Патент на изобретение №2328719

Изобретение относится к испытаниям на изнашивание и может быть использовано для испытания абразивных инструментов и обрабатываемости различных материалов, в частности к испытаниям абразивных кругов, применяемых в процессе шлифования рельсов в пути.

Известна машина для испытания материалов на трение и изнашивание, содержащая основание и установленные на нем держатель контробразца и привод его вращения, узел нагружения, связанный с держателем образца, механизм передачи вращения к держателю образца (см. а.с. СССР 1633343, МПК⁵ G01N 3/56).

К недостаткам данной машины относится то, что вращение задается только контробразцу, а держателю образца вращение передается через сложный механизм, нагрузка на образец задается дополнительным устройством и контролируется при этом только степень износа образца.

Наиболее близкой к заявляемой является машина для испытания материалов на трение и изнашивание, содержащая основание и установленные на нем держатели образца и контробразца и приводы их вращения, измерительную систему, состоящую из датчика угловых скоростей и тензометрических датчиков, установленных на оси контробразца и подсоединенных через аналогово-цифровой преобразователь к ЭВМ, при этом держатель образцов установлен с возможностью продольно-поперечного перемещения относительно оси вращения контробразца и выполнен в виде усеченного конуса (см. патент ПМ №44825, МПК⁵ G01N 3/56).

Недостатком машины являются ограниченные функциональные возможности, так как с ее помощью сложно смоделировать процессы, происходящие при шлифовании рельсов в пути. Кроме того, в процессе проведения эксперимента происходит износ образцов и контробразца, при этом изменяется нагрузка в месте контакта, которую для имитации работы необходимо поддерживать постоянной.

Техническая задача заявляемого решения состоит в расширении функциональных возможностей машины.

Поставленная задача достигается тем, что машина для испытания материалов на трение и изнашивание, содержащая платформу и установленные на ней держатели образца и контробразца, приводы их вращения и измерительную систему, состоящую из датчика угловых скоростей и тензометрических датчиков, установленных на оси контробразца, подсоединенных через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) к ЭВМ, измерительная система дополнительно содержит блок измерения перемещений контробразца и блок регистрации параметров поверхности образцов, электрические выходы которых подсоединены к АЦП, при этом привод вращения контробразца подсоединен к АЦП через датчик тока и преобразователь «ток-давление», а платформа установлена с возможностью перемещения по направляющим посредством пневмопривода, подсоединенного через сервоклапан подачи сжатого воздуха к ЭВМ.

На чертеже представлена общая схема машины для испытания материалов на трение и изнашивание.

Машина содержит основание, на котором установлены платформа 1 с возможностью поступательного перемещения по направляющим 2 посредством пневмопривода 3, закрепленные на ней держатель 4 контробразца 5, привод вращения последнего 6, подсоединенный одним своим концом к основанию, а другим – к подвижной платформе 1, держатель 7, выполненный в виде диска с размещенными по его окружности образцами 8, привод его вращения 9, выполненный в виде коробки скоростей 10, соединенной с электрическим двигателем 11 посредством зубчатой передачи 12, и измерительную систему, состоящую из тензометрических датчиков 13, 14, выполненных в виде динамометрических подшипников – радиального и радиально-упорного, датчика угловой скорости 15, установленных на оси вращения контробразца 5, блока регистрации параметров поверхности образцов 16, содержащего температурные датчики и датчики перемещений, блока измерения перемещений 17 платформы, содержащего датчик перемещений, преобразователя «ток-давление» 18, вход которого подсоединен к датчику тока 19, подсоединенному к приводу вращения 6 контробразца 5 и сервоклапана 20, причем электрический вход последнего и выход преобразователя 18 подсоединены через аналогово-цифровой преобразователь 21 к ЭВМ, с установленной на ней расчетной программой, для регистрирации параметров изнашивания образцов в режиме реального времени.

Работа машины осуществляется следующим образом.

На ЭВМ задается режим подготовки к испытанию, при этом платформа 1 перемещается по направляющим 2 в крайнее нерабочее положение и фиксируется. В держателе 4 устанавливается и фиксируется испытываемый контробразец 5 (шлифовальный круг), а на держателе 7 устанавливаются и фиксируются образцы 8 (отрезки рельсов длиной 250÷300 мм). В ЭВМ задается программа проведения эксперимента, а в коробке скоростей 10 устанавливается необходимая при этой программе скорость вращения держателя 7 образцов 8. Запускается программа испытания, при этом включаются приводы вращения 6 и 9, а блок 16 производит измерения параметров поверхности образцов до испытаний. Снимается фиксация передвижения платформы 1. Через сервоклапан 20 в рабочую полость пневматического цилиндра 6 подается сжатый воздух, под действием которого платформа 1 начинает перемещаться к держателю образцов 7 до момента соприкосновения контробразца 5 с образцами 8, при этом блок 16 фиксирует нулевое положение платформы 1. Момент на валу двигателя привода 6 контробразца 5 возрастает, и потребляемый им ток увеличивается, при этом сигнал с датчика тока 19 поступает в преобразователь «ток-давление» 18, преобразуется в числовое значение усилия прижатия контробразца 5 к образцам 8 и, пройдя через аналогово-цифровой преобразователь 21, фиксируется расчетной программой в ЭВМ, которая производит сравнение полученного сигнала с параметрами программы испытаний. Затем в соответствии с программой через аналогово-цифровой преобразователь 21 на электрический вход сервоклапана 20 поступает управляющий сигнал для корректировки работы пневмопривода 3. Программой испытания также фиксируются сигналы, поступающие в ЭВМ, через аналогово-цифровой преобразователь 21 с тензометрических датчиков 13, 14 и датчика угловой скорости 15 и по величине данных сигналов производится корректировка работы привода 6. Параллельно производятся измерения параметров поверхности образцов 8 блоком 16, а блоком 17 величины перемещения платформы 1, связанной с износом контробразца 5, и их значения подаются через аналогово-цифровой преобразователь 21 в ЭВМ, в которой производится вычисление металла, снятого с поверхности образцов 8, величины износа контробразца 5 и определяется скорость разрушения пары изнашивания. В случае превышения номинальных нагрузок для привода вращения контробразца 5 срабатывает аварийный сброс давления в пневмоприводе 3 и происходит мгновенное размыкание пары изнашивания.

В процессе работы машины измерительная система производит регистрацию и обработку сигналов, поступающих в ЭВМ, через аналогово-цифровой преобразователь 21, с блоков 16, 17, тензодатчиков 13 и 14, датчика измерения угловой скорости 15 и преобразователя «ток-давление» 18. Результат выдается на экран или принтер в виде таблиц и графиков. После окончания цикла испытания производятся измерения геометрических параметров образцов 8 и контробразца 5 относительно их начальных параметров.

Использование предлагаемой конструкции машины позволяет контролировать силовые и скоростные характеристики процесса изнашивания непрерывно в момент проведения испытания, обеспечить сохранность оборудования и личную безопасность обслуживающего персонала при возникновении аварийных ситуаций в процессе эксплуатации машины.

Формула изобретения

1. Машина для испытания материалов на трение и изнашивание, содержащая платформу и установленные на ней держатели образца и контробразца, приводы их вращения и измерительную систему, содержащую датчик угловых скоростей и тензометрические датчики, установленные на оси контробразца, подсоединенные через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) к ЭВМ, отличающаяся тем, что измерительная система дополнительно содержит блок измерения перемещений контробразца и блок регистрации параметров поверхности образцов, электрические выходы которых и привод вращения контробразца через датчик тока и преобразователь ток-давление подсоединены к ЭВМ.

2. Машина для испытания материалов на трение и изнашивание по п.1, отличающаяся тем, что платформа установлена с возможностью перемещения по направляющим посредством пневмопривода, подсоединенного через сервоклапан подачи сжатого воздуха к ЭВМ.

РИСУНКИ