RU2165077C2 - Автоматизированный комплекс для испытания трибосопряжений на трение и износ в статическом и динамическом режимах - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к испытательной технике в области трибологии и может быть использовано для испытания конструкционных и смазочных материалов, а также присадок к ним на трение и износ в статических и динамических режимах. Автоматизированный комплекс реализует схему нагружения вал-колодки и представляет собой машину трения, оснащенную программно-управляемыми электроприводами, гидроаппаратурой с пропорциональным управлением и контрольно-измерительной аппаратурой, электрически связанными с микроконтроллером системы управления. Машина трения включает в себя проточную испытательную камеру, связанную с системой циркуляции, фильтрации и терморегуляции испытуемой смазочной среды, позволяющую осуществлять требуемые: давление в испытательной камере и тонкость очистки испытуемой смазочной среды, а также ее терморегулирование по различным законам во времени. Нагружение испытуемого трибосопряжения осуществляется посредством системы нагружения, оснащенной блоком стабилизации питающего давления и программно-управляемой гидроаппаратурой с пропорциональным управлением, позволяющими изменять силу нагружения испытуемого трибосопряжения по необходимому закону во времени. Привод главного движения контробразца осуществляется от программно-управляемого электродвигателя постоянного тока, позволяющего производить изменение скорости скольжения по необходимому закону во времени и одновременно регистрировать момент трения в испытуемом трибосопряжении. В качестве исполнительных механизмом применены плунжерные пары двухстороннего действия, позволяющие не только осуществлять усиление и передачу гидравлического сигнала нагружения испытуемому трибосопряжению, но и свести к минимуму потери на трение в самих плунжерных парах. Технический результат: осуществление полного воспроизведения реальных условий функционирования узлов трения машин и механизмов с возможностью максимального сокращения времени проведения испытаний и сведение их трудоемкости к минимуму. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к испытательной технике в области трибологии и может быть использовано для испытания конструкционных и смазочных материалов, а также присадок к ним на трение и износ в статических и динамических режимах.

Известно устройство для испытания материалов в присутствии масел на трение и износ [Патент SU N 1670520 A1, G 01 N 3/56, бюл. N 30, 15.08.91], содержащее основание, с установленной на нем ванной для масла и размещенными в ней держателями контробразца и испытуемых образцов, привод главного движения, кинематически связанный с держателем контробразца, узел нагружения, соединенный с держателями испытуемых образцов, датчики параметров трения и температуры, датчик температуры, связанный с блоком сравнения, соединенным с задатчиком температуры, управляющим нагревательным элементом. Для настройки на заданное время испытания блок сравнения соединен с триггером, счетчиком времени и задатчиком времени.

В данном устройстве отсутствуют возможности осуществления автоматизированного управления, то есть отсутствуют средства и устройства для автоматизированного управления такими важными параметрами процесса испытания, как скоростью скольжения, силой нагружения, принудительной фильтрацией и охлаждением испытуемой смазочной среды, так как в большинстве случаев требуется охлаждать испытуемую смазочную среду, а не нагревать ее, не говоря уже об осуществлении бесступенчатого регулирования выше указанных трибопараметров. Данное устройство не позволяет осуществлять автоматизированное управление процессом испытания, а призвано осуществлять автоматизированный съем комплекса трибопараметров за определенный промежуток времени и подавать команды начала и окончания испытания. Наличие датчика измерения момента силы трения, как отдельного элемента в устройстве является также существенным недостатком.

Известно также устройство нагружения к машине трения для испытания на трение и износ сопряжения типа вал-колодки [Патент RU N 2073845, C1 G 01 N 3/56, бюл. N 5, 20.02.97]. Это устройство содержит испытательную камеру, заполненную испытуемой средой, оппозитно размещенные в испытательной камере и шарнирно закрепленные два держателя для испытуемых образцов и гидроцилиндр, являющийся исполнительным механизмом и предназначенный для взаимодействия с держателями. Гидроцилиндр выполнен с открытыми полостями на торцах, а плунжеры установлены соосно с образованием межплунжерной полости между ними. В плунжерах выполнены сферические пазы. Устройство снабжено регуляторами уровня давления, рабочие полости которых сообщены с соответствующими торцевыми полостями гидроцилиндра, тремя пневмогидроаккумуляторами, каждый из которых соединен с соответствующей полостью посредством регулируемого дросселя, тремя устройствами электрогидравлической аналоговой сервотехники и предназначенной для управления последними ЭВМ, при этом каждое из устройств аналоговой сервотехники также связанно с соответствующей полостью посредством регулируемого дросселя. Полости предназначены для заполнения рабочими жидкостями различной сжимаемости и вязкости.

Однако использование в качестве привода главного движения гидромотора не позволяет воспроизводить любые законы движения контробразца относительно испытуемых образцов в автоматизированном режиме управления, а измерение момента трения требует наличия специального датчика. Использование в качестве исполнительного механизма гидроцилиндра в системе нагружения не позволяет воспроизводить реальные законы нагружения из-за возникновения трения в самом гидроцилиндре в силу наличия в нем резиновых уплотнительных элементов. Кроме того, при данной схеме нагружения испытуемых образцов сила трения на одном образце будет отличаться от силы трения на противоположном образце вследствие различия их направления, то есть уравнения равновесия, составленные для левого и правого держателей, будут различны. В данном устройстве отсутствуют возможности контроля фильтрации смазочной среды и бесступенчатого регулирования ее температуры, что препятствует воспроизведению реальных законов функционирования узлов трения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является универсальная роликовая машина с автоматизированным управлением [Опыт создания и работы трибологического центра на Волжском автомобильном заводе. / Чудинов Б.А., Полунин В.И., Криштал М.М., Павлихин С.Е., Рыбакин Г.Г. // Заводская лаборатория - 1997. - 63, N 4. -с. 57-63 (прототип)], реализующая схемы испытаний диск-диск, диск-колодка, диск-плоскость, диск-диск с перекрещивающимися осями. Установка имеет два независимо управляемых привода - главный и вспомогательный, каждый из которых имеет собственный электродвигатель, что дает возможность изменять скорость скольжения образцов по любому закону. Приводы имеют разные диапазоны частот вращения валов, на которых крепятся испытуемые образцы, причем в конструкции вспомогательного привода предусмотрено использование волнового редуктора, при этом он используется как устройство для измерения момента трения. Нагружение образцов осуществляется двумя способами: весовым и гидравлическим. Сервогидравлическая система нагружения состоит из гидростанции, управляющего сервоклапана, исполнительного гидроцилиндра и датчиков давления, необходимых для контроля работы системы. Момент трения и суммарный линейный износ пары измеряются указателем "Калибр-275" с помощью индуктивных преобразователей, величина частот вращения приводов - с помощью оптических счетчиков. Ходом эксперимента управляет измерительно-управляющий комплекс, содержащий персональную ЭВМ, систему управления и сбора информации и принтер.

В данном устройстве использование в качестве исполнительного механизма гидроцилиндра в системе нагружения препятствует реализации реального закона нагружения из-за возникновения трения в самом гидроцилиндре в силу наличия в нем резиновых уплотнительных элементов. К тому же устройство не позволяет производить одновременное нагружение двух испытуемых образцов, так как содержит один исполнительный гидроцилиндр и управляющий сервоклапан, что естественным образом ограничивает количество имитируемых узлов трения. Наличие датчика измерения момента силы трения, как отдельного элемента в устройстве является также существенным недостатком, а использование в его качестве вспомогательного привода волнового редуктора возможно лишь в статических режимах испытаний и только при однонаправленном вращении, так как отсутствуют абсолютно жесткие связи подвижных звеньев редуктора. Отсутствие возможности контроля фильтрации смазочной среды и бесступенчатого регулирования ее температуры препятствует воспроизведению реальных законов функционирования узлов трения.

В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности и достоверности результатов испытаний трибосопряжений на трение и износ и расширение функциональных возможностей за счет максимального приближения испытательных условий к эксплуатационным условиям функционирования узлов трения машин и механизмов.

Поставленная задача решается тем, что автоматизированный комплекс для испытания трибосопряжений на трение и износ в статическом и динамическом режимах состоит из устройства для испытания образцов, заполненного испытуемой смазочной средой и содержащего механизмы для закрепления испытуемых образцов, электродвигателя привода главного движения, серво-гидравлической системы нагружения испытуемых образцов, содержащей источник гидравлической энергии, управляющий элемент, исполнительные механизмы, датчики давления, датчик суммарного линейного износа испытуемого трибосопряжения, а также измерительно-управляющего комплекса, содержащего персональную ЭВМ, систему управления и сбора информации и принтер, согласно изобретению испытательная камера содержит манометр, датчик динамического давления, соединенный своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, а также установленный на ролике контробразец, к которому прижаты испытуемые образцы-колодки, оппозитно установленные в самоустанавливающихся шаровых опорах, свободно вращающиеся и перемещающиеся по направляющим. В качестве привода главного движения и регистрирующего устройства момента трения в испытуемом трибосопряжении использован электродвигатель постоянного тока, соединенный своими входом с выходом цифроаналогового преобразователя и выходом - с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления. Сервогидравлическая система нагружения испытуемых образцов дополнительно снабжена блоком стабилизации величины и уровня питающего давления. Блок стабилизации состоит из пневмогидроаккумулятора, гидравлическая полость которого соединена с напорной магистралью источника гидравлической энергии, переливным клапаном давления и управляющим элементом, а пневмополость - с напорной магистралью источника пневматической энергии и манометром, регистрирующим вырабатываемое им давление газовой среды. В качестве управляющего элемента системы нагружения использована программно-управляемая аппаратура с пропорциональным управлением, состоящая из трех автономных устройств, смонтированных на одной панели с возможностью отдельного подключения каждого из них, в зависимости от условий нагружения испытуемых образцов-колодок в сервогидравлическую систему нагружения. При включении первого автономного устройства, представляющего собой программно-управляемый дросселирующий гидрораспределитель с пропорциональным управлением, возможно два варианта его подключения в работу: в первом - один из его управляющих каналов соединен одновременно с двумя полостями нагружения плунжерных пар двухстороннего действия, а другой управляющий канал соединен со сливом; во втором - его управляющие каналы соединены с соответствующими полостями нагружения каждой плунжерной пары двухстороннего действия. При включении второго автономного устройства, состоящего из двух программно- управляемых гидравлических предохранительных клапанов с пропорциональным управлением, управляющий канал каждого из клапанов соединен с соответствующей полостью нагружения одной из плунжерных пар двухстороннего действия. При включении третьего автономного устройства, состоящего из двух программно-управляемых гидравлических встраиваемых дросселей с пропорциональным управлением, управляющий канал каждого из дросселей соединен с соответствующей полостью нагружения одной из плунжерных пар двухстороннего действия. Программно-управляемая гидроаппаратура с пропорциональным управлением связана с источником гидравлической энергии и блоком стабилизации и соединена своими входами с выходами цифроаналогового преобразователя микроконтроллера системы управления. Кроме того, программно-управляемая гидроаппаратура с пропорциональным управлением может осуществлять либо одновременное, либо попеременное нагружение испытуемых образцов-колодок как по одинаковым, так и по различным законам нагружения в зависимости от программируемых условий испытаний. В качестве исполнительных механизмов использованы две оппозитно установленные плунжерные пары двухстороннего действия, торцевые полости которых предназначены для нагружения испытуемых образцов-колодок и соединены с двумя ручными нагружателями, двумя манометрами, двумя датчиками динамического давления, связанными своими выходами с входами аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, и программно-управляемой гидроаппаратурой с пропорциональным управлением системы нагружения. В торец плунжера одной из плунжерных пар двухстороннего действия упирается измерительный наконечник фотоэлектрического датчика линейных перемещений, соединенный своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления. Межплунжерные полости плунжерных пар объединены между собой и соединены с датчиком динамического давления, который соединен своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления. При этом одна из межплунжерных полостей соединена с третьим ручным нагружателем. Автоматизированный комплекс содержит также систему циркуляции, фильтрации и терморегуляции испытуемой смазочной среды, блок фильтрации которой состоит из дифференциального манометра и последовательно установленных магистральных фильтров разной тонкости очистки испытуемой смазочной среды. Один измерительный контур дифференциального манометра включен на входе в блок фильтрации, а другой - на выходе из него. Благодаря этому отслеживается степень загрязненности магистральных фильтров, количество которых выбирается в зависимости от их характеристик, требуемой тонкости очистки и давления, создаваемого источником циркуляции испытуемой смазочной среды. Источник циркуляции испытуемой смазочной среды включен между радиатором и программно-управляемым гидравлическим предохранительным клапаном с пропорциональным управлением, который отслеживает давление испытуемой смазочной среды в испытательной камере, и соединен своим входом с выходом цифроаналогового преобразователя микроконтроллера системы управления. Терморегулирование испытуемой смазочной среды осуществляется посредством программно-управляемого гидравлического встраиваемого дросселя с пропорциональным управлением, соединенного своим входом с выходом цифроаналогового преобразователя микроконтроллера системы управления. Вход радиатора соединен со сливной линией испытательной камеры и датчиком контроля чистоты жидкости. Причем радиатор обдувается посредством дополнительного программно-управляемого электродвигателя постоянного тока, соединенного своим входом с выходом цифроаналогового преобразователя и своим выходом - с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления. В испытательную камеру введены два датчика температуры поверхности контробразца в зоне трения для регистрации в ней распространения тепла, измерительный наконечник одного из которых установлен в центре испытуемого образца-колодки, а измерительный наконечник другого прижат к контробразцу непосредственно на выходе из зоны трения, и электрически соединенные своими выходами с входами аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления. А также в испытательную камеру введены два датчика температуры испытуемой смазочной среды для регистрации распространения тепла в ней около зоны трения, установленные на требуемом расстоянии от зоны трения и друг от друга, и соединенные своими выходами с входами аналого- цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления. Для регистрации режима трения в испытуемом трибосопряжении в испытательную камеру дополнительно введен датчик электросопротивления, один измерительный контакт которого закреплен на испытуемом образце-колодке, а другой - на контробразце, электрически соединенный своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления.

Наличие программно-управляемого электродвигателя постоянного тока привода главного движения позволяет производить изменение скорости скольжения по необходимому закону во времени и производить регистрацию момента трения в испытуемом трибосопряжении по падению его токовой характеристики без применения специального датчика, что повышает точность и достоверность измерения, а наличие программно-управляемой гидроаппаратуры с пропорциональным управлением в сочетании с блоком стабилизации позволяет изменять силу нагружения испытуемого трибосопряжения по необходимому закону во времени. Использование в качестве исполнительных механизмов плунжерных пар позволяет не только осуществлять усиление и передачу гидравлического сигнала нагружения испытуемого трибосопряжения, но и свести к минимуму потери на трение в самих плунжерных парах, что немаловажно для создания реального закона нагружения. Проточная испытательная камера связана с системой циркуляции, фильтрации и терморегуляции испытуемой смазочной среды, позволяющей отслеживать степень ее загрязненности прибором контроля чистоты жидкости, задавать требуемое давление испытуемой смазочной среды в испытательной камере посредством программно-управляемого гидравлического предохранительного клапана с пропорциональным управлением, тонкость очистки испытуемой смазочной среды - блоком фильтрации, а также осуществлять терморегулирование испытуемой смазочной среды в испытательной камере по различным законам во времени благодаря программно-управляемому гидравлическому встраиваемому дросселю с пропорциональным управлением и радиатору, охлаждаемому программно-управляемым электродвигателем постоянного тока. Датчики температуры в зоне трения и на выходе из нее, соответственно, позволяют судить о степени и интенсивности распространения тепла в зоне трения, а датчики температуры испытуемой смазочной среды - о теплоотводных свойствах испытуемой смазочной среды за счет того, что они могут располагаться на любом расстоянии от зоны трения и в любом месте испытательной камеры. Использование датчика электросопротивления позволяет судить о режиме трения: сухое, граничное, полужидкостное или жидкостное.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема автоматизированного комплекса для испытания трибосопряжений на трение и износ в статических и динамических режимах; на фиг. 2 - система нагружения с установкой в качестве управляющего элемента программно-управляемого гидравлического дросселирующего преобразователя с пропорциональным управлением, создающего одновременное нагружение испытуемых образцов-колодок по одинаковым законам нагружения; на фиг. 3 - система нагружения с установкой в качестве управляющего элемента программно-управляемого гидравлического дросселирующего преобразователя с пропорциональным управлением, создающего попеременное нагружение испытуемых образцов-колодок, как по одинаковым, так и по различным законам нагружения; на фиг. 4 - система нагружения с установкой в качестве управляющих элементов двух программно-управляемых гидравлических предохранительных клапанов с пропорциональным управлением, создающих одновременное нагружение испытуемых образцов-колодок как по одинаковым, так и по различным законам нагружения; на фиг. 5 - система нагружения с установкой в качестве управляющих элементов программно-управляемых гидравлических встраиваемых дросселя с пропорциональным управлением, создающих одновременное нагружение испытуемых образцов-колодок как по одинаковым, так и по различным законам нагружения.

Автоматизированный комплекс состоит из двух основных сборочных узлов: машины трения 1 и системы управления 2 (фиг. 1).

Машина трения 1 включает в себя проточную испытательную камеру 3, смонтированную на подшипниковом узле (не показан), в которой вмонтированы манометр 4 и датчик динамического давления (ДД) 5, программно-управляемый электродвигатель постоянного тока 6 привода главного движения (частота вращения 0.. .6000 об/мин, вращающий момент 0.5...2 Нм), выходной конец вала которого соединен посредством жесткой муфты 7 на стяжных конических кольцах (не показаны) с приводным валом, на выходном конце которого закреплен ролик 8 и контробразец 9. К контробразцу 9 прижаты испытуемые образцы-колодки 10 и 11, оппозитно установленные в самоустанавливающихся шаровых опорах 12 и 13. Система нагружения 14 трибосопряжения состоит из источника гидравлической энергии (ИГЭ) 15, напорная магистраль которого соединена с блоком стабилизации 16 уровня питающего давления и с программно- управляемой гидроаппаратурой с пропорциональным управлением (ГПУ) 17. Программно-управляемая аппаратура с пропорциональным управлением 17 состоит из трех автономных устройств: программно- управляемого дросселирующего гидрораспределителя с пропорциональным управлением 17 (фиг. 2 и фиг. 3), двух программно-управляемых гидравлических предохранительных клапанов 17 (фиг. 4) и двух программно-управляемых гидравлических встраиваемых дросселя с пропорциональным управлением 17 (фиг. 5), смонтированных на одной панели (не показана), конструкция и работа которых хорошо известна и описана в литературе [Свешников В. К. Станочные гидроприводы: Справочник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1995. - 448 с.: ил. - с. 178-203]. Использование вышеперечисленных автономных устройств расширяет диапазон возможных вариантов программно задаваемых законов нагружения испытуемых образцов колодок 10 и 11. Блок стабилизации 16 уровня питающего давления содержит пневмогидроаккумулятор 18 (фиг. 1) [Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. - 3-е изд. , перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1995. - 448 с.: ил. - с. 321-330] , гидрополость которого соединена с напорной магистралью источника гидравлической энергии 15 и с гидравлическим переливным клапаном (ПК) 19, а пневмополость - с напорной магистралью источника пневматической энергии (ИПЭ) 20 и манометром 21. Полости нагружения А и Б плунжерных пар 22 и 23 предназначены для подвода давления нагружения и соединены с ручными нагружателями 24 и 25, манометрами 26, 27 и датчиками динамического давления (ДД) 28 и 29, а полости В и Г являются измерительными полостями суммарного линейного износа трибосопряжения. Полости В и Г плунжерных пар 22 и 23 объединены между собой и заполнены рабочей жидкостью с заранее заданной вязкостью и сжимаемостью, в зависимости от программируемой точности и чувствительности измерения суммарного линейного износа, и соединены с ручным нагружателем 30, а также датчиком динамического давления (ДД) 31. В торец плунжерной пары 23 измерительным наконечником упирается фотоэлектрический датчик линейных перемещений (ДЛП) 32. Управляющие каналы программно-управляемой гидроаппаратуры с пропорциональным управлением 17 соединены с полостями нагружения А и Б плунжерных пар 22 и 23 двухстороннего действия. Система циркуляции, фильтрации и терморегуляции смазочной среды 33 содержит источник циркуляции (ИЦ) испытуемой смазочной среды 34, во всасывающей магистрали которого установлены прибор контроля чистоты жидкости (ПКЧЖ) 35 и радиатор 36, охлаждаемый при помощи программно-управляемого электродвигателя постоянного тока 37 (частота вращения 0. . . 1000 об/мин и вращающий момент 0...2 Нм), установленного на требуемом расстоянии от него, в зависимости от программно заданной температуры испытуемой смазочной среды, и соединенного со сливной линией испытательной камеры 3. Напорная магистраль источника циркуляции испытуемой смазочной среды 34 соединена с программно-управляемым гидравлическим предохранительным клапаном с пропорциональным управлением 38 [Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1995. - 448 с. : ил. -с. 195-197], на выходе которого установлен программно-управляемый гидравлический встраиваемый дроссель с пропорциональным управлением нагрева испытуемой смазочной среды 39 [Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник.- 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1995. - 448 с.: ил. - с. 198-199], соединенный с блоком фильтрации 40. Блок фильтрации 40 содержит дифференциальный манометр 41, один измерительный контур которого включен в гидролинию на входе в блок фильтрации 40, а другой - на выходе из него и последовательно установленные магистральные фильтры 42 [Свешников В. К. Станочные гидроприводы: Справочник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1995. - 448 с.: ил. - с. 265-280] разной тонкости очистки, количество которых может быть выбрано в зависимости от их характеристик, требуемой тонкости очистки и давления испытуемой смазочной среды, создаваемого источником циркуляции 34.

Система управления 2 содержит персональную ЭВМ 43, соединенную своими выходами с входами цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 44, а входами - с выходами аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 45, входящих в состав микроконтроллера 46. Также выходы персональной ЭВМ соединены с входами принтера 47. Выходы цифроаналогового преобразователя 44 соединены: с входом программно-управляемого электродвигателя постоянного тока 6 привода главного движения; с входами программно-управляемой гидроаппаратуры с пропорциональным управлением 17; с входом программно-управляемого электродвигателя постоянного тока 37; с входом программно-управляемого гидравлического предохранительного клапана с пропорциональным управлением 38; с входом программно-управляемого гидравлического встраиваемого дросселя с пропорциональным управлением 39. Входы аналого-цифрового преобразователем 45 соединены: с выходами датчиков динамического давления (ДД) 5, 28, 29, 31; с выходом программно-управляемого двигателя постоянного тока 6; с выходом датчика линейных перемещений (ДЛП) 32; с выходом программно-управляемого двигателя постоянного тока 37; с выходом прибора контроля чистоты жидкости (ПКЧЖ) 35; с выходом датчика электросопротивления (ДЭ) 48; с выходами датчиков температуры (ДТ) 49,50,51,52. Один измерительный контакт датчика электросопротивления 48 закреплен на испытуемом образце-колодке 10, а другой - на контробразце 9. Измерительный наконечник датчика температуры 49 установлен в центре испытуемого образца-колодки 11. Измерительный наконечник датчика температуры 50 прижат к контробразцу 9 непосредственно на выходе из зоны трения. Датчики температуры 51 и 52, установлены на требуемом расстоянии от зоны трения и друг от друга.

В качестве источника гидравлической энергии (ИГЭ) 15 и источника циркуляции испытуемой смазочной среды (ИЦ) 34 могут выступать гидравлические насосы или насосные станции, источники пневматической энергии (ИПЭ) 20 - пневматические насосы или насосные станции или компрессоры, магистральных фильтров 42 - сетчатые, приемные, щелевые, напорные, встраиваемые, магнитопористые и заливные фильтры.

Автоматизированный комплекс работает следующим образом: перед началом испытания на выходной конец приводного вала насаживают ролик 8, на котором закрепляют контробразец 9, а испытуемые образцы-колодки 10 и 11 устанавливают в самоустанавливающиеся шаровые опоры 12 и 13 и производят герметизацию испытательной камеры 3. Затем в системе управления 2 посредством персональной ЭВМ 43 формируют начальные и граничные условия проведения испытания по: тонкости очистки испытуемой смазочной среды и давлению в узлах системы нагружения. Программно задают законы изменения силы нагружения, скорости скольжения, давления и температуры испытуемой смазочной среды в испытательной камере 3 и производят пуск. Затем производят включение системы циркуляции, фильтрации и терморегуляции 33 испытуемой смазочной среды, в результате чего смазочная среда источником циркуляции (ИЦ) 34 подается под постоянным давлением на программно-управляемый гидравлический предохранительный клапан с пропорциональным управлением 38, который изменяет это давление по необходимому закону во времени и подает смазочную среду на программно-управляемый гидравлический встраиваемый дроссель с пропорциональным управлением 39, в котором происходит ее разогрев до необходимой температуры. От программно-управляемого гидравлического встраиваемого дросселя с пропорциональным управлением 39 испытуемая смазочная среда подается на блок фильтрации 40, в котором она фильтруется до желаемой тонкости в магистральных фильтрах 42, о загрязненности которых судят по дифференциальному манометру 41. Таким образом, в испытательную камеру 3 подается подогретая и очищенная испытуемая смазочная среда, которая, выходя из нее, попадает в радиатор 36, охлаждаемый программно-управляемым электродвигателем постоянного тока 37, и охлаждается до необходимой величины, в зависимости от программно заданной величины температуры испытуемой смазочной среды в испытательной камере 3. О величине давления в испытательной камере 3 в статическом режиме испытаний судят по манометру 4, а в автоматизированном режиме - по датчику динамического давления (ДД) 5, о степени и интенсивности образования абразивных частиц износа судят по прибору контроля чистоты жидкости (ПКЧЖ) 35. После того, как температура испытуемой смазочной среды достигнет заданного программой значения, производят последовательный пуск программно-управляемого электродвигателя постоянного тока 6 привода главного движения, который передает вращение контробразцу через жесткую муфту 7 и систему нагружения 14 на холостом ходу. При выходе на заданный программой температурный режим система управления 2 посредством персональной ЭВМ 43 производит стартовый запуск всех программно-управляемых элементов машины трения 1 посредством цифроаналогового преобразователя 44 и подает напряжение питания на все контрольные приборы, сигналы с которых преобразуются, усиливаются и поступают на персональную ЭВМ 43 посредством аналого-цифрового преобразователя 45. Вся информация о ходе эксперимента отображается в виде таблиц и графиков как на экране дисплея персональной ЭВМ 43, так и на бумаге в виде отдельного документа посредством принтера 47. Нагружение испытуемого трибосопряжения может осуществляться в двух режимах: статическом и динамическом. Статическое нагружение испытуемых образцов-колодок 10 и 11 осуществляют путем создания одинакового или разного давления в полостях нагружения А и Б при помощи ручных нагружателей 24 или 25, о величине которых судят по манометрам 26 и 27. В динамическом режиме нагружение осуществляют посредством системы нагружения 14, которая работает следующим образом. Источник гидравлической энергии (ИГЭ) 15 создает давление рабочей жидкости, которое стабилизируется при помощи блока стабилизации 16 уровня питающего давления и передается на программно-управляемую гидроаппаратуру с пропорциональным управлением 17, осуществляющую формирование программно заданного закона нагружения испытуемого трибосопряжения в полостях нагружения А и Б плунжерных пар 22 и 23. При включении в работу первого автономного устройства, а именно программно-управляемого дросселирующего гидрораспределителя с пропорциональным управлением, когда один из его управляющих каналов соединен одновременно с двумя полостями нагружения А и Б плунжерных пар двухстороннего действия 22 и 23, а второй управляющий канал соединен со сливом (фиг. 2), осуществляется попеременное нагружение испытуемых образцов-колодок 10 и 11 как по одинаковым, так и по различным законам нагружения, а когда каждый из его управляющих каналов соединен с соответствующей полостью нагружения А или Б одной из плунжерных пар двухстороннего действия 22 и 23 (фиг. 3) осуществляется одновременное нагружение испытуемых образцов-колодок 10 и 11 по одинаковым законам нагружения. При включении второго автономного устройства, а именно двух программно-управляемых гидравлических предохранительных клапанов с пропорциональным управлением, когда управляющий канал каждого из клапанов соединен с соответствующей полостью А или Б одной из плунжерных пар двухстороннего действия 22 и 23 (фиг. 4), осуществляется одновременное нагружение испытуемых образцов- колодок 10 и 11 как по одинаковым, так и по различным законам нагружения. При включении третьего автономного устройства, а именно двух программно-управляемых встраиваемых дросселей с пропорциональным управлением, когда управляющий канал каждого из дросселей соединен с соответствующей полостью А или Б одной из плунжерных пар двухстороннего действия 22 и 23 (фиг. 5), осуществляется одновременное нагружение испытуемых образцов-колодок 10 и 11 как по одинаковым, так и по различным законам нагружения. Блок стабилизации 16 стабилизирует уровень давления, питающего программно-управляемую гидроаппаратуру с пропорциональным управлением 17, при помощи пневмогидроаккумулятора 18, в пневмополость которого давление подается источником пневматической энергии (ИПЭ) 20 и регистрируется манометром 21. Для измерения суммарного линейного износа трибосопряжения используются полости В и Г плунжерных пар 22 и 23, предварительно заполненные рабочей средой под начальным давлением, зависящим от величины прогнозируемого суммарного линейного износа трибосопряжения и создаваемым ручным нагружателем 30 и регистрируемым при помощи датчика динамического давления 31. Для измерения суммарного линейного износа контробразца 9 и испытуемого образца-колодки 11 используется датчик линейных перемещений (ДЛП) 32. В ходе проведения эксперимента на автоматизированном комплексе непрерывно регистрируются температуры: в зоне трения - датчиком температуры (ДТ) 49; непосредственно на выходе из зоны трения - датчиком температуры 50, по разнице показаний которых судят о величине и скорости изменения температуры в зоне трения. Кроме того, регистрируется температурное поле около зоны трения датчиками температуры 51 и 52. По величине температуры датчика 52 система управления 2 решает охлаждать или нагревать испытуемый смазочный материал, подавая соответствующий сигнал либо на гидравлический встраиваемый дроссель с пропорциональным управлением 39, либо на электродвигатель постоянного тока 37. Электросопротивление в зоне трения, образованной контробразцом 9 и испытуемым образцом-колодкой 10 регистрируется датчиком электросопротивления (ДЭ) 48. По окончании испытания система управления 2 подает управляющий сигнал на отключение всех управляемых ее систем и питания контрольных приборов, происходит промывка и смена испытуемой смазочной среды, а также испытуемых контробразца 9 и образцов-колодок 10 и 11, формирование новых начальных и граничных условий проведения испытания и процесс повторяется.

Наличие в автоматизированном комплексе программно-управляемых электродвигателя постоянного тока 6 привода главного движения, гидроаппаратуры с пропорциональным управлением 17, электродвигателя постоянного тока 37, гидравлического предохранительного клапана с пропорциональным управлением 38, гидравлического встраиваемого дросселя с пропорциональным управлением 39, блока фильтрации 40 испытуемой смазочной среды позволяет максимально приблизить условия испытания к реальным условиям функционирования узлов трения машин и механизмов, с возможностью максимального сокращения времени проведения испытаний и сведению их трудоемкости к минимуму.

Claims (2)

1. Автоматизированный комплекс для испытания трибосопряжений на трение и износ в статическом и динамическом режимах, содержащий устройство для испытания образцов, заполненное испытуемое смазочной средой и снабженное механизмами для закрепления испытуемых образцов, электродвигатель привода главного движения, сервогидравлическую систему нагружения испытуемых образцов, содержащую источник гидравлической энергии, управляющий элемент, исполнительные механизмы и датчики давления, а также датчик суммарного линейного износа испытуемого трибосопряжения и измерительно-управляющий комплекс, содержащий персональную ЭВМ, систему управления и сбора информации и принтер, отличающийся тем, что испытательная камера содержит манометр, датчик динамического давления, соединенный своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, а также установленный на ролике контробразец, к которому прижаты испытуемые образцы-колодки, оппозитно установленные в самоустанавливающихся шаровых опорах с возможностью вращения и перемещения по направляющим, в качестве привода главного движения контробразца и регистрирующего устройства момента трения в испытуемом трибосопряжении использован электродвигатель постоянного тока, соединенный своими входом с выходом цифроаналогового преобразователя и выходом - с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, в сервогидравлическую систему нагружения испытуемых образцов-колодок дополнительно введен блок стабилизации величины и уровня питающего давления, включающий в себя пневмогидроаккумулятор, гидрополость которого соединена с напорной магистралью источника гидравлической энергии, переливным клапаном давления и управляющим элементом, а пневмополость соединена с напорной магистралью источника пневматической энергии и манометром, а в качестве управляющего элемента использована программно-управляемая гидроаппаратура с пропорциональным управлением, состоящая из трех автономных устройств, смонтированных на одной панели с возможностью отдельного подключения каждого из них в зависимости от условий нагружения испытуемых образцов-колодок в сервогидравлическую систему нагружения таким образом, что при включении первого автономного устройства, представляющего собой программно-управляемый дросселирующий гидрораспределитель с пропорциональным управлением, его оба управляющих канала или соединены с соответствующими полостями нагружения каждой плунжерной пары двухстороннего действия, или один из управляющих каналов соединен одновременно с двумя полостями нагружения плунжерных пар двухстороннего действия, а второй управляющий канал соединен со сливом, при включении второго автономного устройства, состоящего из двух программно-управляемых гидравлических предохранительных клапанов с пропорциональным управлением, их управляющие каналы соединены с соответствующими полостями нагружения каждой плунжерной пары двухстороннего действия, и при включении третьего автономного устройства, состоящего из двух программно-управляемых гидравлических встраиваемых дросселей с пропорциональным управлением, их управляющие каналы соединены с соответствующими полостями нагружения каждой плунжерной пары двухстороннего действия, причем эта программно-управляемая гидроаппаратура с пропорциональным управлением связана с источником гидравлической энергии и блоком стабилизации и соединена своими входами с выходами цифроаналогового преобразователя микроконтроллера системы управления, кроме того, в качестве исполнительных механизмов использованы две оппозитно установленные плунжерные пары двухстороннего действия, торцевые полости которых предназначены для нагружения испытуемых образцов-колодок и соединены с двумя ручными нагружателями, двумя манометрами, двумя датчиками динамического давления, соединенными своими выходами с входами аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, и программно-управляемой гидроаппаратурой с пропорциональным управлением системы нагружения, при этом торец плунжера одной из плунжерных пар двухстороннего действия соединен с датчиком линейных перемещений, который связан своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, а межплунжерные полости плунжерных пар объединены между собой и соединены с датчиком динамического давления, который соединен своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, при этом одна из межплунжерных полостей соединена с третьим ручным нагружателем, кроме того, автоматизированный комплекс содержит систему циркуляции, фильтрации и терморегуляции испытуемой смазочной среды, включающую в себя блок фильтрации испытуемой смазочной среды, состоящий из дифференциального манометра, один измерительный контур которого включен в гидролинию на входе в блок фильтрации, а другой - на выходе из него, и из последовательно установленных магистральных фильтров разной тонкости очистки испытуемой смазочной среды, количество которых может быть выбрано в зависимости от их характеристик, требуемой тонкости очистки и давления, создаваемого источником циркуляции испытуемой смазочной среды, включенного между радиатором и программно-управляемым гидравлическим предохранительным клапаном с пропорциональным управлением, и который вместе с программно-управляемым гидравлическим встраиваемым дросселем с пропорциональным управлением нагрева испытуемой смазочной среды в испытательной камере соединены своими входами с выходами цифроаналогового преобразователя микроконтроллера системы управления, а дополнительно введенный программно-управляемый электродвигатель постоянного тока, охлаждающий радиатор соединен своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя и своим входом - с выходом цифроаналогового преобразователя микроконтроллера системы управления, вход радиатора соединен со сливной линией испытательной камеры и с датчиком контроля чистоты жидкости, который соединен своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, кроме того, в испытательную камеру введены два датчика температуры поверхности контробразца в зоне трения, соединенные своими выходами с входами аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, а также в испытательную камеру введены два датчика температуры испытуемой смазочной среды, соединенные своими выходами с входами аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления, а также датчик электросопротивления, один измерительный контакт которого закреплен на испытуемом образце-колодке, а другой - на контробразце, регистрирующий режим трения в испытуемом трибосопряжении и соединенный своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера системы управления.

2. Автоматизированный комплекс для испытания трибосопряжений на трение и износ в статическом и динамическом режимах по п.1, отличающийся тем, что датчики температуры поверхности контробразца в зоне трения расположены так, что измерительный наконечник одного установлен в центре испытуемого образца-колодки, а измерительный наконечник другого прижат к контробразцу непосредственно на выходе из зоны трения.

Images