Стенд для испытаний на износ образцов

G01N3/56 - исследование сопротивления износу или истиранию

Владельцы патента RU 2521754:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции стендов для испытаний на износ дисковых ножей рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов. Стенд содержит пару трения, состоящую из контробразца и испытательного образца в форме диска, закрепленного на валу электродвигателя, и нагружающее устройство. Пара трения состоит из контробразца, выполненного в виде сменной пластины, закрепленной в держателе, и испытательного образца, представляющего собой дисковый нож рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов. Нагружающее устройство включает в себя гидродомкрат, под которым на вертикальных несущих стойках с возможностью перемещения установлена нажимная коробка с закрепленным на ней динамометром сжатия. Стенд содержит установленный под дисковым ножом контейнер, внутри которого на его боковых стенках посредством пружин закреплены пластины, между которыми расположена модель грунта, и бесконтактный микрометр, установленный на опоре. Плоскость измерения бесконтактного микрометра перпендикулярна к плоскости поперечного сечения дискового ножа. Внутри нажимной коробки с возможностью фиксированного горизонтального перемещения установлен держатель со сменной пластиной. Технический результат: возможность в ходе проведения испытаний на износ исследуемого дискового ножа моделировать этапы резания трубопровода в условиях проведения бестраншейной замены трубопроводов, приближенных к реальным. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции стендов для испытаний на износ дисковых ножей рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов.

Из уровня техники [Р50-54-62-88. Обеспечение износостойкости изделий. Метод ускоренной оценки изностойкости материалов трущихся сопряжений. Рекомендации. Утверждены Приказом ВНИИНМАШ №329 от 22.10.1987 г. [он-лайн] [найдено 2012-09-21] Найдено из: портала нормативных документов OPENGOST.RU] известна схема испытательной установки, содержащая вращающийся кольцевой образец, трущийся цилиндрической поверхностью по грани прямоугольного параллелепипеда. Контробразец-параллелепипед совершает возвратно-поступательное перемещение в направлении вектора скорости вращения кольцевого образца. Данная схема предусматривает широкий диапазон изменения контактных давлений (от 0 до предела текучести материалов) и скоростей относительного перемещения. Ее преимущество заключается в постоянстве удельных давлений на контакте благодаря возвратно-поступательному перемещению плоского контробразца. Отсюда возможность точного расчета контактного давления по формулам Герца. Схема имитирует работу материалов в узлах трения с высшими кинематическими парами (линейчатым контактированием сопряженных поверхностей - зубчатые передачи, кулачковые механизмы, цепные передачи и др.).

Из уровня техники известна специальная установка (стенд) для испытания на износ образцов по схеме «образец-колодка» - машина трения [патент РФ №2234074, МПК G01N3/56, опубл. 10.08.2004 г.], моделирующая трибологические процессы в парах трения кулачковых механизмов и механизмов с круговыми звеньями. Стенд содержит пару трения, состоящую из колодки (контробразца) и вращающегося испытательного образца в форме диска, закрепленного на валу электродвигателя, и нагружающее устройство. Вращающийся испытательный образец, имеющий эксцентриситет относительно оси вращения, находится во фрикционном контакте с колодкой (контробразцом). Колодка (контробразец) закрепляется симметрично расположенными прижимными пружинами, предотвращающими ее перекос и заклинивание. При этом она имеет возможность поворачиваться в той же плоскости, что и образец, таким образом, что нормаль к поверхности колодки (контробразца) всегда совпадает с нормалью к поверхности подвижного образца, обеспечивая плотное прилегание поверхностей трения (образца и колодки-контробразца). Нагрузка создается при помощи нагружающего устройства электромагнитного типа. Во время работы (вращения ведущего вала) нагрузка на поверхность трения образца меняется во времени, меняется также линейная скорость в точках контакта в зависимости от угла поворота образца. По совокупности существенных признаков данная установка принята за прототип.

В основу изобретения положена задача создания конструкции стенда для испытания на износ образцов по схеме «образец-колодка», моделирующей в парах трения этапы процесса резания в условиях проведения бестраншейной замены трубопроводов, приближенных к реальным.

Задача достигается тем, что в стенде для испытаний на износ образцов, содержащем пару трения, состоящую из контробразца и испытательного образца в форме диска, закрепленного на валу электродвигателя, и нагружающее устройство, согласно изобретению пара трения состоит из контробразца, выполненного в виде сменной пластины, закрепленной в держателе, и испытательного образца, представляющего собой дисковый нож рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, нагружающее устройство включает в себя гидродомкрат, под которым на вертикальных несущих стойках с возможностью перемещения установлена нажимная коробка с закрепленным на ней динамометром сжатия, дополнительно содержит установленный под дисковым ножом рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов контейнер, внутри которого на его боковых стенках посредством пружин закреплены пластины, между которыми расположена модель грунта, и бесконтактный микрометр, установленный на опоре, причем плоскость измерения бесконтактного микрометра перпендикулярна к плоскости поперечного сечения дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, внутри нажимной коробки с возможностью фиксированного горизонтального перемещения установлен держатель со сменной пластиной.

Указанная задача достигается также тем, что на торце сменной пластины выполнен фигурный паз.

Указанная задача достигается также тем, что фигурный паз имеет форму равнобедренного треугольника.

Указанная задача достигается также тем, что фигурный паз имеет форму, совпадающую с профилем дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопровода.

В паре трения, состоящей из контробразца, выполненного в виде сменной пластины, закрепленной в держателе, и испытательного образца, представляющего собой дисковый нож рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, моделируют этапы процесса резания в условиях проведения бестраншейной замены трубопроводов. Сменная пластина представляет собой модель стенки трубопровода на начальным этапе процесса резания. Сменная пластина, на торце которой выполнен фигурный паз, представляет собой модель стенки трубопровода на последующих этапах процесса резания, характеризующихся различной глубиной внедрения h дискового ножа в сменную пластину, что позволяет моделировать в паре трения этапы процесса резания в условиях проведения бестраншейной замены трубопроводов, приближенных к реальным. В частности, сменная пластина с фигурным пазом, имеющим форму равнобедренного треугольника, представляет собой модель стенки трубопровода на этапе резания, характеризующегося тем, что глубина внедрения h дискового ножа в сменную пластину не превышает высоту рабочей заостренной части дискового ножа h₃ (h<h₃ ), а сменная пластина с фигурным пазом, имеющим форму, совпадающую с профилем дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопровода, - глубина внедрения h дискового ножа в сменную пластину превышает высоту рабочей заостренной части дискового ножа h₃ (h>h₃ ).

Обеспечение условий проведения бестраншейной замены трубопроводов, приближенных к реальным, осуществляют следующими конструктивными признаками.

За счет того, что нагружающее устройство включает в себя гидродомкрат, под которым на вертикальных несущих стойках с возможностью перемещения установлена нажимная коробка с закрепленным на ней динамометром сжатия, оперативно обеспечивают, приближенную к реальным, величину усилия прижатия P сменной пластины к дисковому ножу на этапах процесса резания. Так как стенд дополнительно содержит установленный под дисковым ножом рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов контейнер, внутри которого на его боковых стенках посредством пружин закреплены пластины, между которыми расположена модель грунта, то это позволяет постоянно прижимать модель грунта к вращающемуся ножу, имитируя воздействие грунта на дисковой нож на этапах процесса резания.

За счет того, что внутри нажимной коробки с возможностью фиксированного горизонтального перемещения установлен держатель со сменной пластиной, осуществляют изменение положения держателя со сменной пластиной относительно дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, и как следствие, точки контакта сменной пластины с дисковым ножом на этапах резания.

Установка на опоре бесконтактного микрометра, плоскость измерения которого перпендикулярна к плоскости поперечного сечения дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, обеспечивает оперативное измерение изменения величины диаметра дискового ножа, что позволяет повысить производительность испытаний.

На фиг.1 показан предлагаемый стенд для испытаний на износ образцов (вид сбоку); на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2; на фиг.4 - сменная пластина с фигурным пазом, имеющим форму равнобедренного треугольника; на фиг.5 - сменная пластина с фигурным пазом, имеющим форму, совпадающую с профилем дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопровода.

Стенд для испытаний на износ образцов содержит пару трения, состоящую из контробразца и испытательного образца, и нагружающее устройство. Контробразец выполнен в виде сменной пластины 1, закрепленной в держателе 2 фиксирующими винтами 3. Сменная пластина 1 представляет собой модель стенки трубопровода с необходимыми геометрическими и физическими параметрами на этапах резания в условиях проведения его бестраншейной замены. Испытательный образец представляет собой дисковый нож 4 рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, закрепленный на валу 5. Вал 5, соответственно соединенный посредством муфт 6 и 7 с редуктором 8 и электродвигателем 9, установлен в подшипниках 10, запрессованных в первой 11₁ и второй 11₂ опорах. На валу 5 между муфтой 6 и первой 11₁ опорой установлено средство для измерения частоты вращения дискового ножа 4, выполненное в виде тахометра 12. Нагружающее устройство включает в себя гидродомкрат 13, размещенный на плите 14, установленной на первой 15₁ и второй 15₂ вертикальных несущих стойках, закрепленных на первой 11₁ и второй 11₂ опорах соответственно. Под гидродократом 13 на первой 15₁ и второй 15₂ вертикальных несущих стойках с возможностью перемещения установлена нажимная коробка 16 с закрепленным на ней динамометром сжатия 17 для измерения усилия прижатия P сменной пластины 1 к дисковому ножу 4.

Как видно на фиг.2, внутри нажимной коробки 16 с возможностью фиксированного горизонтального перемещения с помощью регулировочного винта 18 установлен держатель 2 со сменной пластиной 1. Внешняя поверхность стенки нажимной коробки 16 имеет градировку (не показана).

Между первой 11₁ и второй 11₂ опорами под дисковым ножом 4 рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов установлен контейнер 19.

Внутри контейнера 19 на его боковых стенках посредством пружин 20 закреплены пластины 21, между которыми расположена модель грунта 22 (фиг.2 и 3), представляющая собой, например, смесь песка, глины, частиц камней и т.д.

На опоре 23 установлен бесконтактный микрометр 24 для измерения изменения величины диаметра дискового ножа 4 (фиг.2). Плоскость измерения бесконтактного микрометра 24 перпендикулярна к плоскости поперечного сечения дискового ножа 4 рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов.

Как видно на фиг.4, на торце сменной пластины 1 выполнен фигурный паз 25, имеющий форму равнобедренного треугольника. На фиг.5 представлена сменная пластина 1 с фигурным пазом 25, имеющим форму, совпадающую с профилем дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопровода.

Стенд для испытаний на износ образцов работает следующим образом.

Перед началом проведения испытаний исследуемый дисковый нож 4 рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов закрепляют на валу 5 над контейнером 19. Сменную пластину 1 с помощью фиксирующих винтов 3 закрепляют в держателе 2, установленном внутри нажимной коробки 16. Путем перемещения держателя 2 со сменной пластиной 1 внутри нажимной коробки 16 с помощью регулировочного винта 18 устанавливают необходимое его положение относительно исследуемого дискового ножа 4.

Включают электродвигатель 9 с редуктором 8 и приводят во вращение вал 5 с закрепленным на нем исследуемым дисковым ножом 4. Частоту вращения дискового ножа 4 контролируют посредством тахометра 12, установленного на валу 5 между муфтой 6 и первой 11₁ опорой.

Величину диаметра исследуемого дискового ножа 4 контролируют посредством бесконтактного микрометра 24, установленного на опоре 23 таким образом, чтобы его плоскость измерения была перпендикулярна к плоскости поперечного сечения дискового ножа 4.

Включают гидродомкрат 13 и приводят в движение нажимную коробку 16, установленную на первой 15₁ и второй 15₂ вертикальных несущих стойках. Держатель 2 со сменной пластиной 1 опускается вниз к вращающему исследуемому дисковому ножу 4. В результате сменная пластина 1 прижимается к вращающемуся дисковому ножу 4 в точке контакта, которая задается перемещением держателя 2 внутри нажимной коробки 16. Величину усилия прижатия P сменной пластины 1 к дисковому ножу 4 контролируют с помощью динамометра сжатия 17, закрепленного на нажимной коробке 16.

В ходе проведения испытания на износ дисковых ножей 4 пружины 20 контейнера 19 прижимают через пластины 21 модель грунта 22 к вращающемуся исследуемому дисковому ножу 4, тем самым обеспечивается постоянный контакт вращающегося исследуемого дискового ножа 4 с моделью грунта 22.

При этом нож 4 изнашивается за счет абразивного (царапающего) действия частиц модели грунта 22, что повышает адекватность испытаний, т.к. в реальных условиях проведения бестраншейной замены трубопровода дисковый нож контактирует с грунтом.

Моделирование этапов резания трубопровода при его бестраншейной замене осуществляется путем замены сменной пластины 1. Сначала проводят цикл испытаний на износ дискового ножа 4, контактирующего со сменной пластиной 1 без фигурного паза 25. Затем проводят цикл испытаний на износ дискового ножа 4, контактирующего со сменной пластиной 1 с фигурным пазом 25, имеющим форму равнобедренного треугольника, а после этого - со сменной пластиной 1 с фигурным пазом 25, имеющим форму, совпадающую с профилем дискового ножа 4 рабочего органа для бестраншейной замены трубопровода.

После проведения циклов испытаний на износ путем вычислений разности диаметров дискового ножа 4 до испытаний и после определяется величина его износа U по формуле:

где D_д. D_п - диаметры исследуемого дискового ножа 4 до и после испытаний соответственно, м.

Затем рассчитывают величину наработки L исследуемого дискового ножа 4 по формуле:

n - частота вращения дискового ножа, мин -1 ;

t - время испытания ножа, мин.

Заявляемая конструкция стенда позволяет в ходе проведения испытаний на износ исследуемого дискового ножа моделировать этапы резания трубопровода в условиях проведения бестраншейной замены трубопроводов, приближенных к реальным.

1. Стенд для испытаний на износ образцов, содержащий пару трения, состоящую из контробразца и испытательного образца в форме диска, закрепленного на валу электродвигателя, и нагружающее устройство, отличающийся тем, что пара трения состоит из контробразца, выполненного в виде сменной пластины, закрепленной в держателе, и испытательного образца, представляющего собой дисковый нож рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, нагружающее устройство включает в себя гидродомкрат, под которым на вертикальных несущих стойках с возможностью перемещения установлена нажимная коробка с закрепленным на ней динамометром сжатия, дополнительно содержит установленный под дисковым ножом рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов контейнер, внутри которого на его боковых стенках посредством пружин закреплены пластины, между которыми расположена модель грунта, и бесконтактный микрометр, установленный на опоре, причем плоскость измерения бесконтактного микрометра перпендикулярна к плоскости поперечного сечения дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопроводов, внутри нажимной коробки с возможностью фиксированного горизонтального перемещения установлен держатель со сменной пластиной.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что на торце сменной пластины выполнен фигурный паз.

3. Стенд по п.2, отличающийся тем, что фигурный паз имеет форму равнобедренного треугольника.

4. Стенд по п.2, отличающийся тем, что фигурный паз имеет форму, совпадающую с профилем дискового ножа рабочего органа для бестраншейной замены трубопровода.