В статье авторы представляют комплекс оборудования для испытаний материалов на изнашивание абразивом в условиях низких температур.
Ключевые слова: лабораторная установка, износ, долговечность, комплекс оборудования.
Абразивное изнашивание в условиях низких температур является наиболее распространённым видом изнашивания деталей самого различного оборудования, эксплуатируемого в северных районах страны, Сибири и Дальнего Востока. В условиях низких температур срок службы деталей машин различного назначения резко снижается из-за интенсивного износа рабочих поверхностей. Это приводит к снижению основных технико-экономических показателей техники, поэтому повышение долговечности деталей машин, эксплуатируемых в условиях низких температур, является важной народно-хозяйственной задачей.
Одним из важных направлений в изучении механизмов и закономерностей изнашивания материалов в условиях низких температур является применение существующих и разработка новых методов триботехнических испытаний. Методы испытаний обеспечивают экспрессную экспериментальную оценку эффективности применения новых материалов и методов повышения долговечности быстроизнашиваемых деталей машин по показателям износостойкости.
Важнейшим условием получения достоверных данных об износостойкости материалов является обеспечение моделирования параметров процесса изнашивания в процессе испытаний. При эксплуатации оборудования в условиях низких температур можно выделить следующие схемы взаимодействия абразива с рабочими поверхностями деталей — при трении, при ударе и при ударе с последующим трением. Каждая из рассмотренных схем характеризуется своим механизмом изнашивания. При этом в зависимости от условий работы оборудования определенная схема взаимодействия является преобладающей и, следовательно, именно она должна учитываться при проведении триботехнических испытаний.
В данной работе рассмотрен комплекс триботехнических установок, позволяющий моделировать рассмотренные схемы взаимодействия абразива с рабочей поверхностью детали в условиях низких температур.
Для изучения процессов изнашивания материалов ударом по абразиву используется конструкция установки, реализующая ГОСТ 23.212- 82. Метод испытаний материалов на изнашивание при ударе в условиях низких температур. [1]
Кинематическая схема испытательной установки приведена на рис. 1. Она содержит ударный механизм, привод, механизм перемещение изнашивающей ленты, систему охлаждения образца и механизм удаления продуктов изнашивания.
Ударный механизм представляет собой ударник 10, в котором закрепляется контробразец 11 и сменные грузы 22.
Конструктивно привод установки выполнен следующим образом. От электродвигателя постоянного тока 1 (тип П11, мощность 0,7 кВт) вращения через червячный редуктор 2 передаётся на приводной двухручьевой шкив 3 и от него через клиноремённые передачи на шкивы 4,5. Шкив 4 неподвижно закреплён на валу 7 и вращается вместе с закреплёнными на этом же валу кулачками 8,9. Шкив 5 может свободно вращаться на валу 6.
Подъём шпинделя 10 с установленным в нём контробразцом 11 и грузами 22 на высоту, обусловленную геометрией кулачка, осуществляется кулачком 8.
Лента 12 перемещается периодически между ударами по образцу 13. Перемещение ленты осуществляется от кулачка 9, при вращении которого рычаг 14 и на кольце 15, обеспечивается колебательное движение последнего на станице храпового колеса 16. При этом, благодаря собачке 17 храпового механизма, установленной на кольце 15, осуществляется периодический поворот вала 6 на угол, обусловленный геометрией кулачка 9 и соотношением плеч рычага 14. Кулачки 8 и 9 установлены таким образом, что поворот вала 6 осуществляется во время подъёма шпинделя 10. При повороте вала 6 лента 12 перемещается при помощи барабана 18 и резинового прижимного ролика 19. Отработанная лента поступает на приёмную кассету 20, снабжённую специальным механизмом равномерной намотки. Противонапряжение создаётся фрикционным устройством, расположенным на одном валу с кассетой 21.
Охлаждение образцов и поддержание их заданной температуры достигается с помощью теплоизолированной камеры, во внутреннюю полость которой попадает охлаждающая среда, в качестве которой используется жидкий азот. Интенсивность и объём подачи охлаждающей среды регулируются системой автоматического поддержания температуры, управляемой сигналами, поступающими от термопары, закрепляемой вблизи испытываемого торца образца.
Продукты изнашивания удаляются струёй охлажденного сжатого воздуха.
Рис. 1. Кинематическая схема привода установки для испытаний на изнашивание ударом в условиях низких температур
Для испытаний на изнашивания при ударе с трением разработана конструкция установки, которая является модернизацией ранее описанной. [2] Кинематическая схема модернизированной установки представлена на рис. 2.
Ударный механизм содержит ударник 1, в котором закреплен контробразец 2 и сменные грузы 3.
Система управления ударным механизмом 7, содержит программное устройство, включающее и выключающее в соответствие с программой испытаний соленоид 6, который закреплен на вертикальной плите 8, перемещаемой по направляющим 9 вверх или вниз при помощи реечной передачи 10–11, управляемой шаговым электродвигателем 12 через передаточный механизм 13.
Механизм перемещения абразивной ленты обеспечивает постоянное движение ленты 5. Подающий ролик 14 перемещает абразивную ленту 5 при помощи привода, состоящего из электродвигателя постоянного тока 15, редуктора 16, клиноременной передачи, состоящей из ведущего 17 и ведомого 18 шкивов. Натяжение абразивной ленты 5 обеспечивается обрезиненным прижимным роликом 19, подающей 20 и принимающей 21 кассетой и направляющим роликом 22. Охлаждение образца достигается с помощью теплоизолированной камеры 23, идентичной камере в установке для испытаний на удар (рис. 1).
Для испытаний на изнашивание при трении при низких температурах используется установка, реализующая методику в соответствии с методическими рекомендациями МР 244–87. [3] Кинематическая схема установки приведена на рис. 3. Она содержит привод, механизм нагружения и систему охлаждения образца.
Рис. 2. Схема установки для испытаний материалов на изнашивание при ударе с трением в условиях низких температур
Рис. 3. Схема установки для испытаний на изнашивание трением в условиях низких температур
Механизм нагружения содержит шпиндель 6 и сменные грузы 7. Система охлаждения включает закреплённую в шпиндель при помощи кольца 5 теплоизолированную камеру 3, во внутреннюю полость которой подается охлаждённая среда 4, в качестве которой используют пары жидкого азота. Интенсивность и объём подачи охлаждающей среды регулируют блоком автоматического поддержания температуры, управляемым сигналом, поступающим от закрепленной в образце термопары 2.
Конструктивно привод установки выполнен следующим образом. От реверсивного электродвигателя 8 вращение через редуктор 9 передаётся с помощью клиноремённой передачи 10 на вал 11. На валу на скользящей шпонке установлено зубчатое колесо 12, которое входит в зацепление с зубчатым колесом 13, жестко соединённым с барабаном 14. При вращении барабан одновременно движется вдоль неподвижно закреплённого ходового винта 16. Таким образом, путь трения образца по абразивной поверхности представляет собой винтовую линию. Передвижение зубчатого колеса 12 вдоль вала по мере движения барабана осуществляется с помощью скользящих опор 17. Привод обеспечивает скольжение образца 1 по абразивной поверхности 15, закреплённой на пустотелом барабане 14.
Представленный комплекс оборудования позволяет моделировать различные схемы взаимодействия материала с абразивом в широких диапазонах варьирования параметров процесса изнашивания. [4]
Литература:
- ГОСТ 23.212- 82 Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытаний материалов на изнашивание при ударе в условиях низких температур. –М.: Из-во стандартов, 1982.
- Установка для испытания материалов на абразивное изнашивание: пат.2691639 Рос. Федерация. № 2018115326 / Грядунов С. С., Сиваков В. В.заявл.24.04.2018; опубл. 17.06.2019, Бюл. № 17. 9 с.
- Обеспечение износостойкости изделий. Повышение долговечности поверхностей, изнашиваемых в условиях низких температур, методами наплавки. // МР 244–87. –М.: ВНИИНМАШ, 1987.
- Грядунов С. С., Сиваков В. В. Методические основы триботехнических испытаний рабочих органов строительных и дорожных машин // Строительные и дорожные машины. 2022. № 4. С. 11–16.
