CN104155199A - 一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置。所述特殊气氛柔性密闭和控制装置包括摩擦力传感器夹具、密闭腔上基座、密闭腔下基座、透明柔性腔壁和样品台；所述摩擦力传感器夹具安装在试验机架顶部与摩擦力传感器之间；密闭腔上基座侧面设置有进气孔和气体浓度检测传感器，通过卡子与摩擦力传感器夹具固定连接；密闭腔下基座侧面设置有出气孔，通过螺钉与安装在试验机固有直线导轨平台上的样品台固定；所述透明柔性腔壁的两端分别与密闭腔上、下基座粘连，以形成柔性密闭空间。该装置在不影响摩擦相对运动的前提下具备密闭空间小且可变、密闭气氛可变且可控、安全性能高、制造成本低且操作方便等优点。

Description

一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置

技术领域

本发明属于摩擦磨损试验设备技术领域，涉及一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置。

背景技术

往复式摩擦磨损试验机主要用于研究材料的摩擦、抗磨和润滑等摩擦学性能，目前被大量用于机械、材料、能源、航空航天、军事等研究领域，通过该设备获得的实验结果不仅能直接指导新型抗磨及润滑材料的产品研发，而且还能广泛的用于工业产品的失效与可靠性的评价。

几乎所有相对运动部件的接触面都会存在摩擦磨损现象，而根据这些部件应用领域的不同它们所处的运行环境也不同。众多工程实例说明大量机械运动部件需要运行在特殊气氛环境，例如蒸汽机需要运行在高湿度气氛环境、脱硫脱硝设备需要运行于硫和硝废气环境、气体控制阀门更是需要根据需求运行于众多不同种类的气体环境中。大量研究试验表明，这些机械零部件的摩擦磨损机理不仅与其材料本身性质有关，更与它们所处的运行环境密切相关，由环境气氛造成的摩擦化学反应往往对材料的摩擦和抗磨性能起着决定性的作用，因此通过摩擦磨损试验机研究特殊环境气氛下的材料摩擦学特性具有重大意义。

目前传统的往复式摩擦磨损试验机多工作在开放的大气环境中，如果能将这些传统的试验机予以改进以实现实验时对外界环境的隔绝，并在这个隔绝的环境中对所需特殊气氛进行密闭和控制，那么将能在满足研究目的的情况下大大节约新设备研发和购置的成本。由于往复摩擦磨损实验过程中的上下对摩样品存在相对直线运动，且根据实验工况的不同相对运动的行程位移变化范围很大，因此实现这种变位移摩擦运动状态下的环境隔离存在困难。

现有主要的解决方案均通过刚性密闭腔来实现，实现途径主要包括以下两种方法：一是在试验机外设计一个整机密封外壳用来隔绝外界环境，在外壳里充入所需要的气氛来实现气氛控制。这种装置的缺点在于整个试验机全部处于密封壳中，由于外壳尺寸必须大于试验机尺寸，因此需要充入的气体量也非常大。由于实验过程中需要不断更换实验样品，操作时需要反复的充放气体，气体将被大量浪费，造成该装置的使用成本和制造成本过高且操作过程繁琐。 二是在试验机的相对运动发生的局部区域根据运动位移的最大行程设计一个半密封的刚性外罩用来隔绝外界环境。该外罩的顶端预留一字形开口，为上样品相对运动留出轨迹空间。该装置虽然尺寸被大尺度缩小且操作简单，但是由于外罩顶端存在开口，实验时外罩中所充气体存在泄露问题，不能实现全密封，如果气体为有害气体，泄露的气体将有可能对实验人员造成伤害。

发明内容

本发明的目的是为往复式摩擦磨损试验机提供一种气体柔性密闭和控制装置。该装置通过采用柔性密闭腔作为核心解决方案，它能完美实现变位移摩擦直线运动状态下的环境隔离和密闭；在此基础上通过特殊气体发生装置实现对该密封腔内的特殊气氛进行浓度控制并利用废气回收装置对使用后的废气进行回收。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于往复式摩擦磨损试验机上在变位移摩擦状态下实现特殊气氛柔性密闭和控制的装置,所述装置安装在往复式摩擦磨损试验机上，该试验机已包括安装在试验机架顶部可拆卸的摩擦力传感器、安装在摩擦力传感器上的球样品夹具以及直线导轨平台。

所述特殊气氛柔性密闭和控制装置包括摩擦力传感器夹具、密闭腔上基座、密闭腔下基座、柔性腔壁和样品台；

所述摩擦力传感器夹具设置在摩擦力传感器与试验机架顶部之间，且摩擦力传感器夹具上表面固定安装在试验机架顶部，下表面安装摩擦力传感器；

所述密闭腔上基座为中空的，呈方形开口，且密闭腔上基座的侧边设置有进气孔，密闭腔上基座嵌套在摩擦力传感器上，通过设置在密闭腔上基座上的卡子与摩擦力传感器夹具固定连接；

所述密闭腔下基座为中空的，且密闭腔下基座的侧边上设置有出气孔，密闭腔下基座通过螺钉与样品台固定，所述样品台通过螺钉固定在试验机固有直线导轨平台上；

所述柔性腔壁的两端分别与密闭腔上基座和密闭腔下基座相连接，使密闭腔上基座、密闭腔下基座、柔性腔壁之间形成密封空间。

在上述技术方案中，所述摩擦力传感器夹具为镂空的，且除开顶面和底面外的其他四个侧面均设置有对称的开口。

在上述技术方案中，所述密闭腔上基座上设置有气体浓度检测传感器。

在上述技术方案中，所述柔性腔壁为高弹高分子材料的柔性腔壁。

在上述技术方案中，所述高弹高分子材料的柔性腔壁为透明的。

在上述技术方案中，所述密闭腔下基座上出气孔外部设置有气盖板。

在上述技术方案中，所述气盖板固定在密闭腔下基座上，且气盖板上设置有凸出部。

在上述技术方案中，所述气盖板上的凸出部套入出气孔内，且凸出部的外径与出气孔的内径相适应。

在上述技术方案中，所述密闭腔上基座与摩擦力传感器夹具之间设置有密封圈。

在上述技术方案中，所述密闭腔下基座与样品台之间设置有密封圈。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：柔性密闭腔采用透明的高弹高分子材料作为腔壁对密闭腔上基座和密闭腔下基座进行柔性连接，它在水平和垂直方向的可伸缩性好且不影响实验时上、下对磨副的相对运动，为往复摩擦实验区域提供可变化的柔性密闭空间；密闭腔上基座和密闭腔下基座与试验机的连接处用O型密封圈密封，可保证在实验过程中密闭腔内的气体纯净单一；在出气孔处装有防气体倒流装置，使得外部环境气体不能进入，内部气体更加纯净；由于实验时更换样品需要拆卸控制装置，而本发明密闭腔上基座用卡子固定在试验机摩擦力传感器夹具上，密闭腔下基座用螺钉固定，拆卸非常方便；采用透明的高弹高分子材料作为腔壁，可透性好，用肉眼即可观察到腔内实验的进展状况，对于探索性实验，更是大大的提高了安全性能。与气体发生器配合使用，能方便的根据实验需求调节气体的组分（例如调节气体湿度、特殊气体浓度）。如果特殊气体涉及有害气体（例如氨气或二氧化硫气体），还可在实验中对该气体进行有效回收。本发明在不影响摩擦相对运动的前提下具备密闭空间小且可变、密闭气氛可变且可控、安全性能高、制造成本低、实用价值大且操作方便等优点。

附图说明   

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构装配半剖图；

图2是本发明中的密闭腔上基座结构图；

图3是本发明中的密闭腔下基座结构图；

图4是本发明中的气盖的剖视图；

图5是本发明的运用示意图；

图中：1是摩擦力传感器夹具，2是密闭腔上基座，3是柔性腔壁，4是密闭腔下基座，5是样品台，6是气体浓度检测传感器，7是卡子，8是气盖板，9是球样品夹具，10是进气孔，11是出气孔，12是气体发生装置，13是气体回收装置。

具体实施方式

在本发明中，采用柔性密闭腔作为核心解决方案来实现变位移摩擦直线运动状态下的环境隔离和密闭，而对上述密闭环境中特殊气氛的控制则需要配合特殊气体发生装置和废气回收装置同步使用。

如图1所示，本发明中的柔性密闭腔包括摩擦力传感器夹具、密闭腔上基座、密闭腔下基座、柔性腔壁和样品台；其中摩擦力传感器夹具通过螺钉固定安装在试验机架的顶部，在摩擦力传感器夹具向下的一面安装有摩擦力传感器，该摩擦力传感器上安装有球样品夹具用于装夹摩擦球样品。如图2所示，密闭腔上基座上设置有卡子和进气孔，并装有所述气体浓度检测传感器用于气体浓度检测，该密闭腔上基座通过卡子固定在摩擦力传感器夹具上，两部分之间使用密封圈密封，该密闭腔上基座的方形开口用于嵌套摩擦力传感器及球样品夹具。如图3所示，所述密闭腔下基座上设置有出气孔和如图4所示的防止气体倒流装置，密闭腔下基座的底部有一圈带有螺纹孔的裙边，通过螺钉固定在样品台上，该样品台通过螺钉固定在试验机固有的可移动直线导轨平台上，密闭腔下基座与样品台之间用密封圈密封。密闭腔上基座和密闭腔下基座间用柔性腔壁连接，柔性腔壁为高弹高分子材料的柔性腔壁，三者相连形成具备柔性且空间可变的密闭腔体，该腔体能有效包围球样品夹具和样品台，使摩擦磨损实验空间与外界空间实现完全隔离。当安装在试验机固有直线导轨上的样品台发生运动时，样品台会带动密闭腔下基座同时运动，而密闭腔上基座并不发生运动，此时由于高弹的柔性腔壁的弹性协调作用，整个密闭腔将实现柔性动密封特性，这为摩擦发生区域提供了可变化的弹性密闭空间，也就实现了变位移摩擦运动状态下的环境隔离和密闭功能。

如图5所示，本发明需要配合气体发生装置和废气回收装置同时使用来实现上述密闭腔中的特殊气氛环境控制功能。所述的特殊气氛气体发生装置包括压缩气体瓶、减压阀、流量计、玻璃珠、气体发生室和混气室。其中，所述两个压缩气体瓶分别通过气管与气体发生室和混气室相连通，分别向所述气体发生室和混气室提供气体。所述气体发生室中装有产生特殊气氛的化学试剂和大量玻璃珠，气体发生室产生的气体通过气管与混气室相连接，两种不同浓度的气体在混气室中充分混合达到所需要求后通过气管直接通入到柔性密闭腔中。所述减压阀以及流量计安装在压缩气体瓶与气体发生室和混气室相连通的管道上，流量计可调节进入混气室气体的比例。其中图1中所述的气体浓度检测传感器会对充入密闭腔中的气体进行浓度检测。

实验过程中如果特殊气氛为有害气体，则可对使用后废气进行回收。如图5所示，废气回收装置包括气体阀门、抽气泵和气瓶。通过气管将所述抽气泵与上述密闭腔下基座的出气孔相连，进而与柔性密闭腔相通，所述气瓶与抽气泵通过输气管连通。密闭腔中使用后的废气可通过该抽气泵抽出并回收储存于气瓶中。所述气体阀门安装在抽气泵与基座相连通的管道上用于控制气体流量。

本发明中如果采用的是无毒害的气体，该气体可以直接通过密闭腔下基座的出气孔排放到空气中，不需要气体回收装置。因此在密闭腔下基座的出气孔上设置一个气体盖板，如图4所示，气盖板固定在出气孔的边缘处，气盖板上设置有凸出部，凸出部正好能卡在出气孔内。当整个装置处于工作状态时，借助密闭腔内外的气压差，在气盖板的阻挡下气体不能溢出，当需要排放气体，只需要将气盖板拨开即可。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明可扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (10)

1.一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，安装在往复式摩擦磨损试验机上，所述试验机已包括安装在试验机架顶部可拆卸的摩擦力传感器、安装在摩擦力传感器上的球样品夹具以及直线导轨平台；

所述装置其特征在于：所述特殊气氛柔性密闭和控制装置包括摩擦力传感器夹具、密闭腔上基座、密闭腔下基座、柔性腔壁和样品台；所述摩擦力传感器夹具设置在试验机架顶部与摩擦力传感器之间，且摩擦力传感器夹具上表面安装在试验机架顶部，下表面用于安装固定摩擦力传感器和球样品夹具；

所述密闭腔上基座为中空的，呈方形开口，且密闭腔上基座的侧边设置有进气孔，密闭腔上基座嵌套在摩擦力传感器上，通过设置在密闭腔上基座上的卡子与摩擦力传感器夹具固定连接；

所述密闭腔下基座为中空的，密闭腔下基座的侧边设置有出气孔，密闭腔下基座通过螺钉与样品台固定，所述样品台通过螺钉固定在试验机固有直线导轨平台上；

所述柔性腔壁的两端分别与密闭腔上基座和密闭腔下基座相粘连，使密闭腔上基座、密闭腔下基座、柔性腔壁之间形成密封空间。

2.根据权利要求1所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述摩擦力传感器夹具为镂空的，且除开顶面和底面外的其他四个侧面均设置有对称的开口。

3.根据权利要求1所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述密闭腔上基座上安装有气体浓度检测传感器。

4.根据权利要求1所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述柔性腔壁为高弹高分子材料的柔性腔壁。

5.根据权利要求4所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述高弹高分子材料的柔性腔壁为透明的。

6.根据权利要求1所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述密闭腔下基座上的出气孔外部设置有气盖板。

7.根据权利要求6所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述气盖板固定在密闭腔下基座上，且气盖板上设置有凸出部。

8.根据权利要求7所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述气盖板上的凸出部套入出气孔内，且凸出部的外径与出气孔的内径相适应。

9.根据权利要求1所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述密闭腔上基座与摩擦力传感器夹具之间设置有密封圈。

10.根据权利要求1所述的一种用于往复式摩擦磨损试验机上的特殊气氛柔性密闭和控制装置，其特征为所述密闭腔下基座与样品台之间设置有密封圈。