Устройство для испытаний материала на коррозионно-эрозионную усталость

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛА НА КОРРОЗИОННО-ЭРОЗИОННУЮ УСТАЛОСТЬ(71) Заявители Республиканское унитарное предприятие Гомельтранснефть Дружба Общество с ограниченной ответственностью НПО Трибофатика(72) Авторы Костюченко Алексей Алексеевич Бордовский Александр Михайлович Воробьев Владимир Владимирович Замятнин Владимир Олегович Сосновский Леонид Адамович(73) Патентообладатели Республиканское унитарное предприятие Гомельтранснефть Дружба Общество с ограниченной ответственностью НПО Трибофатика(57) Устройство для испытаний материала на коррозионно-эрозионную усталость, содержащее испытательную камеру для размещения образца испытуемого материала с жидкой средой, блок нагружения контактной нагрузкой с самоустанавливающимся контробразцом и измерительные приборы, отличающееся тем, что содержит первую и вторую технологические камеры, взаимосвязанные между собой посредством перепускного канала, причем испытательная камера посредством двух каналов соединена с первой технологической камерой, а сумма объемов двух технологических камер равна объему испытательной 9573 1 2007.08.30 камеры для поддержания постоянным рабочего уровня жидкости в испытательной камере,при этом в испытательной камере размещен блок нагружения образца в вертикальной плоскости изгибающей нагрузкой, жестко закрепляемый на хвостовике образца, для реализации комбинированного контактно-изгибного напряженного состояния в опасном сечении образца. Изобретение относится к средствам для комплексных износоусталостных испытаний конструкционных материалов и силовых систем на коррозионно-эрозионную усталость. Известно устройство для триботехнических испытаний материалов в контролируемых средах, содержащее испытательную камеру, в которой установлен с возможностью вращения от привода главного движения вал, предназначенный для размещения контробразца, узел трения нагружения с первым рычагом, шарнирно закрепленным на испытательной камере и снабженным держателем для крепления первого испытуемого образцаколодки, и блок регистрации износа. Устройство снабжено штоком, посредством которого узел нагружения связан с блоком регистрации износа, и вторым рычагом с держателем для оппозитного размещения второго контробразца, причем шток шарнирно связан с первым рычагом. В устройстве установлены пружины, контактирующие с испытательной камерой и штоком и установленные на последнем. В процессе испытаний ведут непрерывную регистрацию суммарного линейного износа с помощью блока регистрации износа. При регистрации радиальное биение вала не сказывается на результатах полученных измерений 1. Недостатками испытательной камеры в устройстве для триботехнических испытаний является отсутствие возможности циркуляции смазочной среды, возможности контактирования испытуемой смазочной среды с газовой средой, а существующая посадка контробразца на вал привода главного движения не обеспечивает отсутствие биения при граничном трении. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является малогабаритная установка по определению триботехнических характеристик, содержащая газовую камеру,внутри которой размещены ротор и статор синхронного электродвигателя привода главного движения, на валу которого гайкой закреплен образец-ролик. Самоустанавливающийся испытуемый образец-колодка поджимается к вращающемуся ролику держателем в виде рычага при помощи блока нагружения, исполнительным элементом которого является пружина. Ее натяжение регулируется перемещающейся по винту гайкой посредством реверсивного электродвигателя, статор которого вынесен за пределы газовой камеры. Смазывание испытуемых образцов-колодок производится погружением в масло, для чего предусмотрена ванночка. Для заполнения испытательной камеры газовой средой имеется вентиль, а давление контролируется по манометру. В ходе проведения эксперимента устройство регистрирует суммарный износ и момент трения. Для визуального наблюдения за процессом трения во время испытаний крышка газовой камеры выполнена из стекла 2. Недостатками испытательной камеры в этом устройстве является отсутствие возможности циркуляции смазочной среды, а применяемая испытательная схема не позволяет наиболее полно реализовать напряженное состояние натурных изделий. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка устройства для испытаний материалов на коррозионно-эрозионную усталость в жидких средах, позволяющего, при минимизации временных и материальных затрат, проводить испытания с более широкими функциональными возможностями за счет максимального приближения испытательных условий к реальным условиям функционирования узлов трения машин и механизмов. 2 9573 1 2007.08.30 Поставленная задача решается тем, что устройство для испытаний материалов на коррозионно-эрозионную усталость содержит испытательную камеру с жидкой средой, размещенный в ней образец, блок нагружения контактной нагрузкой с самоустанавливающимся контробразцом и измерительные приборы. При этом устройство дополнительно содержит две технологические камеры, причем испытательная камера посредством двух каналов соединена с первой технологической камерой, а первая и вторая технологические камеры между собой взаимосвязаны посредством перепускного канала. Камеры выполняются таким образом, что сумма объемов двух технологических камер равна объему испытательной камеры. Это позволяет поддерживать постоянный рабочий уровень жидкости в испытательной камере. При этом в испытательной камере размещен блок нагружения образца в вертикальной плоскости изгибающей нагрузкой, жестко закрепляемый на хвостовике образца, для реализации комбинированного контактно-изгибного напряженного состояния в опасном сечении образца. Разделение рабочей камеры на испытательную и две технологические позволяет проводить эксперименты в испытательной камере с обеспечением в ней натурных условий работы, по мере необходимости производить циркуляцию жидкости из технологической камеры в испытательную и наоборот, а также для изучения временных и деструктивных изменений в жидкости позволяет сохранять ее полный рабочий объем. Устройство имеет горизонтальное расположение и смонтировано на электрошпинделе испытательной установки. Данный специально разработанный высокоточный элетрошпиндель заменяет собой электродвигатель, собственно шпиндель и соединяющую их муфту и представляет собой асинхронный электродвигатель специальной конструкции, вал которого выполнен как шпиндельный и имеет посадочное место для крепления образца. Питается электрошпиндель током регулируемой частоты, что позволяет изменять скорость вращения образца в широком диапазоне. Для контроля частоты вращения на валу электрошпинделя установлен высокоточный оптоэлектронный датчик. Блок нагружения контактной нагрузкой содержит серьгу (обойму) с закрепленным в ней контробразцом. При прижатии с помощью рычага нагружения к образцу контробразец опирается на серьгу через призму, что обеспечивает постоянство контакта в паре трения как при ее износе,так и при изгибе образца. Блок нагружения изгибающей нагрузкой состоит из серьги с подшипником, которая жестко закрепляется на хвостовике образца. При воздействии рычага нагружения в зоне контакта образца с контробразцом создаются изгибающие напряжения сжатия (или растяжения). Измерение контактной и изгибающей нагрузки производится с помощью тензодатчиков, наклеенных непосредственно на пружинные рычаги и системы измерения машины. На рычаге нагружения контактной нагрузкой установлены также датчик вибрации и стержень бесконтактного датчика износа индуктивного типа. Датчик вибрации позволяет определить предполомочное состояние образца, так как при этом на его поверхности образуются многочисленные дефекты, вызывающие повышенную вибрацию. А оригинальный датчик износа позволяет определить суммарный износ контробразца и образца в пределах 104000 мкм с точностью 2 . Причем измерения могут производиться от восьми до тридцати двух раз за один оборот образца и в одних и тех же точках. Сущность предлагаемого устройства для испытаний материалов на коррозионно-эрозионную усталость поясняется чертежами. На фиг. 1 иллюстрируется конструкция испытательной камеры. Фиг. 2 - вид сверху всего устройства. Фиг. 3 - вид А на фиг. 2. Устройство для испытаний материалов на коррозионно-эрозионную усталость смонтировано на электрошпинделе 1, где посредством цангового зажима (не показан) и накид 3 9573 1 2007.08.30 ной гайки 28 закрепляется цилиндрический образец 2, относительно которого происходит базирование всего устройства. Устройство состоит из испытательной камеры 3, к которой с помощью винтов 4 прикрепляется первая технологическая камера 5. На ней жестко закреплен шестеренчатый насос 8, который приводится в действие с помощью привода червячного редуктора 7. Вторая технологическая камера 6, которая меньше по объему, жестко прикреплена к шестеренчатому насосу 8 и приводу червячного редуктора 7. Таким образом, две технологические камеры, шестеренчатый насос и червячный редуктор образуют единый жестко соединенный технологический блок. Между испытательной камерой 3 и первой технологической камерой 5 имеются два канала. Канал 9 предназначен для наполнения жидкостью испытательной камеры, а канал 10 для ее сброса в первую технологическую. Между первой и второй технологическими камерами расположен перепускной канал 11. Испытательная камера 3, а вместе с ней и все устройство закреплены на электрошпинделе с помощью системы крепления 12. Для предотвращения вытекания жидкости зазор между испытательной камерой и образцом уплотнен манжетой 13, а технологическое отверстие 14 - специальным уплотнением, закрепленным на стенке первой технологической камеры 5. Сверху испытательная камера закрывается с помощью крышки 29, в которой изготовлены технологические отверстия 30 и 31 для размещения, соответственно,блока нагружения контактной и изгибной нагрузкой. Блок нагружения контактной нагрузкой состоит из серьги 16, где закреплена призма 18, на которую опирается контробразец 19. Серьга расположена в специальных пазах 20. При помощи рычага нагружения 21 производится нагружение образца контактной нагрузкой. В технологическом отверстии серьги 17 установлена термопара для измерения температуры контробразца, а в пазах 20 термопара для измерения температуры образца. Блок нагружения изгибающей нагрузкой состоит из серьги 22 с подшипником 23, которая при помощи втулки 24 и болта 25 с шайбой 26 закреплена на хвостовике цилиндрического образца 2. Создание изгибающей нагрузки (сжатия или растяжения) осуществляется перемещением серьги 22 в вертикальной плоскости рычагом нагружения 27. Работа устройства осуществляется следующим образом в электрошпиндель 1 посредством цангового зажима (не показан) и накидной гайки 28 закрепляют цилиндрический образец 2, выполненный из испытуемого материала. В испытательную камеру 3 устанавливают крышку 29, в пазах 30 и 31 которой размещены, соответственно, блоки нагружения контактной и изгибной нагрузкой. Затем с помощью съемно-разъемного приспособления 15 фиксируют блок нагружения изгибающей нагрузкой. При этом серьгу контактной нагрузки 16 с контробразцом 19 располагают ниже оси вращения образца. Надвигание камеры на образец осуществляют через манжету 13 и втулку блока нагружения изгибающей нагрузкой 24. С помощью системы крепления 12 камеру фиксируют на электрошпинделе. Затем снимают приспособление 15 и с помощью винта 25 с шайбой 26 окончательно фиксируют на хвостовике образца блок нагружения изгибающей нагрузкой. После этого к испытательной камере 3 при помощи винтов 4 производят присоединение первой технологической камеры 5, а вместе с ней и всего жестко соединенного технологического блока, состоящего из второй технологической камеры 6, привода червячного редуктора 7 и шестеренчатого насоса 8. В результате происходит одновременное уплотнение технологического отверстия 14 и соединение каналов наполнения 9 и сброса 10 жидкости. На завершающем этапе подготовки, с помощью шестеренчатого насоса 8, производят наполнение рабочей камеры жидкостью из общего объема технологических камер до уровня канала сброса 10. Затем производят включение электрошпинделя 1, тем самым приводя во вращение цилиндрический образец 2. Контактное взаимодействие образца 2 с контробразцом 19 осуществляется вертикальным перемещением серьги 16 посредством рычага нагружения 21, приводимого в движение специальным электромеханизмом (не показан). 4 9573 1 2007.08.30 О величине контактного воздействия судят по показаниям тензодатчиков, наклеенных непосредственно на пружинные рычаги системы нагружения (не показано). Изгибное нагружение осуществляют перемещением в вертикальной плоскости серьги 22 с помощью рычага нагружения 27, приводимого в движение отдельным электромеханизмом (не показан). Значения изгибных напряжений также определяются по показаниям тензодатчиков. Для измерения параметров, характеризующих режим работы устройства, применяются датчики суммарного линейного износа и вибрации, датчики температуры образца, контробразца и жидкости, датчики деструкции жидкости, датчики уровня жидкости. При прекращении работы устройства осуществляется остановка электрошпинделя 1,сброс жидкости в первую технологическую камеру 5 и производится ее съем в обратом порядке, чем при установке. Предлагаемое устройство позволяет в отличие от прототипов варьировать в широком диапазоне определяющие параметры взаимодействия элементов пары трения, производить циркуляцию жидкой среды с сохранением полного объема используемой жидкости,что приближает условия испытаний к натурным условиям эксплуатации. Источники информации 1. А.с. СССР 1219962, МПК 01 3/56, 1986. 2. Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М. Машиностроение, 1985. - С. 390, рис. 22.2 - 424 с.,ил. (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6