Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения коэффициентов трения трибосопряжения "поддон-напольное покрытие"

Изобретение относится к области испытаний материалов на трение и касается определения коэффициентов трения при перемещении грузового поддона по поверхностинапольного покрытия в автомобильных трейлерах, в качестве которого используются, например, ламинированные фанерные щиты.

ГОСТом ISO 8611-1-2014 «Поддоны для транспортирования материалов. ч.1 Методы испытаний» предусмотрены два способа испытаний по определению коэффициентов трения в трибосопряжениях «поддон-опорная поверхность», имеющих важное значение для расчёта сил, действующих на транспортируемые грузы, в частности, при автоперевозках.

Коэффициент трения покоя предварительно взвешенного поддона, расположенного на вилах погрузчика, определяют по усилию его сдвига на вилах, отнесенного к массе ненагруженного поддона.

Коэффициент трения коробки с грузом (600х400мм, Q=30кг), уложенной в тару из фрикционного материала, определяют по углу наклона поддона, при котором начинается скольжение этой тары по поддону.

Недостаток обоих этих способов состоит в том, что во-первых, оба они дают представление лишь о статическом, т.е. наибольшем, значении коэффициента трения, а во-вторых, сопрягаемые материалы исследуемых пар не тождественны натурным, в частности, типовому поддону из хвойных пород дерева, взаимодействующему с напольным покрытием, например, фанерным щитом.

Решением, наиболее близким к предлагаемому и принятому за прототип, является известный способ определения коэффициента трения скольжения типового грузового поддона по поверхности щита из материала для напольных покрытий ( см. немецкий стандарт VDI-RICHTLINIEN 2700 Blatt 14, 2011г.) (приложение 1).

Он состоит в том, что испытуемый грузовой поддон устанавливают на рабочую поверхность исследуемого щита, нагружают образованное трибосопряжение нормальной нагрузкой, в качестве которой используется монолитная плита весом 500кг, к поддону прикладывают сдвиговое усилие с помощью механизма его перемещения, сопряженного с силоизмерителем, и регистрируют усилия сдвига поддона во время его страгивания, а также в процессе его перемещения, по которым затем рассчитывают по известным формулам искомые статический и динамический коэффициенты трения сопряжённых материалов.

Способ реализуется на специально сконструированном для этих целей достаточно сложном стенде с механизированным приводом перемещения поддона и тензометрической системой регистрации необходимого для этого усилия.

Несмотря на его узкую специализацию и высокую степень механизации работа по определению сил (коэффициентов) трения на нём достаточноа сложна и трудоемка и связана с большими издержками, связанными со сменой или переустановкой щита и/или поддона. Для этого необходимо прежде всего разгрузить поддон от монолитной тяжёлой плиты (G=500кг), временно удалить её из рабочей зоны, сменить поддон (щит) или взаимно их развернуть (вдоль/поперёк), исходя из требуемой ориентации древесных волокон досок нижнего настила относительно вектора скольжения, и только потом вернуть плиту на место.

Без средств механизации (электротельфер, погрузчик) здесь не обойтись, что в свою очередь требует больших свободных производственных площадей и соответствующей квалификации персонала.

Заявленный способ направлен на упрощение способа определение коэффицинтов терния в том числе и за счет снижения издержек вспомогательных и пусконаладочных работ при определении сил (коэффициентов) трения скольжения сопряжённых материалов грузовых поддонов и типовых фанерных щитов даже при отсутствии средств механизации этих работ, что особенно актуально при дефиците свободных производственных площадей.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе определения коэффициента трения трибосопряжения «поддон-фанерный щит», включающем установку испытуемого грузового поддона на рабочую поверхность исследуемого фанерного щита,нагружение трибосопряжения равномерно распределённой заданной нормальной нагрузкой, приложение сдвигового усилия к поддону с помощью механизма его перемещения, сопряжённого с силоизмерителем, и регистрацию усилий сдвига поддона во время его страгивания и последующего перемещения, по которым затем рассчитывают статический и динамический коэффициенты трения сопряжённых объектов,

согласно предложению поверх испытуемого поддона дополнительно устанавливают технологический поддон, в его проёмы закладывают опорные бруски, длина которых превышает ширину исследуемого щита, с обеих сторон щита под выступающие концы брусков устанавливают маловысотные грузоподъёмные устройства, например, ромбовидные автомобильные домкраты, распределённую заданную нормальную нагрузку создают набором единичных грузов фиксированной массы, размещаемых на настиле технологического поддона, поддомкрачивают загруженный технологический поддон, приподнимая его над испытуемым грузовым,разворачивают освобождённый от нагрузки испытуемый поддон на 90°, после чего на него вновь опускают технологический поддон,и совместно перемещают их по поверхности щита.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве механизма перемещения поддонов используют трособлочную лебёдку, смонтированную с возможностью её переустановки для реверсирования направления их перемещения.

Объектами испытаний являются:

А – предназначенный для многократного использования в качестве напольного покрытия и ламинированный с обеих сторон щит из многослойной фанеры (размером 1,2х2,4м), одна из сторон которого (рабочая) выполнена с заданной шероховатостью для увеличения сцепления с испытуемым грузовым поддоном («Фанера берёзовая облицованная» ТУ 5513-002-93222532-2016).

Б – типовой грузовой поддон из хвойных пород дерева (размером 0,8х1,2м по ГОСТ ISO 8611-1-2014).

Предложенный способ иллюстрируется рисунками, на одном из которых (фиг. 1) представлена компановка натурных поддонов на испытуемом щите, а на другом (фиг. 2) – установка ромбического автомобильного домкрата под опорными брусками.

Способ реализуется следующим образом.

На рабочую поверхность исследуемого фанерного щита (1) устанавливают испытуемый грузовой поддон (2), на каждом их 4-х торцов которого предварительно жёстко крепят кронштейны с проушинами под карабины (3) для его сопряжения с приводом перемещения.

При этом фиксированное положение самого исследуемого фанерного щита (1), расположенного на жестком основании, например, на полу, обеспечивается любыми возможными средствами (упорами, шпильками и т.п.), в частности, закладными элементами (4) между краем щита и стационарной опорой, например колонной (не показана).

Поверх испытуемого грузового поддона 2 дополнительно устанавливают технологический поддон (5), в частности, такого же типа, на верхнем настиле которого равномерно укладывают единичные грузы фиксированной массы (например, стандартные чугунные чушки (6) по 50 кг) из расчёта набора 500±50кг (с учётом веса поддонов), в качестве распределённой заданной нормальной нагрузки на испытуемое трибосопряжение, требуемой по условиям испытаний.

В проёмы технологического поддона (5) закладывают опорные бруски (7), длина которых превышает ширину исследуемого фанерного щита (1) на величину, достаточную для установки под их свободные концы маловысотных грузоподъёмных средств, типа ромбических или подкатных домкратов (8) (см. фиг .2), высота которых в исходном положении соизмерима с высотой испытуемого поддона (2).

Относительные скольжение пакета поддонов (2) и (5) по щиту (1) обеспечивается съёмным трособлочным механизмом перемещения, в качестве которого может использоваться полиспаст или ручная тросовая лебёдка (9) с электротельфера. Для этого один конец троса крепится к стационарной опоре, а крюк лебёдки через силоизмеритель (10) (стрелочный динамометр на 500 кг с ценой деления 5 кг) с помощью карабина и кронштейна с проушиной крепится к балке испытуемого грузового поддона (2).

Возвратно-качательными движениями рукоятки трособлочной лебёдки (9) пропущенному сквозь неё тросу с крюком задают поступательное перемещение, которое передаётся испытуемому поддону (2). При этом в натянутом состоянии трос должен располагаться в горизонтальной плоскости.

Перемещения пакета нагруженных поддонов (2) и (5) на 5…10 см вполне достаточно для регистрации сдвигового усилия в момент страгивания и в процессе их скольжения по поверхности фанерного щита (1).

При этом относительная ошибка определения сдвигового усилия с точностью до полделения на циферблате динамометра не превышает .

Для достоверности замеров эксперимент целесообразно повторить 3…5 раз.

При необходимости сменить направление перемещения на обратное достаточно переустановить трособлочную лебёдку на другую сторону испытуемого грузового поддона, перецепить трос за карабин и потянуть весь пакет в обратную сторону.

При необходимости исследования зависимости коэффициентов трения от ориентации испытуемого грузового поддона (2) (продольной/поперечной) относительно вектора скольжения, что обусловлено ориентацией древесных волокон досок настила поддона, достаточно поддомкратить нагруженный технологический поддон (5) на небольшую высоту (1-3см), разгрузив тем самым испытуемый поддон (2) от нормальной нагрузки, и развернуть его на требуемый угол, например, на 90°.

При необходимости смены исследуемого щита (1) также достаточно лишь поддомкратить технологический поддон, скользящим движением по щиту вытащить грузовой поддон, затем вытащить сам отработанный фанерный щит (1), уложить очередной и вновь опустить технологический поддон (5) на грузовой (2).

Таким образом необходимость куда-либо удалять груз (G=500 кг) из рабочей зоны вообще отпадает.

Предложенное решение позволяет существенно сократить издержки и время выполнения работ, позволяя обойтись универсальными средствами малой механизации (домкраты и ручная лебёдка), не требующими свободного пространства для работы погрузчика и соответствующей квалификации персонала.

Предлагаемым способом были проведены испытания по определению силы (коэффициента) трения скольжения типового грузового поддона из хвойных пород дерева по 3-м ламинированным многослойным фанерным щитам марки ФОФ различной толщины, у которых одна из сторон (рабочая) была выполнена шероховатой с различными параметрами шероховатости.

В результате было установлено, что, если при скольжении по гладкой стороне щита коэффициент трения (статический/динамический) не зависит от ориентации волокон поддона (продольной/поперечной) относительно вектора скольжения и при этом не превышает μ≤0,18/0,16, то при скольжении по шероховатой (рабочей) поверхности щита он возрастает не менее, чем вдвое, и достигает значений μ_ст=0,35…0,5.

Эти данные необходимы для расчёта усилий крепления отдельных грузов и грузовых единиц на дорожных транспортных средствах, в частности, при перевозках в автомобильных фурах.