CN102645403A - 测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，使用伸缩性和密封性较好的波纹管，冷屏的冷却使用了导热系数较大的金属柔性编织带，减小了滑板的运动阻力，在通过拉杆中心轴线水平拉力、波纹管伸长所需拉力以及力传感器的共同作用下，实现被测工件在低温、真空状态下摩擦力的测量，从而进一步计算出低温、真空状态下被测试的可滑动的支撑中滑板与滑动轨道之间的摩擦系数，解决了低温、真空状态下干摩擦行为下的摩擦性能的测试。

Description

测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置

技术领域

    本发明涉及用于电物理装置的低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑结构摩擦性能测试领域，具体涉及一种用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置。

背景技术

    为了进行科学研究和应对全球所面临的能源危机等问题，近年来世界上许多国家以常规与超导电物理装置积极开展生物、医疗、新材料、高能物理、磁约束核聚变等科学研究。可滑动的支撑作为电物理装置冷却介质与工作电源连接过渡段中的重要部件，不仅起到支撑冷质部件和承受电流传输母线产生的电磁力矩，还需通过滑动运动方式补偿冷质部件热胀冷缩产生的位移。与常温状态下的摩擦行为有所不同，通过在摩擦表面使用润滑材料减小摩擦系数很难实现，而低温、真空、强电磁环境下的摩擦属于干摩擦，没有可靠、成熟的研究成果可以用来指导工程应用，因此，开展用于低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数测试设备的研制具有重要的科学意义。

为了测试用于低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数，无现成的设备可以利用，这为该支撑的摩擦系数测试提出了一个难题，在国内相关研究领域中，难以找出可用于低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的测试设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，来解决低温、真空状态下由于温度变化产生的位移补偿问题。

本发明的技术方案如下：

一种测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，包括有端面为弧形曲面的工作台，其特征在于：所述的工作台上固定有真空容器，所述真空容器的底部设有抽真空口，所述的真空容器内设有二个滑轨，所述的二个滑轨上通过滑动配合安装有滑板，所述的滑板与二个滑轨接触的表面上固定有低摩擦系数的铜片，所述的滑板上固定连接有筒体，所述的筒体中间部位有冷屏支撑，所述的冷屏支撑上安装有高热导率的可滑动冷屏，所述的筒体上部固定安装有瓦形块，所述的瓦形块上压置有作为载荷的重物。

所述真空容器的上端设有四个开孔，有二条冷却管分别穿过所述的四个开孔并延伸到真空容器的上方，所述筒体中间部位的冷屏上表面与二条冷却管水平段的管壁之间分别通过多组金属柔性编织带导热；包括有前、后拉杆、波纹管、真空容器和V形块的支撑座，所述真空容器一端的封盖上设有小孔，围绕小孔的四周在真空容器的外壁上焊接有波纹管，所述后拉杆的后端固定连接在瓦形块的一端，所述后拉杆的前端依次从真空容器封盖上的小孔和波纹管中穿出，所述波纹管的另一端与后拉杆的前端之间采用封盖焊接密封；所述工作台的一侧设有支撑座，所述的支撑座上固定有V型块，所述前拉杆的前端穿过V型块的V型槽可沿V型槽前后移动，所述前拉杆的后端与后拉杆的前端之间固定连接有力传感器。

所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，其特征在于：所述的真空容器采用真空杜瓦。

所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，其特征在于：所述抽真空口通过管道外接抽真空泵。

所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，其特征在于：所述的二条冷却管由漏热较小的双层杜瓦管和漏热较大的单层冷却管组成，每条冷却管中均通有循环流动的制冷介质。

所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，其特征在于：所述的多组金属柔性编织带具有较高的导热系数。

所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，其特征在于：所述前拉杆的前端具有挂钩，前拉杆的后端固定安装有限位块。

所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，其特征在于：所述V型块的高度可以调节。

所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，其特征在于：所述V型块的V型槽的槽壁上涂有润滑材料。

本发明的有益效果：

本发明具有结构简单、成本低的特点，以波纹管实现真空密封，还以V型块定位实现前、后拉杆沿水平方向运动，保证了被测试工件受到的拉力沿着滑动导轨的方向；在V型块和力传感器之间的限位块能够实现拉杆行程的限制，从而保证了波纹管处于安全的伸长范围内；冷却管采用漏热较小的双层杜瓦管和漏热较大的单层管复合结构，不仅能够实现被测试支撑的有效冷却，还能够减小冷却介质的消耗，在低温技术、真空技术、高能物理技术、聚变堆技术领域都有参考意义。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图。

图2为本发明结构分解示意图。

图3为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图1、2，一种用于测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑摩擦系数的装置，包括有端面为弧形曲面的工作台1，工作台1上固定有真空杜瓦2，真空杜瓦2的底部设有抽真空口3，真空杜瓦2内设有二个滑轨6，二个滑轨6上通过滑动配合安装有滑板4，滑板4与滑轨6接触的表面上固定有低摩擦系数的铜片，筒体19的上部固定安装有瓦形块5，瓦形块5上压置有作为垂直载荷的重物18，筒体19的中部有冷屏支撑7，冷屏支撑7上设有可沿其表面滑动的冷屏8。

真空杜瓦2的上端设有四个开孔，有二条冷却管10分别穿过四个开孔并延伸到真空杜瓦2的外部，冷屏8的表面与二条冷却管10的水平段管壁之间分别通过二组铜编织带9导热；包括有前、后拉杆15、11和波纹管12，真空杜瓦2一端封盖的外壁上设有小孔，波纹管12的一端通过焊接固定在真空杜瓦2外壁上的小孔周围，后拉杆11的后端固定连接在瓦形块5的一端，后拉杆11的前端依次从真空杜瓦2封盖上的小孔和波纹管12中穿出，波纹管12的另一端与后拉杆11的前端之间采用封盖焊接密封，波纹管12实现了真空杜瓦2 在测试过程中的真空密封；工作台1的一侧设有支撑座14，支撑座14上固定有V型块13，前拉杆15的前端穿过V型块13的V型槽并能够沿V型槽前后移动，前拉杆15的后端与后拉杆11的前端之间固定连接有力传感器17，力传感器17能够精确的测出波纹管伸长和由滑板4、筒体19、冷屏支撑7和冷屏8组成的可滑动的支撑运动过程中受到的水平拉力，前、后拉杆15、11受到拉力后能够保持水平运动，可实现可滑动的支撑、瓦形块5和重物18沿二个滑轨6作水平运动。

抽真空口3通过管道外接抽真空泵；二条冷却管10分别由漏热较小的双层杜瓦管和漏热较大的单层冷却管组成，每条冷却管中分别通有循环流动的制冷介质，双层杜瓦管降低了冷却介质的消耗量，而单层冷却管能够充分冷却铜编织带，从而实现冷屏8的充分冷却；二组铜编织带9具有较高的导热系数，以柔性变形补偿待测可滑动的支撑运动的位移，基本上不影响待测支撑的受力；前拉杆15的前端具有挂钩20，以便与施力设备连接，前拉杆15的后端固定安装有限位块16；V型块13的高度可以调节，以实现前、后拉杆15、11始终处于水平方向；V型块13的V型槽的槽壁上涂有润滑材料，能减小前拉杆15运动过程中由于和V型槽表面接触产生的摩擦阻力。

真空杜瓦2提供了测试摩擦系数的真空环境，二条冷却管10提供了测试摩擦系数的低温环境，支撑的滑板4及二个滑轨6接触面之间处于低温、真空的环境中，支撑的筒体19上部的瓦形块5上的重物18是用来施加摩擦测试中的垂直载荷，固定在瓦形块5上的后拉杆11与前拉杆15在水平拉力的作用下和支撑一起运动，后拉杆11与前拉杆15运动的过程中波纹管12随着一起运动，波纹管12起到了真空杜瓦2的密封作用，根据摩擦系数的计算公式，当被测试工件的垂直载荷和作用在它上面的平行于导轨水平方向的拉力已知的情况下，摩擦系数可以被求出。

以下结合附图对本发明作进一步说明：

参见图1，在测量低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑中的滑板4与二个滑轨6之间接触面间的摩擦系数的装置中，滑板4及二个滑轨6被安装在真空杜瓦2内，后拉杆11的一端连接到可滑动的支撑上部的瓦形块5，后拉杆11的另一端穿过真空杜瓦2的端盖和波纹管12的封盖，后拉杆11与波纹管12通过焊接方式在波纹管12的封盖处实现真空杜瓦的密封，二组具有高导热系数的铜编织带9实现了二条冷却管10与冷屏8的连接，降低了冷屏与冷却管连接过渡段产生的附加外力，支撑在V型块13上的前拉杆15和与之接触的部位有润滑材料减小摩擦阻力，连接前、后拉杆15、11的力传感器17实现了施加在前拉杆15末端的水平力的测量，前拉杆15上的限位块16能够对后拉杆11和波纹管12的行程起到限制作用，可保证波纹管12处于安全的伸长范围之内。

参见图2，波纹管12的位移保证了测试过程中真空杜瓦2内部的真空度，实现了可滑动的支撑、瓦形块5、冷屏支撑7、冷屏8和重物18处于真空环境，而连接二条冷却管10和冷屏8的二组铜编织带9产生的阻力对测量结果的影响可以忽略。真空杜瓦2能够绕其中心轴线转动以调整位置后重新固定在端面为弧形曲面的工作台上，从而实现重力、垂直力和扭矩作用下的摩擦系数测量，达到测量用于低温、真空、强电磁环境下可滑动的支撑中的滑板4与二个滑轨6接触面之间摩擦系数的目的。

参见图3，给出了本发明应用的较佳实例。该实例是应用于超导磁体馈线系统的冷质部件支撑和与之配合的滑动轨道。为保证冷质部件支撑在水平方向能够自由滑动和在电磁力产生的扭转作用下的空间定位，冷质部件支撑的滑板与滑动轨道的配合采用了三角形截面的结构。在结构上，冷质部件的支撑上部采用了环形卡箍结构，它能安全、可靠的实现冷质部件在空间的定位。

以上所述仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明的任何形式上的限制。事实上，只要是期望对用于低温、真空、强电磁环境下的可滑动支撑摩擦系数与摩擦行为的测量与研究，都可以参考本发明的技术方案予以设计。但凡是未脱离本发明的技术方案的内容，仅是依据本发明的技术实质对所述用于低温、真空、强电磁环境下的可滑动的支撑摩擦系数测量装置的简单修改，或是等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围之内。

Claims (8)

1.一种测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，包括有端面为弧形曲面的工作台，其特征在于：所述的工作台上固定有真空容器，所述真空容器的底部设有抽真空口，所述的真空容器内设有二个滑轨，所述的二个滑轨上通过滑动配合安装有滑板，所述的滑板与二个滑轨接触的表面上固定有低摩擦系数的铜片，所述的滑板上固定连接有筒体，所述的筒体中间部位有冷屏支撑，所述的冷屏支撑上安装有高热导率的可滑动冷屏，所述的筒体上部固定安装有瓦形块，所述的瓦形块上压置有作为载荷的重物；

所述真空容器的上端设有四个开孔，有二条冷却管分别穿过所述的四个开孔并延伸到真空容器的上方，所述筒体中间部位的冷屏上表面与二条冷却管水平段的管壁之间分别通过多组金属柔性编织带导热；包括有前、后拉杆、波纹管、真空容器和V形块的支撑座，所述真空容器一端的封盖上设有小孔，围绕小孔的四周在真空容器的外壁上焊接有波纹管，所述后拉杆的后端固定连接在瓦形块的一端，所述后拉杆的前端依次从真空容器封盖上的小孔和波纹管中穿出，所述波纹管的另一端与后拉杆的前端之间采用封盖焊接密封；所述工作台的一侧设有支撑座，所述的支撑座上固定有V型块，所述前拉杆的前端穿过V型块的V型槽可沿V型槽前后移动，所述前拉杆的后端与后拉杆的前端之间固定连接有力传感器。

2.根据权利要求1所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，其特征在于：所述的真空容器采用真空杜瓦。

3.根据权利要求1所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，其特征在于：所述抽真空口通过管道外接抽真空泵。

4.根据权利要求1所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，其特征在于：所述的二条冷却管由漏热较小的双层杜瓦管和漏热较大的单层冷却管组成，每条冷却管中均通有循环流动的制冷介质。

5.根据权利要求1所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，其特征在于：所述的多组金属柔性编织带具有较高的导热系数。

6.根据权利要求1所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，其特征在于：所述前拉杆的前端具有挂钩，前拉杆的后端固定安装有限位块。

7.根据权利要求1所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，其特征在于：所述V型块的高度可以调节。

8.根据权利要求1所述的用于测量低温、真空、强电磁环境下摩擦系数的装置，其特征在于：所述V型块的V型槽的槽壁上涂有润滑材料。