NO329070B1 - Fremgangsmate og anordning for a teste tribologiske nedbrytningsegenskaper ved en overflate - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for å teste tribologiske nedbrytningsegenskaper ved et legeme (24) sin overflate, og hvor fremgangsmåten omfatter: - å utsette et parti av legemet (24) for slitasje; - å i det minste delvis dykke legemet (24) i en væske; og - å påføre legemet (24) sitt parti som utsettes for slitasje en deformasjon.

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR Å TESTE TRIBOLOGISKE NEDBRYTNINGSEGENSKAPER VED EN OVERFLATE

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å teste tribologiske nedbrytningsegenskaper ved et legemes overflate. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for utøvelse av fremgangsmåten.

Overflater som utsettes for kombinasjoner av påkjenninger, kan oppvise overraskende kort levetid sammenlignet med overflater av samme art som utsettes for de samme påkjenninger, men hvor påkjenningene opptrer enkeltvis eller i par.

Stempelstenger for direktevirkende stigerørtrekkersylindre som anvendes til havs, er en komponent hvor relativt korte levetider kan forekomme. Det antas at årsaken til kort levetid er en samvirkning mellom ulike påkjenninger på stempelstangen og derved i stempelstangens overflate.

Det synes som om levetiden reduseres betydelig dersom stempelstangen i sin overflate utsettes for en kombinasjon av slitasje, materialspenninger og korrosive væsker.

En sylinder av den nevnte art er relativ lang og er ofte skråstilt i forhold til vertikalaksen. Sylinderens egenvekt bevirker at stempelstangen utsettes for bøyespenninger i til-legg til de strekkspenninger den utsettes for fra lasten. Ofte vil sylinderen arbeide om stempelstangen sitt midtparti og dette området av stempelstangen utsettes derfor for nokså stor slitasje ved forskyving i sylinderens endegavl og pakkboks.

Det parti av stempelstangen som befinner seg utenfor sylin-derhuset, utsettes også for korrosjon fra sjøvannet.

Kunnskapen relatert til tribologi ved samvirkning av mer enn to av disse påkjenninger på en overflate er mangelfull.

Det forefinnes standardiserte testmetoder og utstyr for gjen-nomføring av disse hvor samvirkning av for eksempel slitende materiale og korrosive vesker kan undersøkes. ASTM G75, ofte betegnet "Millers slitasjetest" beskriver en metode for å

sammenligne slitasje på et legeme som utsettes for en slurry.

ASTM G38 omhandler en standardisert fremgangsmåte for å lage og anvende såkalte C-ring spenning-korrosjonsprøver.

ASTM G39 omhandler en standardisert fremgangsmåte for å lage og anvende såkalte bøyd bjelke spenning-korrosjonsprøver.

ASTM G4 9 omhandler en standardisert fremgangsmåte for å lage og anvende direkte strekk spenning-korrosjonsprøver.

WO-dokument 2006/072760 omhandler et sålakt "pinne mot skive" friksjons- og slitasjemåleapparat.

EP-dokumentene 1335197 og 1607733 omhandler tester som gjel-der forhold som oppstår ved rullende kontakt mellom legemer.

Den såkalte Tribo-Corr riggen anvender en frem- og tilbakegående aluminiumoksidkule eller tilsvarende hardt materiale, som skrubber mot et prøvestykke mens prøvestykkets overflate

er dykket i en prøvevæskeløsning.

Ingen av disse kjente fremgangsmåter er konstruert for eller egnet til å teste, sammenligne eller studere ulike overfla-ters motstandsdyktighet mot sammensatte påkjenninger.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Det er tilveiebrakt en fremgangsmåte for å teste tribologiske nedbrytningsegenskaper ved et legemes overflate hvor fremgangsmåten omfatter: - å utsette et parti av legemet for slitasje;

- å i det minste delvis dykke legemet i en væske; og

- å påføre legemets parti som utsettes for slitasje en deformasjon.

Fremgangsmåten kan ved kombinasjon av de nevnte påkjenninger anvendes til testing, sammenligning og studier av ulike over-flaters tribologiske nedbrytningsegenskaper, for eksempel den resulterende slitasje, sprekkdannelse, avskalling, groptæring eller lignende forhold som vil kunne begrense et legemes levetid.

Fremgangsmåten kan omfatte å utsette legemet for syklisk deformasjon. Derved oppnås en simulering av bruksforhold hvor legemet utsettes for syklisk spenningsendring, noe som kan resultere i utmattingsfeil.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å utsette legemet for slitasje mens legemet er deformert eller mens legemet er avlastet. Ulike bruksforhold kan opptre hvor slitasjen skjer mens legemet er belastet eller mens det er avlastet. I andre til-feller kan slitasjen skje både i belastet og i avlastet til-stand, noe fremgangsmåten kan simulere ved å kjøre deformasjon og slitasje samtidig, men ikke synkront for eksempel ved at de to funksjoner drives individuelt.

Væsken kan utgjøres av en korroderende væske og fremgangsmåten kan således omfatte samtidig elektrokjemisk testing av legemet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utøves ved hjelp av en testrigg for testing av tribologiske nedbrytningsegenskaper ved et legemes overflate hvor legemet er i kontakt med et slitende materiale og i det minste delvis dykket i en væske, hvor testriggen kjennetegnes ved at legemet er anbrakt i en stand hvor legemet kan påføres deformasjon.

Standen kan omfatte minst én opplagsstøtte og minst én forskyvbar laststøtte. Dersom legemet utgjøres av en bjelke, omfatter standen to opplagsstøtter og én ellet to laststøtter for å kunne anvende en såkalt trepunkt- eller firepunktopp-lagring.

Dersom legemet utgjør for eksempel en part av en stempelstang som skal testes i en sylindergavl og pakkboks, er sylinder-gavlen typisk koplet til en opplagsstøtte og stempelstangen til en laststøtte.

Laststøtten kan være koplet til et drivverk som er innrettet til å kunne forskyve laststøtten med en regulerbar amplitude, hvorved lasten blir intermitterende. Drivverket kan utgjøres av en motor som for eksempel via maskinelementer driver en eksenteraksling hvor laststøtten er koplet til et eksenterlager, typisk ved hjelp av et veivstag. Drivverket kan, dersom det er hensiktsmessig, omfatte en hydraulikksylinder.

Drivverket for laststøtten og for en sliteskive for det slitende materialet kan være drevet av en felles motor. Det er derved relativt enkelt å kunne synkronisere sliteskiven for det slitende materialet med laststøttens forskyvning, for eksempel for å oppnå at slitasje bare forekommer når legemet er belastet.

Det slitende materialet kan være anordnet på en fjærforspent slitematerialholder som utgjør en del av sliteskiven, for å kunne stille inn kontaktkraften mot legemet.

Slitematerialholderen kan være forspent ved hjelp av en trykkfjær og en strekkfjær for under forskyvning av slitematerialholderen relativt sliteskiven å oppnå en tilnærmet konstant forspenning av slitematerialet mot legemet. Fjærene kan være fremstilt av gummi eller annet hensiktsmessig materiale .

I en alternativ utførelsesform, se søknadens spesielle del, er sliteskiven erstattet med en frem- og tilbakegående slitekloss.

Ofte oppstår en uventet kort levetid når et legeme under el-lers like forhold utsettes for en korroderende væske. Væsken kan være sur eller basisk, avhengig av hvilke forhold som skal simuleres.

Væsken kan befinne seg i et kar, idet væsken ved hjelp av en pumpe er sirkulert i karet. En sirkulasjon i karet sikrer en jevn konsentrasjon i karets ulike partier. En pumpe som for-syner væsken med luft sikrer at væsken er mettet med oksygen. Dersom forholdene tilsier det, kan legemet på i og for seg kjent måte påføres et elektrisk potensial som kan være ret-tet, og om ønskelig varmes eller kjøles.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan være forsynt med ulike sensorer for å kunne overvåke for eksempel krefter, hastigheter, driftstider, temperatur, Ph, saltinnhold og andre fy-siske forhold av interesse. Sensorene kan med fordel være koplet til en programmerbar styring for overvåkning, regist-rering og rapportering av tester som utføres i anordningen.

Det er tilveiebrakt en fremgangsmåte og anordning for å kunne utføre tribologiske tester på et legemes overflate hvor over-flaten er utsatt for mer enn to av påkjenningene fra deformasjon, slitasje, og væsker samt tilleggsforhold som temperatur og elektrokjemisk testing.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket fremgangsmåte og utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser perspektivisk en testrigg i overensstemmelse med oppfinnelsen; Fig. 2 viser et enderiss av testriggen i fig. 1; Fig. 3 viser i større målestokk et snitt I-l i fig. 1; Fig. 4 viser et snitt III-III i fig. 3; Fig. 5 viser i ytterligere større målestokk en sliteskive i henhold til oppfinnelsen delvis i snitt; Fig. 6 viser et planriss av sliteskiven; Fig. 7 viser tilleggskomponenter for en alternativ utførel-

sesform hvor slitelegemet utgjøres av en lineært frem-og tilbakegående slitekloss; og

Fig. 8 viser et snitt tilsvarende snittet i fig. 3 av den al-ternative utførelsesform.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en testrigg som omfatter en maskinramme 2, en til maskinrammen 2 opplagret veivaksling 4 med veivlager 6, se fig. 2, hvorfra veivstenger 8 forløper til en forskyvbar kryssbom 10 som veivstengene 8 er leddbart tilkoplet.

Kryssbommen 10 som styres i føringer 12 er innrettet til å kunne forskyves opp og ned i takt med veivakslingens 4 rota-sjon.

En drivmotor 14 er koplet til veivakslingen 4 og til en sli-teskiveaksling 16 ved hjelp av i og for seg kjente transmisjonselement 18. Transmisjonselementene 18 er kjent for en fagmann og beskrives ikke nærmere.

Et antall prøvestander, her seks, nedenfor betegnet stand 20, er anordnet side om side i testriggen 1 sitt nedre parti. Hver prøvestand 20 omfatter i dette foretrukne utførelses-eksempel to opplagsstøtter 22 for et legeme 24 som skal testes, se fig. 3. En laststøtte 26 er anbrakt mellom opplags-støttene 22 og på motstående side relativt legemet 24.

Laststøtten 26 er koplet til kryssbommen 10 ved hjelp av en lengderegulerbar lastspindel 28. Laststøtten 26 følger under drift kryssbommens 10 forskyvning.

Drivmotoren 14, deler av transmisjonselementene 18, veivakslingen 4, veivlagerne 6, veivstengene 8, kryssbommen 10 og lastspindelen 28 utgjør et drivverk for laststøtten 26.

En sliteskive 30 er anordnet på den opplagrede sliteskiveakslingen 16. Sliteskiveakslingen 16 forløper gjennom standene 20 og er lagret ved sine endepartier. Sliteskiven 30 befinner seg ved laststøtten 26, men på motstående side relativt legemet 24. Sliteskiven 30 er forsynt med et slitemateriale 32 som er innrettet til under drift å kunne slite mot legemets 24 overflate.

I denne utførelsesform er slitematerialet 32 i form av et lerret med påførte aluminiumoksidkorn anbrakt på en slitematerialholder 34, se fig. 5 og 6. Slitematerialholderen 34 er dreibart opplagret om en dreieakse 35 i sliteskiven 30.

En trykkf jaer 36 er anbrakt mellom slitematerialholderen 34 og sliteskiven 30. Trykkfjaeren 36 er innrettet til å kunne forspenne slitematerialet 32 mot legemet 24 når slitematerialet 32 er i sin aktive posisjon.

En strekkfjær 38 forløper om en kam 40 som er innrettet til å kunne dreie sammen med slitematerialholderen 34, og til et feste 42 i sliteskiven 30.

Trykkfjæren 36 og strekkfjæren 38 samvirker for å utøve en tilnærmet konstant forspenning under slitematerialholderens 34 dreining relativt sliteskiven 30.

Hver stand 20 omfatter et kar 44 som, når det er fylt med væske, er innrettet til å kunne holde legemet 24 dykket. Karet 44 er forsynt med et lokk 46 med nødvendige tetninger 48 mot sliteskiveakslingen 16 og lastspindelen 28.

En pumpe 50 er innrettet til å kunne sirkulere væske gjennom karet 44 via sugeledninger 52 og trykkledninger 54. Trykkledningene 54 munner ut ved karets 44 bunn, idet trykkledningene

54 er forsynt med ikke viste fordelingshull.

En gasspumpe 56 er innrettet til å kunne forsyne væsken med gass via et gassrør 58.

Prøver av væsken kan hetes ut ved hjelp av nødvendige rør 60, ikke viste enveisventiler, et filter 62 og en volumgradert sugepumpe 64.

Når en del av et legemes 24 overflate skal testes, festes legemet 24 på i og for seg kjent måte til opplagsstøttene 22 i standen 20. Av praktiske årsaker kan karet 44 være tømt.

Laststøttens 26 forskyvning stilles inn for eksempel ved å endre veivlagrenes 6 eksentrisitet. Avhengig av ønsket test-sykus kan slitematerialet 32 være i kontakt med legemet 24 når lasttøtten 26 belaster legemet 24, eller når legemet 24 er avlastet. Alternativt kan veivakslingen 4 og sliteskiveakslingen 16 drives ved relative hastigheter hvor slitasje kan finne sted både når legemet 24 er pålastet og avlastet.

Etter at karet er fylt med væske startes pumpen, hvorved sirkulasjon av væsken igangsettes. Gass, for eksempel i form av luft eller oksygen, kan tilsettes væsken ved hjelp av gass-pumpen 56.

Under testen kan prøver av væsken tas ut ved hjelp av filte-ret 62 og sugepumpen 64. Blant annet vil mengden og partik-kelstørrelse av fast materiale i væsken kunne indikere graden av slitasje på legemet 24.

I en alternativ utførelsesform, se fig. 7 og 8, utgjøres slitelegemet av en slitekloss 66 som er anbrakt på en slitebro 68. Slitebroen 68 er koplet til et eksenterlager 70 ved hjelp av eksenterstag 72.

Eksenterlagrene 70 befinner seg på en eksenteraksling 74 som er opplagret i braketter 76 hvor brakettene 76 er tilkoplet maskinrammen 2. Eksenterakslingen 74 drives av en girmotor 78 via ikke viste transmisjonselement.

I sitt motstående endeparti 80 relativt eksenterakslingen 74 er slitebroen 68 koplet til et oppheng 82 som omfatter en strekkfjær 84. Ved å forspenne strekkfjæren 84 spennes sliteklossen 66 ved hjelp av slitebroen 68 mot legemet 24.

Under test driver girmotoren 78 eksenterakslingen 74, hvorved slitebroen 68 og derved sliteklossen 66 ved hjelp av eksen-terlageret 70 og eksenterstaget 72 tildeles en frem- og tilbakegående forskyvning mot legemet 24. Laststøtten 26 kan samtidig påføre legemet 24 en bøyespenning.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for å teste tribologiske nedbrytningsegenskaper ved et legemes (24) overflate hvor fremgangsmåten omfatter: - å utsette et parti av legemet (24) for slitasje - å i det minste delvis dykke legemet (24) i en væske, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter å påføre legemets (24) parti som utsettes for slitasje en deformasjon.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter å utsette legemet (24) for syklisk deformasjon.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter å utsette legemet (24) for slitasje mens legemet (24) er deformert .

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter å utsette legemet (24) for slitasje mens legemet (24) er avlastet .

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter å til-føre luft til væsken.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter å po-larisere legemet (24).

7. Anordning ved testrigg (1) for å teste tribologiske nedbrytningsegenskaper ved et legemes (24) overflate hvor legemet (24) er i kontakt med et slitemateriale (32) og i det minste delvis er dykket i en væske, karakterisert ved at legemet (24) er anbrakt i en stand (20) hvor legemet (24) er påført en deformasjon.

8. Anordning i henhold til krav 7, karakterisert ved at standen (20) omfatter minst én opplagsstøtte (22) og minst én forskyvbar laststøtte (26).

9. Anordning i henhold til krav 8, karakterisert ved at laststøtten (26) er koplet til et drivverk (4, 6, 8, 10, 14) som er innrettet til å kunne forskyve laststøtten (26) med en regulerbar amplitude.

10. Anordning i henhold til krav 9, karakterisert ved at drivverket (4, 6, 8, 10, 14) for laststøtten (26) og en sliteskive (30) for et slitemateriale (32) er drevet av en felles drivmotor (14).

11. Anordning i henhold til krav 9, karakterisert ved at slitmaterialet (32) er anordnet på en fjærforspent slitematerialholder (34) som utgjør en del av en sliteskive (30).

12. Anordning i henhold til krav 11, karakterisert ved at slitematerialholderen (34) er forspent ved hjelp av en trykkfjær (36) og en strekkfjær (38) .

13. Anordning i henhold til krav 9, karakterisert ved at en slitekloss (66) som er innrettet til å ha en frem- og tilbakegående bevegelse, ligger an mot legemet (24) .

14. Anordning i henhold til krav 7, karakterisert ved at en væske er tilført legemet (24).

15. Anordning i henhold til krav 14, karakterisert ved at væsken er korroderende.

16. Anordning i henhold til krav 14, karakterisert ved at væsken befinner seg i et kar (44), idet væsken ved hjelp av en pumpe (50) er sirkulert i karet (44) .