RU2663695C2

RU2663695C2 - Method and device for immediate assessment of wear-resistance of polymer and elastomeric materials by rubbing against road surface

Info

Publication number: RU2663695C2
Application number: RU2017103616A
Authority: RU
Inventors: Александр Иннокентьевич Герасимов; Карл Петрович Антоев; Андрей Леонидович Федоров
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2018-08-08
Also published as: RU2017103616A3; RU2017103616A

Abstract

FIELD: testing equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of testing and can be used for immediate assessment of the wear resistance of materials on various road surfaces. Essence: rectangular plates of the same thickness are cut from the test materials, such rectangular plates are then fixed on the device for immediate assessment of wear resistance of polymeric and elastomeric materials when rubbing them against road surfaces, after that the plates are subjected to the wear resistance test, which is carried out in the “real world” conditions by rubbing them against the surface under given conditions, wherein the abradable surfaces of the samples have the same radius of curvature. In the method, the device consists of identical cylindrical disks, on the cylindrical surface of which three rectangular strips of test materials of the same thickness are fixed, located at a distance of 120° from one another. Each disk has three pairs of through-going radial grooves, located at a distance of 60°, through which two rods, which are located in one plane that is perpendicular to the surface of the road, prevent the rotation of the disks, and the independent load on each disk is transmitted through the axle rod.EFFECT: technical result: an immediate assessment of wear and tear of materials.2 cl, 3 dwg

Description

Область, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области испытания полимерных и эластомерных материалов и может быть использовано для оперативной оценки их на износостойкость по бетону, асфальту, заснеженным и ледовым дорогам с целью выбора наиболее перспективных из большого ассортимента разнорецептурных образцов.The invention relates to the field of testing polymeric and elastomeric materials and can be used to quickly evaluate their wear resistance on concrete, asphalt, snowy and ice roads in order to select the most promising from a wide range of different types of samples.

Уровень техникиState of the art

Испытания на износостойкость проводятся разными методами. Например, известна установка для испытания материалов на износ по льду (1. Установка для исследования образца материала на истирание льдом/ патент RU 2542613 С1, 20.02.2015), в которой истирание образцов материала происходит по одному и тому же следу ограниченной радиусом цилиндрической поверхности образца искусственно замороженного льда. Недостатком указанной установки является истирание образцов материала в лабораторных условиях, далеких от естественных условий испытаний.Wear resistance tests are carried out by different methods. For example, there is a known installation for testing materials for wear on ice (1. Installation for researching a material sample for ice abrasion / patent RU 2542613 C1, 02.20.2015), in which the abrasion of material samples occurs along the same trace limited by the radius of the cylindrical surface of the sample artificially frozen ice. The disadvantage of this installation is the abrasion of material samples in laboratory conditions, far from the natural test conditions.

Известна другая установка для испытания материалов на износ по льду (2. Установка для исследования образца материала на истирание льдом/ патент RU 2542612 С1, 20.02.2015), в которой истирание образцов материала производится по свежей, только что обработанной торцевой поверхности кольцевого образца искусственно замороженного льда. Недостатком указанной установки также является истирание образцов материала в лабораторных условиях, далеких от естественных условий испытаний.Another installation for testing materials for wear on ice is known (2. Installation for researching a material sample for ice abrasion / patent RU 2542612 C1, 02.20.2015), in which the abrasion of material samples is performed on the fresh, just processed end surface of the ring sample of artificially frozen ice. The disadvantage of this installation is also the abrasion of material samples in laboratory conditions, far from the natural test conditions.

Наиболее близким техническим решением является изобретение (3. Способ исследования образца материала на истирание/ патент RU 2327138 С1, 20.06.2008), в котором с необходимым прижимным усилием образцы испытуемого материала истираются путем их перемещения на буксире транспортным средством по ледяной поверхности, образовавшегося естественным путем на акватории, на заранее заданный путь. Недостатком данного технического решения является невозможность оперативной оценки износа без замера изменения линейных размеров и массы образцов.The closest technical solution is the invention (3. The method of testing a material sample for abrasion / patent RU 2327138 C1, 06/20/2008), in which, with the necessary pressing force, the samples of the test material are abraded by moving them in tow by a vehicle on an ice surface formed naturally in the water, on a predetermined path. The disadvantage of this technical solution is the inability to quickly assess wear without measuring changes in the linear dimensions and mass of the samples.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В настоящее время создается множество модификаций антифрикционных и фрикционных материалов даже на базе одной и той же полимерной или эластомерной основы. Существующими методами испытания их на износостойкость может занять длительное время даже в лабораторных условиях.Currently, many modifications of antifriction and friction materials are being created, even on the basis of the same polymer or elastomeric base. Existing test methods for their wear resistance can take a long time even in laboratory conditions.

Таким образом, существует необходимость преодолеть недостатки уровня техники, чтобы обеспечить возможность оперативной оценки износостойкости испытуемых материалов в натурных условиях и расширить арсенал технических средств.Thus, there is a need to overcome the disadvantages of the prior art in order to provide an opportunity to quickly assess the wear resistance of the tested materials in natural conditions and to expand the arsenal of technical means.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в оперативной оценке износостойкости материала при трении по выбранному покрытию дороги, исключении времени кондиционирования образцов, а также повышении достоверности полученных результатов.The technical result achieved during the implementation of the invention is to quickly evaluate the wear resistance of the material during friction on the selected road surface, exclude the conditioning time of the samples, and increase the reliability of the results.

Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен способ определения износостойкости полимерных и эластомерных материалов, заключающийся в том, что из испытуемых материалов вырезают прямоугольные полосы одной и той же толщины; подвергают вырезанные образцы на изнашивание, проводимое при натурных условиях; при этом радиус кривизны изнашиваемой поверхности подвергаемых испытанию образцов должен быть один и тот же.To solve this problem and achieve the indicated technical result, a first object of the present invention provides a method for determining the wear resistance of polymer and elastomeric materials, which consists in cutting rectangular strips of the same thickness from the test materials; subjected to cut samples for wear, carried out under field conditions; the radius of curvature of the wear surface of the test pieces must be the same.

Особенность способа по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что испытание на износостойкость проводится при трении скольжения.A feature of the method according to the first object of the present invention is that the wear test is carried out with sliding friction.

Для решения той же задачи и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложено устройство для оперативной оценки износостойкости полимерных и эластомерных материалов при трении по покрытиям дорог, состоящее из каркаса для буксировки, в котором расположены несколько одинаковых модулей, в которых закреплен прямоугольный цилиндрический диск, на цилиндрической поверхности которого закреплены образцы для испытания; в диске выполнены сквозные радиальные пазы, через которые диск закреплен в общем каркасе двумя стержнями, проходящими через одну пару радиальных сквозных, находящихся на одной линии и расположенных перпендикулярно к дорожному покрытию пазов.To solve the same problem and achieve the same technical result, a second object of the present invention provides a device for the rapid assessment of the wear resistance of polymer and elastomeric materials under friction on road surfaces, consisting of a towing frame in which several identical modules are located in which a rectangular cylindrical a disk on the cylindrical surface of which test samples are fixed; end-to-end radial grooves are made in the disk, through which the disk is fixed in a common frame by two rods passing through one pair of radial through, located on the same line and located perpendicular to the road surface of the grooves.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.The present invention is illustrated by drawings in which the same or similar elements are denoted by the same reference numerals.

На фиг. 1 представлен модуль для испытания материалов на износ.In FIG. 1 shows a module for testing materials for wear.

На фиг. 2 представлено устройство для буксировки, состоящее из нескольких модулей.In FIG. 2 shows a towing device consisting of several modules.

На фиг. 3 представлен другой вариант расположения модулей на устройстве.In FIG. 3 shows another arrangement of modules on the device.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Для реализации способа по настоящему изобретению необходимо устройство для оперативной оценки износостойкости полимерных и эластомерных материалов при трении по покрытиям дорог, состоящее из нескольких одинаковых модулей. Модуль представляет собой жесткий каркас 1, в котором закреплены прямоугольные цилиндрические диски 2. На цилиндрическую поверхность каждого диска 2 закреплены с помощью винта с шайбой 8 три образца 3 для испытания. Образец 3 представляет собой полоску, ширина которой равна толщине диска, а длина равна 1/3 окружности диска 2. На образец 3 через диск воздействуют грузы 4 через осевой стержень 5. На каждом диске 2 выполнены три пары сквозных радиальных пазов 6, расположенных друг от друга на 60° (фиг. 1). Диск 2 закреплен в каркасе 1 двумя стержнями 7, проходящими через одну пару радиальных сквозных, расположенных на одной линии пазов 6. Причем эти радиальные сквозные пазы, сквозь которые продеты стержни, расположены перпендикулярно к дорожному покрытию. Весом грузов 4 можно варьировать в зависимости от поставленной задачи, например, можно одновременно испытать один и тот же материал, т.е. на всех дисках закрепить один и тот же материал, но каждый диск можно нагружать грузами с различным весом или испытать при одной и той же нагрузке разнорецептурные материалы. Радиальные пазы обеспечивают испытуемым образцам постоянный контакт с поверхностью дороги при их незначительных неровностях и большого износа самих образцов. Схема закрепления дисков в перпендикулярных по отношению к дорожному покрытию и на одной линии расположенных сквозных пазов 6 исключает поворот дисков относительно своей оси вследствие возникающего момента трения при скольжении образцов по поверхности дороги. Наибольший угол поворота будет обусловлен только зазором между стержнями 7 и пазами 6, в отличие от другого расположения этих пазов. После соответствующего времени кондиционирования испытуемых образцов по ГОСТ 12423-66 «Пластмассы. Условия кондиционирования и испытаний образцов (проб)», устройство, состоящее из нескольких модулей (фиг. 2), буксируется (не показан) наземным транспортом, например, автомобилем по дороге с тем или иным покрытием, например, по заснеженной или ледовой дороге на заданный участок пути при естественном температурном фоне. Причем для устойчивости и предотвращения устройства от опрокидывания желательно поставить на второй колее такое же устройство (необязательно с таким же количеством модулей), соединенное с первым устройством так, чтобы при буксировке их транспортом каждое из устройств шло по своей колее. При большом количестве испытуемых материалов и вариантов нагружения можно буксировать несколько устройств, состоящих из различного количества модулей. Одинаковый диаметр дисков обеспечивает при одинаковой толщине испытуемых образцов одинаковую внешнюю кривизну поверхности трения, по износу которой можно оперативно судить изнашиваемость того или иного материала. Материал, у которого высокая изнашиваемость, будет иметь большой сегмент изношенной части по сравнению со следом износа более износостойкого материала, у которого будет малый сегмент износа. Так как все образцы были испытаны на одном и том же участке и в одно и то же время, будут исключены влияние особенностей различных участков дороги и влияние суточного изменения температуры. Для испытания новых образцов вынимаются два стержня 7, и переворачиванием диска на 120° достигается поставка нового и выдержанного при температуре окружающего воздуха, но уже закрепленного на диске образца для новых испытаний. Таким образом, можно испытать три новых образца на каждом диске без соответствующего кондиционирования их до температуры окружающего воздуха. При низких температурах окружающего воздуха, например минус 40°С и ниже многие материалы становятся жестче, и потому появляется необходимость замены образцов в теплом помещении, что влечет потерю времени за счет оттаивания и сушки устройства от инея и последующего кондиционирования образцов до температуры окружающего воздуха.. Данный способ оперативной оценки износостойкости материалов существенно сокращает время, необходимое для выборки износостойких материалов за счет исключения взвешивания и замера большого количества испытанных образцов. Такие же испытания можно провести и с различными модификациями резин для шин автомобилей по асфальту, так как основной износ шин происходит во время торможения, то есть во время трения скольжения. В зависимости от поставленной цели после отсева наиболее изнашиваемых материалов по выбранному покрытию дороги испытание повторяется с более износостойкими материалами для отбора наиболее износостойких материалов, с которыми в дальнейшем проводятся лабораторные испытания. Независимое нагружение образцов и одинаковая кривизна истираемой поверхности при испытании по другому варианту расположения модулей (фиг. 3) дает возможность определить, какой из участков полозьев саней наиболее подвержен изнашиванию по той или иной дороге, что позволит конструкторам выбрать материал для соответствующих участков полозьев для саней.To implement the method of the present invention, a device for the rapid assessment of the wear resistance of polymer and elastomeric materials during friction on road surfaces, consisting of several identical modules, is required. The module is a rigid frame 1 in which rectangular cylindrical disks 2 are fixed. Three specimens 3 for testing are fixed on the cylindrical surface of each disk 2 with a screw 8. Sample 3 is a strip whose width is equal to the thickness of the disk and the length is 1/3 of the circumference of the disk 2. Weights 4 act through the disk through the axle 5 through the disk 5. Three pairs of through radial grooves 6 are made on each disk 2, located one from another friend at 60 ° (Fig. 1). The disk 2 is fixed in the frame 1 by two rods 7, passing through one pair of radial through, located on the same line of grooves 6. Moreover, these radial through grooves through which the rods are threaded are perpendicular to the road surface. The weight of the cargo 4 can vary depending on the task, for example, you can simultaneously test the same material, i.e. to fix the same material on all disks, but each disk can be loaded with loads with different weights or to test different materials with the same load. Radial grooves provide the test specimen with constant contact with the road surface with minor irregularities and high wear of the samples themselves. The scheme of fixing the disks in perpendicular to the road surface and on the same line of the through grooves 6 eliminates the rotation of the disks relative to its axis due to the occurring moment of friction when the samples slip on the road surface. The largest angle of rotation will be due only to the gap between the rods 7 and the grooves 6, in contrast to the other location of these grooves. After the appropriate time for conditioning the test samples according to GOST 12423-66 “Plastics. Conditions for conditioning and testing samples (samples) ”, a device consisting of several modules (Fig. 2) is towed (not shown) by ground transport, for example, by a car on a road with one or another coating, for example, on a snowy or ice road for a given section of the path with a natural temperature background. Moreover, for stability and to prevent the device from overturning, it is desirable to put on the second track the same device (not necessarily with the same number of modules) connected to the first device so that when towing them by transport, each of the devices goes on its own track. With a large number of tested materials and loading options, you can tow several devices consisting of a different number of modules. The same diameter of the disks provides the same external curvature of the friction surface with the same thickness of the test samples, by the wear of which it is possible to quickly determine the wear of a particular material. A material that has high wear will have a large segment of the worn part compared to the wear track of a more wear-resistant material that will have a small wear segment. Since all samples were tested in the same section and at the same time, the influence of the features of different sections of the road and the influence of daily temperature changes will be excluded. To test new samples, two rods 7 are removed, and turning the disc by 120 °, a supply of new and conditioned at ambient temperature, but already fixed on the disk of the sample for new tests, is achieved. Thus, it is possible to test three new samples on each disk without properly conditioning them to ambient temperature. At low ambient temperatures, for example minus 40 ° С and lower, many materials become stiffer, and therefore there is a need to replace samples in a warm room, which leads to a loss of time due to thawing and drying of the device from hoarfrost and subsequent conditioning of the samples to ambient temperature .. This method of rapid assessment of the wear resistance of materials significantly reduces the time required to sample wear-resistant materials by eliminating weighing and measuring a large number of tested samples. The same tests can be carried out with various modifications of rubber for car tires on asphalt, since the main tire wear occurs during braking, that is, during sliding friction. Depending on the goal, after screening out the most wear materials on the selected road surface, the test is repeated with more wear-resistant materials to select the most wear-resistant materials, with which laboratory tests are subsequently conducted. The independent loading of the samples and the same curvature of the abraded surface when tested according to a different arrangement of the modules (Fig. 3) makes it possible to determine which of the sections of the sled runners is most susceptible to wear on a particular road, which will allow designers to choose the material for the corresponding sections of the sled runners.

Достоверность результатов испытаний достигается за счет одновременного испытания разных материалов при одних и тех же природных условиях: температура, давление, влажность, кристалличность снега и льда, наконец, влияние солнечной радиации (солнечных лучей). При натурных испытаниях на открытом воздухе невозможно создать одинаковые условия по влажности, по температуре окружающего воздуха даже в течение одних и тех же суток. Поэтому при повторных испытаниях, необходимых для статистики, погрешности, вносимые изменением окружающей среды, неизбежны. Исключается также время, необходимое для кондиционирования следующей партии испытуемых образцов за счет простого поворота диска, с заранее закрепленными испытуемыми образцами, на 120°.The reliability of the test results is achieved by simultaneously testing different materials under the same environmental conditions: temperature, pressure, humidity, crystallinity of snow and ice, and finally, the influence of solar radiation (sunlight). During field tests in the open air it is impossible to create the same conditions for humidity and ambient temperature even during the same day. Therefore, with repeated tests necessary for statistics, errors introduced by environmental change are inevitable. It also excludes the time required for conditioning the next batch of test samples by simply rotating the disk, with the test samples pre-fixed, by 120 °.

Таким образом, при использовании заявляемого изобретения можно оперативно оценить изнашиваемость испытуемых материалов без замера размеров и веса образцов, сократить время испытаний за счет исключения времени кондиционирования двух последующих партий образцов, повысить достоверность полученных результатов, одновременным испытанием при различных нагрузках образцов из одного и того же материала или большого ассортимента разнорецептурных образцов при одних и тех же климатических условиях. Следовательно, способ и образец по настоящему изобретению расширяют арсенал технических средств.Thus, when using the claimed invention, it is possible to quickly assess the wear of the tested materials without measuring the size and weight of the samples, reduce the test time by eliminating the conditioning time of two subsequent batches of samples, increase the reliability of the results obtained, while testing at different loads of samples from the same material or a large assortment of different prescription samples under the same climatic conditions. Therefore, the method and sample of the present invention expand the arsenal of technical means.

Claims

1. A method for the rapid assessment of the wear resistance of polymer and elastomeric materials during friction on road surfaces, which consists in the fact that:

- cut rectangular plates of the same thickness from the test materials;

- subjected to cut and mounted on the device for the rapid assessment of the wear resistance of polymer and elastomeric materials during friction on road surfaces, the samples are tested for wear resistance, carried out under natural conditions by sliding under specified conditions;

- while the abrasive surfaces of the samples have the same radius of curvature.

2. A device for the rapid assessment of the wear resistance of polymer and elastomeric materials during friction on road surfaces consists of identical cylindrical disks, on the cylindrical surface of which are three rectangular strips of test materials of the same thickness, 120 ° apart, each disk has three pairs through radial grooves spaced 60 ° apart, through which fixing from rotation of the discs is carried out by two rods located in a plane perpendicular to the surface of the road surface, and the independent load on each disk is transmitted through the axial rod.