CN101685056B

CN101685056B - 摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法及装置

Info

Publication number: CN101685056B
Application number: CN2009100644652A
Authority: CN
Inventors: 邱明; 袁文征
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: CN101685056A

Abstract

本发明公开的一种用于高温气氛摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法及装置，装置由若干个气体输入支路、气氛混配箱、试验环境气室装置、控温装置、冷却系统组成，多种气源通过减压阀减压至指定压力，由质量流量控制器控制各气氛流量比例，混合气氛经气路送入试验所需环境温度气室，在半封闭环境气室中通过相对转动对偶面进行球/盘或销/盘高温气氛环境中的滑动摩擦磨损试验。本发明实现了多气氛比例和环境温度的精确控制，能满足连续不间断摩擦磨损试验用气要求，同时装置结构简单，操作安全可靠，达到了多气氛比例精确控制和成本较低的目的。

Description

摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法及装置

技术领域

本发明属于摩擦磨损试验机技术领域，主要涉及的是一种用于高温气氛摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法及装置。

背景技术

多气氛精确比例控制是环境测试领域的关键技术。随着多气氛混合试验环境应用越来越多，对两种及两种以上气氛比例混合精确要求也越来越高。现有的气体比例混合设备已用于食品气调保鲜用气、金属冶炼保护气、气体保护焊用气、气焰切割用气、气相反应和医学等领域，为社会创造了巨大经济效益和社会效益。气体比例混合的方法主要有两种：一种是流量法，采用流量阀对气体作节流比例混合；一种是压力法，通过控制混合气体中各种气体成分的分压使气体按比例混合。多数气氛混配装置有气路系统、电器控制系统和机械结构系统组成，设备庞大而昂贵，装置的精度和效益无法兼顾。另外，其中一些气氛比例混合装置在气氛混配过程中不能实现连续不间断供气，其使用范围受到限制。

目前，试验用高温气氛摩擦磨损试验机大多是自制设备，没有适用于高温摩擦磨损试验机的通用气氛混配控制装置。现有的各种气氛比例精确混合控制装置都存在不同程度的局限性，如有的仅适用于常温状态，有的不能连续不间断供气。由于高温气氛摩擦磨损试验机的环境气室存在摩擦配副运动的驱动装置，因此，在技术上实现试验环境气室的全密封几乎是不可能的，要保证试验环境气室气氛精确比例是困难的。高温气氛摩擦磨损试验机的多气氛精确比例用气需具备以下条件，首先，满足摩擦磨损试验机长时间试验工作要求的稳定且连续不间断的气流；其次，要求保证气氛按比例精确混合后，通到半封闭试验环境气室，试验环境气室气氛精确比例不受影响；再次，实现对试验环境气室气氛温度的控制。精确的控制气氛比例、正确的试验操作方法及温度控制精度等都会影响高温摩擦磨损试验环境与实际工况环境的接近程度，从而影响摩擦副在模拟工况状态下摩擦磨损规律的准确性，进而导致错误的判断。

发明内容

本发明的任务由此产生，公开一种可满足高温气氛摩擦磨损试验机使用的多气氛精确比例控制方法及其装置。本发明可实现多气氛比例混合和试验环境温度的精确控制，能满足连续不间断摩擦磨损试验用气要求，同时装置结构简单，操作安全可靠，达到了多气氛比例及温度精确控制和成本较低的目的。

为完成上述任务，本发明采取的技术方案是：多种气源通过减压阀减压至指定压力，由质量流量控制器控制各气氛流量比例，混合气氛经气路送入试验所需环境温度气室，在半封闭环境气室中通过相对转动对偶面进行球/盘或销/盘高温气氛环境中的滑动摩擦磨损试验。

本发明实现上述方法采用的装置由若干个气体输入支路、气氛混配箱、试验机主体、控温机构及冷却机构组成，气体输入支路的若干气源经输气管进入气氛混配箱中各质量流量控制器，通过不同支路的质量流量控制器控制各支路气氛流量，从而得到所需比例的混合气氛，通过混配箱内气体分析仪可直接得到气氛配比结果并在混配箱面板上显示，混合后的气氛经气路送入试验机环境气室内，环境气室外围设置有可以对环境气室进行加热的电炉丝炉体，在炉体外围设置有对其进行冷却降温的循环水冷却机构，试验机环境气室底部有带动下试样转动的主轴、上部设置有与支撑杠杆连接的加载杆，在加载杆上设置有砝码盘和压簧。

本发明克服了传统气氛精确比例控制装置气氛控制精度不高和性价比高的缺点，能满足连续不间断摩擦磨损试验用气要求，可实现多气氛比例混合和试验环境温度的精确控制。该试验机气氛混配比例精度可达1％以内，混合气氛输入流量为500ml/min，环境温度控制范围为室温(23℃)～700℃，环境温度控制精度为1％FS。气氛比例显示及控制都可在气氛混配箱面板上的显示屏及按钮实现，炉体温度与试验环境气室温度在温控仪面板上都有显示。炉体温度与环境气室温度有少量温差，经测试，炉体温度200℃时，环境气室温度为185℃，炉内温度为300℃时，试验环境气室温度为280℃。本发明实现了多气氛比例混合和对环境气室温度的精确控制，并达到了控制精度和效益兼顾的目的。试验装置控制精度较高，操作简便，可实现不同环境气氛中进行球/盘或销/盘摩擦副的试验，试验结果与实际高温气氛环境有良好的相关性，达到了模拟各种试验环境的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1交流电机；2试验机主体；3主轴；4冷却水箱；5气氛混配箱；6气源；7输气管；8混合气氛进气管；9冷却水管；10冷却水进口；11.炉体；12气体接头；13环境气室；14密封盖；15砝码盘；16.加载杆；17压簧；18砝码；19上试样；20下试样；21支撑杠杆。

具体实施方式

下面用实施例的方式对本发明的技术方案做进一步阐述：

本实施例所述的可满足高温气氛摩擦磨损试验机使用的多气氛精确比例控制方法为：试验前从试验机主体的环境气室取出加载杆，封闭试验环境气室，此时环境气室为全封闭状态，可对环境气室抽真空。利用设置在试验环境气室外围的电炉丝对环境气室进行升温，同时开启循环水冷却系统，该冷却水循环系统由输水管小马达带动。待环境温度与设定温度达到平衡后，通入已按比例精确混合的稳定流量的气氛，待环境气室气压与外界大气压平衡时，放入加载杆，此时环境气室处于半封闭状态，但由于气氛的单向流动效应，试验气室内混合气氛精确比例保持不变。环境气室在不间断通入混合气氛过程中气室温度也有少量下降，不过由于输入试验用气氛流量较小，环境气室仍会达到一个热交换平衡，加上此时电炉一直处于工作状态，试验环境气室内温度会保持稳定。至此，实现了试验机环境气室的气氛比例和气氛温度的有效控制。最后，开启电机，由电机带动下试样转动，通过上下试样对偶面的相对转动进行滑动摩擦磨损试验，此时，试验机即处于摩擦工作状态。

本实施例实现上述高温气氛摩擦磨损试验机使用的多气氛精确比例控制方法的装置如图1所示：该装置由若干个气体输入支路、气氛混配箱、试验机主体、控温机构及冷却机构组成，气体输入支路的若干个气源6分别经输气管7进入气氛混配箱5。气源6成份可以是氧气、氮气、二氧化碳、氢气、二氧化硫、氦气、氩气等无剧毒且混合后高温不发生爆炸的气体。用于盛放气源6的容器为气体钢瓶或者气体增压容器。气氛混配箱5主要由多个减压阀、多个质量流量控制器、流量计、气体分析仪及储气瓶组成，各高压气源通过减压阀减压至指定压力并由质量流量控制器控制各气氛流量比例，由气体分析仪分析气体成分并在混配箱面板显示气氛配比，混合气氛进入储气瓶内进行充分混合。混合气氛进气管8经气体接头12送入试验机主体2上的环境气室13内，环境气室13为半封闭结构，可由密封盖14密闭，密封盖上留有孔，以便放置加载杆16，需要时也可以将孔封闭密封环境气室13。在环境气室13外设置有可对环境气室13内气氛进行加热的炉体11，炉体11用温控仪控温，温控仪可适时显示炉体11和环境气室13的温度，控温仪采用的是环绕在环境气室13外围的电炉丝的常规控制方式。由于该试验机属于高温气氛摩擦磨损试验机，为避免炉体高温对环境气室外壁其它装置及电子元件的损坏，在炉体11的外壁上设置有对其进行冷却降温的冷却机构。该冷却机构为循环水冷却，即在炉体11上设置水套，冷却水管9的一端经冷却水进口10与设置水套连通，冷却水由连接在水管上的微型马达带动冷却水循环，冷却水管9另一端与冷却水箱4连通。试验机主体2为框架结构，其上设置有交流电机1、主轴3、加载杆16及固联在试验机主体2上的支撑杠杆21。主轴3的上端固联下试样20的放置盘，此盘位于环境气室13内，下端经传动机构与交流电机1带动的主轴3连接。加载杆16由砝码盘18、压簧17、上试样19及顶杆组成，加载杆16的下端位于环境气室13内，砝码盘15和压簧17设置在加载杆16上，加载杆连接的上试样19可以是球试样或者销试样。除了通过调整主轴3的转速来调整上下试样滑动速度的目的，还可通过调整安装在支撑杠杆21的加载杆16的中心与下试样20中心的回转半径，达到调整上下试样相对滑动速度的目的。加载杆16与支撑杠杆21连接，支撑杠杆21可在试验机主体导轨上滑动。

试验前先将试验加载杆16取出，打开密封盖14，此时环境气室13处于敞开状态，安装下试样20，将其放置在环境气室13内，盖好密封盖14。将试验环境气室13密封并抽真空，同时打开气氛混配箱5的总电源和流量计显示仪开关。清洗管路8和环境气室13，然后，关闭管路8，再次对环境气室13抽真空，反复几次，使整个气路系统得到充分的清洗。此时，启动控温仪，炉体11将环境气室13内的温度加热到所需温度值。再将气氛混配器5开关调整到阀控状态，通过调节阀调节每种气氛流量计到所需流量。然后通入已经按比例混合的气体，待环境气室内气压超过大气压之后，打开密封盖14，放入并固定上试样19及与其连接的加载杆16，然后向砝码盘15加载砝码18，用压簧17压好。放置加载杆16及摩擦磨损试验过程中，环境气室13处于半封闭状态，会溢出少量气体，但由于气流具有不间断单向流动效应，即气体一直只能从进气管进入环境气室13，从环境气室13上端流出，因此，能保证输入到半封闭环境气室13内气氛比例不变，达到了控制试验所需气氛比例精确的环境要求。待环境气室13温度与炉体温度达到热交换平衡时，环境气室13内混合气氛的温度会保持稳定。至此，满足了高温摩擦磨损试验环境控制要求。然后，开启电机1，带动下试样20旋转，上下试样对偶面进行滑动摩擦磨损试验。此时，高温气氛摩擦磨损试验机处于工作状态，待试验完成后，依次关闭全部阀门和电源等一些后续工作。

Claims

1.一种用于高温气氛摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法，其特征是：多种气源通过减压阀减压至指定压力，由质量流量控制器控制各气氛流量比例，混合气氛经气路送入试验所需温度环境气室，在半封闭环境气室中通过相对转动对偶面进行球/盘或销/盘高温气氛环境中的滑动摩擦磨损试验；所述的多种气源经输气管进入气氛混配箱中各质量流量控制器，通过不同支路的质量流量控制器控制各支路气氛流量，从而得到所需比例的混合气氛，通过混配箱内气体分析仪可直接得到气氛配比结果并在混配箱面板上显示，混合后的气氛经气路送入试验机环境气室内，环境气室为半封闭状态，环境气室外围设置有可以对环境气室进行加热的电炉丝炉体，在炉体外围设置有对其进行冷却降温的循环水冷却机构，试验机环境气室底部有带动下试样转动的主轴、上部设置有与支撑杠杆连接的加载杆，在加载杆上设置有砝码盘和压簧。

2.根据权利要求1所述的用于高温气氛摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法，其特征是：所述的混合气氛输入流量为500ml/min，环境温度控制范围为23℃～700℃，环境温度控制精度为1％FS。

3.一种实现权利要求1所述的用于高温气氛摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法的装置，其特征是：该装置由若干个气体输入支路、气氛混配箱、试验机主体、控温机构及冷却机构组成，气体输入支路的若干个气源(6)分别经输气管(7)进入气氛混配箱(5)的储气瓶内进行充分混合，气氛混配箱(5)主要由多个减压阀、多个质量流量控制器、流量计、气体分析仪及储气瓶组成，混合气氛进气管(8)经气体接头(12)送入试验机主体(2)上的环境气室(13)内，环境气室为半封闭结构，由密封盖(14)密闭，在环境气室(13)外设置有可对环境气室内气氛进行加热的炉体(11)，在炉体的外壁上设置有对其进行冷却降温的冷却机构；在试验机主体(2)上设置有交流电机(1)、主轴(3)、加载杆(16)及支撑杠杆(21)，主轴(3)的上端与设置在环境气室(13)内的下试样(20)放置盘固连、下试样(20)放置盘下端经传动机构与交流电机(1)带动的主轴(3)连接；加载杆(16)由砝码盘(18)、压簧(17)、上试样(19)及顶杆组成，加载杆的下端位于环境气室(13)内，砝码盘和压簧设置在加载杆上，加载杆(16)与支撑杠杆(21)连接。

4.根据权利要求3所述的用于高温气氛摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法的装置，其特征是：用于盛放气源(6)的容器为气体钢瓶或者气体增压容器。

5.根据权利要求3所述的用于高温气氛摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法的装置，其特征是：所述的炉体(11)的外围设置有电炉丝，由温控仪控温。

6.根据权利要求3所述的用于高温气氛摩擦磨损试验机的多种气氛精确比例控制方法的装置，其特征是：所述的在炉体(11)外壁上设置的冷却机构为循环水冷却，即在炉体(11)上设置水套，冷却水管(9)的一端经冷却水进口(10)与设置水套连通，冷却水由连接在水管上的微型马达带动冷却水循环，冷却水管(9)另一端与冷却水箱(4)连通。