CN104502268A - 硫磺摩擦试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硫磺摩擦试验装置，包括：摩擦机构、加料机构、加载机构、密封结构、检测系统、传动机构和底座；所述摩擦机构位于所述密封腔体内部；所述摩擦机构包括：摩擦上试样和位于所述摩擦上试样之下的摩擦下试样；加料机构，从所述密封罩外伸入到所述密封腔体之内并与所述摩擦上试样的底面连通；所述加载机构与所述摩擦机构连接并对所述摩擦机构施加压力；所述检测系统包括：扭矩传感器和温度传感器，所述扭矩传感器连接所述加载机构，所述温度传感器位于所述密封腔体中；所述传动机构连接所述摩擦机构。本发明能够可靠、有效地进行硫磺摩擦着火机理研究试验，且操作简单方便。

Description

硫磺摩擦试验装置

技术领域

本发明涉及一种用于研究硫磺在摩擦条件下发生着火的试验装置，具体涉及一种在相对密闭的环境下监测在硫磺摩擦过程中摩擦面的近表面温度、摩擦力的变化、试样的磨损量及产生的气体的试验仪器，即一种硫磺摩擦试验装置。

背景技术

硫磺是石油石化企业生产中的一种重要的产品，是一种易燃易爆的物体。在实际硫磺生产储运中，存在众多摩擦副，硫磺在摩擦副的作用下会发生着火，然而，这种现象一直以来被人们所忽略。硫磺在摩擦条件下发生着火的机理是怎样的，与硫磺遇明火发生燃烧是否相同基本没有人去研究。

目前还没有系统的对硫磺在摩擦条件下的着火进行研究。

综上所述，现有技术中存在以下问题：没有用于硫磺摩擦着火机理研究的设备。

发明内容

本发明提供一种硫磺摩擦试验装置，对摩擦试样表面的温度场、摩擦力等参数进行在线监测，为进行硫磺摩擦着火机理试验提供可靠的条件、依据。

为此，本发明提出一种硫磺摩擦试验装置，所述硫磺摩擦试验装置包括：摩擦机构、加料机构、加载机构、密封结构、检测系统、传动机构和底座；所述传动机构、密封结构及加载机构均位于底座之上；

所述密封结构包括：密封腔体和包围在所述密封腔体之外的密封罩；

所述摩擦机构位于所述密封腔体内部；所述摩擦机构包括：摩擦上试样和位于所述摩擦上试样之下的摩擦下试样，摩擦上试样的底面与摩擦下试样的顶面形成一对摩擦面；

加料机构，从所述密封罩外伸入到所述密封腔体之内并与所述摩擦上试样的底面连通；

所述加载机构与所述摩擦机构连接并对所述摩擦机构施加压力；

所述检测系统包括：扭矩传感器和温度传感器，所述扭矩传感器连接所述加载机构，所述温度传感器位于所述密封腔体中；

所述传动机构连接所述摩擦机构，使得摩擦上试样的底面与摩擦下试样的顶面之间形成滑动摩擦。

进一步地，所述摩擦上试样采用止推式环状结构，所述摩擦下试样采用盘状结构，所述摩擦上试样固定在所述密封腔体内部，所述摩擦下试样与所述传动机构连接。

进一步地，所述摩擦上试样的轴向设有与所述加料机构连接的进料孔，所述摩擦上试样的底面为环形平面，所述摩擦上试样设有多个环绕在所述进料孔周围的出料槽，所述出料槽与所述进料孔连通，并且所述出料槽倾斜向下延伸到所述摩擦上试样的底面，沿着所述摩擦上试样的径向方向，所述出料槽从所述摩擦上试样的中心到边缘逐渐收缩。

进一步地，所述传动机构包括：伺服电机、行星减速器和旋转盘，所述伺服电机与行星减速器同轴连接，所述行星减速器输出轴通过带轮及同步带与旋转盘连接，带动旋转盘旋转；所述旋转盘的转轴从下至上穿过所述密封罩的底部并连接到位于所述密封罩中所述摩擦下试样上。

进一步地，所述加载机构包括：横杆、吊杆、压头及支撑架，所述支撑架设置在所述底座上，所述横杆水平设置在所述密封罩上方，所述压头穿过所述密封罩的顶部并连接在所述横杆与所述摩擦上试样之间，所述吊杆和支撑架分别连接在所述横杆的两侧。

进一步地，所述压头的底部之外套设有测温托盘，温度传感器固定在测温托盘上并位于所述摩擦上试样的上方，所述温度传感器的探头距离摩擦上试样的底面小于等于4mm。

进一步地，所述压头为杆状结构，所述压头的底部连接在所述摩擦上试样的顶部，所述压头的底部设有透气孔，所述透气孔连通到所述压头的底面并且与所述摩擦上试样的进料孔连通。

进一步地，所述透气孔包括：沿所述压头轴向设置的盲孔，和侧向设置的侧孔，所述盲孔延伸到所述压头的底面，所述侧孔延伸到所述压头的侧面,所述盲孔和所述侧孔连通。

进一步地，所述硫磺摩擦试验装置还包括：

滑杆，竖直设置在所述密封罩的顶部；

滑套，能上下移动的设置在所述滑杆上；

锁紧装置，设置在所述滑杆，对所述滑套定位；

其中，所述扭矩传感器固定在所述滑套上并连接在所述压头的顶部。

进一步地，所述摩擦下试样的顶面为环状，从所述摩擦下试样的顶面的中央向上凸出有一个圆锥台，所述圆锥台具有倾斜的外锥面，所述外锥面连接在所述出料槽与所述摩擦下试样的顶面之间。

本发明使用密封罩结构提供一个相对封闭的试验环境，通过加料机构得以实现向密封腔体添加硫磺，传动机构连接所述摩擦机构，使得摩擦上试样的底面与摩擦下试样的顶面之间形成滑动摩擦，采用温度传感器来监测摩擦过程摩擦近表面的温度变化。由于直接测面与面之间的摩擦力比较难以实现，本发明通过扭矩传感器测得摩擦过程中摩擦力矩，通过测得加载机构对所述摩擦机构施加的压力，从而实现对摩擦过程中摩擦力的监测，因此本发明能够很好的用于硫磺摩擦着火的研究，能够在一个相对密闭的摩擦机构中，对摩擦试样表面的温度、摩擦力等参数进行在线监测，为进行硫磺摩擦着火机理试验提供可靠的条件、依据。

附图说明

图1为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的侧视图；

图3为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的摩擦机构的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的摩擦机构的剖视图；

图5为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的摩擦上试样的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的摩擦下试样的主视结构示意图；

图7为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的加料机构的工作原理示意图；

图8为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的加载机构的结构示意图；

图9为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置加载机构支撑架的剖视图；

图10为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的压头的剖视图；

图11为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的检测系统的结构示意图；

图12为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的密封结构的示意图；

图13为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的传动机构及底座结构的示意图；

图14为本发明实施例的一种硫磺摩擦试验装置的立体结构示意图；

图15为本发明实施例的摩擦上试样的仰视结构示意图；

图16为图5的A-A剖视结构示意图。

附图标记说明：

1-摩擦机构 2-加料机构 3-加载机构 4-检测系统 5-密封结构

6-传动机构 7-底座

101-护罩 102-摩擦上试样 103-摩擦下试样 104-下试样固定销 1021-出料槽1023-偏心孔 1025-安装孔 1027-连接孔 1031-摩擦下试样的顶面 1033-圆锥台

201-加料管 202-三通 203-加料漏斗

301-横杆(杠杆板) 302-杠杆固定销 303-吊杆 304a-拉杆头 304b-拉杆

304c-拉杆套筒 305-调节螺母 306-铜销 307-圆法兰直线轴承

308-压头 309-支撑架 310-透气孔 3101盲孔 3102-侧孔

401-扭矩传感器 402-(固定)滑套 403-滑杆连接板 404-滑杆

405-固定滑套锁套 406-温度传感器 407-测温托盘

501-上端盖 502-密封罩 503-下端盖 504-罩板

601-伺服电机 602-行星减速器 603-同步带 604-带轮 605-圆头平键

606-轴承上压盖 607-角接触球轴承 608-旋转盘

701-底板 702-地脚

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。

如图1和图14所示，硫磺摩擦试验装置包括：摩擦机构1、加料机构2、加载机构3、密封结构5、检测系统4、传动机构6和底座7；所述传动机构6、密封结构5及加载机构3均位于底座7之上；

如图12所示，所述密封结构5包括：密封腔体和包围在所述密封腔体之外的密封罩502；所述密封结构为圆柱状设计，内部为中空的圆柱形，固定在底座701之上。密封罩502为环形，上下端分别覆盖上端盖501、下端盖503。上端盖501、下端盖503和密封罩502构成相对封闭的环境，摩擦机构位于其内部，密封罩502上开始有窗口，窗口上设置透明材料做成的罩板504，以便观察；

所述摩擦机构位于所述密封腔体内部；如图3和图4所示，所述摩擦机构1包括：摩擦上试样102和位于所述摩擦上试样之下的摩擦下试样103，摩擦上试样的底面与摩擦下试样的顶面形成一对摩擦面；

加料机构2，从所述密封罩外伸入到所述密封腔体之内并与所述摩擦上试样的底面连通；加料机构主要用于在摩擦过程中向摩擦机构添加摩擦介质硫磺颗粒及向摩擦面提供空气；

所述加载机构3与所述摩擦机构连接并对所述摩擦机构施加压力，以形成摩擦所需的摩擦力；

如图11所示，所述检测系统4包括：扭矩传感器401和温度传感器406，所述扭矩传感器401连接所述加载机构，所述温度传感器406位于所述密封腔体中，监测摩擦过程摩擦近表面的温度变化，各传感器测量的数据可以输出到电脑中进行存储和分析；

所述传动机构6连接所述摩擦机构1，使得摩擦上试样的底面与摩擦下试样的顶面之间形成滑动摩擦。

进一步地，如图3、图4、图5和图6所示，所述摩擦上试样102采用止推式环状结构，所述摩擦下试样103采用盘状结构，所述摩擦上试样固定在所述密封腔体内部，所述摩擦下试样在所述密封腔体内部并与所述传动机构连接。这样，便于加料，便于观察，便于制作安装。

进一步地如图3、图4、图15、图16所示，所述摩擦上试样102的轴向设有与所述加料机构连接的进料孔(例如包括：连接孔1027)，所述摩擦上试样的底面为环形平面，所述摩擦上试样设有多个环绕在所述进料孔周围的出料槽1021，所述出料槽与所述进料孔连通，并且所述出料槽倾斜向下延伸到所述摩擦上试样的底面，沿着所述摩擦上试样的径向方向，所述出料槽1021从所述摩擦上试样的中心到边缘逐渐收缩，以达到硫磺能够均匀分布和较好的出料效果。

进一步地，如图13所示，所述传动机构6包括：伺服电机601、行星减速器602和旋转盘608，所述伺服电机601与行星减速器602同轴连接，所述行星减速器输出轴通过带轮604及同步带603与旋转盘608连接，带动旋转盘旋转；所述旋转盘的转轴从下至上穿过所述密封罩的底部并连接到位于所述密封罩中所述摩擦下试样103上，旋转盘608带动摩擦下试样103转动。这种传动结构，能够形成稳定，匀速的传动，并且能够适合与密封结构的较好的配合，不会影响密封效果。行星减速器主要用来降低转速，增大输出扭矩。

进一步地，如图8、9所示，所述加载机构3包括：横杆(杠杆板)301、吊杆303、压头308及支撑架309，所述支撑架设置在所述底座7上，所述横杆301水平设置在所述密封罩上方，所述压头308穿过所述密封罩的顶部以及上端盖并连接在所述横杆与所述摩擦上试样之间，所述吊杆303和支撑架309分别连接在所述横杆301的两侧，吊杆303和支撑架309均竖直设置，对横杆301施加竖直方向的力，吊杆303上可以施放砝码。这样，就形成了以支撑架309为支点，吊杆303和压头分别为两个作用点的杠杆。

每次试验时，横杆301总保持水平，使得与横杆301连接的压头受到的压力为竖直方向，并且可以根据吊杆303和支撑架309之间的力臂、压头和支撑架309之间的力臂、以及吊杆303上加载的力，来确定压头受到的压力，该压力等于摩擦上试样与摩擦下试样之间的压力，再根据扭矩传感器测得的扭矩(扭矩传感器测量压头受到的扭矩，即摩擦上试样受到的扭矩)，从而确定摩擦上试样与摩擦下试样之间的摩擦力。本发明中，吊杆303和支撑架309之间的力臂大于压头和支撑架309之间的力臂，以便得到放大吊杆303上加载的力的目的，便于通过调整吊杆303上加载的力，来灵敏调整摩擦上试样与摩擦下试样之间的摩擦力。

加载机构这样设计的好处，可以以较小的砝码向摩擦表面施加较大的压力。例如，吊杆303和支撑架309之间的力臂是压头和支撑架309之间的力臂的2倍、3倍或4倍，以便达到较好的调整效果。例如，吊杆303和支撑架309之间的力臂是压头和支撑架309之间的力臂的3倍，本发明实施中根据力臂关系，施加在压头308之上的力P为所挂砝码重量G的3倍(P＝3G)。摩擦力f＝P*μ，(其中μ为摩擦系数)。同样，根据扭矩传感器测得的扭矩M，有，M＝f*L，L为摩擦面等效半径，可以通过积分求得(L＝2(r₁ ²+r₂ ²+r₁*r₂)/(3(r₁+r₂)),其中，r₁、r₂分别为摩擦面内外圆半径)，通过这两个式子就可以计算出摩擦过程中的摩擦力和摩擦系数。

本发明所采用的加载机构通过固定砝码加载，杠杆板上各有一圆头通槽，中间通过一铜销与压头相配合，通过铜销传递压力以及提升压头，并可保证在提升的过程中压头保持垂直。本发明所采用的压头与密封罩之间的圆法兰直线轴承，可以将压头的运动限定为上下直线运动，对压头运动起导向作用。本发明所采用的杠杆支撑架主要由拉杆和套筒组成，拉杆与调节螺母构成丝杠螺母副，以调节杠杆使其处于水平；所述的扭矩传感器、压头、摩擦上试样、摩擦下试样、旋转盘同轴线设计。可使摩擦上试样在摩擦过程中始终紧贴摩擦下试样；荷载能够垂直均匀传递给摩擦机构。

进一步地，如图11，所述压头308的底部之外套设有测温托盘407，温度传感器406固定在测温托盘407上并位于所述摩擦上试样的上方，温度传感器的这样设置，不影响摩擦上试样与摩擦下试样之间的摩擦，还能够获得离摩擦表面较近处的温度，所述温度传感器的探头距离摩擦上试样的底面小于等于4mm，例如，为4mm或3mm，以获得近摩擦表面的温度。

进一步地，如图4和图10所示，所述压头308为杆状结构，所述压头的底部通过卡接连接在所述摩擦上试样的顶部，所述压头的底部设有透气孔310，所述透气孔310连通到所述压头的底面并且与所述摩擦上试样的进料孔连通。透气孔能向摩擦面提供空气及导出硫磺在摩擦过程中产生的气体。

进一步地，如图10所示，所述透气孔310包括：沿所述压头轴向设置的盲孔3101，和侧向设置的侧孔3102，所述盲孔延伸到所述压头308的底面，所述侧孔3102延伸到所述压头308的侧面,所述盲孔和所述侧孔连通。通过压头轴向设置的盲孔3101，和侧向设置的侧孔3102，可以向摩擦结构中添加硫磺，也可用于使用内窥镜直接观测摩擦情况，同时还能作为透气孔向摩擦面提供空气及导出硫磺在摩擦过程中产生的气体。

进一步地，如图11和图14所示，所述硫磺摩擦试验装置还包括：

滑杆404，竖直设置在所述密封罩502的顶部；

滑套402，能上下移动的设置在所述滑杆404上，并保持在滑动中水平；

锁紧装置，例如为固定滑套锁套405，可松紧地设置在所述滑杆404上并对所述滑套402定位；

其中，所述扭矩传感器401固定在所述滑套上并连接在所述压头308的顶部。

通过锁紧装置的松紧，可以调整滑套402在滑杆404上移动，从而调整滑套402的上下位置。另外，还可以通过在固定滑套之上安装位移传感器来检测摩擦过程中试样的磨损量。本发明中，滑杆404的数目为两个，滑套402在两个滑杆404上上下移动，两个滑杆404为滑套402的移动提供稳定的滑动轨道，并能够保持在滑动中水平，从而保证扭矩传感器401在反复试验调整中，能够稳定的保持水平，保证测量精度，而且，调整快速，方便。

进一步地，如图6所示，所述摩擦下试样的顶面1031为环状，从所述摩擦下试样的顶面的中央向上凸出有一个圆锥台1033，如图4所示，所述圆锥台具有倾斜的外锥面，所述外锥面连接在所述出料槽1021与所述摩擦下试样的顶面之间。摩擦上试样102的中心通孔与摩擦下试样的圆锥台1033(中心锥形凸台)配合放置，使上下试样摩擦面之间紧密接触，通孔环向有一定倒角方便硫磺顺着圆锥台1033(锥形凸台斜面)进入摩擦上试样的出料槽1021(瓣状楔形槽)中，及预留一定的硫磺储存空间。通过加料机构加入的硫磺颗粒先堆积在摩擦上试样的中心通孔(进料孔)中，继而进入摩擦上试样的出料槽(瓣状楔形槽)中，在摩擦下试样的旋转运动产生的离心力的作用下散入摩擦面之中。

下面再详细描述一下本发明更为具体的一些实施例或实施方式以及工作过程：

如图1、2所示的硫磺摩擦试验装置包括：摩擦机构1、加料机构2、加载机构3、检测系统4、密封结构5、传动机构6及底座7。所述摩擦机构1位于密封结构5内，分别与加载机构3、传动机构6相配合。所述检测系统4安装在摩擦机构1之上，所有机构均置于底座7之上。

如图3、4、5、6所示，摩擦机构主要包括护罩101、摩擦上试样102、摩擦下试样103、下试样固定销104。所述摩擦上试样102为止推环状设计，中心设有一通孔，用于进料和安装，如图15和图16，摩擦上试样102还包括：安装孔1025和连接在安装孔1025下方的连接孔1027，安装孔1025主要起到安装固定作用，连接孔1027的孔径大于安装孔1025，以便均匀分散来料，沿其内孔环向设有多个自中心向边缘逐渐收敛的出料槽，形状为瓣状楔形槽(在本实施方式中瓣状楔形槽共设置6个)，安装孔边缘设一偏心孔1023。摩擦上试样通过安装孔与压头308配合，在摩擦过程中随压头固定不动。所述摩擦下试样103为盘状结构，其顶端设有一个中心锥形凸台(圆锥台1033)；底端设有一个中心孔，其边缘设置一个偏心孔，沿试样环向设有一个凹槽，方便拿取试样。摩擦下试样置于旋转盘608之内，通过旋转盘内的圆形凸台与摩擦下试样中心孔相配合以固定摩擦下试样在旋转盘内的位置；通过下试样固定销104使得摩擦下试样的偏心孔与旋转盘内的偏心孔同轴配合，从而对摩擦下试样进行限定，在摩擦过程中摩擦下试样随旋转盘转动。

摩擦上试样102的中心通孔与摩擦下试样103的中心锥形凸台(圆锥台1033)配合放置，使上下试样摩擦面之间紧密接触，通孔环向有一定倒角方便硫磺顺着锥形凸台斜面进入摩擦上试样的瓣状楔形槽中，及预留一定的硫磺储存空间。上试样安装孔边缘的偏心孔中可以插入温度传感器的探头部分以检测摩擦过程中摩擦表面温度变化。所述护罩101位于摩擦试样之外，是一柱状或环状结构，下部分嵌入摩擦下试样103与旋转盘之608间的间隙中，通过沿旋转盘608环向均匀分布的多个顶丝进行固定，使护罩随旋转盘一起转动，护罩的作用在于防止在摩擦过程中硫磺从摩擦面甩出及将摩擦机构与外界隔离开。沿着护罩周围均匀分布多个螺纹孔(在本实施方式中螺纹孔共四个)，通过深入其中一段距离的多个紧固螺钉及时刮落摩擦过程中附着在摩擦上试样外侧的硫磺。

如图2、7所示，所述加料机构主要包括加料管201、三通202、加料漏斗203等。所述加料管201一端连接在三通202之上，另一端通入压头308下端的径向孔(侧孔3102)中。加料机构主要用于在摩擦过程中向摩擦机构添加摩擦介质硫磺颗粒及向摩擦面提供空气，通过三通上的开关可以在加料与通气之间进行转换。

如图8、9所示，所述加载机构主要包括杠杆板(横杆)301、杠杆固定销302、吊杆303、支撑架及压头组件。所述杠杆板有两个，相互平行，之间通过杠杆固定销连接。杠杆板水平放置，一端连接支撑架，另一端连接吊杆，杠杆板上距支撑架端一定距离处各有一圆头通槽，通过铜销306与压头308配合，圆头通槽的设计可以使杠杆板在提升的过程中保证压头垂直。在本实施方式中圆头通槽中心到杠杆板与支撑架连接点之间的距离为圆头通槽中心到吊杆之间距离的二分之一，也即圆头通槽是杠杆板的三分之一点。所述的支撑架主要由拉杆头304a、拉杆304b、拉杆套筒304c及调节螺母305等组成。所述拉杆304b，为圆柱体设计，两端各有一定长度的螺纹，上端与拉杆头304b连接，下端插入套筒304c之中，两端各有一个调节螺母305相配合，拉杆与调节螺母构成一个丝杠螺母副，可以通过调节丝杠螺母副来调节杠杆板的水平程度。所述套筒304c为管状，通过螺栓固定于底座701之上。所述拉杆头304a为圆柱形，一端有内螺纹孔，另一端有一径向通孔，杠杆板固定销302穿过通孔与杠杆板连接。

如图4、10所示，所述压头组件主要包括铜销306、圆法兰直线轴承307及压头308。所述压头为圆柱形杆件，两端的外侧表面设计为圆头表面加方形定位面。圆头表面与方形定位面相连接。压头308一端与扭矩传感器相配合，距离端面一段距离设一径向通孔，铜销306从中穿过与两个杠杆板连接；压头308另一端插入摩擦上试样102安装孔中与摩擦上试样相配合，其端面设一定深度轴向中心孔(盲孔3101)，距离端面一段距离设一径向孔(侧孔3102)，径向孔与轴向中心孔相通。压头308垂直放置，从密封罩上端盖501中心孔中穿过，压头与上端盖中心孔之间装设有圆法兰直线轴承307，圆法兰直线轴承固定于上端盖之上，圆法兰直线轴承对压头的运动起导向与限定作用。所述铜销306将压头308与杠杆板301相连，试验中所加载荷通过铜销传递给压头，继而作用于试样之上。通过压头一端的径向孔和轴向中心孔可以向摩擦结构中添加硫磺，也可用于使用内窥镜直接观测摩擦情况，同时还能作为透气孔向摩擦面提供空气及导出硫磺在摩擦过程中产生的气体。

如图11所示检测系统主要包括摩擦力监测系统与温度监测系统。所述摩擦力监测系统主要包括扭矩传感器401、(固定)滑套402、滑杆连接板403、滑杆404及固定滑套锁套405(锁紧装置)。由于直接测面与面之间的摩擦力比较难以实现，本设计装置通过测得摩擦过程中压头308上的力矩从而实现对摩擦过程中摩擦力的监测。所述扭矩传感器401感应端与压头相配合，另一端为连接端，固定于固定滑套402之上。所述固定滑套对称分布2个通孔，分别穿套于2个滑杆404之上。所述滑杆垂直固定于密封罩上端盖501之上，位于2个杠杆板301之间，相对压头对称分布，其自由端通过滑杆连接板403相连。固定滑套可沿滑杆上下滑动，带动扭矩传感器在垂向运动。固定滑套与滑杆一起组成扭矩传感器支架。所述固定滑套锁套405有2个，分别穿套于2个滑杆之上，位于固定滑套下方，可沿滑杆上下滑动，可通过顶丝固定在滑杆上，固定滑套锁套用于限定固定滑套的位置。所述的温度监测系统主要由温度传感器406及测温托盘407组成。所述测温托盘407环套于压头之上，通过一顶丝固定，测温托盘置于摩擦上试样102之上，与之紧密接触。温度传感器固定在测温托盘上，探头部分插入摩擦上试样的偏心孔1023中，可以通过测得摩擦近表面的温度来监测硫磺摩擦过程中的温度变化。

如图12所示密封结构主要包括上端盖501、密封罩502、下端盖503及罩板504。所述密封结构为圆柱状，内部中空，固定在底座701之上。上端盖501、下端盖503和密封罩502构成相对封闭的环境，摩擦机构位于其内部，上端盖和下端盖中心个有一轴向通孔，上端盖中心轴向通孔与压头308配合，下端盖中心轴向通孔与旋转盘608相配合。上端盖中心轴向孔两侧均匀分布两个定位孔，用于安装滑杆404。沿密封罩周向设有2个窗口，可用于拆卸摩擦试样及观察摩擦机构的情况，在本实施方式中使用2个透明的罩板504来封闭窗口。密封罩同时还对其他机构起到支撑的作用。

如图13所示，所述传动机构包括伺服电机601、行星减速器602、同步带603、带轮604、圆头平键605、角接触球轴承607、轴承上压盖606及旋转盘608。所述行星减速器602通过平键连接在伺服电机601输出轴上，固定在底座701之上。行星减速器主要用来降低转速，增大输出扭矩，在本实施方式中所使用行星减速器减速能力为5:1，以提供合适输出扭矩。所述旋转盘608一端为内凹的圆盘，圆盘内中心有一柱形凸台，边缘设一偏心孔，用以固定摩擦下试样103，沿其外围均匀分布多个顶丝(在本实施方式中顶丝共设置3个)；旋转盘608另一端为阶梯状转轴，通过带轮604及同步带603与行星减速器输出轴相连。旋转盘与带轮之间通过圆头平键605配合，伺服电机提供的动力通过同步带及带轮传递给旋转盘，驱动旋转盘旋转，从而带动旋转盘内的摩擦下试样103旋转。旋转盘安放在密封罩的下端盖503之上，其下部转轴穿过下端盖中心轴向通孔，旋转盘转轴与中心孔之间安装有2个角接触球轴承607，旋转盘与角接触球轴承之间设有轴承上压盖606。传动机构作为摩擦机构的动力驱动部分。

如图13所示底座7主要包括底板701及支撑底板701的4个地脚702，底座用于支撑整个试验装置，4个地脚高度可调，可对试验装置进行调平，确保试验装置平稳运行。

如图3、4、11、13所示，所述扭矩传感器401、压头308、摩擦上试样102、摩擦下试样103、旋转盘608同轴线设计，载荷垂直均匀传递到摩擦面。

由以上方案所组成的本发明，其具体的使用方法如下：首先，需要安装试验试样。将摩擦下试样固定在旋转盘中，将护罩安装在摩擦下试样之外，通过顶丝固定。再将摩擦上试样套在压头下端，并安放在摩擦下试样之上，压紧。其次，添加硫磺。调节相应开关使三通中加料一侧连通，通过加料漏斗加入一定量的硫磺颗粒。接着，安装传感器。将温度传感器安装在测温托盘上，并保证其下端探头部分插在摩擦上试样的偏心孔中，压紧摩擦上试样，通过顶丝将测温托盘固定死，并安装好罩板。再将扭矩传感器安装在固定滑套上，并套在滑杆之上，扭矩传感器下方与压头上端相配合。然后，通过丝杠螺母副对杠杆进行调平，使杠杆板处于平衡，并通过固定砝码进行加载。最后，启动传动机构即可开展硫磺摩擦试验。值得注意的是，在安装摩擦试样时要保证摩擦下试样装平，保证摩擦上、下试样之间紧密接触；在试验开始时调解三通开关使三通中通气的一侧打开，通过微型气泵向摩擦面中通入空气；试验过程中也可以向系统中添加硫磺颗粒。一次试验结束之后更换摩擦试样时，按照相反的顺序操作即可。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述硫磺摩擦试验装置包括：摩擦机构、加料机构、加载机构、密封结构、检测系统、传动机构和底座；所述传动机构、密封结构及加载机构均位于底座之上；

所述密封结构包括：密封腔体和包围在所述密封腔体之外的密封罩；

所述摩擦机构位于所述密封腔体内部；所述摩擦机构包括：摩擦上试样和位于所述摩擦上试样之下的摩擦下试样，摩擦上试样的底面与摩擦下试样的顶面形成一对摩擦面；

加料机构，从所述密封罩外伸入到所述密封腔体之内并与所述摩擦上试样的底面连通；

所述加载机构与所述摩擦机构连接并对所述摩擦机构施加压力；

所述检测系统包括：扭矩传感器和温度传感器，所述扭矩传感器连接所述加载机构，所述温度传感器位于所述密封腔体中；

所述传动机构连接所述摩擦机构，使得摩擦上试样的底面与摩擦下试样的顶面之间形成滑动摩擦。

2.如权利要求1所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述摩擦上试样采用止推式环状结构，所述摩擦下试样采用盘状结构，所述摩擦上试样固定在所述密封腔体内部，所述摩擦下试样与所述传动机构连接。

3.如权利要求2所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述摩擦上试样的轴向设有与所述加料机构连接的进料孔，所述摩擦上试样的底面为环形平面，所述摩擦上试样设有多个环绕在所述进料孔周围的出料槽，所述出料槽与所述进料孔连通，并且所述出料槽倾斜向下延伸到所述摩擦上试样的底面，沿着所述摩擦上试样的径向方向，所述出料槽从所述摩擦上试样的中心到边缘逐渐收缩。

4.如权利要求2所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述传动机构包括：伺服电机、行星减速器和旋转盘，所述伺服电机与行星减速器同轴连接，所述行星减速器输出轴通过带轮及同步带与旋转盘连接，带动旋转盘旋转；所述旋转盘的转轴从下至上穿过所述密封罩的底部并连接到位于所述密封罩中所述摩擦下试样上。

5.如权利要求1所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述加载机构包括：横杆、吊杆、压头及支撑架，所述支撑架设置在所述底座上，所述横杆水平设置在所述密封罩上方，所述压头穿过所述密封罩的顶部并连接在所述横杆与所述摩擦上试样之间，所述吊杆和支撑架分别连接在所述横杆的两侧。

6.如权利要求5所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述压头的底部之外套设有测温托盘，温度传感器固定在测温托盘上并位于所述摩擦上试样的上方，所述温度传感器的探头距离摩擦上试样的底面小于等于4mm。

7.如权利要求5所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述压头为杆状结构，所述压头的底部连接在所述摩擦上试样的顶部，所述压头的底部设有透气孔，所述透气孔连通到所述压头的底面并且与所述摩擦上试样的进料孔连通。

8.如权利要求7所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述透气孔包括：沿所述压头轴向设置的盲孔，和侧向设置的侧孔，所述盲孔延伸到所述压头的底面，所述侧孔延伸到所述压头的侧面,所述盲孔和所述侧孔连通。

9.如权利要求1所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述硫磺摩擦试验装置还包括：

滑杆，竖直设置在所述密封罩的顶部；

滑套，能上下移动的设置在所述滑杆上；

锁紧装置，设置在所述滑杆上，对所述滑套定位；

其中，所述扭矩传感器固定在所述滑套上并连接在所述压头的顶部。

10.如权利要求3所述的硫磺摩擦试验装置，其特征在于，所述摩擦下试样的顶面为环状，从所述摩擦下试样的顶面的中央向上凸出有一个圆锥台，所述圆锥台具有倾斜的外锥面，所述外锥面连接在所述出料槽与所述摩擦下试样的顶面之间。