CN103900922A - 一种重载荷冲击磨损试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种重载荷冲击磨损试验机，试验台体上设置配电箱，配电箱连接冲击装置与数据采集处理器，所述冲击装置放置在吸声减震罩内，吸声减震罩上设置温度照明控制组件。本发明工作原理为杠杆式原理，受冲击试块基体可以为非金属或金属，试块基体放置在海水润滑垫板或油润滑垫板上，冲击条件多样，而且便于直接用扫描电镜观测接触凹坑的塑性变形和磨损情况；适用于重载荷工况条件下的冲击磨损试验，同时冲击部分的接触条件多样，散热效果良好，噪声小，试验测量精度高，能够较好的适应室内操作，为重载荷冲击磨损的研究提供良好的试验研究设备与基础。

Description

一种重载荷冲击磨损试验机
技术领域
本发明涉及一种冲击磨损试验机，具体是指一种重载荷条件下的冲击磨损试验机。
背景技术
在工程试验的各种磨损失效中，冲击磨损是比较普遍的一种情况，但却是被了解最少的一类磨损。冲击磨损也称之为碰撞磨损，是一物体（反复）冲击另一物体表面造成的破坏。  
 现有的大型重载荷冲击磨损试验机，自动化程度低，冲击力大，噪声大，难以进行室内操作，冲击部分的接触条件单一，为干接触或水溶剂接触，散热难以控制，试验测量精度低，使得重载荷冲击磨损的研究缺乏试验研究的设备与基础。
专利号为ZL200710048612.8，小载荷冲击磨损试验机，该发明公开了一种小载荷冲击磨损试验机，其底座的后部固定有立板，顶杆向下的激振器安装在立板上部前面，激振器顶杆的末端依次连接压电式阻抗传感器和上试样夹持装置；底座上位于上试样夹持装置下方的位置，固定有下试样夹持装置。该试验机适用于小载荷的冲击磨损试验，自动化程度高，工作载荷稳定，持久工作能力好、精度高，试验数据的重现性好。该申请的小载荷冲击磨损试验机虽然克服了原有大型重载荷冲击磨损试验机的主要缺点，但是难以针对工程实际工况中广泛存在的重载工况予以适用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种重载荷冲击磨损试验机，适用于重载荷工况条件下的冲击磨损试验，同时冲击部分的接触条件多样，散热效果良好，噪声小，试验测量精度高，能够较好的适应室内操作，为重载荷冲击磨损的研究提供良好的试验研究设备与基础。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，提供一种重载荷冲击磨损试验机，试验台体上设置配电箱，配电箱连接冲击装置与数据采集处理器，所述冲击装置放置在吸声减震罩内，吸声减震罩上设置温度照明控制组件。
上述的重载荷冲击磨损试验机，其配电箱内设置时间继电器和计数继电器。
上述的重载荷冲击磨损试验机，其冲击装置的组成为：冲击台面由减震器支撑，冲击台面上设置轴承支架，轴承支架上安装耐冲击轴承，耐冲击轴承连接钢球压板的一端，钢球压板的另一端连接电磁铁，钢球压板的中部固定冲击钢球，冲击钢球的下方的冲击台面上设置试块基体，冲击钢球与试块基体相配合。
上述的重载荷冲击磨损试验机，其电磁铁线圈外侧包围散热块，散热块为内部中空的铝合金块，流动冷水管穿过散热块中空部分。
上述的重载荷冲击磨损试验机，其冲击钢球放置在钢球盒内，钢球盒通过顶板固定钢球压板上。
上述的重载荷冲击磨损试验机，其试块基体放置在海水润滑垫板或油润滑垫板上，试块基体通过压紧螺栓固定试块。
上述的重载荷冲击磨损试验机，其海水润滑垫板为矩形凹槽结构，槽深大于试块基体的高度；槽宽大于试块基体的宽度，所述油润滑垫板为矩形块状结构。
上述的重载荷冲击磨损试验机，其数据采集处理器包括与电磁铁连接的压电式力与加速度传感器，压电式力与加速度传感器连接电荷放大器与数据采集卡，最后由计算机汇总分析。
上述的重载荷冲击磨损试验机，其温度照明控制组件包括，安装在吸声减震罩上的灯具及热敏温度计，热敏温度计连接散热风扇和加热器。
本发明具有如下优点及有益技术效果：
本发明配电箱内装有时间继电器和计数继电器，使用时间继电器设定冲击频率，计数继电器计算冲击次数，数据采集处理器及时采集记录相关数据，便于分析。
本发明使用电磁铁控制施力，电磁铁在冲击过程中发热较大，电磁铁线圈外侧包围散热块，散热块为内部中空的铝合金块，流动冷水管穿过散热块中空部分，有效提高散热效率。
本发明工作原理为杠杆式原理，受冲击试块基体可以为非金属或金属，试块基体放置在海水润滑垫板或油润滑垫板上，冲击条件多样，而且便于直接用扫描电镜观测接触凹坑的塑性变形和磨损情况。
本发明适用于重载荷冲击磨损试验，噪声约为88-90分贝，采用吸声减震罩后，噪声降至68分贝左右，明显降低。
本发明温度照明控制组件通过热敏温度计连接散热风扇和加热器，当温度过高时散热风扇启动，温度过低时加热器启动，能够有效控制试验过程中吸声减震罩内的温度，保证试验机正常运行。
本发明能够很好的适用于重载荷工况条件下的冲击磨损试验，同时冲击部分的接触条件多样，散热效果良好，噪声小，试验测量精度高，能够较好的适应室内操作，为重载荷冲击磨损的研究提供良好的试验研究设备与基础。
附图说明
图1是本发明外部结构示意图；
图2是本发明冲击装置结构示意图；
图3是本发明电磁铁结构放大示意图；
图4是本发明海水润滑垫板使用状态放大图；
图5是本发明油润滑垫板使用状态放大图；
图6 是PB450油冲击次数设为104次时，凹坑表面形貌图；
图7是PB450油冲击次数设为104次时，凹坑中截面曲线图；
图8是PB450油冲击次数设为105次时，凹坑表面形貌图；
图9是PB450油冲击次数设为105次时，凹坑中截面曲线图；
图10 是PB1300油冲击次数设为104次时，凹坑表面形貌图；
图11是PB1300油冲击次数设为104次时，凹坑中截面曲线图；
图12是PB1300油冲击次数设为105次时，凹坑表面形貌图；
图13是PB1300油冲击次数设为105次时，凹坑中截面曲线图；
上述图中：
试验台体1，配电箱2，冲击装置3，吸声减震罩4，冲击台面6，减震器7，轴承支架8，耐冲击轴承9，钢球压板10，电磁铁11，冲击钢球12，试块基体13，电磁铁线圈14，散热块15，钢球盒16，顶板17，海水润滑垫板18，油润滑垫板19，压紧螺栓20，试块21，灯具22，热敏温度计23，散热风扇24，加热器25，工具箱26。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的重载荷冲击磨损试验机，试验台体1上设置配电箱2，配电箱2连接冲击装置3与数据采集处理器，所述冲击装置3放置在吸声减震罩4内，吸声减震罩4上设置温度照明控制组件5。
配电箱2内设置时间继电器和计数继电器，配电箱一侧设置工具箱26；
如图2所示，冲击装置3的组成为：冲击台面6由减震器7支撑，冲击台面6上设置轴承支架8，轴承支架8上安装耐冲击轴承9，耐冲击轴承9连接钢球压板10的一端，钢球压板10的另一端连接电磁铁11，钢球压板10的中部固定冲击钢球12，冲击钢球12的下方的冲击台面6上设置试块基体13，冲击钢球12与试块基体13相配合。温度照明控制组件包括，安装在吸声减震罩4上的灯具22及热敏温度计23，热敏温度计23连接散热风扇24和加热器25。
如图3所示，电磁铁线圈14外侧包围散热块15，散热块15为内部中空的铝合金块，流动冷水管穿过散热块15中空部分。
如图4与图5所示，冲击钢球12放置在钢球盒16内，钢球盒16通过顶板17固定钢球压板10上；试块基体13放置在海水润滑垫板18或油润滑垫板19上，试块基体13通过压紧螺栓20固定试块21。
海水润滑垫板18为矩形凹槽结构，槽深大于试块基体的高度；槽宽大于试块基体的宽度，油润滑垫板19为矩形块状结构。
数据采集处理器包括与电磁铁连接的压电式力与加速度传感器，压电式力与加速度传感器连接电荷放大器与数据采集卡，最后由计算机汇总分析。
本实施例的重载荷冲击磨损试验机具体使用过程中的各项参数设定：
使用时间继电器设定冲击频率，每秒最快4次，也可以调至每秒2次或1次；计数继电器计算冲击次数；使用电磁铁控制施力，使用直径25.4mm轴承钢球冲击试样表面；冲击角度目前约为75°（试件表面水平），通过加工不同试样，可以调整冲击角度（0°-90°范围内）；冲击次数从1次-上百万次可以调整；冲击试样尺寸较小，可以直接用扫描电镜观测接触凹坑的塑性变形和磨损情况；电磁铁使用3公斤和5公斤，通过使用拉力计测量，3公斤电磁铁最后作用到接触区的载荷为91N，5公斤约为121N，为重载接触，与以前的小载荷冲击载荷试验台相区别；为冲击过程中载荷较重，故噪声约为88-90分贝，采用吸声减震罩后，降至70分贝左右，在可接受范围内。
数据采集处理系统由压电式力与加速度传感器、电荷放大器、数据采集卡及计算机组成。在计算机上使用LABVIEW软件编程，对采集到的信号进行技术初级以及数学积分运算，生成冲击力-时间曲线和加速度-时间曲线以及冲击力、加速度、冲击速度数据文件。
本实施例的重载荷冲击磨损试验机试验举例
1、试验材料
所选润滑油为PB450及PB1300，其性能如表1所示。冲击钢球是直径为25.4mm的轴承钢；试验所选材料为表面具有焊层的45号钢；焊层的厚度约为0.4～0.8mm；所用不锈钢的牌号为A316。每组试验前，将钢球及试块基体用无水乙醇清洗干净并用氮气吹干。
表1 所用润滑油特性
润滑油牌号                           PB450 PB1300
密度（20℃）/kg m-3  852.0  896.0
动力粘度（20℃）Pa s 1.073  117.0
动力粘度（100℃）Pa s 0.0119  0.577
2、试验方法
试验中冲击次数分别设为104次、105次，环境温度约为25°C。电磁铁选用日本株式会社3公斤电磁铁，试验过程中用拉力计测得使用3公斤电磁铁时，钢球对试验盘的冲击力约为91 N。时间继电器选用欣灵电气股份有限公司的HS5R (ST3PR)电子式时间继电器，冲击频率为3 HZ，试验结束后，使用Taylor Hobson公司的粗糙度轮廓测量分析仪测量凹坑表面形貌。
 
3、试验结果
图6、图8为使用3公斤电磁铁及PB450油接触条件下凹坑的表面形貌图。
图7、图9给出了与之对应的普通45号钢及表面具有不锈钢焊层的45号钢的凹坑中截面曲线对比图。
由图可见由于润滑油的存在，冲击过程中会产生一定程度的热量，在冲击达到104时凹坑边缘便出现了明显的二次凸起。
图10、图12为使用3公斤电磁铁及PB1300油接触条件下凹坑的表面形貌图。
图11与图13给出了与之对应的普通45号钢及表面具有不锈钢焊层的45号钢的凹坑中截面曲线对比图。
由图可见，与使用PB450油相比，高粘度的PB1300油对材料表面起到了良好的保护作用。与普通45号钢凹坑相比，其深度出现非常明显的降低。在低于103次冲击时，无法在表面冲击形成规则的圆，只能造成材料表面的小块脱落和轻微的塑性变形，与PB450油冲击时相比冲击坑的体积及深度明显减小。高次冲击下凹坑边缘出现弧状塑性变形，并且冲击凹坑中心出现局部小坑，但此时其塑性变形程度小于PB450油工况时的塑性变形。
 
以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：试验台体上设置配电箱，配电箱连接冲击装置与数据采集处理器，所述冲击装置放置在吸声减震罩内，吸声减震罩上设置温度照明控制组件。
2.根据权利要求1所述的重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：所述配电箱内设置时间继电器和计数继电器。
3.根据权利要求1所述的重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：所述冲击装置的组成为：冲击台面由减震器支撑，冲击台面上设置轴承支架，轴承支架上安装耐冲击轴承，耐冲击轴承连接钢球压板的一端，钢球压板的另一端连接电磁铁，钢球压板的中部固定冲击钢球，冲击钢球的下方的冲击台面上设置试块基体，冲击钢球与试块基体相配合。
4.根据权利要求3所述的重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：所述电磁铁线圈外侧包围散热块，散热块为内部中空的铝合金块，流动冷水管穿过散热块中空部分。
5.根据权利要求3所述的重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：所述冲击钢球放置在钢球盒内，钢球盒通过顶板固定钢球压板上。
6.根据权利要求3所述的重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：所述试块基体放置在海水润滑垫板或油润滑垫板上，试块基体通过压紧螺栓固定试块。
7.根据权利要求6所述的重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：所述海水润滑垫板为矩形凹槽结构，槽深大于试块基体的高度；槽宽大于试块基体的宽度，所述油润滑垫板为矩形块状结构。
8.根据权利要求1所述的重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：所述数据采集处理器包括与电磁铁连接的压电式力与加速度传感器，压电式力与加速度传感器连接电荷放大器与数据采集卡，最后由计算机汇总分析。
9.根据权利要求1所述的重载荷冲击磨损试验机，其特征在于：所述温度照明控制组件包括，安装在吸声减震罩上的灯具及热敏温度计，热敏温度计连接散热风扇和加热器。
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