CN103698270A - 螺压推进剂物料螺压成型过程中机体工艺温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，包括电机、变速箱、试验箱、液压泵、支柱、恒温水箱、底架、转轴、液压油缸、固定架、液压油管、摩擦仪、进水管、出水管、温度传感器和计算机；底架为一桁架；试验箱、液压泵和恒温水箱都安装在底架上；变速箱安装在底架上且位于试验箱上方；电机固定在变速箱上方且连接变速箱；变速箱的输出端连接转轴的上端；摩擦仪位于试验箱内，转轴的下端向下穿入试验箱内并连接摩擦仪；转轴与试验箱的连接处设有滚动轴承，使得转轴能够绕自身轴线旋转；该装置能够测试温度与摩擦力、挤压力变化关系，变化关系能够指导本领域技术人员确定螺压推进剂物料和螺杆的工艺温度，实现推进剂的安全试制。

Description

螺压推进剂物料螺压成型过程中机体工艺温度测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于测试推进剂在螺压机中受到螺旋挤压时温度与摩擦力和压力，并能更好指导推进剂在研制过程中的配方设计和工艺参数设计的设备，即螺压推进剂物料螺压成型时机体工艺温度的测量装置。

背景技术

我国的螺压推进剂成型工艺是上世纪50年代从俄罗斯引进的，通过几代人的努力，掌握了双基推进剂和含有少量RDX、HMX的改性双基推进剂成型工艺技术，但工艺理论基础研究薄弱，缺乏工艺研究的相关手段和方法，工艺参数的设计全靠经验。近年来，具有能量高、密度大、燃气清洁等优点的高固体含量螺压推进剂在武器装备上得到了广泛应用，但是由于螺压高固体含量推进剂配方中高能固体填料的增加，给成型加工带来了极大的安全问题。国内在进行高固体含量推进剂加工时，多次发生爆燃甚至爆炸安全事故，造成重大人员伤亡和财产损失，高固体含量推进剂成型工艺的安全问题已成为该推进剂技术研究的瓶颈。经研究发现，上述现象是高固体含量推进剂螺压成型过程中的工艺温度不合适引起的。由于工艺温度不匹配导致摩擦发热，进而引起燃烧或爆炸。因此，测试温度与摩擦力大小的变化规律，寻找小的摩擦力区间，降低推进剂螺压成型过程中的发热量，是新型螺压推进剂成型工艺理论的必不可少的新技术，这一技术在国内外还是空白。因此，设计一种螺压推进剂物料螺压成型时机体工艺温度的测量装置，对于研究螺压新型高固体含量推进剂安全成型工艺理论及工艺参数设计具有重要的意义，同时，对于高固体含量推进剂用新型螺压机的螺杆设计和模具设计具有较高的参考价值。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种螺压推进剂物料螺压成型时机体工艺温度测定装置，该装置能够测试温度与摩擦力、挤压力变化关系，变化关系能够指导本领域技术人员确定螺压推进剂物料和螺杆的工艺温度，实现推进剂的安全试制。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，包括电机、变速箱、试验箱、液压泵、支柱、恒温水箱、底架、转轴、液压油缸、固定架、液压油管、摩擦仪、进水管、出水管、温度传感器和计算机；其中：

所述底架为一桁架；所述试验箱、液压泵和恒温水箱都安装在底架上；变速箱安装在底架上且位于试验箱上方；电机固定在变速箱上方且连接变速箱；变速箱的输出端连接转轴的上端；摩擦仪位于试验箱内，转轴的下端向下穿入试验箱内并连接摩擦仪；转轴与试验箱的连接处设有滚动轴承，使得转轴能够绕自身轴线旋转；

液压油缸通过固定架固定在底架上，且位于摩擦装置下方，液压泵通过液压油管连接液压油缸；液压油缸向上穿入试验箱内并支撑在摩擦仪下方；液压油缸与试验箱的底板固连；液压泵的输出端通过液压油管连接液压油缸的输入端；试验箱上还安装有进水管和出水管；恒温水箱的出水端通过泵连接进水管的下端。

本发明还包括如下其他技术特征：

所述摩擦仪包括横杆、两个摩擦头、摩擦圆盘、底盘、进水管道、出水管道和滚动轴承；其中：横杆水平固连在转轴的下端，且转轴连接在横杆的中点位置处，横杆两端的下方分别固连一个摩擦头；摩擦头为圆柱体，每个摩擦头的底部下表面均设有圆柱形凹槽，该凹槽内用于内嵌固体推进剂试样；液压油缸的活塞顶端与摩擦仪的底盘通过推力球轴承连接；底盘水平放置；底盘为双层的封闭的圆盘，其内部为圆环状空腔；摩擦圆盘安装固定在底盘的顶板上；出水管道和滚动轴承固定在底盘的底板上，且它们均与底盘内部的圆环状空腔相连通；进水管道下端通过软管与进水管上端相连通，出水管下端通过软管与出水管上端相连通，用于对圆环状内热水进行循环流动；所述转轴、摩擦圆盘、底盘和液压油缸同轴设置。

所述底盘的中心处安装温度传感器，温度传感器通过数据线连接计算机。

所述底盘下方的转轴上安装拉力传感器，拉力传感器的测试端安装在固定在底盘下方的转轴上，另一端固定在试验箱的内壁上，拉力传感器通过数据线连接计算机。

所述变速箱通过托架安装在底架上，变速箱与试验箱之间还支撑有竖直的支柱。

所述液压油缸与试验箱的连接处设有密封，进水管和出水管与试验箱的连接处设有密封。

所述试验箱上还安装有通气阀门，该阀门打开后能够使试验箱内外连通。

所述底架上还安装有真空泵，所述真空泵与试验箱连接，用于将试验箱内抽真空。

本发明具有的优点和有益效果如下：

本发明能够测试不同温度、压力下摩擦力的大小，研究温度、压力与推进剂试样摩擦力大小的关系；能够测试摩擦头在不同转速下推进剂试样的摩擦性能；通过加热循环水实现对恒温箱的保温及对被测试样的加热功能，温度在25～100℃可调，从而可以测试不同温度环境下物料的摩擦性能。计算机自动控制试验过程，利用专业软件设定转速、温度、加载力等试验参数，能够对实验数据进行实时的采集和分析处理。

附图说明

图1为本发明的测量装置的结构示意图。

图2是转轴和液压油缸与摩擦仪的部分结构图。

图3是摩擦仪的结构示意图。

图4是测试实验得到的物料摩擦力随温度的变化规律。

下面结合附图和具体实施技术对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，包括电机1、变速箱2、试验箱3、液压泵4、托架5、支柱6、恒温水箱7、真空泵8、底架9、转轴10、液压油缸11、固定架12、液压油管13、摩擦仪14、进水管16、出水管17、温度传感器18和计算机；其中：

底架9为一桁架；试验箱3、液压泵4、恒温水箱7和真空泵8都安装在底架9上；变速箱2通过托架5安装在底架9上，且位于试验箱3上方，变速箱2与试验箱3之间还支撑有竖直的支柱6，以进一步稳定变速箱2；电机1固定在变速箱2上方且连接变速箱2，用于驱动变速箱2工作；变速箱2的输出端连接转轴10的上端，用于驱动转轴10旋转；摩擦仪14位于试验箱3内，转轴10的下端向下穿入试验箱3内并连接摩擦仪14；转轴10与试验箱3的连接处设有滚动轴承，使得转轴10能够绕自身轴线旋转；连接处设有密封以保证试验箱3内封闭性；

液压油缸11通过固定架12固定在底架9上，且位于摩擦装置3下方，液压泵4通过液压油管13连接液压油缸11；液压油缸11的输出端向上穿入试验箱3内并支撑在摩擦仪14下方；液压油缸11通过外壁上设置的多个螺栓14与试验箱3的底板固连；液压油缸11与试验箱3的连接处设有密封。液压泵4的输出端通过液压油管13连接液压油缸11的输入端。

试验箱3上还安装有进水管16和出水管17；恒温水箱7的出水端通过一个泵连接进水管16的下端，该泵用于将恒温水箱7中的热水送至进水管16；进水管16和出水管17与试验箱3的连接处设有密封。

试验箱3上还安装有通气阀门，该阀门打开后能够使试验箱3内外连通。真空泵8与试验箱3连接，用于将试验箱3内抽真空。

所述摩擦仪14包括横杆14-1、两个摩擦头14-2、摩擦圆盘14-3、底盘14-4、进水管道14-5、出水管道14-6和滚动轴承14-7；其中：横杆14-1水平固连在转轴10的下端，且转轴10连接在横杆14-1的中点位置处，横杆14-1两端的下方分别固连一个摩擦头14-2；摩擦头14-2为圆柱体，每个摩擦头14-2的底部下表面均设有圆柱形凹槽，该凹槽内用于内嵌固体推进剂试样19；液压油缸11的活塞顶端与摩擦仪14的底盘14-4通过推力球轴承14-7连接；底盘14-4水平放置；底盘14-4为双层的封闭的圆盘，其内部为圆环状空腔；摩擦圆盘14-3安装固定在底盘14-4的顶板上；出水管道14-6和滚动轴承14-7固定在底盘14-4的底板上，且它们均与底盘14-4内部的圆环状空腔相连通；进水管道14-5下端通过软管与进水管16上端相连通，出水管道14-6下端通过软管与出水管17上端相连通，用于对圆环状内热水进行循环流动；所述转轴10、摩擦圆盘14-3、底盘14-4和液压油缸11同轴设置。

底盘14-4的中心处安装温度传感器18用以测量底盘14-4中心处的温度，便于研究温度与固体推进剂试样19所受的摩擦力的关系。固定在底盘14-4下方的转轴上安装拉力传感器20，拉力传感器20的测试端安装在固定在底盘14-4下方的转轴上，另一端固定在试验箱3的内壁上，拉力传感器20用于接收摩擦圆盘14-3与固体推进剂试样19之间的摩擦信号得到给定压力下的摩擦力。温度传感器18和拉力传感器20均通过数据线连接计算机。计算机对试验数据进行实时采集和分析处理，并自动控制试验过程。

本发明的工作过程及原理如下：

首先将固体推进剂试样19固定于摩擦头14-2内，关闭试验箱3的顶盖后，利用真空泵8对试验箱3抽真空，使得试验箱3壳体内的真空度达到试验要求，将恒温水箱7注水后设置试验温度，当温度达到所需试验温度并恒温后，设置液压圆盘14-3的工作压力，并通过电机1和变速箱2调节工作所需转速，在计算机中输入试验所需的温度、转速、压力大小等控制参数。开始测试，在进行推进剂试样测试过程中，液压泵4驱动液压油缸11工作，液压油缸11的活塞通过轴承14-7向上顶底盘14-4使得摩擦圆盘14-3与摩擦头14-2接触并在两者之间达到需要的压力；电机1驱动变速箱2，变速箱2驱动转轴10转动带动摩擦仪14的横杆14-1在水平面内旋转，横杆14-1两端的两个摩擦头14-2被横杆14-1带动做水平圆周运动，两个摩擦头14-2内的固体推进剂试样19与摩擦圆盘14-3之间产生摩擦，摩擦圆盘14-3和底盘14-4的整体在摩擦力下转动，且转动到一定程度时，该整体被拉力传感器4拉住。拉力传感器4和温度传感器5实时采集摩擦力信号以及温度信号并传输至计算机，最后通过专业软件对所采集数据及控制参数进行处理分析，并作出摩擦力随温度、压力等的变化曲线。

为了验证本发明所测数据的一致性及准确性，测试了5种不同固含量的螺压推进剂的剪切性能，每组试样进行了5次平行试验，试验结果如表1所示。

表1测试结果

从测试结果来看，测试结果一致性好，测试结果相对误差大都小于5%。

为了研究试验温度对螺压推进剂摩擦性能的影响规律，测试了4种不同固含量螺压推进剂试样的摩擦性能，试验测试结果如表2和图4所示。

表2试验结果

从表2和图4中可以看出，随着温度增加，推进剂物料的摩擦力随着温度的增加而降低；当温度升高到一定范围后，推进剂物料的摩擦性能随温度的变化不明显，而且不同推进剂物料的摩擦值接近一致。推进剂的机体温度应该选择摩擦力小而变化平缓的温度区间，对于摩擦力变化梯度大的推进剂应该进行摩擦力调节，使之变化平缓再进行工艺成型。

Claims (8)

1.一种螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，其特征在于，包括电机（1）、变速箱（2）、试验箱（3）、液压泵（4）、支柱（6）、恒温水箱（7）、底架（9）、转轴（10）、液压油缸（11）、固定架（12）、液压油管（13）、摩擦仪（14）、进水管（16）、出水管（17）、温度传感器（18）和计算机；其中：

所述底架（9）为一桁架；所述试验箱（3）、液压泵（4）和恒温水箱（7）都安装在底架（9）上；变速箱（2）安装在底架（9）上且位于试验箱（3）上方；电机（1）固定在变速箱（2）上方且连接变速箱（2）；变速箱（2）的输出端连接转轴（10）的上端；摩擦仪（14）位于试验箱（3）内，转轴（10）的下端向下穿入试验箱（3）内并连接摩擦仪（14）；转轴（10）与试验箱（3）的连接处设有滚动轴承，使得转轴（10）能够绕自身轴线旋转；

液压油缸（11）通过固定架（12）固定在底架（9）上，且位于摩擦装置（3）下方，液压泵（4）通过液压油管（13）连接液压油缸（11）；液压油缸（11）向上穿入试验箱（3）内并支撑在摩擦仪（14）下方；液压油缸（11）与试验箱（3）的底板固连；液压泵（4）的输出端通过液压油管（13）连接液压油缸（11）的输入端；试验箱（3）上还安装有进水管（16）和出水管（17）；恒温水箱（7）的出水端通过泵连接进水管（16）的下端。

2.如权利要求1所述的螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，其特征在于，所述摩擦仪（14）包括横杆（14-1）、两个摩擦头（14-2）、摩擦圆盘（14-3）、底盘（14-4）、进水管道（14-5）、出水管道（14-6）和滚动轴承（14-7）；其中：横杆（14-1）水平固连在转轴（10）的下端，且转轴（10）连接在横杆（14-1）的中点位置处，横杆（14-1）两端的下方分别固连一个摩擦头（14-2）；摩擦头（14-2）为圆柱体，每个摩擦头（14-2）的底部下表面均设有圆柱形凹槽，该凹槽内用于内嵌固体推进剂试样（19）；液压油缸（11）的活塞顶端与摩擦仪（14）的底盘（14-4）通过推力球轴承（14-7）连接；底盘（14-4）水平放置；底盘（14-4）为双层的封闭的圆盘，其内部为圆环状空腔；摩擦圆盘（14-3）安装固定在底盘（14-4）的顶板上；出水管道（14-6）和滚动轴承（14-7）固定在底盘（14-4）的底板上，且它们均与底盘（14-4）内部的圆环状空腔相连通；进水管道（14-5）下端通过软管与进水管（16）上端相连通，出水管道（14-6）下端通过软管与出水管（17）上端相连通，用于对圆环状内热水进行循环流动；所述转轴（10）、摩擦圆盘（14-3）、底盘（14-4）和液压油缸（11）同轴设置。

3.如权利要求2所述的螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，其特征在于，所述底盘（14-4）的中心处安装温度传感器（18），温度传感器（18）通过数据线连接计算机。

4.如权利要求2所述的螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，其特征在于，所述底盘（14-4）下方的转轴上安装拉力传感器（20），拉力传感器（20）的测试端安装在固定在底盘（14-4）下方的转轴上，另一端固定在试验箱（3）的内壁上，拉力传感器（20）通过数据线连接计算机。

5.如权利要求1所述的螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，其特征在于，所述变速箱（2）通过托架（5）安装在底架（9）上，变速箱（2）与试验箱（3）之间还支撑有竖直的支柱（6）。

6.如权利要求1所述的螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，其特征在于，所述液压油缸（11）与试验箱（3）的连接处设有密封，进水管（16）和出水管（17）与试验箱（3）的连接处设有密封。

7.如权利要求1所述的螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，其特征在于，所述试验箱（3）上还安装有通气阀门，该阀门打开后能够使试验箱（3）内外连通。

8.如权利要求1所述的螺压推进剂物料螺压成型工艺温度的测量装置，其特征在于，所述底架（9）上还安装有真空泵（8），所述真空泵（8）与试验箱（3）连接，用于将试验箱（3）内抽真空。

Images