CZ2016312A3 - Přípravek k upevnění zkušebních vzorků v testovacím zařízení pro kontaktně únavové zkoušky materiálů - Google Patents

Description

Přípravek k upevnění zkušebních vzorků v testovacím zařízení pro kontaktně únavové zkoušky materiálů

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti vývoje testovacích zařízení pro kontaktně únavové zkoušky materiálů a týká se konstrukce přípravku pro upevnění testovaných materiálových zkušebních vzorků.

Dosavadní stav techniky

V současnosti existuje řada speciálních zkušebních testovacích zařízení pro simulaci kontaktně-únavového procesu v zatížení železniční kolo-kolejnice, které se liší měřítkem zkušebních vzorků vzhledem k reálným rozměrům kontaktní dvojice a možnostmi dosažení reálných parametrů zatížení v provozu. S požadavkem přiblížení se při testování materiálu k reálným provozním podmínkám vzniká i potřeba testovat různé materiály za zcela identických podmínek zatěžování. Tento požadavek není v současném stavu techniky zkušebních zařízení nikde zcela dodržen.

Z průzkumu patentové literatury plyne, že všechny dosavadní konstrukce zkušebních zařízení v této oblasti vycházejí z toho, že materiálový vzorek ve tvaru kotouče je zkoušen při odvalování individuálně za určitých nastavených podmínek. Po skončení testu je tento materiálový vzorek ze zařízení demontován a nahrazen jiným vzorkem, který je pak pro porovnání obou vzorků testován pokud možno za stejných podmínek. Takto jsou principiálně koncipována všechna známá zařízení, viz příklady řešení uvedená ve spisech US4570348A, JPH10151903A, CN102384879A, KR20120000680A, PL219362B1, CZ20040112A. Uvedená řešení a jejich aplikace mají zásadní nevýhodu v tom, že neumožňují porovnání různých materiálů za absolutně » 4

4 • ♦ 4 · · · 4

9 4 » · « 4 4 * e · « »

-2stejných podmínek, protože vždy při výměně jednotlivých vzorků, tedy kotoučů z daného materiálu, dojde při nastavování parametrů testu k nepřesnostem, kterými jsou zejména geometrické nejistoty v nastavení polohy kontaktu, nejistota v nastavení zatěžující síly v kontaktu, nejistota v nastavení skluzu odvalujících se částí, tedy hnacího kola a zkušebního kotouče. To vše má za následek, že porovnání výsledků u jednotlivých materiálových vzorků je nepřesněna tedy i určení nejvhodnější varianty zkoušených materiálových vzorků je problematické.

Při prováděných testech kontaktně-únavové odolnosti materiálu se uplatňuje i požadavek, aby se testoval materiál z povrchových vrstev kontaktních dvojic. Povrchové vrstvy mají po specifickém tepelném zpracování odlišné mechanické vlastnosti^a to je pro jejich kontaktně-únavovou odolnost zcela limitující. Současná zkušební zařízení dle existujících patentů neumožňují provádění přímých zkoušek materiálů ve kvalitě, která reálně odpovídá stavu materiálu v kontaktu mezi odvalujícími se členy, např v soustavě kolo-kolejnice.

Úkolem předkládaného vynálezu je představit novou konstrukci přípravku sloužícím k upevnění zkušebních vzorků v testovacím zařízení využívaném pro kontaktně únavové zkoušky materiálů, který umožňuje provádění přesných i srovnávacích testů několika variantních materiálů, popřípadě povrchových úprav těchto materiálů, je konstrukčně jednoduchý a rozměry používaných vzorků umožňují odběr materiálu z hotových výrobků, například železničních kol, ve vrstvách, které jsou rozhodující z hlediska životnosti i bezpečnosti železničních kol i kolejnic.

i

I ........

Γ Podstata vynálezu i

Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je přípravek k upevnění zkušebních vzorků v testovacím zařízení pro kontaktně únavové zkoušky materiálů, vybaveném alespoň odvalovacím válcem a testovací soupravou, která obsahuje jednak přípravek k upevnění zkušebních vzorků, jednak pohonný agregát, jehož výstupní s ·

J Μ

-3hřídel pro spřažení s nosnou hřídelí přípravku je uložena souose s rotační osou odvalovacího válce, a jednak přítlačnou jednotku, která je^uložena přestavitelně ve směru kolmém k rotační ose odvalovacího válce. Podstaroa^vyrtáfiízu je, že přípravek sestává z nosného prstence a přítlačného prstence, které jsou tvořeny plochými kruhovými kotouči stejného průměru a jsou upraveny pro zajištění vzájemného soustředného uložení a pro sevření ve směru osy nosné hřídele, přičemž nosný prstenec i přítlačný prstenec jsou opatřeny soustavou minimálně dvou po obvodu pravidelně rozmístěných a zrcadlově proti sobě vytvořených půlkruhových lůžek vytvářejících při kompletaci přípravku shora otevřené válcové dutiny pro vkládání zkušebních vzorků.

Ve výhodném provedení je nosný prstenec pro zajištění vzájemného soustředného uložení s přítlačným prstencem opatřen středovým osazením, nosný prstenec a přítlačný prstenec jsou axiálně sevřeny šroubovým spojem realizovaným stahovacími šrouby uloženými ve spojovacích otvorech, které jsou vytvořeny v nosném prstenci a přítlačném prstenci mezi lůžky vzájemně protilehle, přičemž ve dnech lůžek nosného prstence jsou vytvořeny průchozí radiální montážní otvory.

V optimálním případě jsou nosný prstenec i přítlačný prstenec opatřeny soustavou osmi půlkruhových lůžek.

Novým vynálezem se dosahuje vyššího účinku v tom, že konstrukční řešení přípravku umožňuje zatížení materiálových vzorků s definovaným kontaktním tlakem na povrchu, po instalaci přípravku do zkušebního zařízení je umožněno testování kontaktně-únavové odolnosti materiálů při simulaci provozních podmínek, přičemž je možné průběžné kompletní hodnocení stavu materiálu ve zvolených etapách zatěžování. Největší výhodou však je, že konstrukce přípravku zajišťuje provádění přesných srovnávacích testů několika variantních materiálů za absolutně stejných podmínek.

-» 4 »

4

-4Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde obrjl je axonometrický pohled na zkušební zařízení s nainstalovaným přípravkem, i

obr.tla^je detailní pohled na oblast A kontaktu přípravku s vloženými vzorky testovaných materiálů a válce zkušebního zařízení z obr. 1, obr.^ je boční pohled na zkušební zařízení z obr. 1, obr.p je axonometrický pohled na přípravek s příkladem jeho uložení na nosné hřídeli vybavené ložisky, obr^ je nárysný pohled na přípravek uložený na nosné hřídeli z obr.3, obr.b osový podélný řez přípravkem sestavou z obr.4, v

obr.p je axonometrický pohled na základní provedení přípravku s osmi lůžky pro Λ uložení zkušebnách vzorků, y « obrjpaXje pohled na kotouče přípravku z obr.6 po jejich demontáži, v

obr. 7 je pohled na alternativní provedení kotouču se dvěma lůžky pro uložení A zkušebních vzorků, obr.^ je pohled na alternativní provedení kotoučů se šesti lůžky pro uložení zkušebních vzorků, obr.j9 je axonometrický pohled na polohovací upínací pouzdro přípravku pro jeho osazení na nosné hřídeli a obr 9a)|je podélný řez polohovacím upínacím pouzdrem z obr.9. A

Výkresy, které znázorňují představovaný vynález a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, f ale jen objasňují podstatu vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Přípravek 1 je určen k instalaci do testovacího zařízení pro provádění kontaktně únavových zkoušek materiálů, které je tvořeno nosnou základnou 2 vytvořenou s výhodou ve formě svařence profilových materiálů, na které jsou upevněny odvalovací válec 3 a testovací souprava 4, která obsahuje jednak pohonný agregát 41, jehož výstupní hřídel 411 je uložena souose s rotační osou odvalovacího válce 3, a jednak přítlačnou jednotku 42, která je uložena přestavitelně ve směru kolmém k rotační ose odvalovacího válce 3. Na výstupní hřídel 411 pohonného agregátu 41 je upevněn vlastní přípravek l^uložený na nosné hřídelí 5 osazené dvojicí ložisek 6, jejichž poloha na nosné hřídeli 5 je vymezena polohovacími upínacími pouzdry 7, vybavenými opěrnými podložkami 71 a fixačními maticemi 72. Provedení polohovacích upínacích pouzder 7 je patrné z obr^ a obr.9af Na koncové části nosné hřídele 5,protilehlé jejímu spřažení s výstupní hřídelí 411 pohonného agregátu 41^e rozebíratelně uložen vlastní přípravek 1 zkušebních vzorků 8, jehož poloha vzhledem k přilehlému ložisku 6 je vymezena distanční vložkou 10 a jehož uchycení na nosné hřídeli 5 je realizováno koncovým upínacím pouzdrem 9 vybaveným pojišťovací podložkou 91 a stahovací maticí 92.

!

/ . Vlastní přípravek 1 sestává v základním provedení znázorněném na obr.6 a / j obr 6aiz nosného prstence 101 a přítlačného prstence 102, které jsou tvořeny plochými

P kruhovými kotouči stejného průměru, přičemž nosný prstenec 101 je pro zajištění vzájemného soustředného uložení opatřen středovým osazením 1011. Oba prstence

101 a 102 jsou opatřeny soustavou osmi půlkruhových lůžek 103 pro uložení zkušebních vzorků 8. Lůžka 103 jsou rozmístěna pravidelně po obvodu obou prstenců

101 a 102 zrcadlově proti sobě a jsou vedena radiálně od vnějšího obvodu směrem ke středu přípravku 1. Tímto provedením lůžek 103 jsou po kompletaci přípravku 1 vytvořeny shora otevřené válcové dutiny 104 pro vkládání zkušebních vzorků 8, jak je zřejmé z obr.6. Nosný prstenec 101 a přítlačný prstenec 102 jsou sevřeny šroubovým spojem realizovaným stahovacími šrouby 105 se zapuštěnou hlavou, uloženými ve spojovacích otvorech 106, které jsou vytvořeny v obou prstencích 101,102 mezi lůžky ♦ t > ♦ 4

103 vzájemně protilehle. Konečně jsou pak ve dnech lůžek 103 nosného prstence 101 vytvořeny průchozí radiální montážní otvory 107. které slouží k usnadnění vyjmutí, tedy vytlačení, zkušebního vzorku 8 z lůžek 103 po ukončení zkoušek.

Při provádění zkoušek se zkušební vzorky 8 z různých materiálů vloží do dutin

104 vytvořených lůžky 103 obou prstenců 101, 102. které se následně sevřou pomocí stahovacích šroubů 105. Následně je přípravek 1 i se vsazenými materiálovými vzorky 8 nainstalován do zkušebního zařízení, které svým odvalovacím válcem 3 vytvoří tvoří kontaktní odvalující se dvojici s obvodovou částí přípravku 1. Po nastavení potřebných zátěžových parametrů pro simulaci reálného zatížení, například v kontaktu kolokolejnice,.pomocí přítlačné jednotky 42 je-zapnut pohonný agregát 41 a je realizováno testování různých materiálů za zcela identických provozních podmínek. Po ukončení testování se přípravek 1 vyjme ze zařízení, zkušební vzorky 8 se vytlačí z dutin 104, nahradí jinými a proces je možno opakovat s případnou změnou zátěžových parametrů.

Popsané provedení přípravku 1 není jediným možným konstrukčním řešením vynálezu, ale jak je patrné z obňjý a obrjé, je možno na obvodu prstenců 101, 102 vytvořit jiný počet lůžek 103. například dvě, čtyři, šest nebo deset. Bez vlivu na podstatu vynálezu může být přípravek 1 uložen na nosné hřídeli 5 nikoliv pomocí soupravy

hřídele nebo spojením pero-drážka. Rovněž tak nemusí být vzájemné centrování obou prstenců realizováno pomocí středového osazení 1011 nosného prstence 101. ale například soupravou axiálně vedených kolíků.

Průmyslová využitelnost

Přípravek 1 pro testování kontaktně-únavové odolnosti materiálů je využitelný pro provádění srovnávacích testů více různých zkušebních vzorků 8 materiálů používaných » · φ » při výrobě např. železničních kol a kolejnic. Všechny zkušební vzorky 8 jsou testovány při zcela shodných podmínkách, takže výsledkem kontaktně-únavového testu je jednoznačné pořadí odolnosti jednotlivých materiálových zkušebních vzorků 8. To je z pohledu průmyslové využitelnosti zcela zásadní informace pro výrobce např. železničních kol nebo kolejnic mající vliv při rozhodování, který materiál pro výrobu, respektive provozní nasazení se použije.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY v testovacím zařízení pro kontaktně

   1. Přípravek k upevnění zkušebních vzorků únavové zkoušky materiálů, vybaveném alespoň odvalovacím válcem (3) a testovací soupravou (4), která obsahuje jednak příprave^^upevnění zkušebních vzorků, jednak pohonný agregát (41), jehož výstupní hřídel (411) pro spřažení s nosnou hřídelí (5) přípravku (1) je uložena souose s rotační osou odvalovacího válce (3), a jednak přítlačnou jednotku (42), která je uložena přestavitelně ve směru kolmém k rotační ose odvalovacího válce (3), vyznačující se tím, že sestává z nosného prstence (101) a přítlačného prstence (102), které jsou tvořeny plochými kruhovými kotouči stejného průměru a jsou upraveny pro zajištění vzájemného soustředného uložení a pro sevření ve směru osy nosné hřídele (5), přičemž nosný prstenec (101) i přítlačný prstenec (102) jsou opatřeny soustavou minimálně dvou po obvodu pravidelně rozmístěných a zrcadlově proti sobě vytvořených půlkruhových lůžek (103) vytvářejících při kompletaci přípravku (1) shora otevřené válcové dutiny (104) pro vkládání zkušebních vzorků (8).
2. 2. Přípravek k upevnění zkušebních vzorků podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosný prstenec (101) je pro zajištění vzájemného soustředného uložení s přítlačným prstencem (102) opatřen středovým osazením (1011).
3. 3. Přípravek k upevnění zkušebních vzorků podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nosný prstenec (101) a přítlačný prstenec (102) jsou axiálně sevřeny šroubovým spojem realizovaným stahovacími šrouby (105) uloženými ve spojovacích otvorech (106), které jsou vytvořeny v nosném prstenci (101) a přítlačném prstenci (102) mezi lůžky (103) vzájemně protilehle.

   > > » i
4. 4. Přípravek k upevnění zkušebních vzorků podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že ve dnech lůžek (103) nosného prstence (101) jsou vytvořeny průchozí radiální montážní otvory (107).
5. 5. Přípravek k upevnění zkušebních vzorků ($ podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že nosný prstenec (101) i přítlačný prstenec (102) jsou opatřeny soustavou osmi půlkruhových lůžek (103).