CN103558106B - 一种滚动摩擦磨损试验装置 - Google Patents

Abstract

一种滚动摩擦磨损实验装置，包括：动力机构、传动机构、第一主轴部分、第二主轴部分、加载机构、支撑机构和信息处理系统，通过调整第二主轴部分上的惰轮的重量和尺寸大小、第二主轴部分上的制动装置的制动力、加载装置的加载螺母，来实现对不同转动惯量、摩擦阻力矩和载荷条件下的滚动摩擦磨损试验。通过扭矩传感器检测扭矩，并可判断不同试验条件下主动轮和从动轮是否失效，提高设备的可靠性，节约经济成本。

Description

一种滚动摩擦磨损试验装置

技术领域

本发明涉及一种滚动摩擦磨损试验装置，尤其适合用于模拟轧制及辊锻过程中辊的摩擦磨损情况。

背景技术

轧制过程是由轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。辊锻是材料在一对反向旋转模具的作用下产生塑性变形得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺。金属材料尤其是钢铁材料的塑性加工，90%以上是通过轧制和辊锻完成的。轧制工艺按照产品类型可以分为板带轧制、管材轧制、型材轧制以及棒、线材轧制四种基本类型，其中板带轧制是最为常见的轧制类型。轧制和辊锻是生产钢材尤其是板带类钢材最常用的生产方式。板带钢在国民经济中占有极其重要的地位，轧制过程中轧辊磨损是一个难以精确控制的因素，轧辊磨损破坏了原始辊型，直接影响轧件板型，板凸度的精确控制，严重制约板带钢产品质量的提高，同时轧辊磨损大大增加了辊耗。研究这类磨损的规律对解决轧制和辊锻领域相关难题具有十分重要的意义。

目前已有的滚动摩擦磨损试验设备普遍为双盘式摩擦磨损试验机，可以对一般滚滑条件下试验的滚动摩擦磨损情况进行检测，例如，在已经公开的中国专利申请号为201110065241.0的专利文献中，公开了一种滚动摩擦磨损试验机，该试验机由机架、驱动组块、传动组块、加载组块、扭矩检测系统、恒温水浴槽及座板构成，可进行模拟不同温度和液体环境下的滚动摩擦磨损试验。但和目前已有的其它滚动摩擦磨损试验设备相同，其都存在以下局限：（1）无法控制主轴转动惯量大小的改变；（2）无法实现摩擦阻力矩大小的动态改变。

因此，为了克服上述不足，需要设计出一种转动惯量与摩擦阻力矩可控的滚动摩擦磨损试验装置，以便于更好地模拟轧制及辊锻过程中辊的摩擦磨损情况，提高设备的可靠性，节约经济成本。

发明内容

本发明提供了一种滚动摩擦磨损试验装置，其能够起到控制主轴转动惯量大小的改变以及摩擦阻力矩大小的动态改变的作用，从而能够实现各种情况下对轧辊磨损的测定。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种滚动摩擦磨损试验装置，包括：动力机构、传动机构、第一主轴部分、第二主轴部分、加载机构、支撑机构和信息处理系统，其中，第一主轴部分通过传动机构与动力机构相连，所述第一主轴部分包括第一主轴以及安装在第一主轴下部的主动轮，所述第二主轴部分包括第二主轴以及与主动轮接触的从动轮，其特征在于：所述第二主轴部分还包括制动装置，所述制动装置设置在第二主轴上部，第二主轴的最下端设有惰轮，通过调节惰轮的重量和尺寸改变第二主轴的转动惯量大小，所述加载机构包括加载拉杆、加载螺母、第一电机、带U形槽的固定立壁，加载拉杆右端连接第二主轴于从动轮下部，加载拉杆左端紧靠在左侧固定立壁的U形槽中，通过第一电机驱动加载螺母进行加载；所述第一主轴部分还包括第一传动轴、第一联轴器、第一上联动轴、第一下联动轴、第二联轴器、第一扭矩传感器，第一主轴轴心方向为竖直方向，第一扭矩传感器位于第一上联动轴和第一下联动轴之间，用于检测第一主轴的扭矩，第一上联动轴与第一传动轴之间由第一联轴器固定，第一下联动轴与第一主轴之间由第二联轴器固定，主动轮位于第一主轴最下端；所述第二主轴部分还包括第二传动轴、第三联轴器、第二上联动轴、第二下联动轴、第二扭矩传感器、第四联轴器、第一轴承套、定位块、第二轴承套，第二主轴轴心方向为竖直方向，制动装置位于第二主轴最上部，第二扭矩传感器位于第二上联动轴和第二下联动轴之间，第二上联动轴与第二传动轴之间由第三联轴器固定，第二下联动轴与第二主轴之间由第四联轴器固定，从动轮位于第四联轴器下部，与第一主轴上的主动轮在竖直方向上的高度对齐，沿第二主轴向下依次是第一轴承套、定位块、第二轴承套，定位块的下端面紧靠在第二轴承套的上端面，惰轮设于第二主轴的最下端；所述支撑机构包括支撑臂和支撑臂轴承底座，支撑臂分为竖直臂和上、下两个水平臂共三部分，整体呈“F”形，支撑臂水平臂与第二主轴轴心垂直，下水平臂的一端固定在第二轴承套上，随第二轴承套绕第二主轴转动，另一端与竖直臂相连，第二轴承套上部设有定位块，上水平臂一端与制动装置相连，另一端与竖直臂相连，支撑臂竖直段下端通过轴承底座固定于地面，支撑臂与第二主轴部分各轴线处于同一个平面内，第二主轴随支撑臂的水平臂段一起绕竖直臂轴心旋转。

其中，所述传动机构包括第一传动轮、第二传动轮以及连接所述第一传动轮和第二传动轮的传动带。

其中，所述动力机构为第二电机。

其中，所述加载机构还包括弹簧垫片和压力传感器，压力传感器位于加载螺母和弹簧垫片中间。

本发明具有如下的有益效果：

本发明所述的滚动摩擦磨损试验机，通过调整惰轮的重量和尺寸大小、主轴制动装置的制动力、加载装置的加载螺母，来实现对不同转动惯量、摩擦阻力矩和载荷条件下的滚动摩擦磨损试验。通过扭矩传感器检测扭矩，并可判断不同试验条件下主动轮和从动轮是否失效，提高设备的可靠性，节约经济成本。

附图说明

图1是本发明所述滚动摩擦磨损试验装置的主视图；

图2是本发明所述滚动摩擦磨损试验装置的第二主轴左视图；

图3是本发明所述滚动摩擦磨损试验装置的固定立壁左视图。

附图标记说明：

1-第二电机2-第一传动轮3-传动带4-第二传动轮5-第一传动轴6-第一联轴器7-第一上联动轴8-第一扭矩传感器9-第一下联动轴10-第二联轴器11-第一主轴12-主动轮13-第一电机14-压力传感器15-加载拉杆16-加载螺母17-弹簧垫片18-固定立壁19-支撑臂轴承底座20、34-支撑臂21-第二主轴22-惰轮23-第二轴承套24-定位块25-第一轴承套26-从动轮27-第四联轴器28-第二下联动轴29-第二扭矩传感器30-第二上联动轴31-第三联轴器32-第二传动轴33-制动装置35-信息处理系统

具体实施方式

如图1、2、3所示，滚动摩擦磨损试验装置具体包括：动力机构、传动机构、第一主轴部分、第二主轴部分、加载机构、支撑机构和信息处理系统。

第一主轴部分包括第一传动轴5、第一联轴器6、第一上联动轴7、第一下联动轴9、第二联轴器10、第一扭矩传感器8、第一主轴11、主动轮12。第一主轴11轴心方向为竖直方向，第一扭矩传感器8位于第一上联动轴7、第一下联动轴9之间，用于检测第一主轴11的扭矩，第一上联动轴7与第一传动轴5之间由第一联轴器6固定，第一下联动轴9与第一主轴11之间由第二联轴器10固定，主动轮12位于第一主轴11最下端。

传动机构的第一传动轮2与动力机构的第二电机1的动力输出端相连接，通过传动带3将动力传递给第二传动轮4，第二传动轮带动第一主轴11转动。

第二主轴部分包括制动装置33、第二传动轴32、第三联轴器31、第二上联动轴30、第二下联动轴28、第二扭矩传感器29、第四联轴器27、从动轮26、第一轴承套25、定位块24、第二轴承套23、惰轮22、第二主轴21。第二主轴21轴心方向为竖直方向，制动装置33位于第二主轴21最上部，调节制动装置33可以控制第二主轴的摩擦阻力矩大小变化，第二扭矩传感器29位于第二上联动轴30、第二下联动轴28之间，用于检测第二主轴21的扭矩，第二上联动轴30与第二传动轴32之间由第三联轴器31固定，第二下联动轴28与第二主轴21之间由第四联轴器27固定，从动轮26位于第四联轴器27下部，与第一主轴11上的主动轮12在竖直方向上的高度对齐，沿第二主轴21向下依次是第一轴承套25、定位块24、第二轴承套23，定位块24的作用是定位第二主轴22在竖直方向上的位置，定位块24的下端面紧靠在第二轴承套23的上端面，惰轮22设于第二主轴21的最下端，通过调节其重量和尺寸，可以改变第二主轴21的转动惯量大小。

加载机构包括加载拉杆15、弹簧垫片17、压力传感器14、加载螺母16、第一电机13、带U形槽的固定立壁18。加载拉杆15的一端固定在第一轴承套25上，可随第一轴承套25绕第二主轴21轴心旋转，加载拉杆15的另一端可嵌入左侧固定立壁18的U形槽中，加载拉杆15的轴心垂直于第二主轴21和固定立壁18，加载拉杆15左端设有加载螺母16、压力传感器14和弹簧垫片17，压力传感器14位于加载螺母16和弹簧垫片17中间，加载螺母16在第一电机13的驱动作用下，将加载拉杆15固定于立壁的U形槽中，并通过加载拉杆15对第二主轴21进行加载，压力传感器14获得载荷数据反馈给信息处理系统35，进而调节第一电机13，以保持载荷稳定。

支撑机构包括支撑臂34和支撑臂轴承底座19。支撑臂34分为竖直臂和上、下两个水平臂共三部分，整体呈“F”形，支撑臂水平臂与第二主轴21轴心垂直，下水平臂的一端固定在第二轴承套23上，可随第二轴承套23绕第二主轴21转动，另一端与竖直臂相连，第二轴承套上部设有定位块24，上水平臂一段与制动装置33相连，另一端与竖直臂相连，支撑臂竖直段下端通过支撑臂轴承底座19固定于地面，支撑臂34与第二主轴部分各轴线处于同一个平面内，第二主轴21可以随支撑臂的水平臂段一起绕竖直臂轴心旋转。

本发明所述摩擦磨损试验机的功能是这样实现的：将主动轮12安装于第一主轴11下端，顺时针旋转支撑臂20，使第二主轴21靠向第一主轴11，令第二主轴上的从动轮26与第一主轴下端的主动轮12对齐并紧密接触，转动加载拉杆15，将其左端置入固定立壁18的U形槽中，通过第一电机13控制加载螺母16将加载拉杆15固定于立壁上，此时，加载拉杆15的轴线与第一主轴11及第二主轴21的轴线共面，在第二主轴21下部安装所需重量和尺寸的惰轮22，以控制第二主轴21上从动轮26的转动惯量的大小，第一电机13驱动加载螺母16向右移动，载荷增加，载荷在加载拉杆15的作用下传递至第二主轴21，转化为从动轮26与主动轮12接触面之间的正压力，压力传感器14获取载荷数据反馈给信息处理系统35，进而调节第一电机13，以实现保持载荷平稳，加载完毕后，由第二电机1提供动力，在传动装置的作用下带动第一主轴11转动，实验开始进行，调节第二主轴上端的制动装置33，使摩擦阻力矩实现动态变化。

Claims (5)

1.一种滚动摩擦磨损试验装置，包括：动力机构、传动机构、第一主轴部分、第二主轴部分、加载机构、支撑机构和信息处理系统，其中，第一主轴部分通过传动机构与动力机构相连，所述第一主轴部分包括第一主轴（11）以及安装在第一主轴（11）下部的主动轮（12），所述第二主轴部分包括第二主轴（21）以及与主动轮（12）接触的从动轮（26），其特征在于：所述第二主轴部分还包括制动装置（33），所述制动装置（33）设置在第二主轴（21）最上部，第二主轴（21）的最下端设有惰轮（22），通过调节惰轮（22）的重量和尺寸改变第二主轴（21）的转动惯量大小，所述加载机构包括加载拉杆（15）、加载螺母（16）、第一电机（13）、带U形槽的固定立壁（18），加载拉杆（15）右端连接第二主轴（21）于从动轮（26）下部，加载拉杆（15）左端紧靠在左侧固定立壁（18）的U形槽中，通过第一电机（13）驱动加载螺母进行加载；

所述第一主轴部分还包括第一传动轴（5）、第一联轴器（6）、第一上联动轴（7）、第一下联动轴（9）、第二联轴器（10）、第一扭矩传感器（8），第一主轴（11）轴心方向为竖直方向，第一扭矩传感器（8）位于第一上联动轴（7）和第一下联动轴（9）之间，用于检测第一主轴（11）的扭矩，第一上联动轴（7）与第一传动轴（5）之间由第一联轴器（6）固定，第一下联动轴（9）与第一主轴（11）之间由第二联轴器（10）固定，主动轮（12）位于第一主轴（11）最下端；

所述第二主轴部分还包括第二传动轴（32）、第三联轴器（31）、第二上联动轴（30）、第二下联动轴（28）、第二扭矩传感器（29）、第四联轴器（27）、第一轴承套（25）、定位块（24）、第二轴承套（23），第二主轴（21）轴心方向为竖直方向，第二扭矩传感器（29）位于第二上联动轴（30）和第二下联动轴（28）之间，第二上联动轴（30）与第二传动轴（32）之间由第三联轴器（31）固定，第二下联动轴（28）与第二主轴（21）之间由第四联轴器（27）固定，从动轮（26）位于第四联轴器（27）下部，与第一主轴（11）上的主动轮（12）在竖直方向上的高度对齐，沿第二主轴（21）向下依次是第一轴承套（25）、定位块（24）、第二轴承套（23），定位块（24）的下端面紧靠在第二轴承套（23）的上端面；

所述支撑机构包括支撑臂（34）和支撑臂轴承底座（19），支撑臂（34）分为竖直臂和上、下两个水平臂共三部分，整体呈“F”形，支撑臂水平臂与第二主轴（21）轴心垂直，下水平臂的一端固定在第二轴承套（23）上，随第二轴承套（23）绕第二主轴（21）转动，另一端与竖直臂相连，第二轴承套上部设有定位块（24），上水平臂一端与制动装置（33）相连，另一端与竖直臂相连，支撑臂竖直段下端通过支撑臂轴承底座（19）固定于地面，支撑臂（34）与第二主轴部分各轴线处于同一个平面内，第二主轴（21）随支撑臂的水平臂段一起绕竖直臂轴心旋转。

2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述传动机构包括第一传动轮（2）、第二传动轮（4）以及连接所述第一传动轮（2）和第二传动轮（4）的传动带（3）。

3.如权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于，所述动力机构为第二电机（1）。

4.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述加载机构还包括弹簧垫片（17）和压力传感器（14），压力传感器（14）位于加载螺母（16）和弹簧垫片（17）中间。

5.一种模拟轧制及辊锻过程中辊的摩擦磨损的装置，其特征在于，采用上述任一项权利要求所述的试验装置。