Днепродзержинский индустриальный институт им.М.И.Арсеничева
Приоритеты:
Сущность изобретения: внутри емкости с абразивом фракцией от 5 до 60 мм установлен ротор с испытуемыми образцами. Машина содержит также привод ротора и рычажное устройство для регулирования давления абразива на испытуемые образцы, которые расположены на роторе под углом, превышающим угол естественного откоса движения пылевидных продуктов, износа абразива. 1 ил.
Формула изобретения
Машина трения для испытания на абразивный износ, состоящая из емкости с абразивом, установленного внутри ротора с испытуемыми образцами привода ротора и рычажного устройства для регулировки давления абразива на испытуемые образцы, отличающаяся тем, что испытуемые образцы расположены на роторе под углом, превышающим угол ествественного откоса движения пылевидных продуктов износа абразива с фракцией 5 60 мм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области испытания материала на трение и износ в условиях абразивного изнашивания.
Известна машина, предназначенная для оценки абразивной износостойкости материалов [1] состоящая из образца испытуемого материала, резинового элемента и дозатора абразива.
Основной недостаток такой конструкции машины трений заключается в том, что на ней невозможно проведение испытаний с целью получения относительной износостойкости различных материалов по отношению друг к другу.
Известны способ испытаний материала на износ и устройство для его осуществления [2] ставивший своей целью приблизить условия испытания к условиям эксплуатации опорных катков гусеничных машин. Здесь плоский образец находится в контакте с круглым контробразцом, который вращается относительно собственной оси. Абразив в зону контакта поступает насыпом из бункера.
Основной недостаток конструкции заключается в низкой степени приближений условий испытаний катков к условиям эксплуатации, так как при эксплуатации катков происходит их качение по контактной поверхности гусеницы. В устройстве происходит скольжение образца по контробразцу с эпизодическим и случайным попаданием в зону контакта абразива.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является машина, у которой на вертикальном валу установлен ротор с консольно закрепленными плоскими образцами. Причем плоские образцы установлены на роторе под определенным углом, что способствует лучшему обмену абразивной массы [3] Недостатком такой конструкции машины является неравномерный поверхностный износ образцов, т.к. они установлены под углом к направлению движения в сыпучей среде. Машина, взятая в качестве прототипа, предназначена для испытания образцов металлов, используемых только в почвообрабатывающих машинах. Давление сыпучей среды на образцы в такой машине создается за счет высоты слоя абразива над ними, т.к. при значительных давлениях сыпучей среды возможны обрывы образцов в местах их крепления к ротору вследствие их консольного закрепления.
Предлагаемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, т.к. из последнего не выявляется влияние существенных признаков этого изобретения на достижение нового технического результата.
Предлагаемое техническое решение позволяет приблизить условия испытаний к эксплуатационным условиям работы кузовов большегрузных самосвалов, бункеров и т. п. путем создания адекватных условий силового взаимодействия испытуемого образца и моделируемых устройств с абразивной средой. Это достигается расположением испытуемых образцов на конической поверхности ротора, устанавливаемого вертикально в емкости с абразивной средой, что обеспечивает самопроизвольное удаление продуктов износа с поверхности образцов, тем самым обеспечивая постоянный контакт абразива необходимой фракции с испытуемыми образцами.
Испытуемые образцы устанавливаются и фиксируются на конической поверхности ротора под углом, большим угла естественного откоса движения сыпучей среды, состоящей из абразива с размером фракций от 5 до 60 мм, получаемых при трении абразива об испытуемые образцы.
Принципиальная схема машины трения для испытания на абразивный износ представлена на чертеже.
Машина трения для испытания на абразивный износ содержит цилиндрическую емкость 1 с абразивным материалом 2, ротор 3, вращающийся внутри абразивного материала с испытуемыми образцами 4 и установленный на вертикальном валу 5, помещенного в радиальные 6 и упорный 7 подшипники и получающего вращение через коническую передачу 8, коробку передач 9 от электродвигателя 10. Соединение валов двигателя 10, коробки передач 9 и конической передачи 8 осуществляют муфтами 11.
Требуемое давление абразивного материала 2 на испытуемые образцы 4 создается через двуплечий рычаг 12, опорой которого является тарель 13, шарнирами 14 соединенная с рычагом 12, короткое плечо которого шарнирно соединено с корпусом емкости 1, а к длинному плечу рычага 12 подвешены грузы 15.
Машина трения на абразивный износ работает следующим образом. Вращение ротора 3, установленного на вертикальном валу 5 в подшипниках 6 и 7 с закрепленными на роторе испытуемыми образцами 4, осуществляется от электродвигателя 10 через коробку передач 9, коническую передачу 8, которые соединены между собой муфтами 11. Путем обеспечения сочленения определенной пары зубчатых колес коробки передач 9 обеспечивается требуемая частота вращения ротора 3 с фиксируемыми на ней испытуемыми образцами 4. Этим достигается возможность изменять линейную скорость движения образцов 4 относительно абразивных частиц 2 и возможность применения сменных роторов 3 разного диаметра, что также расширяет скоростные режимы исследования абразивного износа.
Требуемое давление абразивной среды 2 на испытуемые образцы 4 создают путем подвешивания грузов 15 различной массы к длинному плечу двухплечевого рычага 12. Короткое плечо рычага 12 шарнирно связано с емкостью 1 для абразива 2. Опорой рычага является тарель 13, лежащая на свободной поверхности сыпучего абразивного материала 2. Тарель с рычагом соединена с помощью шарниров 14.
При вращении ротора 3 закрепленные на оси образцы 4 взаимодействуют с абразивом 2, предварительно загруженным в емкость 1. Вследствие их взаимодействия происходит разрушение фракций абразива 2 и износ испытуемых частиц 4.
При больших давлениях, высоких скоростях и большом пути количество продуктов износа достигает значительных величин. Изменение гранулометрического состава абразивного материала 2 в зоне контакта с образцами 4 искажает картину исследования. Для самопроизвольного удаления продуктов износа из исследуемых поверхностей испытуемые образцы устанавливаются и фиксируются в сыпучей среде под углом, превышающим угол естественного откоса продуктов износа.
Применение машины трения для абразивного износа предлагаемой конструкции обеспечивает подобие условий испытания абразивом определенной фракции к эксплуатационным условиям работы кузовов самосвалов, желобов, бункеров, взаимодействующих с абразивом крупной фракции. При исследованиях в таких условиях повышается достоверность результатов испытаний, что повышает качество прогнозирования при применении тех или иных конструкционных материалов.
Износ. Виды износа
При работе любого производственного оборудования происходят процессы, связанные с постепенным снижением его рабочих характеристик и изменением свойств деталей и узлов. Накапливаясь, они могут привести к полной остановке и серьезной поломке. Чтобы избежать негативных экономических последствий, предприятия организуют у себя процесс управления износом и своевременного обновления основных фондов.
Определение износа
Износом, или старением, называют постепенное снижение эксплуатационных характеристик изделий, узлов или оборудования в результате изменения их формы, размеров или физико-химических свойств. Эти изменения возникают постепенно и накапливаются в ходе эксплуатации. Существует много факторов, определяющих скорость старения. Негативно сказываются:
трение;
статические, импульсные или периодические механические нагрузки;
температурный режим, особенно экстремальный.
Замедляют старение следующие факторы:
конструктивные решения;
применение современных и качественных смазочных материалов;
усталостный вид, вызванный изменениями структуры материала.
Некоторые виды старения разбиваются на подвиды, как, например, абразивный.
Абразивный
Заключается в разрушении поверхностного слоя материала в ходе контакта с более твердыми частицами других материалов. Характерен для механизмов, работающих в условиях запыленности:
горное оборудование;
транспорт, дорожно-строительные механизмы;
сельскохозяйственные машины;
строительство и производство стройматериалов.
Абразивный вид износа
Противодействовать ему можно, применяя специальные упрочненные покрытия для трущихся пар, а также своевременно меняя смазку.
Газоабразивный
Данный подвид абразивного изнашивания отличается от него тем, что твердые абразивные частицы перемещаются в газовом потоке. Материал поверхности крошится, срезается, деформируется. Встречается в таком оборудовании, как:
пневмопроводы;
лопасти вентиляторов и насосов для перекачки загрязненных газов;
Зачастую газоабразивное воздействие сочетается с присутствием высоких температур и плазменных потоков.
Гидроабразивный
Воздействие аналогично предыдущему, но роль носителя абразива выполняет не газовая среда, а поток жидкости.
Гидроабразивный вид износа
Такому воздействию подвержены:
гидротранспортные системы;
узлы турбин ГЭС;
компоненты намывочного оборудования;
горная техника, применяемая для промывки руды.
Иногда гидроабразивные процессы усугубляются воздействием агрессивной жидкой среды.
Кавитационный
Перепады давления в жидкостном потоке, обтекающем конструкции, приводят к возникновению газовых пузырьков в зоне относительного разрежения и их последующему взрывному схлопыванию с образование ударной волны. Эта ударная волна и является основным действующим фактором кавитационного разрушения поверхностей. Такое разрушение встречается на гребных винтах больших и малых судов, в гидротурбинном и технологическом оборудовании. Усложнять ситуацию могут воздействие агрессивной жидкой среды и наличие в ней абразивной взвеси.
Кавитационный вид износа
Адгезионный
При продолжительном трении, сопровождающимся пластическими деформациями участников трущейся пары, происходит периодическое сближение участков поверхности на расстояние, позволяющее силам межатомного взаимодействия проявить себя. Начинает взаимопроникновение атомов вещества одной детали в кристаллические структуры другой. Неоднократное возникновение адгезионных связей и их прерывание приводят к отделению поверхностных зон от детали. Адгезионному старению подвержены нагруженные трущиеся пары: подшипники, валы, оси, вкладыши скольжения.
Адгезионный вид износа
Тепловой
Тепловой вид старения заключается в разрушении поверхностного слоя материала или в изменении свойств глубинных его слоев под воздействием постоянного или периодического нагрева элементов конструкции до температуры пластичности. Повреждения выражаются в смятии, оплавлении и изменении формы детали. Характерен для высоконагруженных узлов тяжелого оборудования, валков прокатных станов, машин горячей штамповки. Может встречаться и в других механизмах при нарушении проектных условий смазки или охлаждения.
Усталостный
Связан с явлением усталости металла под переменными или статическими механическими нагрузками. Напряжения сдвигового типа приводят к развитию в материалах деталей трещин, вызывающих снижение прочности. Трещины приповерхностного слоя растут, объединяются и пресекаются друг с другом. Это приводит к эрозии мелких чешуеобразным фрагментов. Со временем такой износ может привести к разрушению детали. Встречается в узлах транспортных систем, рельсах, колесных парах, горных машинах, строительных конструкциях и т.п.
Фреттинговый
Фреттинг — явление микроразрушения деталей, находящихся в тесном контакте в условиях вибрации малой амплитуды — от сотых долей микрона. Такие нагрузки характерны для заклепок, резьбовых соединений, шпонок, шлицев и штифтов, соединяющих детали механизмов. По мере нарастания фреттингового старения и отслоения частичек металла последние выступают в роли абразива, усугубляя процесс.
Существуют и другие, менее распространенные специфические виды старения.
Типы износа
Классификация видов износа с точки зрения вызывающих его физических явлений в микромире, дополняется систематизацией по макроскопическим последствиям для экономики и ее субъектов.
В бухгалтерском учете и финансовой аналитике понятие износа, отражающее физическую сторону явлений, тесно связано с экономическим понятием амортизации оборудования. Амортизация означает как снижение стоимости оборудования по мере его старения, так и отнесение части этого снижения на стоимость производимой продукции. Это делается с целью аккумулирования на специальных амортизационных счетах средств для закупки нового оборудования или частичного усовершенствования его.
В зависимости от причин и последствий различают физический, функциональный и экономический.
Физический износ
Здесь подразумевается непосредственная утрата проектных свойств и характеристик единицы оборудования в ходе ее использования. Такая утрата может быть либо полной, либо частичной. В случае частичного износа оборудование подвергается восстановительный ремонт, возвращающий свойства и характеристики единицы на первоначальный (или другой, заранее оговоренный) уровень. При полном износе оборудование подлежит списанию и демонтажу.
Кроме степени, физический износ также разделяется на рода:
Первый. Оборудование изнашивается в ходе планового использования с соблюдением всех норм и правил, установленных изготовителем.
Второй. Изменение свойств обусловлено неправильной эксплуатацией либо факторами непреодолимой силы.
Аварийный. Скрытое изменение свойств приводит к внезапному аварийному выходу из строя.
Перечисленные разновидности применимы не только к оборудованию в целом, но и к отдельным его деталям и узлам
Функциональный износ
Данный тип является отражением процесса морального устаревания основных фондов. Этот процесс заключается в появлении на рынке однотипного, но более производительного, экономичного и безопасного оборудования. Станок или установка физически еще вполне исправна и может выпускать продукцию, но применение новых технологий или более совершенных моделей, появляющихся на рынке, делает использование устаревших экономически невыгодным. Функциональный износ может быть:
Частичным. Станок невыгоден для законченного производственного цикла, но вполне пригоден для выполнения некоторого ограниченного набора операций.
Полным. Любое использование приводит к причинению убытков. Единица подлежит списанию и демонтажу
Функциональный износ также подразделяют по вызвавшим его факторам:
Моральный. Доступность технологически идентичных, но более совершенных моделей.
Технологический. Разработка принципиально новых технологий для выпуска такого же вида продукции. Приводит к необходимости перестройки всей технологической цепочки с полным или частичным обновлением состава основных средств.
В случае появления новой технологии, как правило, состав оборудования сокращается, а трудоемкость падает.
Экономический износ
Кроме физических, временных и природных факторов на сохранность характеристик оборудования оказывают опосредованное влияние и экономические факторы:
Падение спроса на выпускаемые товары.
Инфляционные процессы. Цены на сырье, комплектующие и трудовые ресурсы растут, в то же время пропорционального роста цен на продукцию предприятия не происходит.
Ценовое давление конкурентов.
Рост стоимости кредитных услуг, используемых для операционной деятельности или для обновления основных фондов.
Внеинфляционные колебания цен на рынках сырья.
Законодательные ограничения на применение оборудования, не отвечающего стандартам по охране окружающей среды.
Экономическому старению и утрате потребительских качеств подвержена как недвижимость, так и производственные группы основных фондов. На каждом предприятии ведутся реестры основных фондов, в которых учитывается их износ и ход амортизационных накоплений.
Основные причины и способы как определить износ
Чтобы определить степень и причины износа, на каждом предприятии создается и действует комиссия по основным фондам. Износ оборудования определяется одним из следующих способов:
Наблюдение. Включает в себя визуальный осмотр и комплексы измерений и испытаний.
По сроку эксплуатации. Определяется как отношение фактического срока использования к нормативному. Значение этого отношения принимается за величину износа в процентном выражении.
укрупненная оценка состояния объекта производится с помощью специальных метрик и шкал.
Прямое измерение в деньгах. Сопоставляется стоимость приобретения новой аналогичной единицы основных средств и расходы на восстановительный ремонт.
доходность дальнейшего использования. Оценивается снижение дохода с учетом всех издержек по восстановлению свойств по сравнению с теоретическим доходом.
Какую из методик применять в каждом конкретном случае — решает комиссия по основным средствам, руководствуясь нормативными документами и доступностью исходной информации.
Способы учета
Амортизационные отчисления, призванные компенсировать процессы старения оборудования, также допустимо определять по нескольким методикам:
линейный, или пропорциональный расчет;
способ уменьшаемого остатка;
по суммарному сроку производственного применения;
в соответствии с объемом выпущенной продукции.
Выбор методики осуществляется при создании или глубокой реорганизации предприятия и закрепляется в его учетной политике.
Эксплуатация оборудования в соответствии с правилами и нормативами, своевременные и достаточные отчисления в амортизационные фонды позволяют предприятиям сохранять технологическую и экономическую эффективность на конкурентоспособном уровне и радовать своих потребителей качественными товарами по разумным ценам.
