RU168194U1

RU168194U1 - Device for testing abrasion resistance of materials at low temperatures

Info

Publication number: RU168194U1
Application number: RU2015155013U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Николаевич Гаврилов; Алла Александровна Кошурина; Максим Сергеевич Крашенинников; Василий Васильевич Мишакин; Борис Алексеевич Оболенский; Дмитрий Александрович Чернышов
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-01-23

Abstract

Рефератк заявке на полезную модель «Устройство для испытания на абразивную износостойкость материалов при низких температурах»Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования износостойкости в условиях низких температур конструкционных материалов, применяемых для деталей рабочих органов машин, эксплуатируемых в районах страны, где в течение длительного времени они контактируют в процессе работы с монолитным мерзлым грунтом.Устройство для испытания на абразивную износостойкость материалов при низких температурах, содержит теплоизолированную камеру с охлаждаемой средой, в которой с возможностью перемещения установлен исследуемый образец, контактирующий с контробразцом цилиндрической формы, установленным с возможностью фиксации, механизм нагружения и контрольно-измерительную аппаратуру.Новым в предлагаемом устройстве является то, что исследуемый образец выполнен в виде цилиндра установленного с возможностью горизонтального вращения вокруг оси, контробразец зафиксирован посредством оправки и соединен с механизмом нагружения, причем, контробразец выполнен из модельного грунта, состоящего, например, из размолотого замороженного льда, смешанного с абразивными частицами, а в месте контакта исследуемого образца и контробразца, в последнем выполнена фигурная выемка, повторяющая форму исследуемого образца.Предлагаемое устройство позволяет выполнять исследования на износостойкость конструкционных материалов, например, нержавеющая сталь, титан и т.п, при абразивном воздействии на нее модельного грунта, например: замороженной со льдом почвы, замороженногоSummary of application for utility model “Device for testing abrasive wear resistance of materials at low temperatures” The utility model relates to testing equipment, namely, devices for studying wear resistance at low temperatures of structural materials used for parts of working bodies of machines operated in regions of the country, where for a long time they come into contact with frozen solid soil during work. A device for testing abrasion resistance of material at low temperatures, it contains a heat-insulated chamber with a cooled medium, in which the test sample is mounted with the possibility of movement, which is in contact with a cylindrical counter-sampler, mounted with the possibility of fixation, a loading mechanism and instrumentation. The new device is that the test sample is made in the form of a cylinder mounted with the possibility of horizontal rotation around the axis, the counter-sample is fixed by means of a mandrel and connected to the mechanism loading, moreover, the counter-sample is made of model soil, consisting, for example, of crushed frozen ice mixed with abrasive particles, and in the place of contact of the test sample and counter-sample, the latter has a figured recess that repeats the shape of the test sample. The proposed device allows you to perform research on wear resistance of structural materials, for example, stainless steel, titanium, etc., with the abrasive impact of model soil on it, for example: soil frozen with ice, frozen th

Description

Устройство для испытания на абразивную износостойкость материалов при низких температурахDevice for testing abrasion resistance of materials at low temperatures

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования износостойкости в условиях низких температур конструкционных материалов, применяемых для деталей рабочих органов машин, эксплуатируемых в арктических и субарктических районах страны, где в течение длительного времени они контактируют в процессе работы с монолитным мерзлым грунтом. The utility model relates to testing equipment, namely, devices for studying the wear resistance at low temperatures of structural materials used for parts of the working bodies of machines operated in the Arctic and subarctic regions of the country, where they come into contact with frozen solid soil for a long time .

Известна установка для исследования ударного абразивного воздействия на образцы при низкой температуре (Описание изобретения к авторскому свидетельству № 1237952, заявл. 05.01.84 года).A known installation for the study of impact abrasive impact on samples at low temperature (Description of the invention to copyright certificate No. 1237952, application. 05.01.84 years).

Данная установка содержит корпус, с вмонтированной в нем криогенной камерой, в которую с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, помещены исследуемые образцы, закрепленные в кольцевом держателе. Вращение кольцевого держателя осуществляется двигателем. Над камерой размещено приспособление, типа бункера, с размещенными в нем абразивными зернами, которые по направляющей трубке поступают в чашу с радиальными каналами, размещенную внутри корпуса. Абразивные зерна вылетают через радиальные каналы чаши и ударяются о поверхность исследуемых образцов. После взаимодействия с образцами абразив поступает в емкость для сбора.This installation contains a housing with a cryogenic chamber mounted in it, into which, with the possibility of rotation around a vertical axis, the test samples are placed, mounted in an annular holder. The rotation of the ring holder is carried out by the engine. Above the camera there is a device, such as a hopper, with abrasive grains placed in it, which along the guide tube enter a bowl with radial channels located inside the housing. Abrasive grains fly out through the radial channels of the bowl and hit the surface of the test samples. After interacting with the samples, the abrasive enters the collection container.

Описанная выше установка позволяет произвести исследование на абразивное изнашивание образцов, подвергающихся воздействию струи абразивных частиц при низких температурах.The setup described above makes it possible to carry out a study on the abrasive wear of samples exposed to a jet of abrasive particles at low temperatures.

Сложность приведенной установки заключается в том, что прохождение зерен через радиальные каналы чаши должно происходить без дальнейшего прироста радиальной составляющей скорости.The complexity of the setup is that the passage of grains through the radial channels of the bowl should occur without further increase in the radial component of the velocity.

Необходимость установления скорости абразива на выходе из каналов чаши, равной линейной скорости вращения периферийных точек внешней поверхности полусферической чаши в экваториальной плоскости. Не соблюдение равенства скоростей приводит к разбросу скоростей ударов и углам атаки, что приводит к неравномерной обработке поверхности образцов абразивными зернами.The need to establish the speed of the abrasive at the exit from the channels of the bowl, equal to the linear speed of rotation of the peripheral points of the outer surface of the hemispherical bowl in the equatorial plane. Failure to comply with the equality of speeds leads to a spread of shock speeds and angles of attack, which leads to uneven surface treatment of the samples with abrasive grains.

Наиболее существенным недостатком является необходимость применения абразивного материала в виде порошка или зерен и невозможность работы с монолитным мерзлым грунтом.The most significant drawback is the need to use abrasive material in the form of powder or grains and the inability to work with monolithic frozen soil.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для определения износа металлического образца при трении по абразивной поверхности в условиях низких температур (Е.А. Памфилов и др, «Методические основы оценки работоспособности рабочих органов строительных и дорожных машин», Вестник Брянского государственного технического университета, 2009, №4, стр.37-42).The closest in technical essence and the achieved result is the installation for determining the wear of a metal sample during friction on an abrasive surface at low temperatures (EA Pamfilov et al., “Methodological basis for assessing the working capacity of the working bodies of construction and road machines”, Bulletin of the Bryansk State Technical University, 2009, No. 4, pp. 37-42).

Испытательная установка содержит теплоизолированную камеру. Во внутреннюю полость, которой подают охлаждающую среду, обеспечивающую охлаждение испытуемого образца до заданной температуры испытаний и ее последующее поддержание. Заданную температуру регулируют блоком автоматического поддержания температуры. Система обеспечивает температуру образца от 173 до 293 К ( от +20 до – 100°С).The test setup contains a thermally insulated chamber. In the internal cavity, which serves a cooling medium that provides cooling of the test sample to a predetermined test temperature and its subsequent maintenance. The set temperature is regulated by the automatic temperature control unit. The system provides a sample temperature of 173 to 293 K (+20 to - 100 ° C).

В камере, с возможностью скольжения, при помощи привода установлен исследуемый образец, который посредством механизма нагружения, прижимается к контробразцу. Механизм нагружения содержит шпиндель и сменные грузы, которыми регулируется давление на образец в процессе испытаний на изнашивание.In the chamber, with the possibility of sliding, by means of a drive, a test sample is installed, which, by means of a loading mechanism, is pressed against the counter-sample. The loading mechanism contains a spindle and interchangeable weights, which regulate the pressure on the sample during the wear test.

Контробразец выполнен в виде пустотелого барабана с абразивной поверхностью, совершающего возвратно–винтовое движение Шаг винтового движения равен шагу ходового винта, по которому перемещается барабан, обеспечивая контактирование образца с абразивной поверхностью барабана.The counter-sample is made in the form of a hollow drum with an abrasive surface, making a reciprocal-screw movement. The step of the screw movement is equal to the pitch of the lead screw along which the drum moves, providing contact of the sample with the abrasive surface of the drum.

Конструктивно привод установки скомпонован следующим образом. От реверсивного электродвигателя вращение через редуктор передается с помощью клиноременной передачи на вал. На валу, на скользящей шпонке, установлено зубчатое колесо, которое входит в зацепление с зубчатым колесом, которое зафиксировано посредством жесткого соединенного с барабаном (контробразцом).Structurally, the installation drive is arranged as follows. From the reversible electric motor, the rotation through the gearbox is transmitted using a V-belt transmission to the shaft. A gear wheel is installed on the shaft, on a sliding key, which engages with the gear wheel, which is fixed by means of a rigid gear connected to the drum (counter-pattern).

Таким образом, путь трения исследуемого образца по абразивной поверхности представляет собой винтовую линию. По окончании испытаний одного образца или в случае использования всей абразивной поверхности, привод установки автоматически отключается. После замены изношенной абразивной поверхности барабану задается обратное движение.Thus, the friction path of the test sample along the abrasive surface is a helix. Upon completion of testing a single sample or in the case of using the entire abrasive surface, the installation drive is automatically switched off. After replacing a worn abrasive surface, the drum is set to reverse movement.

По окончании испытания измеряется потеря массы образца.At the end of the test, the mass loss of the sample is measured.

Указанное выше устройство предназначено для исследования механизма изнашивания именно абразивным контртелом при низких температурах. Однако, контртело представляет собой пустотелый барабан с абразивной поверхностью и с его помощью сложно выполнять исследовании по износу образцов при воздействии на них монолитного мерзлого грунта, что соответствует работе образцов при реальных условиях эксплуатации.The above device is designed to study the wear mechanism with an abrasive counterbody at low temperatures. However, the counterbody is a hollow drum with an abrasive surface and with its help it is difficult to carry out research on the wear of samples when exposed to monolithic frozen soil, which corresponds to the work of the samples under real operating conditions.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание установки для испытаний на абразивную износостойкость конструкционных материалов при их взаимодействии с монолитным мерзлым грунтом и льдом при низких температурах, что наилучшим образом моделирует реальные условия эксплуатации.The objective of the proposed utility model is to create an installation for testing the abrasive wear resistance of structural materials when they interact with monolithic frozen soil and ice at low temperatures, which best simulates real operating conditions.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания на абразивную износостойкость материалов при низких температурах, содержащем теплоизолированную камеру с охлаждаемой средой, в которой с возможностью перемещения установлен исследуемый образец, контактирующий с контробразцом цилиндрической формы, установленным с возможностью фиксации, механизм нагружения и контрольно-измерительную аппаратуру, согласно новой предлагаемой модели, исследуемый образец выполнен в виде цилиндра, установленного с возможностью вращения вокруг оси, контробразец зафиксирован посредством оправки и соединен с механизмом нагружения, причем, контробразец выполнен из модельного грунта, состоящего например, из размолотого замороженного льда, заполненного абразивными частицами, а в месте контакта исследуемого образца и контробразца, в последнем выполнена фигурная выемка, повторяющая форму исследуемого образца.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for testing for abrasion resistance of materials at low temperatures, containing a heat-insulated chamber with a cooled medium, in which the test sample is mounted with the ability to move, it contacts the counter-sample of a cylindrical shape mounted with the possibility of fixation, the loading mechanism and the control - measuring equipment, according to the new proposed model, the test sample is made in the form of a cylinder installed with the possibility In order to rotate around the axis, the counter-sample is fixed by means of a mandrel and connected to the loading mechanism, moreover, the counter-sample is made of model soil, consisting, for example, of crushed frozen ice filled with abrasive particles, and at the contact point of the test sample and the counter-sample, a figured recess is made in the latter, repeating the shape of the test sample.

Конструкция предлагаемого устройства для испытания на абразивную износостойкость материалов при низких температурах представлена на фигуре 1.The design of the proposed device for testing the abrasive wear resistance of materials at low temperatures is presented in figure 1.

Установка содержит теплоизолированную камеру 1 с холодильной системой 2. Электродвигатель 3 через приводной вал 4, проходящий сквозь стенку теплоизолированной камеры 1 приводит во вращение исследуемый образец 5, имеющий цилиндрическую форму с диаметром от 5 до 40 мм. С возможностью контакта к исследуемому образцу 5 с помощью оправки 6 через толкатели 7 прижимается контробразец 8, соединенный с механизмом нагружения 9.The installation comprises a heat-insulated chamber 1 with a refrigeration system 2. An electric motor 3 through a drive shaft 4 passing through the wall of the heat-insulated chamber 1 rotates the test sample 5, which has a cylindrical shape with a diameter of 5 to 40 mm. With the possibility of contact to the test sample 5 using the mandrel 6 through the pushers 7 is pressed counter-sample 8 connected to the loading mechanism 9.

Охлаждение воздуха в теплоизолированной камере осуществляется холодильной системой 2. Заданная температура воздуха поддерживается с помощью термодатчика 10 и микропроцессорного блока 11. Вентилятор 12 обеспечивает равномерность температуры в теплоизолированном объеме.The air in the heat-insulated chamber is cooled by the refrigeration system 2. The set air temperature is maintained using the temperature sensor 10 and the microprocessor unit 11. The fan 12 ensures uniform temperature in the heat-insulated volume.

Испытания проводят следующим образом.The tests are carried out as follows.

В процессе подготовки испытаний формируют несколько заготовок контробразцов 8 путем смешивания размолотого льда с абразивными частицами в заданном объемном или весовом соотношении. Полученную массу набивают в специальную кассету цилиндрической формы и далее замораживают заготовки в холодильной камере до температуры проводимых испытаний.In the test preparation process, several blanks of counter samples 8 are formed by mixing crushed ice with abrasive particles in a predetermined volume or weight ratio. The resulting mass is stuffed into a special cylindrical cassette and then the blanks are frozen in the refrigerator to the temperature of the tests.

Когда температура заготовок в холодильной камере установки достигнет заданной температуры проведения испытаний (-10,-30,-50,-70°С), замороженные образцы 8 в форме цилиндров вынимают из кассеты и выполняют в нем фигурную выемку 13 в месте контакта с исследуемым образцом 5.When the temperature of the workpieces in the refrigerator chamber of the installation reaches the specified test temperature (-10, -30, -50, -70 ° C), frozen samples 8 in the form of cylinders are removed from the cassette and a figured recess 13 is made in it at the point of contact with the test sample 5.

Перед началом вращения исследуемого образца 5 замороженный образец 8 устанавливают на исследуемый образец 5 и посредством выемки 13, повторяющей форму поверхности исследуемого образца 5, получают плотный контакт контробразца 8 с исследуемым цилиндрическим образцом 5.Before starting the rotation of the test sample 5, the frozen sample 8 is installed on the test sample 5 and through the recess 13, which repeats the surface shape of the test sample 5, tight contact of counter-sample 8 with the test cylindrical sample 5 is obtained.

Контробразец фиксируется при помощи оправки 6 и прижимается к исследуемому образцу 5 посредством механизма нагружения 9.The counter-sample is fixed with the mandrel 6 and pressed against the test sample 5 by means of the loading mechanism 9.

Образец 5 приводится во вращение от привода 3 и под давлением контробразца 8, осуществляемым механизмом нагружения, подвергается абразивному износу в течение определенного времени (порядка одного часа). По истечении времени, привод 3 останавливают, достают из камеры исследуемый образец и нагревают его до комнатной температуры. Далее образец отмывают от остатков абразива, обезжиривают и высушивают. Затем производят взвешивание образца и фиксируют потерю веса образца. Sample 5 is brought into rotation from the drive 3 and under the pressure of counter-sample 8, carried out by the loading mechanism, is subjected to abrasive wear for a certain time (about one hour). After the lapse of time, the drive 3 is stopped, the test sample is taken out of the chamber and heated to room temperature. Next, the sample is washed from the abrasive residues, degreased and dried. Then weigh the sample and record the weight loss of the sample.

Интенсивность износа определяется потерей веса исследуемого образца за время абразивного износа.The wear rate is determined by the weight loss of the test sample during abrasive wear.

При необходимости, образец возвращается в охлаждаемую камеру, на него вновь устанавливается контртело, и цикл повторяется. If necessary, the sample is returned to the chilled chamber, a counterbody is reinstalled on it, and the cycle repeats.

Выполнение контробразца из модельного грунта позволяет варьировать состав грунта, соответствующего грунту реальных условий эксплуатации при низких температурах.The implementation of the sample from the model soil allows you to vary the composition of the soil corresponding to the soil of the actual operating conditions at low temperatures.

Предлагаемое устройство позволяет выполнять исследования на износостойкость при пониженных температурах конструкционных материалов, например, нержавеющей стали, титана и т.п. при абразивном воздействии на них модельного грунта, например: замороженной со льдом почвы, замороженного водяного льда, в том числе, соленого льда, льда с включением кварцевого песка, льда с включением глины и т.п.The proposed device allows you to perform studies on wear resistance at low temperatures of structural materials, for example, stainless steel, titanium, etc. with the abrasive effect of model soil on them, for example: frozen soil with ice, frozen water ice, including salt ice, ice with the inclusion of quartz sand, ice with the inclusion of clay, etc.

Состав абразивного контртела возможно подобрать таким образом, чтобы имитировать испытания ледового покрытия Северо-Ледовитого океана и загрязненное абразивными включениями снеговое покрытие тундры.It is possible to select the composition of the abrasive counterbody in such a way as to simulate the testing of the ice cover of the Arctic Ocean and the snow cover of the tundra contaminated with abrasive inclusions.

Claims

A device for testing the abrasion resistance of materials at low temperatures, containing a thermally insulated chamber with a cooled medium, in which the test sample is mounted with the possibility of movement, which is in contact with a cylindrical counter-specimen mounted with the possibility of fixation, a loading mechanism and instrumentation, characterized in that the test sample is made in the form of a cylinder mounted with the possibility of rotation around the axis, the counter-sample is fixed by mandrels and and is connected to the loading mechanism, and the counter-sample is made of model soil, consisting, for example, of crushed frozen ice mixed with abrasive particles, and at the point of contact of the test sample and counter-sample, a curved recess is made in the latter, repeating the shape of the test sample.