CN101660990A - 微幅碰撞磨损试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微幅碰撞磨损试验机。它是由主机和系统两个部分组成：主机的组成包括装置底座、设置在装置底座上的驱动电机、偏心轮机构、杠杆式摆臂机构、电加热炉、试验件夹具和可控刚度弹性碰撞装置；系统包括设置在主机上的测控系统和冷却系统，测控系统的组成包括电机变频控制、加热炉温度控制、电机扭矩测量和微机系统。本发明适用于表征航空、船舶、工业燃气轮机，蒸汽轮机等动力机械装置中的“带冠涡轮叶片”、“带各种中间阻尼台的叶片”和“叶片振动阻尼装置”等，并能适用于类似机械。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种试验机，具体地说是一种主要用于带冠涡轮叶片等微幅碰撞磨损试验研究的磨损试验机。
(二)背景技术
现代燃气轮机(航空、船舶、工业)和蒸汽轮机(工业、船用)等动力机械装置中大量采用带冠涡轮叶片、带各种中间阻尼台的叶片(涡轮风扇发动机的风扇叶片、后风扇叶片、船舶燃气轮机倒车涡轮叶片等)和各种形式的叶片振动阻尼装置，以改变叶片的振动特性，提高其工作可靠性，或提高其气动性能。
在上述诸多叶片中，有一类叶片它在工作条件下其叶冠间阻尼台工作面间是有间隙的，依靠碰撞限幅和阻尼作用来控制叶片工作状态下的动应力。虽然这种碰撞的振幅很小，但由于叶片的自振频率通常很高，且又在高温条件下长期工作，因而会在碰撞的工作面上形成冷作硬化、粘着、磨损，腐蚀磨损，使间隙逐步扩大，从而影响叶片的工作可靠性。为此，需要一种能反映上述工作特征的微幅碰撞磨损试验机来进行研究。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种表征航空、船舶、工业燃气轮机，蒸汽轮机等动力机械装置中的“带冠涡轮叶片”、“带各种中间阻尼台的叶片”和“叶片振动阻尼装置”等，并能适用于类似机械的微幅碰撞磨损试验机。
本发明的目的是这样实现的：它是由主机和系统两个部分组成：主机的组成包括装置底座、设置在装置底座上的驱动电机、偏心轮机构、杠杆式摆臂机构、电加热炉、试验件夹具和可控刚度弹性碰撞装置；系统包括设置在主机上的测控系统和冷却系统，测控系统的组成包括电机变频控制、加热炉温度控制、电机扭矩测量和微机系统；冷却系统采用气冷或水冷，变频电机通过轴端安装的偏心轮拨动杠杆式摆臂机构，使处于高温炉内的试验段产生规定振幅和频率的摆动，并与同样处于高温炉中的左右两侧的可控刚度弹性碰撞装置上的试验件发生碰撞，从而模拟了叶片微幅碰撞磨损的工作条件。
本发明还包括这样一些结构特征：
1、所述的杠杆式摆臂机构以带滚动轴承的轴销作为旋转中心，并通过前后两个带滚珠的托架安装在底座上。上述各处均有润滑脂润滑，杠杆式摆臂机构上配有配重；
2、所述的变频电机轴端安装的偏心轮，易于更换不同偏心量的偏心轮，以实现所需的试验段的摆动量；
3、所述的杠杆式摆臂机构的拨叉中设有润滑脂储腔，在拨叉与电机驱动的偏心轮接触面上有润滑脂溢出孔；
4、所述的可控刚度弹性碰撞装置的弹簧力和刚度可以用压缩弹簧或更换弹簧来实现；
5、所述的电加热炉是一个带铰链和快装扣的可分式结构，由安装在底座上的定位块定位。加热炉下部设置有一个异形孔，孔为杠杆式摆臂机构穿越处；另两侧也各设置一个异形孔，为可控刚度弹性碰撞装置穿越处；孔与穿越件间均有柔性密封套密封。
6、所述的试验件夹具采用易于换装的装夹结构；
7、所述的杠杆式摆臂机构轴销处和可控刚度弹性碰撞装置的弹簧段附近均设置有流动的冷却介质。
本发明的装置可以实现以下功能：
1.在常温或高温下进行不同频率的碰撞磨损试验；
2.在常温或高温下进行不同刚度的碰撞磨损试验；
3.在常温或高温下进行不同周次的碰撞磨损试验；
4.在常温或高温下进行不同间隙的碰撞磨损试验；
5.在常温或高温下进行各种材料付的碰撞磨损试验。
本发明装置主要适用于：
1、燃气轮机(航空、船舶、工业)和蒸汽轮机(工业、船用)带冠涡轮叶片、涡轮风扇发动机的风扇叶片、后风扇叶片、船舶燃气轮机倒车涡轮叶片，各种形式的叶片振动阻尼装置的微幅碰撞磨损试验研究；
2、碰撞磨损面的修复工艺研究(材料、涂层工艺)；
3、类似机械的弹性碰撞磨损试验。
本实用型新型的优点主要体现在：
1.采用杠杆式摆臂机构，可以保证试验段要求“微幅”摆动时的精度。此外，也使驱动电机上的作用力大大减小，从而使摩擦力减小；
2.换装不同偏心量的偏心轮，即可快速实现试验段所需的摆动量(从微幅至毫米级)；
3.可控刚度弹簧碰撞装置以一种简便的方式实现用户要求的刚度值，也可以满足左右装置刚度各异的特定要求。
4.以一种较简单的结构，模拟了研究对象发生微幅碰撞磨损时的主要工作特征，频率、刚度、间隙、温度均可控、可调。
5.试验数据自动采集、显示，试验装置自动控制。
(四)附图说明
图1-2是模型图；
图3是试验机组成示意图；
图4-6是弹性碰撞磨损试验装置结构示意图；
图7是试验件安装示意图；
图8-9是可变刚度弹性碰撞装置结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：
结合图1-2，依靠碰撞限幅和阻尼作用来控制叶片工作状态下的动应力的涡轮带冠叶片等叶片装置，其典型的物理模型如图1。Mi代表各撞击和被撞击物体的质量，Ke和Ce分别代表系统刚度和阻尼，δ为两物体间隙，F(t)为作用于撞击物体上的外力。而本试验装置即是此模型的具体体现。
结合图3，试验机由主机1和系统2两个部分组成，系统包括测控系统(电机变频控制、炉温控制、电机扭矩测量、微机系统)和冷却系统；
结合图4-6，主机的组成包括装置底座3、驱动电机8、偏心轮机构9、杠杆摆臂机构7、电加热炉4、变频电机通过轴端安装的带滚动轴承的偏心轮，使杠杆摆臂机构以轴销5为中心，以滚柱托架为平面产生往复摆动，上述各处均有润滑脂润滑。
结合图7，加热炉4是一个带铰链和快装扣的可分式结构，以便易于更换试验件，加热器底部有三个异形孔，B孔为摆臂穿越处，A孔为可控刚度弹性碰撞装置10插入处，孔与穿越件间均有柔性密封套11密封，摆臂中心销处有润滑脂润滑，其前并有冷却介质经接入口12流入冷却；
结合图8-9，可控刚度弹性碰撞装置10的弹簧段有冷却空气从接入口13流入冷却，弹簧力和刚度可以借改变调整环16的长度压缩弹簧或更换弹簧15来实现，试验件夹具14是一种快装结构，将试验件插入配合精密的孔中用螺帽压紧锁定。
Claims (9)
1、一种微幅碰撞磨损试验机，它是由主机和系统两个部分组成，其特征在于主机的组成包括装置底座、设置在装置底座上的驱动电机、偏心轮机构、杠杆式摆臂机构、电加热炉、试验件夹具和可控刚度弹性碰撞装置；系统包括设置在主机上的测控系统和冷却系统，测控系统的组成包括电机变频控制、加热炉温度控制、电机扭矩测量和微机系统，冷却系统采用气冷或水冷，变频电机通过轴端安装的偏心轮拨动杠杆式摆臂机构，使处于高温炉内的试验段产生规定振幅和频率的摆动，并与同样处于高温炉中的左右两侧的可控刚度弹性碰撞装置上的试验件发生碰撞，从而模拟了叶片微幅碰撞磨损的工作条件。
2、根据权利要求1所述的微幅碰撞磨损试验机，其特征在于所述的加热炉是一个带铰链和快装扣的可分式结构，加热炉由安装在底座上的定位块定位。
3、根据权利要求2所述的微幅碰撞磨损试验机，其特征在于所述的加热炉下部设置有一个异形孔，孔为杠杆式摆臂机构穿越处；另两侧也各设置一个异形孔，为可控刚度弹性碰撞装置穿越处；孔与穿越件间均有柔性密封套密封。
4、根据权利要求3所述的微幅碰撞磨损试验机，其特征在于所述的杠杆式摆臂杠杆式摆臂机构以带滚动轴承的轴销作为旋转中心，并通过前后两个带滚珠的托架安装在底座上。上述各处均有润滑脂润滑。
5、根据权利要求4所述的微幅碰撞磨损试验机，其特征在于所述的杠杆式摆臂机构的拨叉中设有润滑脂储腔，在拨叉与电机驱动的偏心轮接触面上有润滑脂溢出孔。
6、根据权利要求5所述的微幅碰撞磨损试验机，其特征在于所述的变频电机轴端安装有以实现所需的试验段位移量的易于更换不同偏心量的偏心轮。
7、根据权利要求6所述的微幅碰撞磨损试验机，其特征在于所述的试验件夹具采用易于换装的装夹结构。
8、根据权利要求7所述的微幅碰撞磨损试验机，其特征在于所述的可控刚度弹性碰撞装置的弹簧力和刚度可以用压缩弹簧或更换弹簧来实现。
9、根据权利要求8所述的微幅碰撞磨损试验机，其特征在于所述的杠杆式摆臂机构轴销处和可控刚度弹性碰撞装置的弹簧段附近均设置有流动的冷却介质。
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