Eksperimentalni postavi → Tribometar tipa disk-na-disku



CNC tribometar tipa disk-na-disku razvijen je za potrebe identifikacije koeficijenta trenja i trošenja tarnih materijala suhe spojke u širokom rasponu radnih parametara, uz primjenu čitave tarne ploče kao uzorka (za razliku od tribometra tipa uzorak-na-disku koji koristi mali uzorak tarnog materijala).

Nerotirajući disk (tj. potisna ploča, 8) pričvršćen je na izvor promjenjive normalne/aksijalne sile (vertikalna os), dok je rotirajući disk (tj. tarna ploča, 9) postavljen na rotirajući stol spojen na izvor promjenjivog momenta (rotacijska os). Tlačna ploča povezana je s vertikalnom osi pomoću preciznog, krutog i kompaktnog piezoelektričnog senzora (4) čime se sprečava paralelni prijenos sile/zakretnog momenta (tipično uslijed trenja) koji bi utjecali na točnost mjerenja.

Vertikalna os temelji se na električnom servomotoru relativno male snage (1) (2.15 Nm @ 3000 1/min, maks. 10 Nm) i navojnom vretenu s visokim prijenosnim omjerom (1 mm/okr) (2) koji transformira brzinu rotacije i okretni moment motora u linearnu brzinu i silu. Sustav za preuzimanje reakcijskog momenta (3) (linearni kuglični ležaj) ugrađen je kao sastavni dio vertikalne osi.

Namjenski izrađeni ovjes baziran na lisnatim oprugama (6) ugrađen je u vertikalnu os te oblikovan tako da osigura ravnomjeran kontakt između tarnih površina i osigurava prijenos zakretnog momenta s potisne ploče (8) i rashladnog diska (7) prema senzoru normalne sile/zakretnog momenta (4) putem diska za toplinsku izolaciju (5). Kako bi se senzor zakretnog momenta (kao i cjelokupni stroj) zaštitio od dinamičkih preopterećenja uzrokovanih vibracijama tijekom pokusa na tarnim materijalima osjetljivim na podrhtavanje, stroj može biti opremljen setom od četiri prigušivača ugrađenih između diska za hlađenje i kućišta. Prigušnici su raspoređeni u dva nasuprotna para pričvršćena na suprotnoj strani rashladnog diska i postavljena u vodoravnoj ravnini, a pomoću okretnih spojeva povezana su s kućištem.

Temperatura tarnog kontakta mjeri se Pt100 osjetnikom postavljenim u potisnu ploču (8). Provrt za postavljanje senzora temperature postavljen je na aksijalnom razmaku od 4 mm od kontaktne površine trenja i na efektivnom polumjeru potisne ploče.

Rotacijska os temelji se na servomotoru velike snage (14) (110 Nm pri 3000 1/min, maks. 270 Nm), koji pokreće rotirajući stol (10) preko servo-spojke (13) i glavnog vratila (12). Prijenos okretnog momenta s glavnog vratila na tarnu ploču ostvaren je preko segmenta pripadajućeg ulaznog vratila transmisije. Prekomjerni prijenos topline stvorene u tarnoj ploči (9) prema ležajnom sustavu sprečava se pomoću vodenog hlađenja okretnog stola (10) i ploča za toplinsku izolaciju (11). Otvori za ulaz i izlaz rashladne tekućine prema glavnom vratilu dizajnirani su kao namjesni okretni spoj temeljen na dinamičkim brtvama. Rashladna tekućina prenosi toplinu generiranu trenjem prema jedinici za hlađenje (6 kW snage hlađenja), gdje se fluid hladi pomoću izmjenjivača topline zračnim hlađenjem. Čestice i miris iz tribometarske komore uklanjaju se industrijskim ventilacijskim sustavom (1100 m3/h) opremljenim odgovarajućim filtrima.

Budući da tribometar tipa disk-na-disku nalikuje uvjetima tarnog kontakta koji se javljaju na stvarnoj spojci, ispitivanja trošenja provedena su u realnijem scenariju nego na tribometru tipa uzorak-na-disku tj. kao niz uzastopnih ciklusa zatvaranja spojke. Svaki se ciklus ispitivanja sastoji od sljedećih faza (vidi ilustraciju danu dolje): 1) povećavanje brzine klizanja ? do zadane razine ?0 u radu u praznom hodu (bez trenja spojke), 2) spuštanje vertikalne osi do ostvarenja kontakta, 3) linearno povećavanje normalne sile (interval t1) , 4) držanje normalne sile na referentnoj vrijednosti Fz2 dok brzina proklizavanja ne padne na nulu (interval t2) i 5) podizanje vertikalne osi i uvođenje stanke potrebne za regulaciju temperature tarnog kontakta na zadanoj razini (interval td).

Moment trenja (ili normalna sila), brzina klizanja, temperatura tarnog kontakta i vrijeme zatvaranja precizno se reguliraju tijekom ispitivanja korištenjem servopogona rotacijske i vertikalne osi te sustavom za hlađenje. Temperatura diska regulira se uvođenjem stanke između dva uzastopna ciklusa zatvaranja spojke, promjenom brzine crpke hlađenja i relejnim upravljanjem ventilom koji premošćuje protok rashladne tekućine oko tarne ploče. Sustav regulacije momenta trenja realiziran je u kaskadnoj strukturi koja uključuje podređene regulatore normalne sile i brzine vertikalne osi. Vrijeme zatvaranja regulira se po principu "električne inercije" implementirane putem upravljanja momentom servomotora rotacijske osi.


Publikacije:

M. Hoić, B. Škugor, J. Deur, A. Tissot, "Experimental Characterization and Modeling of Automotive Dry Clutch Friction Lining Wear ", Kupplungen und Kupplungssysteme in Antrieben 2019, Ettlingen bei Karlsruhe, Germany, 2019.



1. Motor vertikalne (linearne) osi8. Potisna ploča 15. Kućište
2. Reduktor linearne osi (navojno vreteno) 9. Tarna ploča16. LVDT senzor
3. Vodilica oslonca momenta10. Rotacijski stol 17. Ventilacijski sustav
4. Senzor normalne sile / momenta11. Ploča toplinske izolacije
5. Ploča toplinske izolacije12. Glavno vratilo
6. Sustav ovjesa13. Spojka motora
7. Disk vodenog hlađenja14. Motor rotacijske osi
Slika 1. Funkcionalna shema tribometarskog stroja tipa disk-na-disku




Slika 2. Fotografije tribometra tipa disk-na-disku




Slika 3. Kvalitativni prikaz ispitnog ciklusa