CN101975709A - 一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种的螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机，它是由机架、螺栓加载系统、摩擦力测量系统、传动系统和坩埚电阻炉系统所组成，所述螺栓加载系统中的加载螺栓安装在悬挂轴承连接组件上，加载杆与正压加载主力铰座固定连接；所述摩擦力测量系统中的压力传感器固定在机架上，块状试样安装在加载杆下方，并压在环形试样上。本发明通过拧紧加载螺栓，施加载荷使其顶住测力传感器，再通过正压加载主力铰座和加载杆将载荷放大。本发明以环状试样和块状试样为摩擦副，以液态金属为腐蚀介质，能模拟固体摩擦副在液态金属中同时承受腐蚀和磨损的行为，可改变载荷、温度、转速、液态金属供给试验参数，可测量摩擦力，载荷施加准确、测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦磨损领域中的腐蚀-磨损试验装置，更具体的是指以液态金属为腐蚀介质，以环形试样和块状试样为摩擦副的一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机。
背景技术
在液态金属中的固体摩擦副一方面受到摩擦磨损，另一方面又受到液态金属的腐蚀，两者的交互作用使材料的损伤更为剧烈，然而现有的材料试验机多为功能单一的磨损或腐蚀试验机，不能模拟固体摩擦副在液态金属中同时承受腐蚀和磨损的行为，所得的试验结果参考价值低。
ZL98219097.2公开了一种磨蚀试验机，该磨蚀试验机能够模拟固体摩擦副在液态金属介质中同时承受腐蚀和磨损的行为，但其试样夹持杆为直角形，水平边安装在导向槽内，导向槽必须有非常好的润滑才能保证加载力的误差较小。同时，该磨蚀试验机无摩擦力测量装置，无法获得表征材料耐磨性能的摩擦系数。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足之处，提供以液态金属为腐蚀介质，以环形试样和块状试样为摩擦副的一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机包括机架、升降系统、加载系统、传动系统、坩埚电阻炉，其特征在于：该试验机是由螺栓加载系统、摩擦力测量系统、传动系统和坩埚电阻炉系统所组成，所述螺栓加载系统包括加载螺栓、锁紧螺母、测力传感器、悬挂轴承连接组件、正压加载主力铰座、加载杆，它们的安装、连接关系如下：加载螺栓通过螺纹安装在悬挂轴承连接组件上，并由锁紧螺母锁紧，测力传感器通过螺纹固定在正压加载主力铰座上，加载杆与正压加载主力铰座固定连接；
所述摩擦力测量系统中包括压力传感器、挡板、悬挂轴承连接组件、加载杆以及测力对象块状试样、环形试样，它们的安装、连接关系如下：固定在机架上的压力传感器与安装在悬挂轴承连接组件上方的挡板相接触，加载杆通过连接绞销与悬挂轴承连接组件相联，块状试样安装在加载杆下方，并压在环形试样上；
传动系统包括传动调速电机、联轴器、副轴、导向伞齿轮副以及由旋转主轴上段和旋转主轴下段组成的旋转主轴，它们的安装、连接关系如下：传动调速电机安装在主机支固台板上，副轴与传动调速电机通过联轴器连接，导向伞齿轮副的主动齿轮和被动齿轮分别安装在副轴和旋转主轴上段；
所述坩埚电阻炉系统包括坩埚电阻炉及其升降系统，坩埚电阻炉加热炉体及其溢流通道、坩埚以及液态金属收集盆，所述坩埚电阻炉升降系统包括炉体升降托台、升降驱动电机和减速机、齿条、导柱及导套，它们的安装、连接关系如下：设有溢流通道的加热炉体置于炉体升降托台上，其内部放置有放试验介质的坩埚，下方放置有液态金属收集盆，导柱和齿条均安装在主机支固台板和横置支撑底板上，导套安装在炉体升降托台的框架上，炉体升降托台通过导套与导柱连接，升降驱动电机和减速机安装在炉体升降托台框架上方。
所述悬挂轴承连接组件包括定位轴套、悬挂轴承、加载悬挂测力连接座、悬挂轴承座、悬挂轴承轴、定位螺栓、连接铰销，它们的安装、连接关系如下：悬挂轴承连接组件通过悬挂轴承座固定在主机支固台板上，悬挂轴承安装在悬挂轴承轴上，悬挂轴承轴与加载悬挂测力连接座连接，并用定位螺栓和定位轴套定位，用连接铰销将正压加载主力铰座与加载悬挂测力连接座相联。
所述加载杆分为螺纹连接的上下两段，加载杆上段为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口；加载杆上段和加载杆下段分别设置有形状相配的凸头和凹孔。
所述正压加载主力铰座上开有a、b两孔，加载杆上段插入a孔并与正压加载主力铰座焊合，旋转主轴上段垂直穿过正压加载主力铰座的b孔。
所述旋转主轴上段为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口；旋转主轴上段下端设有一台阶孔，旋转主轴下段设置有与之形状相配合的圆柱，旋转主轴下段的圆柱插置于旋转主轴上段的台阶孔内。
本发明与现有技术相比，具有如下突出的优点：
(1)本发明试验机以环状试样和块状试样为摩擦副，以液态金属为腐蚀介质，能模拟固体摩擦副在液态金属中同时承受腐蚀和磨损的行为，可改变载荷、温度、转速、液态金属供给试验参数，可测量摩擦力并在显示屏上输出显示。
(2)本发明压力传感器固定在机架上，不对摩擦力传递构件-加载悬挂连接组件产生附加分力，使得摩擦力测量的精度大大提高。
(3)本发明正压加载主力铰座和悬挂轴承连接组件通过连接绞销、加载悬挂测力连接座连接，减少了摩擦力对加载载荷的影响，提高了载荷施加的准确性。
(4)本发明对旋转主轴上段和加载杆上段配加循环水进行冷却，降低了高温对旋转主轴上段和加载杆上段的热影响。
(5)本发明旋转主轴和加载杆均分为上下两段，可对接组合固定为一体。试验中只有旋转主轴下段和加载杆下段浸入液态金属中，当其腐蚀程度影响设备运转时，只需分别更换旋转主轴下段和加载杆下段即可，旋转主轴上段和加载杆上段可以重复使用，另外，可根据试验中使用介质的不同，采用不同材料的旋转主轴下段和加载杆下段，有效地减少了工件的腐蚀，节约了成本。
(6)本发明加热炉体中心底部设置有溢流通道并配有液态金属收集盆，可收集坩埚裂开时流出的液态金属，可防止坩埚裂开时液态金属流入炉膛腐蚀加热元件(电炉丝)。
附图说明
图1为一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机的整体结构的主视图；
图2为一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机的整体结构的左视图；
图3为一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机的旋转主轴、悬挂轴承组件和加载杆组装后的局部视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明，但发明的具体实施方式不限于此。
如图1、图2所示，一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机是由螺栓加载系统、摩擦力测量系统、传动系统和坩埚电阻炉系统所组成。机架由四根立柱1，主机支固台板8，机架下方设有与立柱1固定连接的、起加固作用的三根横梁2和横置支撑底板28组成一框架结构。
如图1所示，螺栓加载系统包括加载螺栓15、锁紧螺母16、测力传感器17、悬挂轴承连接组件18、正压加载主力铰座20、加载杆21，它们的安装、连接关系如下：加载螺栓15通过螺纹安装在悬挂轴承连接组件18上，并由锁紧螺母16锁紧，测力传感器17通过螺纹固定在正压加载主力铰座20上，加载杆21与正压加载主力铰座20固定连接。
如图1、图2所示，摩擦力测量系统中包括压力传感器19、挡板13、悬挂轴承连接组件18、加载杆21以及测力对象块状试样23、环形试样22，它们的安装、连接关系如下：固定在机架上的压力传感器19与安装在悬挂轴承连接组件18上方的挡板13相接触，加载杆21通过连接绞销18-7与悬挂轴承连接组件18相联，块状试样23安装在加载杆21下方，并压在环形试样22上。
图3为一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机的旋转主轴14、悬挂轴承连接组件18和加载杆21组装后的局部视图。如图3所示，悬挂轴承连接组件18包括定位轴套18-1、悬挂轴承18-2、加载悬挂测力连接座18-3、悬挂轴承座18-4、悬挂轴承轴18-5、定位螺栓18-6、连接铰销18-7，它们的安装、连接关系如下：悬挂轴承连接组件18通过悬挂轴承座18-4固定在主机支固台板8上，悬挂轴承18-2安装在悬挂轴承轴18-5上，悬挂轴承轴18-5与加载悬挂测力连接座18-3连接，并用定位螺栓18-6和定位轴套18-1定位。
如图1、图3所示，正压加载主力铰座20是通过连接铰销18-7与加载悬挂测力连接座18-3相联，正压加载主力铰座20上开有a、b两孔，加载杆21插入a孔并与正压加载主力铰座20焊合。加载杆21分为上下两段，加载杆上段21-1和加载杆下段21-2分别设置有形状相配的凸头和凹孔，加载杆上段21-1的凸头置于加载杆下段21-2的凹孔内，且在加载杆上段21-1下端中心和加载杆下段21-2中心相对应处设有螺纹孔，通过螺栓将加载杆上段21-1和加载杆下段21-2螺纹固定连接。加载杆上段21-1为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口。
上述试验机加载时，拧紧加载螺栓15，施加一定的载荷使其顶住测力传感器17，载荷的大小可由测力传感器感应并在显示屏上读出，再通过正压加载主力铰座20和加载杆21将载荷放大一定倍数后将安装在加载杆下段21-2的块状试样23压在环形试样22上，放大的倍数与正压加载主力铰座20上的载荷施加点距连接铰销18-7的距离和试样正压力作用点距连接铰销18-7的距离之比成反比，本实施例试验机中两者距离之比为0.5，即可将载荷放大2倍。
上述试验机在加载状态下，环形试样22旋转对块状试样23产生的摩擦力，通过加载杆21、悬挂轴承轴18-5传递到挡板13，使挡板13发生偏转顶住压力传感器19，压力传感器19的电信号传递到数据采集电路并通过计算机进行处理，实现摩擦力的测量。
如图1所示，传动系统包括传动调速电机9、联轴器10、副轴11、导向伞齿轮副12以及由旋转主轴上段14-1和旋转主轴下段14-2组成的旋转主轴14，它们的安装、连接关系如下：传动调速电机9安装在主机支固台板8上，副轴11与传动调速电机9通过联轴器10连接，导向伞齿轮副12的主动齿轮和被动齿轮分别安装在副轴11和旋转主轴上段14-1。
如图1、图3所示，旋转主轴上段14-1下端设有一台阶孔，旋转主轴下段14-2设置有与之形状相配合的圆柱，旋转主轴上段14-1垂直穿过正压加载主力铰座20的b孔，并在b孔中单向旋转。旋转主轴下段14-2的圆柱插置于旋转主轴上段14-1的台阶孔内，可连接固定为一体结构。旋转主轴上段14-1为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口。
环形试样22通过石棉垫片和螺栓固紧在旋转主轴下段14-2，由传动调速电机9通过传动系统带动环形试样22转动。
如图1、图2所示，坩埚电阻炉系统包括坩埚电阻炉及其升降系统，坩埚电阻炉包括加热炉体24、加热炉体24底部的中心设有的溢流通道26、坩埚25以及可收集坩埚裂开时流出的液态金属的液态金属收集盆27，加热炉体24置于炉体升降托台4上，在加热炉体24内放置有放试验介质的坩埚25，在加热炉体24下方放置有液态金属收集盆27。坩埚裂开时流出的液态金属被引入液态金属收集盆27，以免液态金属流入加热炉体24内壁腐蚀加热元件。升降系统包括炉体升降托台4、升降驱动电机和减速机5、齿条7、导柱3及导套6，它们的安装、连接关系如下：主机支固台板8和横置支撑底板28分别开有便于安装导柱3和齿条7的导柱孔和齿条孔，导柱3安装在主机支固台板8和横置支撑底板28上的导柱孔中，齿条7安装在主机支固台板8和横置支撑底板28上的齿条孔中，导套6安装在炉体升降托台4的框架上，炉体升降托台4通过导套6与导柱3连接，升降驱动电机和减速机5安装在炉体升降托台4框架上方；通过升降驱动电机和减速机5与齿条7传动使炉体升降托台4能够沿着导柱3上下移动。
本发明的螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机工作过程如下：
1、往置于加热炉体24内的坩埚25加入适量试验介质，合上炉盖后接通加热炉体24电源并设定好加热温度以熔化选择好的试验介质。
2、把事先计量好的环形试样22和块状试样23分别安装到旋转主轴下段14-2、加载杆下段21-2，并用石棉垫片和螺栓固紧。
3、旋转加载螺栓15，使环形试样22和块状试样23之间的正压力增至设定载荷值，拧紧锁紧螺母16，保证加载载荷的恒定。
4、待坩埚25内介质完全熔化后，打开炉盖(水平开合式)，启动升降驱动电机和减速机5使炉体升降托台4载着坩埚电阻炉上升直至环形试样22和块状试样23浸入坩埚25中的液态金属至预先设定的深度，合上炉盖。
5、接通冷却水，同时对旋转主轴上段14-1、加载杆上段21-1进行冷却。
6、启动传动调速电机9，带动旋转主轴14匀速转动，从而带动环形试样22与块状试样23做面接触的相对运动，试验开始。
7、试验过程中摩擦力的变化由压力传感器19检测，所检测的数据传递到数据采集电路通过计算机进行实时处理，绘出摩擦系数-时间曲线并在显示屏上实时显示。
8、试验结束前约1分钟，切断加热炉体24电源和传动调速电机9电源，打开加热炉体24的炉盖，并控制升降驱动电机和减速机5使炉体升降托台4缓缓降下，尽可能快地清理试样表面尚未完全固化的试验介质，卸去载荷。
9、待环形试样22和块状试样23冷却后，关掉冷却水，再分别取出环形试样22和块状试样23测量其腐蚀磨损失重。
Claims (5)
1.一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机，包括机架、升降系统、加载系统、传动系统、坩埚电阻炉，其特征在于：该试验机是由螺栓加载系统、摩擦力测量系统、传动系统和坩埚电阻炉系统所组成，所述螺栓加载系统中包括加载螺栓(15)、锁紧螺母(16)、测力传感器(17)、悬挂轴承连接组件(18)、正压加载主力铰座(20)、加载杆(21)，它们的安装、连接关系如下：加载螺栓(15)通过螺纹安装在悬挂轴承连接组件(18)上，并由锁紧螺母(16)锁紧，测力传感器(17)通过螺纹固定在正压加载主力铰座(20)上，加载杆(21)与正压加载主力铰座(20)固定连接；
所述摩擦力测量系统包括压力传感器(19)、挡板(13)、悬挂轴承连接组件(18)、加载杆(21)以及测力对象块状试样(23)、环形试样(22)，它们的安装、连接关系如下：固定在机架上的压力传感器(19)与安装在悬挂轴承连接组件(18)上方的挡板(13)相接触，加载杆(21)通过连接绞销(18-7)与悬挂轴承连接组件(18)相联，块状试样(23)安装在加载杆(21)下方，并压在环形试样(22)上；
传动系统包括传动调速电机(9)、联轴器(10)、副轴(11)、导向伞齿轮副(12)以及由旋转主轴上段(14-1)和旋转主轴下段(14-2)组成的旋转主轴(14)，它们的安装、连接关系如下：传动调速电机(9)安装在主机支固台板(8)上，副轴(11)与传动调速电机(9)通过联轴器(10)连接，导向伞齿轮副(12)的主动齿轮和被动齿轮分别安装在副轴(11)和旋转主轴上段(14-1)；
所述坩埚电阻炉系统包括坩埚电阻炉及其升降系统，坩埚电阻炉包括包括加热炉体(24)及其溢流通道(26)、坩埚(25)以及液态金属收集盆(27)，所述坩埚电阻炉升降系统包括炉体升降托台(4)、升降驱动电机和减速机(5)、齿条(7)、导柱(3)及导套(6)，它们的安装、连接关系如下：设有溢流通道(26)的加热炉体(24)置于炉体升降托台(4)上，其内部放置有放试验介质的坩埚(25)，下方放置有液态金属收集盆(27)，导柱(3)和齿条(7)均安装在主机支固台板(8)和横置支撑底板(28)上，导套(6)安装在炉体升降托台(4)的框架上，炉体升降托台(4)通过导套(6)与导柱(3)连接，升降驱动电机和减速机(5)安装在炉体升降托台(4)框架上方。
2.根据权利要求1所述的一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于：所述悬挂轴承连接组件(18)包括定位轴套(18-1)、悬挂轴承(18-2)、加载悬挂测力连接座(18-3)、悬挂轴承座(18-4)、悬挂轴承轴(18-5)、定位螺栓(18-6)、连接铰销(18-7)，它们的安装、连接关系如下：悬挂轴承连接组件(18)通过悬挂轴承座(18-4)固定在主机支固台板(8)上，悬挂轴承(18-2)安装在悬挂轴承轴(18-5)上，悬挂轴承轴(18-5)与加载悬挂测力连接座(18-3)连接，并用定位螺栓(18-6)和定位轴套(18-1)定位，用连接铰销(18-7)将正压加载主力铰座(20)与加载悬挂测力连接座(18-3)相联。
3.根据权利要求1所述的一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于：所述加载杆(21)分为螺纹连接的上下两段，加载杆上段(21-1)为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口，加载杆上段(21-1)和加载杆下段(21-2)分别设置有形状相配的凸头和凹孔。
4.根据权利要求1所述的一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于：所述正压加载主力铰座(20)上开有a、b两孔，加载杆上段(21-1)插入a孔并与正压加载主力铰座(20)焊合，旋转主轴上段(14-1)垂直穿过正压加载主力铰座(20)的b孔。
5.根据权利要求1或4所述的一种螺栓加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于：所述旋转主轴上段(14-1)为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口；旋转主轴上段(14-1)下端设有一台阶孔，旋转主轴下段(14-2)设置有与之形状相配合的圆柱，旋转主轴下段(14-2)的圆柱插置于旋转主轴上段(14-1)的台阶孔内。
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