RU2758930C1 - Installation for determining coefficients of external friction of rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures - Google Patents

Installation for determining coefficients of external friction of rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures Download PDF

Info

Publication number
RU2758930C1
RU2758930C1 RU2021100260A RU2021100260A RU2758930C1 RU 2758930 C1 RU2758930 C1 RU 2758930C1 RU 2021100260 A RU2021100260 A RU 2021100260A RU 2021100260 A RU2021100260 A RU 2021100260A RU 2758930 C1 RU2758930 C1 RU 2758930C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
base
rest
toxic materials
sliding
Prior art date
Application number
RU2021100260A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Иванов
Владимир Николаевич Гостев
Михаил Дмитриевич Коршунов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2021100260A priority Critical patent/RU2758930C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758930C1 publication Critical patent/RU2758930C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: tribotechnical testing.
SUBSTANCE: invention relates to the field of tribotechnical testing of materials, in particular to the determination of coefficients of external friction of rest and sliding during mutual movement of samples of toxic materials in vacuum at elevated temperatures. An installation contains a base and a movable sample, while the latter is made with a flat or convex support surface and is mounted on the base sample with the possibility to move along it. The base and movable samples are placed in a sealed vacuum chamber with a built-in observation window, a scale for recording movements of the movable sample and the base sample made in the form of a hemisphere and connected to a heater equipped with a thermocouple are sequentially fixed opposite it, wherein the vacuum chamber is equipped with a cooling circuit.
EFFECT: possibility of testing toxic materials at elevated temperatures, obtaining values of the coefficient of external friction of rest and sliding depending on the temperature in the temperature range of 20-200°C with simultaneous protection of personnel and the environment from effects of tested toxic materials.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области триботехнических испытаний материалов, в частности к определению коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения при взаимном перемещении образцов из токсичных материалов в вакууме при повышенных температурах.The invention relates to the field of tribotechnical testing of materials, in particular to the determination of the coefficients of external friction at rest and sliding during the mutual movement of samples from toxic materials in a vacuum at elevated temperatures.

Известны различные способы определения коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения на образцах при их взаимном перемещении. В большинстве случаев для определения коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения требуется не только проведение отдельных опытов, но и использование различных устройств.There are various methods for determining the coefficients of external friction at rest and sliding on samples during their mutual movement. In most cases, to determine the coefficients of external friction at rest and sliding, not only separate experiments are required, but also the use of various devices.

Известен способ определения динамического коэффициента внешнего трения скольжения при наклоне двух образцов, нижний из которых, имеющий форму диска, приводят во вращение вокруг своей оси и наклоняют относительно горизонта, удерживая верхний образец в том месте диска, где его линейная скорость направлена вверх по уклону, при этом динамический коэффициент трения определяют по текущему значению угла наклона ϕ в тот момент, когда верхний образец начинает соскальзывать вниз [патент РФ №2458336, опубл. 10.08.2012]. Недостатком способа является необходимость проведения раздельных опытов для определения статического и динамического коэффициентов трения, а также невозможность проведения безопасного для персонала и окружающей среды испытания образцов на определение коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения из токсичных материалов при повышенных температурах.There is a known method for determining the dynamic coefficient of external sliding friction when two samples are tilted, the lower of which, having the shape of a disk, is rotated around its axis and tilted relative to the horizon, holding the upper sample in the place of the disk where its linear velocity is directed up the slope, when this dynamic coefficient of friction is determined by the current value of the angle of inclination ϕ at the moment when the upper sample begins to slide down [RF patent No. 2458336, publ. 10.08.2012]. The disadvantage of this method is the need for separate experiments to determine the static and dynamic coefficients of friction, as well as the impossibility of conducting safe for personnel and the environment testing of samples to determine the coefficients of external friction at rest and sliding from toxic materials at elevated temperatures.

Известен способ для определения коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения на образцах используют два расположенных друг на друге образца, один из которых, базовый образец выполняют в виде кольца с внутренней рабочей поверхностью сферической или цилиндрической формы с горизонтальной осью и обеспечивают возможность его поворота вокруг этой оси [патент RU №2537745, опубл. 10.01.2015]. Опорную поверхность второго, подвижного образца, выполняют плоской или выпуклой, с радиусом не меньше радиуса рабочей поверхности базового образца. Поворачивая базовый образец вокруг оси, постепенно увеличивают угол смещения центра опорной поверхности подвижного образца относительно исходного нижнего подвижного положения до некоторого угла ϕ1, при котором произойдет соскальзывание подвижного образца под действием силы тяжести, и по значению угла ϕ1 определяют коэффициент внешнего трения покоя как:There is a known method for determining the coefficients of external friction at rest and sliding on samples using two samples located on top of each other, one of which, the base sample is made in the form of a ring with an inner working surface of a spherical or cylindrical shape with a horizontal axis and provide the possibility of its rotation around this axis [ patent RU No. 2537745, publ. 01/10/2015]. The supporting surface of the second, movable sample is made flat or convex, with a radius not less than the radius of the working surface of the base sample. By turning the base sample around the axis, the angle of displacement of the center of the supporting surface of the movable specimen is gradually increased relative to the initial lower movable position to a certain angle ϕ 1 , at which the movable specimen will slip under the action of gravity, and the coefficient of external friction at rest is determined from the value of the angle ϕ 1 as:

Figure 00000001
Figure 00000001

Затем измеряют угол ϕ2, соответствующий новому неподвижному положению подвижного образца относительно нижнего исходного положения и определяют коэффициент внешнего трения скольжения по формуле:Then measure the angle ϕ 2 corresponding to the new stationary position of the movable sample relative to the lower initial position and determine the coefficient of external sliding friction by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

полученной из условия равенства между уменьшением потенциальной энергии подвижного образца в процессе соскальзывания и работой, производимой силой трения при движении образца.obtained from the condition of equality between the decrease in the potential energy of the movable sample during sliding and the work produced by the friction force during the movement of the sample.

Недостатком данного способа, выбранного в качестве прототипа, является отсутствие возможности проведения безопасного для персонала и окружающей среды испытания образцов на определение коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения из токсичных материалов при повышенных температурах.The disadvantage of this method, selected as a prototype, is the inability to conduct a safe for personnel and the environment testing of samples to determine the coefficients of external friction at rest and sliding from toxic materials at elevated temperatures.

Задачей, стоящей перед авторами предполагаемого изобретения, является разработка установки для определения коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения из токсичных материалов при повышенных температурах с возможной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов.The task facing the authors of the alleged invention is the development of an installation for determining the coefficients of external friction at rest and sliding from toxic materials at elevated temperatures with the possible protection of personnel and the environment from the effects of the tested toxic materials.

Техническим результатом изобретения является возможность проведения испытаний токсичных материалов при повышенных температурах, получение значений коэффициента внешнего трения покоя и скольжения в зависимости от температуры в диапазоне температур 20°С-200°С, с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов, путем двойной герметизации образцов из токсичных материалов.The technical result of the invention is the possibility of testing toxic materials at elevated temperatures, obtaining values of the coefficient of external friction at rest and sliding depending on temperature in the temperature range of 20 ° C-200 ° C, while protecting personnel and the environment from the effects of the tested toxic materials, by double sealing of samples from toxic materials.

Технический результат достигается тем, что установка для определения коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения токсичных материалов при повышенных температурах содержит базовый и подвижный образцы, при этом последний выполнен с плоской или выпуклой опорной поверхностью и установлен на базовом образце с возможностью перемещения по нему, базовый и подвижный образцы помещены в герметичную вакуумную камеру с встроенным наблюдательным окном, напротив него последовательно закреплены шкала для регистрации перемещений подвижного образца и базовый образец, выполненный в виде полусферы и соединенный с нагревателем, оснащенным термопарой, вакуумная камера снабжена охлаждающим контуром. Охлаждающий контур имеет полость, заполненную проточной водой, и штуцеры подвода и вывода воды. Нагреватель снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля. Вторым контуром герметизации является герметичный перчаточный бокс, в котором помещена установка.The technical result is achieved by the fact that the installation for determining the coefficients of external friction at rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures contains a base and movable samples, while the latter is made with a flat or convex supporting surface and is installed on the base sample with the ability to move along it, base and movable the samples are placed in a sealed vacuum chamber with a built-in observation window, opposite to it are a scale for recording the movements of a moving sample and a base sample made in the form of a hemisphere and connected to a heater equipped with a thermocouple; the vacuum chamber is equipped with a cooling circuit. The cooling circuit has a cavity filled with running water and water inlet and outlet fittings. The heater is equipped with a heat distributor to equalize the temperature field. The second circuit of sealing is a sealed glove box, in which the unit is located.

Возможность проведения испытаний образцов из токсичных материалов при повышенных температурах достигается применением герметичной вакуумной камеры и нагревателя. Испытание образцов именно из токсичных материалов стало возможным при размещении рабочей камеры в герметичном перчаточном боксе и создании вакуума в рабочей камере.The possibility of testing samples from toxic materials at elevated temperatures is achieved by using a sealed vacuum chamber and a heater. Testing of samples made of toxic materials became possible by placing the working chamber in a sealed glove box and creating a vacuum in the working chamber.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает возможность определения коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения образцов из токсичных материалов при повышенных температурах.Thus, the claimed technical solution makes it possible to determine the coefficients of external friction at rest and sliding of samples from toxic materials at elevated temperatures.

На фиг. 1 и 2 показана схема реализации предлагаемого устройства для определения коэффициента внешнего трения покоя и скольжения при повышенной температуре образцов из токсичных материалов, где:FIG. 1 and 2 show a diagram of the implementation of the proposed device for determining the coefficient of external friction at rest and sliding at an elevated temperature of samples from toxic materials, where:

1 - герметичная вакуумная камера;1 - sealed vacuum chamber;

2 - нагреватель;2 - heater;

3 - термопара;3 - thermocouple;

4 - шкала;4 - scale;

5 - крышка;5 - cover;

6 - штуцер для присоединения к вакуумной системе;6 - fitting for connection to a vacuum system;

7 - штуцер для присоединения к системе охлаждения;7 - fitting for connection to the cooling system;

8 - базовый образец;8 - basic sample;

9 - наблюдательное окно;9 - observation window;

10 - подвижный образец.10 - movable sample.

Устройство работает следующим образом. Базовый образец 8 и подвижный образец 10 помещены в герметичную вакуумную камеру 1 с встроенным наблюдательным окном 9, напротив которого последовательно закреплены шкала 4 для регистрации перемещений подвижного образца 10 и базовый образец 8, выполненный в виде полусферы и соединенный с нагревателем 2, оснащенным термопарой 3. Вакуумная камера 1 снабжена охлаждающим контуром и штуцером 6 для присоединения вакуумной системы. Охлаждающий контур имеет полость, заполненную проточной водой, и штуцеры 7 для подвода и вывода воды. Нагреватель 2 снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля (на фиг. 1 и фиг. 2 не показан). Ось рабочей сферической поверхности базового образца 8 совместно с вакуумной камерой 1 располагается горизонтально и при этом обеспечивается возможность поворота относительно нее базового образца 8.The device works as follows. The base sample 8 and the movable sample 10 are placed in a sealed vacuum chamber 1 with a built-in observation window 9, opposite to which the scale 4 is sequentially fixed to register the movements of the movable sample 10 and the base sample 8, made in the form of a hemisphere and connected to a heater 2 equipped with a thermocouple 3. The vacuum chamber 1 is equipped with a cooling circuit and a fitting 6 for connecting a vacuum system. The cooling circuit has a cavity filled with running water and fittings 7 for water inlet and outlet. The heater 2 is equipped with a heat distributor for equalizing the temperature field (not shown in Fig. 1 and Fig. 2). The axis of the working spherical surface of the base sample 8 together with the vacuum chamber 1 is located horizontally and at the same time it is possible to rotate the base sample 8 relative to it.

При достижении заданной температуры, определяемой с помощью термопары 3, установку поворачивают относительно оси базового образца 8. После соскальзывания подвижного образца 10 по шкале 4 через наблюдательное окно 9 определяются углы ϕ1 и ϕ2. Затем по формулам (1) и (2) рассчитываются значения коэффициентов трения покоя (fп) и скольжения (fc).Upon reaching a predetermined temperature, determined using a thermocouple 3, the installation is rotated relative to the axis of the base sample 8. After the movable sample 10 slides along the scale 4 through the observation window 9, the angles ϕ 1 and ϕ 2 are determined. Then, using formulas (1) and (2), the values of the coefficients of friction at rest (f p ) and sliding (f c ) are calculated.

Изготовлен опытный образец установки, испытан, результаты подтвердили работоспособность установки и получение нового технического результата.A prototype of the installation was made, tested, the results confirmed the functionality of the installation and a new technical result.

Claims (4)

1. Установка для определения коэффициентов внешнего трения покоя и скольжения токсичных материалов при повышенных температурах, содержащая базовый и подвижный образцы, при этом последний выполнен с плоской или выпуклой опорной поверхностью и установлен на базовом образце с возможностью перемещения по нему, отличающаяся тем, что базовый и подвижный образцы помещены в герметичную вакуумную камеру с встроенным наблюдательным окном, напротив него последовательно закреплены шкала для регистрации перемещений подвижного образца и базовый образец, выполненный в виде полусферы и соединенный с нагревателем, оснащенным термопарой, вакуумная камера снабжена охлаждающим контуром.1. An installation for determining the coefficients of external friction at rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures, containing a base and a movable sample, while the latter is made with a flat or convex support surface and is installed on the base sample with the ability to move along it, characterized in that the base and The movable samples are placed in a sealed vacuum chamber with a built-in observation window, opposite it are sequentially fixed a scale for recording the movements of a movable sample and a base sample made in the form of a hemisphere and connected to a heater equipped with a thermocouple, the vacuum chamber is equipped with a cooling circuit. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждающий контур имеет полость, заполненную проточной водой, и штуцеры подвода и вывода воды.2. An installation according to claim 1, characterized in that the cooling circuit has a cavity filled with running water and water inlet and outlet fittings. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что нагреватель снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля.3. Installation according to claim. 1, characterized in that the heater is equipped with a heat distributor to equalize the temperature field. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она помещена в перчаточный бокс.4. Installation according to claim. 1, characterized in that it is placed in a glove box.
RU2021100260A 2021-01-11 2021-01-11 Installation for determining coefficients of external friction of rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures RU2758930C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100260A RU2758930C1 (en) 2021-01-11 2021-01-11 Installation for determining coefficients of external friction of rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100260A RU2758930C1 (en) 2021-01-11 2021-01-11 Installation for determining coefficients of external friction of rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758930C1 true RU2758930C1 (en) 2021-11-03

Family

ID=78466640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021100260A RU2758930C1 (en) 2021-01-11 2021-01-11 Installation for determining coefficients of external friction of rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758930C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023211902A1 (en) * 2022-04-26 2023-11-02 The Texas A&M University System Rapid-cooling, temperature-intensive cryogenic test chamber allowing for relative motion

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2247360C2 (en) * 2003-03-31 2005-02-27 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН) Instrument for determining static friction coefficient
UA31682U (en) * 2007-08-10 2008-04-25 Леонид Захарович Гребенюк Method for determination of friction coefficient of material
RU2537745C1 (en) * 2013-07-23 2015-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" Method of determining static and dynamic coefficient of external friction
CN108444906A (en) * 2018-06-05 2018-08-24 中国人民解放军国防科技大学 Testing device and testing method for surface friction coefficient of bean pod rod

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2247360C2 (en) * 2003-03-31 2005-02-27 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН) Instrument for determining static friction coefficient
UA31682U (en) * 2007-08-10 2008-04-25 Леонид Захарович Гребенюк Method for determination of friction coefficient of material
RU2537745C1 (en) * 2013-07-23 2015-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" Method of determining static and dynamic coefficient of external friction
CN108444906A (en) * 2018-06-05 2018-08-24 中国人民解放军国防科技大学 Testing device and testing method for surface friction coefficient of bean pod rod

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023211902A1 (en) * 2022-04-26 2023-11-02 The Texas A&M University System Rapid-cooling, temperature-intensive cryogenic test chamber allowing for relative motion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106404579B (en) Friction and wear testing machine with variable gravity orientation and testing method
RU2758930C1 (en) Installation for determining coefficients of external friction of rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures
RU2458336C1 (en) Method of determining coefficient of external friction
CN107084884A (en) High pressure low temperature frozen soil pressure loading device
CN109557025A (en) One discharge plate disk friction lubricating performance test stand
RU2444000C1 (en) Method for experimental determination of dynamic coefficient of external friction
JPH06504120A (en) Device for measuring the vapor pressure of liquids
Gromov et al. Hardware and Software System for Thermal Control.
CN105241382B (en) When grid turntable Thermal Error measuring system Thermal Error survey calculation method
US4884437A (en) Method and apparatus for measuring fluid-fluid interfacial rheological properties
Hong et al. Improvement of the T-history method to measure heat of fusion for phase change materials
RU2454659C2 (en) Method of evaluating thermal and physical characteristics of building enclosures made from bricks in winter season based on full-scale test results
RU2563904C1 (en) Method of determining dynamic coefficient of external friction with retention of sample on inclined surface by elastic element
RU2537745C1 (en) Method of determining static and dynamic coefficient of external friction
CN110132903A (en) A kind of full-automatic solidification point test device and method
CN110308090A (en) A kind of confficient of static friction measurement experiment fixture experimental method
Miller Thermal analyses of polymers. VII. Calorimetric and dilatometric aspects of the glass transition
Hajjar et al. Determination of the second virial coefficients of six fluorochloromethanes by a gas balance method in the range 40. deg. to 130. deg.
Anderson The role of heat transfer in the design and performance of solarimeters
CN108760959A (en) A kind of decompression vapor liquid equilibrium device with automatic pressure-controlled test sample function
CN212845130U (en) Condensation point testing device
RU2699698C1 (en) Apparatus for determining cooling capacity of process medium
RU2522718C2 (en) Inertial viscosity gage
Agudo et al. Visually based characterization of the incipient particle motion in regular substrates: From laminar to turbulent conditions
RU2276781C1 (en) Method for determining heat conductivity of materials