ES2335961B1 - Tribometro lineal. - Google Patents
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Abstract
Tribómetro lineal, del tipo de los utilizados
para realizar ensayos y medidas de fricción y desgaste por
rozamiento entre dos materiales con superficies sometidas a un
movimiento lineal entre sí, caracterizado porque consta de un
cabezal móvil y de una bancada fija de soporte, estando dotado el
cabezal móvil de medios de movimiento y guiado vertical de un sensor
de fuerza asociado a una probeta de uno de los materiales, y estando
dotada la bancada de medios de movimiento y guiado horizontal del
cabezal móvil, además de un soporte de fijación, paralelo al sentido
de movimiento del cabezal móvil, para el otro material.
La invención que se presenta aporta la principal
ventaja de permitir ensayos y medidas de fricción y desgaste con un
desplazamiento lineal sensiblemente superior al logrado con
dispositivos habituales, siendo fácilmente ampliable a cualquier
longitud, disponiendo de total flexibilidad en las posibilidades de
condiciones de ensayo.
Description
Tribómetro lineal.
La presente memoria descriptiva se refiere, como
su título indica, a un tribómetro lineal, del tipo de los utilizados
para realizar ensayos y medidas de fricción y desgaste por
rozamiento entre dos materiales con superficies sometidas a un
movimiento lineal entre sí, caracterizado porque consta de un
cabezal móvil y de una bancada fija de soporte, estando dotado el
cabezal móvil de medios de movimiento y guiado vertical de un sensor
de fuerza asociado a una probeta de uno de los materiales, y estando
dotada la bancada en su superficie superior de medios de movimiento
y guiado horizontal del cabezal móvil, además de un soporte de
fijación, paralelo al sentido de movimiento del cabezal móvil, para
el otro material, permitiendo de este modo ensayos con grandes
longitudes de desplazamiento.
En la actualidad son conocidos múltiples y
variados tipos de tribómetros para ensayos y medidas de fricción.
Los más comunes son de tipo circular, tal y como podemos encontrar
en las Patentes ES2286803 "Tribómetro", ES2168002
"Aparato de ensayo para materiales de fricción" y
ES2273379 "Máquina y procedimiento de prueba de
fricción", pero todos estos dispositivos presentan el
inconveniente de que únicamente pueden realizar el movimiento
giratorio de un material contra otro, cuyos resultados en mucho
casos no pueden extrapolarse a un desplazamiento lineal, además del
inconveniente de que las medidas de fricción en los distintos ejes
están limitadas por las dimensiones del dispositivo giratorio.
Son asimismo comúnmente conocidos algunos tipos
de tribómetros con desplazamiento lineal, tal y como por ejemplo
podemos encontrar descritos en las Patentes EP0959340
"Tribómetro", W02006055994 "Proceso y dispositivo
para examinar las propiedades materiales de al menos una de dos
muestras que se mueven la una contra la otra", JP4106456
"Comprobador de fricción" y JP4106455 "Comprobador
de fricción". Sin embargo estos dispositivos presentan una
serie de problemas e inconvenientes inherentes a su constitución en
base a unos ejes de desplazamiento elevados o en voladizo de una
muestra con respecto a la otra, entre los cuales podemos destacar la
falta de rigidez estructural de este tipo de desplazamientos guiados
en ejes, que origina que únicamente sean utilizables para ensayos de
desgaste con desplazamientos de unos pocos centímetros, siendo
inútiles para ensayos del orden de varios metros, ya que no pueden
mantener la necesaria rigidez, al aumentar la flexión de los ejes de
manera acorde con su longitud, imposibilitando el mantener la fuerza
constante de un material con respecto al otro necesaria para los
ensayos. Además estos dispositivos emplean elementos de medida de la
fricción por desplazamiento horizontal de un material contra el
otro, lo cual no permite medidas de cargas transversales a la carga
normal y a la fuerza de fricción ni medida de otros efectos debido a
un incorrecto desgaste.
Los tribómetros de tipo circular únicamente
permiten realizar ensayos a velocidad constante sin poder configurar
la aceleración y habitualmente en una dirección. Los de tipo
desplazamiento lineal únicamente permiten realizar ensayos a
velocidad no constante, con una evolución de velocidad
aproximadamente sinusoidal. Además todos estos tribómetros comparten
el inconveniente de que la fuerza de aplicación de carga no es
variable en el ciclo del ensayo, limitando enormemente el espectro
de ensayos realizables al no poder controlar la aceleración, la
velocidad, la deceleración del movimiento horizontal ni la fuerza de
aplicación de carga.
Para solventar la problemática existente en la
actualidad en la realización de ensayos de desgaste y medidas de
fricción con desplazamientos lineales de gran longitud, del orden de
varios metros, se ha ideado el tribómetro lineal objeto de la
presente invención, el cual consta de un cabezal móvil y de una
bancada fija de soporte, estando dotado el cabezal móvil de medios
de movimiento y guiado vertical de un sensor de fuerza y momentos
asociado a una probeta de uno de los materiales, y estando dotada la
bancada en su superficie superior de medios de movimiento y guiado
horizontal del cabezal móvil, además de un soporte de fijación,
paralelo al sentido de movimiento del cabezal móvil, para el
contramaterial, permitiendo de este modo ensayos con grandes
longitudes de desplazamiento.
El desplazamiento horizontal del cabezal móvil
es el que genera el movimiento necesario para generar el desgaste.
El desplazamiento vertical, realizado en el cabezal móvil, se aplica
sobre el sensor de fuerza y momentos ubicado directamente sobre la
probeta de material, lo cual permite aplicar una fuerza constante y
configurable en el ciclo del ensayo del material sobre el
contramaterial.
Esta configuración permite configurar y
controlar la aceleración, velocidad y deceleración del movimiento
horizontal, así como la fuerza de aplicación de carga. La medida de
la fuerza normal se realiza con el sensor de fuerza y momentos, con
el que también se mide la fuerza de fricción, con el objeto de
obtener el coeficiente de rozamiento del material sobre el
contramaterial.
El dispositivo contempla, tanto en el cabezal
móvil como en el soporte de fijación, la fijación de diversos
sensores de medida y control, entre los que podemos destacar:
sensores para la medida de temperatura, sensor de desplazamiento
para la medida del desgaste, sensores de vibraciones, sensor de
ruido, cámara de alta velocidad, cámara de termografía, etc... que
permiten realizar una pluralidad de medidas complementarias a las
fuerzas.
Este tribómetro lineal que se presenta aporta
múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles en la actualidad
siendo la más importante que permite realizar ensayos y medidas de
fricción y desgaste con un desplazamiento lineal sensiblemente
superior al logrado con los dispositivos habituales, pudiendo
adaptarse con total flexibilidad en la definición del movimiento de
la muestra y en la aplicación de la carga.
Es interesante destacar que este dispositivo, al
permitir configurar y controlar la aceleración, velocidad y
deceleración del movimiento horizontal, la fuerza de aplicación de
carga, la lubricación o ensayos en baño, así como el control de la
temperatura de las muestras o el baño, propicia la realización de
ensayos y medidas en múltiples configuraciones de los parámetros de
ensayo.
Otra importante ventaja es que el dispositivo de
medida es fácilmente ampliable y adaptable a nuevas necesidades de
carrera de ensayo o requerimientos de planitud, bastando colocar la
nueva bancada requerida y prolongar los medios de desplazamiento y
guiado horizontal lo necesario para alcanzar las nuevas dimensiones
o requerimientos.
Destacar también que, usando un sensor de fuerza
triaxial ubicado directamente sobre la probeta de material, entre
esta y la fuerza aplicada, es posible medir tanto la fricción como
las fuerzas y momentos en las tres direcciones, consiguiendo
identificar situaciones de desgaste no uniforme debido a la
incorrecta colocación de la muestra o inherentes a los propios
materiales ensayados.
Por último no debemos dejar de resaltar que el
dispositivo presentado tiene una total flexibilidad en las
dimensiones de los materiales a ensayar, en la realización de
ensayos con lubricación controlada o en baño y en la configuración y
control de las condiciones de ensayo como son carga, desplazamiento,
aceleración, velocidad, deceleración y temperaturas de ensayo.
Para comprender mejor el objeto de la presente
invención, en el plano anexo se ha representado un ejemplo de
realización práctica preferencial de un tribómetro lineal. En dicho
plano la figura -1- muestra una vista en perspectiva del
tribómetro.
La figura -2- muestra unas vistas en alzado,
planta y perfil del tribómetro.
La figura -3- muestra una vista en perspectiva
de la bancada fija de soporte.
La figura -4- muestra una vista en perspectiva
del cabezal móvil.
La figura -5- muestra unas vistas laterales del
conjunto del sensor y los medios de guiado vertical del cabezal
móvil.
El tribómetro lineal objeto de la presente
invención, esta formado básicamente, como puede apreciarse en el
plano anexo, por un cabezal móvil (1) y una bancada fija de soporte
(2), estando dotado el cabezal móvil (1) de medios de movimiento (3)
y guiado vertical (4) de un sensor de fuerza y momentos (5) asociada
a una probeta (6) de uno de los materiales, y estando dotada la
bancada (2) en su superficie superior, y el cabezal móvil en su
parte inferior, de medios de movimiento (7) y guiado horizontal (8)
del cabezal móvil (1), además de un soporte de fijación (9),
paralelo al sentido de movimiento del cabezal móvil (1), para el
contramaterial (10), o barra del segundo material implicado en la
prueba de desgaste, permitiendo de este modo ensayos con grandes
longitudes de desplazamiento.
El sensor de fuerza y momentos (5) es
preferentemente de tipo triaxial aunque alternativamente está
previsto que pueda ser un sensor biaxial o bien dos sensores
independientes.
El desplazamiento horizontal del cabezal móvil
(1) es el que genera la velocidad necesaria de la probeta (6) de uno
de los materiales sobre el contramaterial (10) para medir la
fricción. Los medios de guiado horizontal (8) pueden ser patines con
recirculación de bolas, patines neumáticos, con levitación por aire,
patines electromagnéticos, con levitación por campo magnético,
patines hidrostáticos con levitación por fluido, casquillos o
rodamientos.
Los medios de movimiento horizontal (7) está
previsto que sean uno o varios motores lineales de imanes,
accionamientos de husillo, accionamientos de correa o accionamientos
de piñón cremallera.
El desplazamiento vertical, realizado en el
cabezal móvil (1) sobre el sensor de fuerza y momentos (5) dispuesto
de forma paralela sobre la probeta (6) del material, permite aplicar
una fuerza constante y configurable de la probeta (6) de uno de los
materiales sobre el contramaterial (10). Los medios de guiado
vertical (4) está previsto que sean patines con recirculación de
bolas, patines neumáticos, con levitación por aire, patines
electromagnéticos, con levitación por campo magnético, patines
hidrostáticos con levitación por fluido, casquillos o
rodamientos.
Los medios de movimiento vertical (3) está
pensado que sean preferentemente en la forma de uno o varios
actuadores lineales de tipo "Voice Coil" (actuador de altavoz),
actuadores hidráulicos, motores lineales de imanes, actuadores
piezoeléctricos, accionamientos de husillos, accionamientos de
correa o accionamientos de piñón cremallera, y el desplazamiento
producido por ellos es transmitido a través de una palanca (11) al
sensor de fuerza y momentos (5) y a la probeta (6) de material
situada bajo ella.
Está previsto que, de forma alternativa, el
desplazamiento producido por los medios de movimiento vertical (3)
se aplique directamente sobre el sensor de fuerza y momentos (5) y a
la probeta (6) de material situada bajo ella, sin necesidad de
palanca.
\newpage
La medida de la fuerza normal de presión se
realiza con el sensor de fuerza y momentos (5), con el que se mide
también la fuerza de fricción, con el objeto de obtener el
coeficiente de rozamiento.
El dispositivo se complementa, tanto en el
cabezal móvil (1) como en el soporte de fijación (9), con diversos
sensores de medida y control, entre los que podemos destacar:
sensores para la medida de temperatura, sensor de desplazamiento
para la medida del desgaste, sensores de vibraciones, sensores de
ruido, cámara de alta velocidad, cámara de termografía, etc... que
permiten realizar una pluralidad de medidas complementarias.
Está previsto que tanto la probeta de material
(6) como el soporte de fijación (9) para el contramaterial
incorporen medios de refrigeración mediante soplado por aire, a
través de los conductos (13), para compensar el calentamiento
producido por el rozamiento y para la eliminación de las partículas
del material desgastado. También incorpora medios de aspiración para
la eliminación de las partículas del material desgastado, a través
de los conductos (13). Está previsto asimismo que el soporte de
fijación (9) incorpore medios de calentamiento para medir fricción a
temperaturas constantes o variables. También es posible realizar
ensayos de lubricación controlada y en baño de fluido con control de
temperatura del fluido, disponiendo para este último caso el soporte
de fijación y el contramaterial en una bañera (12) la cual alberga
el fluido y la recirculación de éste para su control de
temperatura.
Está previsto asimismo que, de forma
alternativa, el soporte de fijación (9) sea directamente la bancada
fija de soporte (2).
La bancada fija de soporte (2) estará realizada
preferentemente en acero o granito.
Es característico de la invención que el
dispositivo es fácilmente ampliable y adaptable a nuevas necesidades
de carrera de ensayo o requerimientos de planitud, bastando colocar
la nueva bancada requerida y prolongar los medios de movimiento (7)
y guiado horizontal (8) de la bancada fija de soporte (2), además
del soporte de fijación (9) lo necesario para alcanzar las nuevas
dimensiones o requerimientos.
Claims (13)
1. Tribómetro lineal, del tipo de los utilizados
para realizar ensayos y medidas de fricción y desgaste por
rozamiento entre dos materiales con superficies sometidas a un
movimiento lineal entre sí, caracterizado porque comprende un
cabezal móvil (1) y una bancada fija de soporte (2), estando dotado
el cabezal móvil (1) de medios de movimiento (3) y guiado vertical
(4) un sensor de fuerza y momentos (5) asociado a una probeta (6) de
uno de los materiales, y estando dotada la bancada (2) en su
superficie superior, y el cabezal móvil en su parte inferior, de
medios de movimiento (7) y guiado horizontal (8) del cabezal móvil
(1), además de un soporte de fijación (9) para el contramaterial
(10), paralelo al sentido de movimiento del cabezal móvil (1).
2. Tribómetro lineal, según la anterior
reivindicación, caracterizado porque el desplazamiento
producido por los medios de movimiento vertical (3) se transmite a
través de una palanca (11) o conjunto de palancas al sensor de
fuerza y momentos (5) y a la probeta (6) de material situada bajo el
sensor de fuerza y momentos (5).
3. Tribómetro lineal, según la primera
reivindicación, caracterizado porque el desplazamiento
producido por los medios de movimiento vertical (3) se transmite
directamente al sensor de fuerza y momentos (5) y a la probeta (6)
de material situada bajo el sensor de fuerza y momentos (5).
4. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios
de guiado horizontal (8) son uno cualquiera del grupo formado por:
guiado con recirculación de bolas, guiado neumático con levitación
por aire, guiado electromagnético con levitación por campo
magnético, guiado hidrostático con levitación por fluido, guiado con
casquillos y guiado con rodamientos.
5. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios
de movimiento horizontal (7) son uno o varios de cualquiera del
grupo formado por: motor lineal de imanes, actuador hidráulico,
accionamiento de husillo, accionamiento de correa y accionamiento de
piñón cremallera.
6. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios
de guiado vertical (4) son uno cualquiera del grupo formado por:
guiado con recirculación de bolas, guiado neumático con levitación
por aire, guiado electromagnético con levitación por campo
magnético, guiado hidrostático con levitación por fluido, guiado con
casquillos y guiado con rodamientos.
7. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios
de movimiento vertical (3) son un uno cualquiera del grupo formado
por: actuador lineal "Voice Coil", actuador hidráulico, motor
lineal de imanes, actuador piezoeléctrico, accionamiento de husillo,
accionamiento de correa y accionamiento de piñón cremallera.
8. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el sensor
de fuerza y momentos (5) está situado entre el sistema de guiado
vertical (4) y la probeta o su soporte (6) y es uno cualquiera del
grupo formado por: sensor triaxial, sensor biaxial, dos sensores
independientes.
9. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque incluye,
tanto en el cabezal móvil (1) como en el soporte de fijación (9),
uno o varios sensores de medidas complementarias elegidos de entre
el grupo: sensores para la medida de temperatura, sensor de
desplazamiento para la medida del desgaste, sensores de vibraciones,
sensores de ruido, cámara de alta velocidad, y cámara de
termografía.
10. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque tanto la
probeta (6) de material como el soporte de fijación (9) para el
contramaterial incorporan medios de refrigeración por aire, para
compensar el calentamiento producido por el rozamiento y medios de
soplado o aspiración para la eliminación de las partículas del
material desgastado.
11. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el soporte
de fijación (9) incorpora medios de calentamiento para medir
fricción a temperaturas constantes o variables.
12. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el cabezal
móvil (1) incorpora medios de suministro dosificado de lubrificante
a la unión entre el material (6) y el contramaterial (10) para
realizar ensayos de lubricación controlada.
13. Tribómetro lineal, según cualquiera de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el soporte
de fijación (9) incorpora una bañera (12) la cual alberga un fluido
para realizar ensayos lubricados en baño y con control de
temperatura del fluido.
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