лабораторная установка для испытания высокоэластичных материалов на трение и износ

Формула изобретения

Лабораторная установка для испытания высокоэластичных материалов на трение и износ, включающая машину трения торцового типа, установленную на основании и содержащую кольцевой сосуд с размещенным в нем контртелом, поперечину, связанную с нагружающим устройством, узлом трения и измерителем момента сил трения, а также привод вращения кольцевого сосуда, систему подачи жидкой среды и дозирующее устройство для незакрепленного абразива, отличающаяся тем, что контртело выполнено в виде металлического кольца, на основании которого, обращенном к узлу трения, выполнен Т-образный кольцевой паз, средний диаметр которого соответствует диаметру установки узлов трения, при этом в днище упомянутого паза выполнены глухие цилиндрические углубления и он разделен радиальными металлическими вставками на равные кольцевые секции, внутри которых заключены контробразцы исследуемого материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания высокоэластичных материалов на трение и износ.

Известна лабораторная установка для испытания высокоэластичных материалов на трение и износ, включающая машину трения торцового типа, установленную на основании и содержащую кольцевой сосуд с размещенным в нем контртелом, поперечину, связанную с нагружающим устройством, узлом трения и измерителем момента сил трения, а также привод вращения кольцевого сосуда, систему подачи жидкой среды и дозирующее устройство для незакрепленного абразива [патент № 2073229 (Россия) по заявке № 93025540)].

Недостатком известной конструкции является ограниченные функциональные возможности, т.к. при помощи подобной установки можно испытывать высокоэластичные материалы на трение и износ только в условиях 100% скольжения по закрепленному или полузакрепленному абразиву в режиме сухого трения или при наличии жидкой среды.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения является расширение функциональных возможностей лабораторной установки, сокращение длительности и повышение достоверности результатов испытаний высокоэластичных материалов на трение и износ.

Для достижения указанного технического результата в известной конструкции лабораторной установки, включающей машину трения торцового типа, установленную на основании и содержащую кольцевой сосуд с размещенным в нем контртелом, поперечину, связанную с нагружающим устройством, узлом трения и измерителем момента сил трения, а также привод вращения кольцевого сосуда, систему подачи жидкой среды и дозирующее устройство для незакрепленного абразива, упомянутое контртело выполнено в виде металлического кольца на основании которого, обращенном к узлу трения, выполнен Т-образный кольцевой паз, средний диаметр которого соответствует диаметру установки узлов трения, при этом в днище упомянутого паза выполнены глухие цилиндрические углубления и он разделен радиальными металлическими вставками на равные кольцевые секции, внутри которых заключены контробразцы исследуемого материала.

Анализ существенных признаков, отличающих заявляемое решение от признаков известных технических решений, сходства не обнаружил, что позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями.

Выполнение контртела в виде металлического кольца на основании которого, обращенном к узлу трения, выполнен кольцевой паз, средний диаметр которого соответствует диаметру установки узлов трения, а также разделение этого паза радиальными металлическими вставками на кольцевые секции, внутри которых заключены контробразцы исследуемого материала, позволит существенно расширить область трибологических и триботехнических испытаний эластомеров, а также повысить достоверность результатов этих испытаний и сократить их длительность, поскольку позволит одновременно размещать внутри контртела контробразцы из одноименного материала, но с разными физико-механическими свойствами (твердостью, модулем упругости и т.д.). Т-образная форма поперечного сечения паза и выполнение в его днище глухих цилиндрических углублений, позволит надежно фиксировать контробразцы внутри контртела. Это позволит, в свою очередь, обеспечить постоянство контакта элементов трибосопряжения, и исключить нежелательное деформирование этих элементов вследствие развивающейся силы трения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого объекта являются существенными и полезными.

На фиг.1 показана схема лабораторной установки; на фиг.2 - схема контртела (вид в плане); на фиг.3 - увеличенное изображение узла трения, взаимодействующего с контртелом.

В состав лабораторной установки входят машина трения торцового типа 1, термостат 2 и дозирующее устройство 3. Машина трения установлена на основании 4 и содержит кольцевой сосуд 5 с размещенным в нем контртелом 6. Машина трения также содержит основную поперечину 7, связанную с нагружающим устройством 8, узлом трения 9 и измерителем момента сил трения 10, а также привод вращения кольцевого сосуда 11. Особенности конструкции этой установки и взаимодействие, входящих в ее состав элементов, подробно рассмотрены в патенте № 2073229.

Отличие предлагаемой конструкции от известной заключается в размещении на дне кольцевого сосуда 5 контртела в виде металлического кольца 12 на основании 13 которого, обращенном к узлу трения 9, выполнен Т-образный кольцевой паз 14, средний диаметр которого соответствует диаметру установки узла трения. Паз при помощи радиальных металлических вставок 15 разделен на равные кольцевые секции 16 и в его днище выполнены глухие цилиндрические углубления 17. Внутри секций размещены контробразцы 18 исследуемого материала.

Узел трения 9 включает силовозбудитель 19, взаимодействующий с рычажным нагрузочным устройством 8 и направляющей 20. К силовозбудителю при помощи держателя 21 прикреплен образец 22, торец которого взаимодействует с контробразцом 18. Этот торец может быть плоским, или на этой плоскости может быть выполнен выступ 23 полусферической, полуцилиндрической, конической или иной формы.

Установка работает следующим образом.

В кольцевых секциях 16 контртела 6 размещают контробразцы 18 исследуемого материала. К силовозбудителю 19 при помощи держателя 21 прикрепляют образец 22 и размещают узел трения в направляющей 20. Далее вводят в контакт элементы трибосопряжения и нагружают при помощи рычажного нагрузочного устройства 8. Для протекания и завершения в эластомерах релаксационных процессов выдерживают трибосопряжение в неподвижном контакте 30-45 сек. После этого включают электропривод 11, приводят контртело во вращение и при помощи измерителя момента сил трения 10 находят силу трения. При взаимном скольжении резин возникают значительные нагрузки, стремящиеся сдвинуть контробразец в вертикальной и горизонтальной плоскости. Этому сдвигу препятствуют соответственно Т-образные выступы на его боковых сторонах и цилиндрические выступы, утопленные в углубления 17.

После завершения испытаний образец разгружают, приподнимают и осторожно переводят через металлическую вставку 15 в следующую секцию контртела, и процесс испытания повторяют.

Т.к. секции являются автономными, то в каждой из них можно размещать контробразцы, выполненные из одноименного материала (резины), но с разными физико-механическими показателями.

Известно, что среди основных ингредиентов наибольшее влияние на эти показатели оказывает содержание техуглерода. Если разделить контртело на шесть секций и разместить в этих секциях контробразцы с содержанием техуглерода 10, 20, 30, 40, 50 и 60 мас. частей (при постоянном составе остальных ингредиентов), то можно исследовать влияние большинства параметров на фрикционные свойства эластомеров. При этом длительность испытаний резко сокращается, т.к. не требуется время на переустановку и перезакрепление контробразцов. За короткий промежуток времени можно получить шесть экспериментальных точек и построить соответствующую кривую.

Практика показала, что если позволяет технологический процесс изготовления резины, то удобно использовать контртело как нижнюю плиту двухплитой пресс-формы. В этом случае вынимают металлическое кольцо 12 из установки и в кольцевых секциях 16 размещают заготовки сырой резиновой смеси с соответствующим содержанием техуглерода и других ингредиентов. Потом закрывают контртело дополнительной верхней плитой в виде плоского кольца, и размещают пресс-форму в прессе. В процессе запрессовки резиновая смесь хорошо заполняет все ее внутренние полости - Т-образный паз и глухие цилиндрические углубления. После вулканизации резины контртело снимают с пресса, охлаждают вместе с контробразцами и устанавливают внутрь кольцевого сосуда. Эта операция позволяет получить надежное крепление контробразцов внутри секций, обеспечить идеально ровную поверхность трения и, кроме того, выдержать одинаковый температурный и временной режим для всех контробразцов. Все эти факторы способствует повышению достоверности результатов испытаний.

В зависимости от среднего диаметра паза и скорости скольжения можно варьировать количество кольцевых секций, разделяющих паз, путем установки или извлечения металлических вставок. Эксперимент показал, что если средний диаметр паза составляет 400 мм, то при v0,01 м/с оптимальным является разделение паза на шесть частей, при 0,01 м/с v0,1 м/с - на три части, при 0,1 м/с v0,2 м/с - на две части. При более высоких скоростях следует все вставки извлечь.

При помощи предлагаемой установки можно проводить лабораторные испытания высокоэластичных материалов в следующих режимах:

- в условиях сухого трения;

- при смазке любым смазочным материалом (водой, глицерином и т.д.);

- при наличии в трибосопряжении полузакрепленного абразива.

При проведении экспериментов можно варьировать нагрузку, скорость и температуру в трибосопряжении, а также изменять форму индентора и выполнять его из разнообразных материалов (резины, металла, пластмассы и т.д.). Все это способствует значительному расширению функциональных возможностей предлагаемой лабораторной установки.