильки изготавливаются по осевым линиям лысок с соблюдением винтового их расположения, на равноудаленном по длине расстоянии друг от друга. Такое расположение образцов будет обеспечивать повышение степени перемешивания абразивной среды, и соответственно, установленную (оговоренную) экспериментом ее изнашивающую способность вследствие снижения уровня дробления частиц.

Угол наклона образца к плоскости вращения регулируется изменением толщины шайб, устанавливаемых между его торцом и лыской оправки. Возможность установки любого угла наклона опытных образцов позволяет, в определенной степени, сымитировать процесс износа, имеющий место в реальных условиях, а также способствует перемещиванию изнашивающей среды.

Для проведения испытаний могут использоваться любые станки и механизмы с изменяемой частотой вращения выходного элемента и возможностью крепления к нему предлагаемого устройства.

При необходимости, подбором частоты вращения можно установить линейную скорость перемещения, аналогичную движению детали в реальных условиях абразивного изнашивания. Кроме этого, образцы могут подвергаться широкому спектру технологических воздействий, например пластическому деформированию, термоупрочнению, нанесению разного функционального назначения покрытий. То есть разработанная конструкция обладает высокой универсальностью.

Оценка стойкости к абразивному изнашиванию проводится любым известным методом в соответствии с условиями и задачами эксперимента.

Указанная совокупность существующих признаков обеспечивает появление у заявляемого устройства новых свойств, отличных от прототипа. Это, во-первых, - испытуемые образцы крепятся на цилиндрической оправке равноудаленно по оси в разных сечениях, образуя на ней винтовую линию; во-вторых - на оправке размещается несколько образцов с различной износостойкостью поверхностей трения; в-третьих, - устройство позволяет изменять угол образцов относительно плоскости вращения; в-четвертых, - конструкция обеспечивает повышенную степень перемешивания абразивной компоненты; в-пятых, - приспособление обладает высокой универсальностью.

Таким образом, заявленные признаки изобретения соответствуют критерию «новизна».

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, которое включает следующие конструктивные элементы: 1 - оправка; 2 - опытный образец; 3- лыска; 4 - регулировочная шайба; 5 - шпилька; 6 - крепеж для привода.

На фиг. 2 представлена общая схема проведения испытаний, где: 1 - оправка; 2 - опытный образец; 3 - емкость; 4 - абразивная среда; 5 - привод; 6 - крепежная часть оправки.

Проведение испытаний заключается в следующем.

Оправка 1 (фиг. 2) с опытными образцами 2 помещается в емкость 3 с абразивной средой 4. Вращение оправки и образцов осуществляется от привода 5 через ее крепежную часть 6. Емкость размещается (крепится) на суппорте токарного станка. Состав абразивной среды подбирается в соответствии с задачами проводимых исследований. Частота вращения определяется: возможностями станка, условиями и целью испытаний.

Источники информации

1. Патент RU №2410668, кл. G01N 3/56. Устройство для испытаний на абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих, строительных и дорожных машин. A.M. Михальченков, Н.Ю. Кожухова, А.С. Кононенко, П.Н. – Опубл. 27.01.2011, бюллетень №3.

2. Ю.В. Волков, З.А. Волкова, Л.М. Кайгородцев. Долговечность машин, работающих в абразивной среде. - М.: Машиностроение, 1964, 40 с.

Устройство для сравнительных испытаний материалов на стойкость к абразивному изнашиванию при их перемещении в незакрепленном абразиве, отличающееся тем, что несколько испытуемых образцов крепятся к поверхности цилиндрической оправки под определенным углом относительно плоскости ее вращения равноудаленно по оси в разных сечениях, образуя на ней винтовую линию.

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности испытаний на стойкость к абразивному изнашиванию при перемещении изделия в истирающей массе с не жестко закрепленными абразивными частицами.

Установка для испытания на абразивный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин // 2649241

Изобретение относится к испытательной технике. Установка содержит раму, на которой установлен привод вала вращения и емкость с абразивным материалом.

Способ оценки внешних и внутренних параметров узлов трения при испытании в стендовых условиях // 2647338

Изобретение относится к способам оценки внешних и внутренних параметров узлов трения тормозных устройств в стендовых условиях, в частности пар трения ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок.

Способ оценки эффективности смазочных материалов // 2646811

Изобретение относится к исследованию трибологических свойств смазочных материалов, используемых в машиностроении. Способ заключается в эксплуатации пары трения в присутствии смазки, пропускании через нее электрического тока при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения, при этом определяют электрическую емкость между верхней и нижней поверхностями пары трения палец-диск в присутствии слоя смазки и по полученным показаниям судят о диэлектрической проницаемости исследуемого материала и ориентации молекул в слое, при этом чем больше коэффициент упорядоченности молекул в ориентированном слое (ближе к единице), а вектор преимущественной ориентации молекул совпадает с вектором электрического поля, создаваемого вследствие измерения емкости, тем диэлектрическая проницаемость смазочного материала выше и выше смазочные свойства испытуемого образца; совместно с измерениями емкости производят измерение толщины пленки с помощью лазерного измерителя; результаты получают при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения, после чего судят об эффективности смазочного материала и о роли трибоактивных компонентов в составе смазочного материала путем сопоставления данных испытания с требуемыми параметрами.

Способ оценки эффективности смазочных материалов // 2646796

Изобретение относится к исследованию трибологических свойств смазочных материалов, используемых в узлах трения. Способ основан на использовании верхнего и нижнего слоя поверхностей трения в присутствии исследуемого слоя смазки между ними, при этом формируют молекулярную модель пары трения с рандомизированным расположением молекул в смазочном слое с использованием ЭВМ и программы молекулярного моделирования, реализующей методы молекулярной механики, молекулярной динамики и квантовой химии, при этом после размещения двух параллельных слоев поверхностей трения с исследуемым слоем смазки между ними, проводят, используя процедуры минимизации энергии системы, оптимизацию положения молекул в смазочном слое, после чего находят межфазную поверхностную энергию, путем определения разницы энергий системы до взаимодействия смазочного слоя с поверхностью трения и после взаимодействия; затем осуществляют циклический сдвиг верхней поверхности трения относительно нижней, сохраняя параллельность заданное количество раз, повторяя процесс оптимизации положения молекул на каждом шаге сдвига, вследствие чего молекулы в смазочном слое принимают определенное геометрическое расположение в пространстве; после чего с учетом расположения молекул относительно поверхностей трения по известным зависимостям рассчитывают ориентационный коэффициент, а коэффициент упорядоченности молекул в смазочном слое рассчитывают из заданного соотношения, затем с помощью программы молекулярного моделирования рассчитывают потенциальную энергию системы, при этом ориентационный коэффициент, коэффициент упорядоченности молекул в смазочном слое и максимальное значение потенциальной энергии системы коррелируют с напряжением сдвига и, соответственно, силой трения; после чего по полученным данным определяют наиболее эффективное смазочное средство, которое обладает наименьшим напряжением сдвига при наименьшем значении потенциальной энергии системы и наибольших ориентационном коэффициенте и коэффициенте упорядоченности.

Способ определения износостойкости покрытия // 2644440

Изобретение относится к области испытания материалов на износ и может быть использовано при оценке износостойкости поверхностей и покрытий. Сущность: осуществляют склерометрирование наплавленного покрытия, нанесенного на основной материал с последующим измерением геометрических параметров деформации поверхности покрытия.

Стенд для проведения испытаний на колееобразование дорожных композиционных смесей // 2642978

Изобретение относится к технике испытания строительных материалов Стенд содержит термостатированную камеру с размещенным в ней узлом создания усилия на испытуемый образец, имеющим обрезиненное колесо, закрепленное в держателе; выводящимися на пульт управления терморегулятором и измерителем глубины образующейся колеи; выполненным с возможностью движения по горизонтальным направляющим штангам посредством привода с электродвигателем испытательным столом.

Способ определения износостойкости стоматологических восстановительных материалов // 2636398

Изобретение относится к области исследования износостойкости материалов, используемых в стоматологии. Сущность изобретения: замеряют массы, геометрические размеры и шероховатость поверхности образцов эталона и исследуемого материала и помещают их на дно емкости.

Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении (варианты) // 2631082

Группа изобретений относится к области оптических измерений одновременно нескольких параметров изделий, в частности к устройствам для измерения величины износа и температуры изделий при трении.

Способ изготовления образцов для триботехнических испытаний сопряжения типа "вал-вкладыш" // 2627397

Изобретение относится к области исследования механических свойств металлов, в частности их износостойкости, и касается подготовки образцов типа «вкладышей» для испытаний.