Машина для дослідження процесів тертя і зношування матеріалів без мащення у вакуумі і газових середовищах

Реферат: Машина для дослідження процесів тертя і зношування матеріалів без мащення у вакуумі і газових середовищах при температурі від 20 до 200 °C включає блок управління, вакуумну систему, систему напуску газу. Додатково комплектується адаптованим аналого-цифровим перетворювачем і ПК. UA 78616 U (12) UA 78616 U UA 78616 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до засобів дослідної техніки, в тому числі для дослідження фізико-механічних характеристик при терті та зношуванні. В багатьох випадках працездатність, надійність та довговічність виробів визначається не їх міцнісними і деформаційними характеристиками, а залежить від роботи вузлів тертя. У зв'язку з цим дослідження матеріалів на тертя і зношування стають все більш поширеними. Це привело до створення широкого класу дослідних машин і стендів [1, 2, 3]. Ці машини та стенди є різними за принциповими схемами і конструкціями. Зазвичай, вони забезпечують доволі широкий діапазон робочих режимів, в тому числі швидкостей, навантажень, температур і т.д. Це пов'язано з тим, що дослідження матеріалів на тертя і зношування потребують врахування великої кількості факторів, які безпосередньо впливають на результати. Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі є машина для дослідження на тертя МПТ-1 (фіг.1), яка призначена для дослідження процесів тертя матеріалів при нормальних і підвищених температурах [1]. На даній машині можна визначити статичні фрикційні характеристики, кінетичні характеристики тертя, а також вивчати механічні автоколивання. Машина складається з вузла тертя із зворотно-поступальним рухом системи навантаження, термокамери для дослідження взірців при температурі до 200 °C сила тертя вимірюється як візуально за показаннями мікроамперметра, так і записується за допомогою осцилографа. Недоліком даної машини є: 1) неможливість проводити дослідження у вакуумі і у газах; 2) відсутнє автоматичне фіксування та обробка значень сили тертя. В основу корисної моделі поставлено задачу створення дослідної машини для дослідження процесів тертя і зношування матеріалів без мащення у вакуумі і газових середовища, зокрема, в аргоні і у водні, при температурах від 20 до 200 °C з автоматизованою системою обробки результатів (фіг. 2). В комплект дослідної машини входять (фіг. 2): блок управління, вакуумна система, система водяного охолодження, система напуску газу, ПК з аналого-цифровим перетворювачем. Блок управління включає робочу камеру (1), в якій розміщені: вузол торцевого реверсивного тертя з системою навантаження (2), пристрій для нагріву і регулювання та підтримки температури нагріву тіла (3), система тензометричних перетворювачів (4) та пульт управління машиною (5). Вакуумна система складається з відкачуючого об'єму (балона), високотемпературної засувки, форвакуумного насоса, пароструменевого дифузійного насоса, вакуумметра ВИТ-2 (6). Система водяного охолодження призначена для охолодження кришки робочої камери, струмовводів системи нагріву, пароструменевого дифузійного насоса (7). Система напуску газу використовується для напуску в робочу камеру заданого газу (газів) і складається із газових балонів з редукторами, газопроводу із запірними вентилями (8). Багатоканальний модуль аналого-цифрового перетворювача призначений для послідовного опитування стандартних сигналів первинних перетворювачів (тензометричних датчиків), одержання відповідної цифрової інформації та її реєстрації у вигляді файлів на твердому диску персонального комп'ютера (фіг. 3), де: 9 - тензоперетворювачі (датчики); 10 - операційний підсилювач; 11 - аналого-цифровий перетворювач; 12 - персональний комп'ютер. Машина для дослідження процесів тертя і зношення матеріалів без мащення у вакуумі і газових середовищах працює наступним чином. 1 - Включити живлення машини тертя. 2 - Включивши кнопку "Кришка камери", підняти кришку робочої камери. 3 - Закріпити на столику вузла торцевого тертя дослідний взірець. 4 - На штангу вузла тертя поставити необхідне навантаження. 5 - Кнопкою "Кришка камери" опустити кришку камери. 6- Включити форвакуумний насос. 7 - Через 1-3 хв відкрити клапан "Відкачка системи". -2 8 - За допомогою вакуумметра заміряти тиск в робочій камері. При досягненні тиску 5·10 мм рт. ст. відкрити водяний вентиль і через 5…10 хв включити пароструменевий насос. Через -4 30…40 хв тиск в робочій камері повинен бути 5·10 мм рт. ст. машина готова для проведення досліджень. 9 - Нагрів тіла тертя включається тільки в тому випадку, коли дослідження проводять за високих температур. 1 UA 78616 U 5 10 15 10 - Якщо дослідження проводяться в газах, то за допомогою вентиля і редуктора на -1 газовому балоні і вентиля на газопроводі напустити в робочу камеру заданий газ до тиску 5·10 мм рт. ст. 11 - Включити електродвигун вузла тертя і ПК з аналого-цифровим перетворювачем. 12 - Після закінчення експерименту включення машини тертя провести у зворотному порядку. Технічні дані машини для дослідження процесів тертя і зношування матеріалів без мащення у вакуумі і газових середовищах: 1 - Напруга живлення, В-220/380. 2 - Потужність, не більше кВА - 4,0. 3 - Режим роботи - поступально-зворотний, довготривалий. 4 - Температура нагріву (Т), 200 °C. 5 - Віддаль переміщення тіла тертя, мм - від 10 до 30. 6 - Витрата води для охолодження, л/хв. - 5,0. 7 - Діапазон робочого навантаження, мПа - 0,01...3. 8 - Максимальні розміри тіла тертя, мм - 50×20×5. 9 - Лінійна швидкість переміщення тіла тертя, м/сек. - 0,002…0,1. На основі проведених експериментальних досліджень були отримані результати, які наведені в таблиці. 20 Таблиця Метал Армко-залізо 20 °C 100 °C Мідь 20 °C 100 °C Ніобій 20 °C 100 °C Цирконій 20 °C 100 °C 25 30 Власні результати на повітрі у вакуумі у водні Літературні дані на повітрі у вакуумі у водні 0,35 1,0 0,5 0,8 0,6 0,9 0,8 1,0 0,35 0,2 0,35 0,25 0,9 [4] 0,6 0,95 0,6 0,6 1,0 0,9 >1 [5] >1 [5] 1 [5] 0,5 0,6 0,5 0,5 0,1 0,55 0,6 [5] 0,8 [5] 0,4 [5] Джерела інформації: 1. Машины для испытания материалов на трение и износ / Л.М. Геллер и др. - М., 1974. 250 с. 2. Испытательная техника. Справочник в двух книгах. Книга 1. Под ред. В.В. Клюева.- М.: Машиностроение, 1982. - 180 с. 3. Крагельський И.В. Трение и износ. - М.; Машиностроение, 1971. - 220 с. 4. Duheisat, S.; Al-Rawashdeh, S.; El-Amoush, A. S. Sliding friction wear of hydrogenated pure copper //Surface Engineering, Volume 23, Number 6, November 2007, pp. 464-469(6). 5. Murakami Т., Mano H., Kaneda K., Hata M. et al. Friction and wear Droperties of zirconium and niobium in a hydrogen environment // Wear.-268.-2010.-Р. 721,-729. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Машина для дослідження процесів тертя і зношування матеріалів без мащення у вакуумі і газових середовищах при температурі від 20 до 200 °C, яка включає блок управління, вакуумну систему, систему напуску газу, яка відрізняється тим, що для підвищення частоти реєстрації сигналів та автоматичної побудови графіків комплектується адаптованим аналого-цифровим перетворювачем і ПК. 2 UA 78616 U 3 UA 78616 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4