CC BY
27
МОДЕРНИЗАЦИЯ ТРИБОМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ТРИБАЛ»
Д.А. Бузунов, Р.А. Бузунов, А.А. Сизова Научный руководитель - д.т.н., профессор В.М. Мусалимов
В статье предложен вариант модернизации установки для исследования трибологических взаимодействий «Трибал». Подобраны новые узлы и элементы, позволяющие улучшить качественные и массогаба-ритные характеристики системы.
Установка «Трибал» относится к исследованию трибологических свойств материалов [1, 2]. На рис. 1 представлена установка, которую планируется модернизировать. Устройство состоит из основания и установленной на основании платформы на катках с расположенными на ней держателями, в которых размещаются образец и контробразец. Также устройство содержит привод возвратно-поступательного перемещения, узел нагружения образцов, датчики перемещения, соединенные с держателями, компьютер, с которым связаны датчики.
Узел нагружения представляет собой винтовой домкрат, соединенный через пружину с верхней платформой, на которой закрепляется контробразец, что обеспечивает плавную передачу усилия от домкрата к образцу. Датчик перемещения выполнен в виде комбинации индикаторной часовой головки и оптоэлектронного преобразователя, установленного на оси для указательной стрелки соответствующего индикатора.
Данная система хорошо зарекомендовала себя. Она проста и надежна, позволяет получать достаточно точные результаты. Была поставлена задача модернизации установки: оснащение ее современными узлами, агрегатами, датчиками, позволяющими улучшить ее ценные качества. Задачи сводятся к:
• выбору современного привода перемещения платформы с образцом;
• модернизации направляющих линейного перемещения образцов;
• выбору датчиков для регистраций усилий и перемещений, отвечающих всем необходимым точностным требованиям;
• модернизации узла нагружения.
Также было необходимо продумать способ крепления образцов, учесть при этом возможность взаимодействия образцов в условиях непрерывной смазки, что позволит увеличить область задач, решаемых данной установкой, и выведет ее на новый уровень исследования трибологических свойств материалов.
Введение
Рис. 1. Схема установки
Разработанная модель
На рис. 2 представлен разработанный вариант конструкции установки.
5 6
Рис. 2. Модель установки: 1 - растровый датчик перемещения, 2 - стол, 3 - образцы, 4 - ролики вертикальных направляющих, 5 - двигатель линейно перемещения, 6 - датчик силы нагружения, 7 - датчик силы взаимодействия, 8 - мотор-редуктор,
9 - кривошип с регулируемой длиной
Рассматривались два варианта привода возвратно-поступательного перемещения:
• привод линейного перемещения,
• более экономичный вариант - мотор-редуктор.
Привод линейного перемещения имеет множество положительных качеств. Он отвечает современным тенденциям развития техники, удобен в применении, имеет широкие возможности по регулированию скорости, перемещения, моделированию законов движения, однако и имеет серьезный недостаток - высокую цену.
Мотор-редукторы широко распространены, просты в конструкции, имеют относительно низкую стоимость, однако обладают узкими диапазонами регулирования скорости и момента, также при их использовании неизбежны сложности с моделированием различных законов движения выходного вала, преобразуемого в линейное перемещение платформы.
На данном этапе ввиду экономических соображений было принято решение выбрать в качестве привода линейного перемещения именно мотор-редуктор в комбинации с кривошипно-ползунным механизмом с регулируемой длиной кривошипа, что позволяет изменять амплитуду движения платформы. Для реализации различных законов движения на основе данных элементов планируется использование различных кулачков с геометрическим замыканием. Преобразование от кривошипно-ползунного механизма к кулачковому планируется осуществлять следующим образом: с выходного вала двигателя снимается кривошип, затем отсоединяется шатун; далее на вал двигателя крепится кулачок и соединяется с предварительно закрепленным на платформе толкателем, двигатель же, установленный на свои направляющие, способен перемещаться для компенсации разницы в длинах звеньев.
Из широкого выбора мотор-редукторов, представленными различными компаниями, выбор был остановлен на модели 1О-42ОМ, поставляемой фирмой «Электропривод». Он состоит из реверсируемого коллекторного двигателя постоянного тока и планетарного редуктора. При варианте с редуктором, выдающим передаточное отношение 17, получаем максимальную скорость 346 об/мин при крутящем моменте 7,6 кг-см, что по предварительным расчетам отвечает необходимым требованиям. К мотор-редукторам также может быть подключен блок управления. Блоки управления позволяют осуществлять:
• управление скоростью двигателя;
• управление направлением движения;
• ограничение момента на валу двигателя.
В качестве альтернативы направляющих линейного перемещения предлагается применение двух столов японской фирмы ТНК, в которых движение основывается на применении тел качения. Шарики разделены сепаратором и защищены от попадания возможного продукта износа образцов. На данный стол, с помощью штатных резьбовых отверстий, планируется установка вспомогательной платы с направляющей типа «ласточкин хвост», на которую, в свою очередь, будет фиксироваться специальная оснастка с закрепленным образцом. Применение направляющей типа «ласточкин хвост» позволяет осуществлять быструю и удобную замену образцов на оснастке.
Нагрузочный узел предлагается модернизировать следующим образом. Вертикальная нагрузка на образцы производится через выходной вал линейного шагового двигателя. Двигатель крепится на плате, базирующейся на четырех стойках, являющихся направляющими для вертикального перемещения контробразца. Угол шага двигателя составляет 7,5°, который преобразуется в 0,0417 мм линейного перемещения с максимальным ходом 40 мм.
Передача усилия от двигателя к платформе производится через датчик силы с двусторонним вводом нагрузки, работающим как на растяжение, так и на сжатие. На выходном штоке датчика закреплен специально подготовленный шарик от шарикоподшипника. Шарик участвует в формировании высшей кинематической пары и упирается в специальный подпятник, закрепленный на платформе, осуществляющей вертикальной перемещение.
Для снятия закона движения нижнего образца предлагается использование растрового датчика фирмы «Рифтэк» (Республика Беларусь), а для установления силы взаимодействия образцов горизонтальное движение верхней платформы предлагается ограничить датчиком силы, аналогичным применяемому в узле нагружения.
Заключение
Были подобраны новые элементы конструкции, а именно: выбраны направляющие горизонтального перемещения и привод, осуществляющий поступательное движение платформы через преобразование вращательного движения, подобраны элементы узла нагружения, выбраны датчики снятия сигналов.
Литература
1. Пат. 2244290, МПК7 О 01 N 19/02. Устройство для испытания материалов на трение.
2. Мусалимов В.М., Валетов В.А. Динамика фрикционного взаимодействия / Монография. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - 191 с.
