Пристрій для дослідження матеріалів на абразивне спрацювання

Пристрій для дослідження матеріалів на абразивне спрацювання, який містить випробувальну камеру з абразивним середовищем, виконану у вигляді еластичної оболонки, встановлений у ній утримувач зразка, привід обертання утримувача зразка і засіб для стискання абразивного середовища у вигляді камери тиску, що о хоплює еластичну оболонку і джерело тиску, який відрізняється тим, що містить еластичні перегородки, розміщені між еластичною оболонкою і внутрішньою поверхнею камери тиску, які утворюють вісім порожнин, і золотник, через який порожнини почергово з'єднуються з джерелом тиску, причому чотири верхніх порожнини повернуті відносно нижніх на кут 45°. Винахід відноситься до області випробовування матеріалів на абразивне спрацювання, а саме спрацювання вільним, не закріпленим абразивом; яке є характерним для деталей робочих органів і інструментів сільськогосподарських, гірничих, будівельних, шля хови х і багатьох інших машин, а також елементів обладнання металургійних і нафтопереробних підприємств, заводів будівельних матеріалів. Інтенсивно спрацьовуються арматура та лінійна частина газопроводів, трубопроводів для багатьох твердих сипучи х матеріалів. Відомий пристрій для дослідження матеріалів на абразивне спрацювання, який містить випробовувальну камеру з абразивним середовищем, встановлений у ній утримувач взірця, привід обертання утримувача і засіб для стискання абразивного середовища [Лоренц В.Ф. Износ деталей работающи х в абразивной среде // Труды Всесоюзний конференции по трению й износу в машинах. М.: Издательство АН СССР. - Т. 1-1939. - С. 32-34]. Засіб для стиску абразивного середовища виконаний у вигляді рухомої кришки випробувальної камери, яка передає вертикальне навантаження на абразивне середовище. Недосконалість такої конструкції засобу навантаження проявляється в прориві і заклинюванні абразивних частинок в зазорі між кришкою і камерою. Крім того абразивне середовище у відомому пристрої навантажується односторонньо, тому напруження розподіляються по об'єму випробувальної камери нерівномірно, що приводить до зниження точності випробувань (±7% при дослідженні спрацювання сталі в піску). Суттєвим обмеженням в широкому використанні відомого пристрою є поганий обмін абразивної маси коло взірця. Це приводить до того, що зона спрацювання збагачується дрібними пиловидними частинками: великі зерна - розбиваються, а не розколені масивні частинки під дією відцентрових сил зміщуються до периферії випробувальної камери. Насичення зони взаємодії поверхні взірця з абразивним середовищем подрібненими частинками міняє сам характер взаємодії: замість спрацювання робочої поверхні взірця відбувається її шаржування абразивом. Механізм цього процесу пояснюється тим, що дрібні частинки вдаряючись в поверхню взірця не можуть викликати утворення довгих, помітних подряпин, а формують короткі тупикові мікроподряпини, які закінчуються заглибленням, в яке вшаржовані абразивні частинки (19) UA (11) 83511 (13) C2 (21) a200606122 (22) 02.06.2006 (46) 25.07.2008, Бюл.№ 14, 2008 р. (72) БУРДА МИРОСЛАВ ЙОСИПОВИЧ, UA, ДРАГОМИРЕЦЬКИЙ ЯРОСЛАВ МИКОЛАЙОВИЧ, UA, БОГАТЧУК ІВАН МИХАЙЛОВИЧ, U A, КРИЛЬ МАКСИМ ЯРОСЛАВОВИЧ, U A (73) ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І Г АЗУ, U A (56) SU 502294, 05.02.1976 SU 386317, 14.06.1973 SU 1341540 A1, 30.09.1987 SU 974218, 15.11.1982 SU 1820300 A1, 07.06.1993 RU 2020460 C1, 30.09.1994 US 4446717 A, 08.05.1984 JP 2000171371, 23.06.2000 3 83511 [Кащеев В.И. Абразивное разрушение твердих тел. М.: На ука, 1970, 248 стр.]. Зовнішньою ознакою шаржування робочої поверхні взірців є її покриття темними (подібними до вороніння) шарами, не розчинними в ацетоні і спирті. В результаті шаржування при деяких умовах випробувань спостерігається не втрата, а навпаки - приріст маси [Кащеев В.И. Об изнашивании при трении в абразивной массе // Республиканский межведомственный научно-технический сборник «Проблеми трения й изнашивания». Киев: Техніка, 1972, стр. 53-59]. Інший відомий пристрій позбавлений цього недоліку [Wellinger К, Vetz H. Rebung und Verschlissversuche an unge harten und deharten stahlblech fur forderrannen // Zeitshrift des VDJ/ 1953. Bd. 95 - N26. - S. 12-17]. Він містить випробувальну камеру з абразивним середовищем, встановлений у ній утримувач взірця, приводи обертання утримувача та випробувальної камери навколо вертикальних взаємопарапельних і розміщених ексцентрично одна відносно іншої осей. Спрацювання взірця відбувається за рахунок його переміщення відносно абразивного середовища, а обмін абразивної маси в зоні взаємодії забезпечується обертанням випробувальної камери з малою кутовою швидкістю. В описаному пристрої ущільнення абразивного середовища не передбачається, що є головною причиною низької точності досліджень. Крім того не вдається проводити дослідження при високих питомих тисках абразивної маси, а саме такі режими характерні для роботи реальних деталей машин та агрегатів. Описаний пристрій не дозволяє визначити коефіцієнт тертя між абразивним середовищем і поверхнею взірця, що важливо для оптимального конструювання машин. Відомий також пристрій для дослідження матеріалів на абразивне спрацювання [А. с. СРСР №502294, МКВ 301 N3/56, 1976р.], який містить випробувальну камеру з абразивним середовищем, виконану у вигляді еластичної оболонки, встановлений у ній утримувач взірця, привід обертання утримувача і засіб для стискання абразивного середовища у вигляді камери тиску, що охоплює еластичну оболонку, та джерела тиску (насос, компресор). Пристрій працює наступним чином. Випробовуваний взірець, закріплений в утримувачі здійснює обертовий рух, за рахунок якого спрацьовується. Тиск абразиву в випробувальній камері створюється при введенні газу або рідини в камеру тиску від джерела тиску. Величина тиску абразиву визначається тиском газу або рідини. Обмеження даного пристрою, як і у випадку пристрою Лоренца, пов'язаний з поганим обміном маси абразиву в зоні взаємодії взірця з абразивом. Описана конструкція еластичної випробувальної камери утруднює визначення коефіцієнту тертя, оскільки в процесі випробовування виникатиме закручення камери (яка закріплена до камери тиску тільки в верхній частині); виникатиме додаткове неконтрольоване стискання абразивного середовища, що вноситиме додаткову похибку в результати досліджень. Крім того, відома конструкція 4 випробувальної камери робить її не достатньо довговічною, оскільки її верхня, горлова частина сприйматиме значні навантаження кручення. Мета даного винаходу - створити пристрій, який дозволив би проводити випробування матеріалів на спрацювання незакріпленим абразивом при значних питомих тисках абразиву і високій степені обміну абразивної маси в зоні трибовзаємодії взірця з абразивними частинками, яка досягається за рахунок їх престальтичного переміщення під дією почергової зміни тиску в окремих герметичних порожнинах, сформованих еластичними перегородками між еластичною оболонкою і камерою тиску. Поставлена мета досягається тим, що в пристрої для дослідження матеріалів на абразивне спрацювання, який містить випробувальну камеру з абразивним середовищем, виконану у вигляді еластичної оболонки, встановлений у ній утримувач взірця, привід обертання утримувача взірця і засіб для стискання абразивного середовища у вигляді камери тиску, що охоплює еластичну оболонку і джерело тиску, згідно винаходу, додатково містить еластичні перегородки, розміщені між еластичною оболонкою і внутрішньою поверхнею камери тиску, які утворюють вісім порожнин, і золотник, через який порожнини почергово з'єднуються з джерелом тиску, причому чотири верхніх порожнини повернуті відносно нижніх на кут 45°. Наявність в пристрої між еластичною оболонкою і внутрішньою поверхнею камери тиску еластичних перегородок дозволяє сформувати вісім замкнути х порожнин; при створенні в них тиску за рахунок подачі газу чи рідин від джерела тиску еластична випробувальна камера стискається і цим створюється нормальне навантаження між абразивними зернами і випробовуваною поверхнею взірця. Введення золотника між джерелом тиску і порожнинами дозволяє змінювати тиск в кожній з порожнин, що необхідно для деформації випробувальної камери за рахунок чого здійснюється обмін абразиву в зоні взаємодії. Зміцнення чотирьох верхніх порожнин на кут 45° відносно нижніх разом з певною послідовністю зміни в них тиску дозволяє досягнути максимального престальтичного ефекту, внаслідок якого організовується переміщення абразиву у випробувальній камері, На Фіг.1 схематично зображено запропонований пристрій в розрізі, на Фіг.2 січення А-А Фіг.1. Пристрій містить камеру тиску 1, яка для забезпечення необхідної герметичності складається з восьми елементів 1.1-1.8, кришку 2, випробувальну еластичну камеру 3 з перегородками: горизонтальною 4.1 і вертикальними взаємо перпендикулярними верхніми 4.2 і 4.3, нижніми 4.4, 4.5 які поділяють простір між внутрішньою поверхнею камери 1 і зовнішньою поверхнею камери 3 на вісім порожнин 5-12. Система перегородок 4.2-4.3 повернута відносно системи 4.4-4.5 на кут 45°. В випробувальну камеру заведено вал 13, який від електроприводу (на малюнку не показано) обертає утримувач взірця 14 в абразивному середовищі 15. На кожному з восьми елементів камери тиску 5 83511 встановлено по штуцеру 16, які трубопроводами з'єднані через золотники 17 з джерелом тиску (на малюнку не показано), наприклад компресором або насосом. Пристрій працює наступним чином. Вал 13 здійснюючи обертовий рух, забезпечує обертання утримувача взірця 14 і тим самим реалізується трибовзаємодія поверхні взірця з абразивним середовищем 15 - відбувається його спрацювання, величина якого визначається, наприклад, зважуванням. Від джерела тиску через золотник 17 в порожнинах 5-12 створюється необхідний тиск, який через еластичну випробувальну камеру 3 передається абразивному середовищу 15 і тим самим забезпечуються задані умови випробовувань. Переміщення абразивного середовища 15 для постійного притоку нових абразивних частинок в зону взаємодії здійснюється завдяки престальтичному ефекту навколо випробувальної камери 3, завдяки чому вона деформується. Цей ефект організується шляхом зменшення тиску на проміжок часу 1/4 від повного циклу, з наступним його збільшенням до початкової номінальної величини, причому така зміна тиску в кожній порожнині взаємоузгоджується: після досягнення мінімального Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 тиску в порожнині 5 (1/8 циклу) починається його збільшення до номінального, одночасно починається зменшення тиску в одній з нижніх порожнин (наприклад 9). Послідовність порожнин вибирається таким чином, що зміна тиску відбувалася послідовно то верхній, то в нижній порожнині. Які мають спільну горизонтальну поверхню (сектор в 45°): 5, 9, 6, 10, 7, 11, 8, 12 і т.д. така зміна тиску забезпечується золотником 17. Величина циклу зміни тиску вибирається з умови, що швидкість переміщення абразивних частинок від деформування випробувальної камери 3 буде на один-два порядки меншою за швидкість ковзання поверхні взірця відносно абразивного середовища 15 яка задається умовами випробувань і визначається частотою обертання валу 13. Система перегородок 4, крім своєї основної функції - розмежування порожнин 5-12 обмежує провертання камери 3 відносно 1 і тим самим виключають неконтрольовані зміни тиску, пов'язані з закручуванням камери 3. Співвісне розміщення утримувача взірця випробувальної 3 і камери тиску 1 дозволяє замірювати коефіцієнт тертя між поверхнею взірця і абразивною масою 15, шляхом заміру крутного моменту, що виникає на камері тиску 1. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601