Development of a Laboratory Abrasive Wear Test for Snowplow Cutter Blades

Abstract

Prediksjon av slitasje som forekommer på slitestål montert på brøytebiler under snørydding gjøres per dags dato ved å måle mengden stål som slites bort mens brøytebilen er i drift. Eksisterende forskning har prøvd å prediktere sliteraten og motstandsdyktighet til slitestål med laboratorieforsøk, men forskere har foreløpig ikke vært i stand til å slå fast om slik testing fungerer. Det er dermed en mangel i litteraturen, hvor det er ønskelig å komme opp med en test som kan undersøke slitasjen av slitestål i en laboratorie test. Denne masteroppgaven forsøker å fylle dette gapet ved å designe, konstruere og utvikle et laboratorieoppsett. Videre er det gjennomført tester på slitestål med dette oppsettet. De målte verdiene fra laboratorieforsøket sammenliknes med eksisterende feltdata for slitasje av slitestål, for å analysere hvordan laboratoriedata oppfører seg sammenliknet med feltdata.

Med et litteraturstudie har det blitt studert hvordan tidligere laboratorieforsøk har blitt gjennomført. Et laboratorieoppsett og en testmetodikk har blitt utviklet, og dette oppsettet har blitt brukt til å samle inn store mengder data om slitasjen av slitestål. Målinger av to forskjellige slitestål er foretatt. De testede prøvene er Nordic Combi Double, Steel/- polyurethane og et referanse stål. Disse tre prøvene har dannet grunnlaget for analysen av sliteraten til slitestålene i denne oppgaven.

Et fult opperativt laboratorie apparat med mulighet for måling av tid, kuttdybder, påført kraft, temperatur og rotasjonshastighet er av utfallene i denne oppgaven. Med dette apparatet ble sliteraten for alle tre prøvene funnet til å være $25-100$ ganger raskere i laboratoriet kontra i felt. Fra en statistisk analyse var det mulig å vise at det er en signifikant forskjell mellom prøvestykker testet under samme forutsetninger.

Mange feil og vanskeligheter er funnet og forbedret underveis. Målingene gjort med dette apparatet viste seg å gjengi sliterater med små variasjoner. For videre verifisering og standardisering av test resultatene trengs det mer laboratorie data, samt mer feltdata.

Prediction of wear rates on cutter blades that occur when a snow plowing truck is plowing is currently done by measuring the amount of steel worn off. Existing research try to predict wear rates and resistance of cutter blades in a laboratory, but no definite conclusions are made whether this is accurate. This gap in the literature, begs good methods to predict abrasive wear of cutter blades in the laboratory. This study aims to develop such testing, both by designing, construct and develop the test equipment and conduct tests on cutter blades. The obtained results are evaluated together with existing field measurements for analyzing the prediction of laboratory wear rates.

Based on a literature review, there exist detailed descriptions of previous laboratory tests. A test setup and test methodology were developed and used to collect large quantities of measurements. Values from three different specimen (Nordic Combi Double, Steel/polyurethane and a reference steel) made up the data basis used for analyzing the wear rates.

A fully operational test equipment with time-, depth-, load-, temperature- and rotational speed monitoring were constructed. This test equipment gave out wear rate predictions for all three tested specimens, with an accelerated wear rate of $25-100$ times faster than what was measured in field. Statistical analysis show significant variations between individual specimens tested under equal conditions.

Many errors and difficulties have been addressed and improved, and measurements done by the new invented laboratory setup managed to deliver wear rates with little deviations. In order to verify and standardize the test results, more field and laboratory data are needed.