Устройство нагружения к машине трения

Полезная модель относится к испытательной технике в области трибологии и может быть использована в различных автоматизированных трибокомплексах для испытания смазочных и конструкционных материалов на трение и износ с различными законами нагружения. В камере с рабочей средой по обе стороны контробразца оппозитно размещены два держателя образцов. Одни концы держателей шарнирно закреплены внутри камеры, а другие - в сферических пазах, выполненных в плунжерах двухплунжерного гидроцилиндра. С межплунжерной полостью гидроцилиндра соединены датчики давления и регулятор давления. С двумя крайними полостями гидроцилиндра соединены два датчика линейных перемещений, которые позволяют определить линейный износ каждого образца по смещению плунжеров. Датчики линейных перемещений соединены со входами системы управления, с помощью которой задается коэффициент усиления по перемещению. Наличие этих датчиков повышает точность измерения. Узел создания нагрузки содержит источник пневматической энергии, пневмоэлектрический преобразователь, которые связаны с выходами системы управления, и два пневмоцилиндра. Штоки пневмоцилиндров соединены с соответствующими держателями образцов. Пневматический принцип создания нагрузки, в отличие от гидравлического, исключает силы жидкостного вязкостного трения и повышает тем самым достоверность испытаний.

Полезная модель относится к испытательной технике в области трибологии и может быть использована в различных автоматизированных трибокомплексах для испытания смазочных и конструкционных материалов на трение и износ с различными законами нагружения.

Известно нагружающее устройство, используемое в машине трения для испытания сопряжении типа вал-втулка (а.с. СССР №1224668, опубликованное 15.04.86). Это устройство осуществляет независимое нагружение каждого из образцов и выполнено в виде гидроцилиндра, взаимодействующего с держателями через систему шарнирно соединенных рычагов. Однако, диапазон условий задания нагрузки этим устройством на испытываемую пару трения ограничен ввиду отсутствия дополнительного средства для динамического нагружения образцов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство нагружения к машине трения по патенту РФ на изобретение №2073845, опубликованному 20.02.97, которое содержит камеру с рабочей средой, оппозитно размещенные в ней и шарнирно закрепленные одними концами два держателя для образцов и взаимодействующий с держателями гидроцилиндр, который выполнен с открытыми полостями на торцах. Плунжеры установлены соосно с образованием межплунжерной полости и выполнены со сферическими пазами, в которых размещены вторые концы держателей образцов. Устройство также содержит узел создания нагрузки, который включает регуляторы уровней давления, сообщенные с полостями гидроцилиндра, и три гидравлических аккумулятора, соединенных с соответствующими полостями гидроцилиндров посредством регулируемых дросселей. Полости предназначены для заполнения жидкостями различной сжимаемости и вязкости. В устройстве имеется также система управления нагруженном образцов, которая включает три устройства аналоговой сервотехники и ЭВМ.

Однако, использование в качестве исполнительного механизма гидроцилиндра не позволяет воспроизводить реальные законы нагружения из-за возникновения в устройстве нагружения между цилиндром и плунжером сил жидкостного вязкостного трения. В данной схеме при стационарном режиме нагружения испытуемых образцов условия трения (коэффициент трения) на одном образце будет отличаться от условий

трения на противоположном образце так как кинематическая схема устройства нагружения не обеспечивает одинаковое значение нормальных составляющих сил давления, действующих на каждый образец.

К тому же, реализуемый в устройстве нагружения гидравлический принцип создания нагрузки предполагает применение дорогостоящей, сложной программно-управляемой гидроаппаратуры, чувствительной к чистоте рабочей жидкости.

Задача полезной модели - упрощение конструкции, повышение надежности нагружающего устройства, обеспечение возможности максимального приближения закона нагружения образцов к реальным условиям эксплуатации пар трения и повышения точности измерения износа образцов.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель заключается в исключении сил вязкостного трения, влияющего на достоверность испытаний, и в повышении точности измерений.

Поставленная задача решается тем, что устройство нагружения к машине трения содержит, как и в прототипе, камеру с рабочей средой, два держателя для образцов, оппозитно размещенные в камере по обе стороны контробразца и шарнирно закрепленные одними концами внутри камеры, двухплунжерный гидроцилиндр, плунжеры которого выполнены со сферическими пазами для закрепления в них вторых концов держателей и установлены соосно с образованием двух крайних полостей и одной межплунжерной, узел создания нагрузки образцов, систему управления нагруженном образцов, один из выходов которой соединен с приводом машины трения, датчик давления и регулятор давления, соединенные с межплунжерной полостью. Согласно заявляемой полезной модели и в отличие от прототипа устройство дополнительно содержит два датчика линейных перемещений, соединенных с крайними полостями гидроцилиндра и связанных со входами системы управления, при этом узел создания нагрузки выполнен в виде источника пневматической энергии, соединенного с ним пневмоэлектрического преобразователя и двух пневмоцилиндров, связанных с пневмоэлектрическим преобразователем, штоки которых соединены с соответствующими держателями образцов, кроме этого источник пневматической энергии и пневмоэлектрический преобразователь соединены с выходами системы управления.

Отличительные признаки заявленного устройства подтверждают его новизну.

Наличие двух пневмоцилиндров позволяет осуществлять от пневмоэлектрического преобразователя усиление и передачу пневматического сигнала держателям образцов с минимальными вязкостными потерями на трение и создавать равные по величине

нормальные составляющие сил нагружен образцов от одного источника, то есть создать более реальные чем в прототипе условия эксплуатации пар трения и тем самым повысить достоверность испытаний.

Пневматический принцип создания нагрузки с использованием программно-управляемой пневмоаппаратуры не столь критичен к загрязнению рабочей среды, что значительно упрощает конструкцию системы питания пневмоцилиндров и повышает надежность системы нагружения.

Наличие датчиков линейных перемещений смещения плунжеров позволяет регистрировать линейный износ каждого образца с конструктивно задаваемым коэффициентом усиления по перемещению, что также повышает достоверность измерения. Наличие межплунжерной полости и датчика (жидкостного, механического, электронного), регистрирующего избыточное давление, позволяет осуществить как в устройстве по прототипу, так и в заявляемом устройстве, контроль суммарного износа образцов трения на основе действия закона о не сжимаемости капельных жидкостей, а отсутствие при этом давления в крайних полостях гидроцилиндра в заявляемом устройстве, в отличие от прототипа исключает деформацию верхних концов держателей и тем самым повышает достоверность и точность измерений величины износа.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства нагружения.

Устройство нагружения содержит гидроцилиндр 1, в корпусе которого установлены соосно два плунжера 2 и 3. Плунжеры имеют сферические пазы 4 и 5, в которых установлены верхние концы держателей 6, 7 испытуемых образцов 8, 9. Нижние концы держателей шарнирно закреплены в корпусе рабочей камеры 10.

Образцы трения выполнены в виде сегментных втулок и установлены в держателях 6, 7 шарнирно с помощью фиксаторов 11, 12 и взаимодействуют с установленным на валу 13 кольцом 14, образуя пару трения «вал-втулка». Держатели 6, 7 с образцами 8, 9 размещены в рабочей камере 10.

Торцы гидроцилиндра 1 открытые, к торцевым поверхностям плунжеров 2, 3 прижаты измерительные наконечники датчиков линейных перемещений 15, 16. Межплунжерная полость 17 соединена с датчиком давления 18 и рабочей полостью задатчика давления 19. По обе стороны камеры 10 установлены пневмоцилиндры 20, 21. Штоки 22, 23 пневмоцилиндров 20, 21, передающие нормальную нагрузку, соединены с держателями образцов 6, 7.

Формирование закона нагружения производится в системе управления 24 с помощью ЭВМ. Воспроизведения сигнала давления производится пневмоэлектрическим

преобразователем 25, питающимся от источника пневматической энергии 26. Вращательное движение контртела 14 и регистрация момента трения обеспечивается приводом машины трения 27, являющимся приводом главного движения и регистрации момента трения (ПИМ).

Устройство работает следующим образом: образцы 8, 9, выполненные в виде сегментных втулок, устанавливаются в посадочные места фиксаторов 11, 12 держателей 6, 7, разведенных первоначально в разные стороны давлением Р₀ в в межплунжерной полости 17 (полость П₀) с помощью регулятора давления 19.

Давление Р₀ в рабочей полости П₀ сбрасывается, а за счет создаваемого давления в полостях П₁, П ₂ пневмоцилиндров 20, 21 образцы поджимаются, вступая в контакт с кольцом 14, который фиксируется датчиком момента трения, после чего узел готов к работе.

Вращение вала 13 с кольцом обеспечивается двигателем двухстороннего действия. Давление P ₁, P₂ в полостях П ₁, П₂ пневмоцилиндров 20, 21 создается пневмоэлектрическим преобразователем 25, например типа струйной трубки или сопла-заслонки.

Под действием давлений Р ₁, Р₂ формируются силы давления F _N1, F_N2, которые штоками пневмоцилиндров 22, 23 передаются нормально непосредственно в центры тяжести образцов трения, обеспечивая тем самым одинаковые условия трения при стационарном равновесном нагружении образцов.

Устройство нагружения к машине трения, содержащее камеру с рабочей средой, два держателя для образцов, оппозитно размещенные в камере по обе стороны контробразца и шарнирно закрепленные одними концами внутри камеры, двухплунжерный гидроцилиндр, плунжеры которого выполнены со сферическими пазами для закрепления в них вторых концов держателей и установлены соосно с образованием двух крайних полостей и одной межплунжерной, узел создания нагрузки образцов, систему управления нагружением образцов, один из выходов которой соединен с приводом машины трения, датчик давления и регулятор давления, соединенные с межплунжерной полостью, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит два датчика линейных перемещений, соединенных с крайними полостями гидроцилиндра и связанных со входами системы управления, при этом узел создания нагрузки выполнен в виде источника пневматической энергии, соединенного с ним пневмоэлектрического преобразователя и двух пневмоцилиндров, связанных с пневмоэлектрическим преобразователем, штоки которых соединены с соответствующими держателями образцов, кроме этого источник пневматической энергии и пневмоэлектрический преобразователь соединены с выходами системы управления.