CN105043913B - 温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统，包括转速调节装置、温度可控的封闭油盒、转矩测量装置、温度调节的液压控制系统、液压加载系统、控制器、热电偶传感器、加热电阻、机架；本发明提供一种结构简单、直观易操作、试验精度高且可实现智能控制油液的温度，有助于试件之间油膜的建立，而且稳定性好，可以减少材料摩擦磨损的损耗。

Description

温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种摩擦磨损试验系统，尤其是针对实际摩擦条件下智能控制的一种温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统。

背景技术

摩擦与磨损是材料失效的三种主要形式（磨损、腐蚀和断裂）之一，材料的失效往往会造成巨大的损失，很多情况下为了减少零部件之间的摩擦磨损会选择油润滑等方式，使得相互接触和相对运动的表面之间建立起油膜，从而减小摩擦力，降低磨损。因此，摩擦磨损的研究在诸多领域都有着重要的意义，而摩擦磨损现象、理论、影响因素以及减磨耐磨材料的研究离不开摩擦磨损试验系统。摩擦磨损性能对接触条件非常敏感，润滑条件以及润滑剂的温度是摩擦磨损实验的两项重要指标。目前国内很多老式摩擦磨损试验机由于受到通用性的制约，不能模拟很多零件的实际摩擦条件，在实验过程中油液飞溅严重且不能对油液的温度进行有效控制从而实现油膜的建立。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有摩擦磨损试验系统的不足，提供一种温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统，该温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统不仅可以智能控制油液的温度以建立试件间的油膜，而且稳定性好，可以测量材料在高压或者高转速下的摩擦性能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统，包括转速调节装置、温度可控的封闭油盒、力矩测量装置、温度调节的液压控制系统、液压加载系统、控制器、热电偶传感器、加热电阻、机架等；其中，

所述转速调节装置包括上试件夹具、主轴、皮带轮、同步带和伺服电机；上试件夹具固定连接在主轴的一端，皮带轮固定连接在主轴的另一端；皮带轮和伺服电机之间设置同步带；伺服电机安装在机架上；

所述温度可控的封闭油盒包括下油盒、上油盒；下油盒和上油盒固定连接，上油盒的上部开有主轴孔，主轴穿设在上油盒上；上油盒的中部开有进油口，用于输入冷油液；下油盒的底部外壁开有力矩轮安装孔；下油盒的底部内壁开有温度采集孔和定位销孔，温度采集孔内设置热电偶传感器，定位销孔用于固定下试件；下油盒的左下部开有回油孔，中部开有加热电阻孔，加热电阻孔上布置有加热电阻；

所述力矩测量装置包括力矩轮、第一压力传感器、第二压力传感器、钢丝绳、推力球轴承、轴承座；力矩轮通过力矩轮安装孔与下油盒连接；力矩轮与推力球轴承的轴圈相连；推力球轴承的座圈安装在轴承座上；轴承座安装在机架上；轴承座的底部布置第二压力传感器；钢丝绳的一端与力矩轮的轮圈相连，另一端与第一压力传感器相连；第一压力传感器安装在机架上；

所述温度调节的液压控制系统包括第一油箱、进油过滤器、第一泵电机组、第一溢流阀、风冷却器、电磁比例节流阀和回油过滤器；进油过滤器一端与第一油箱连接，另一端与第一泵电机组的进油口连接；第一泵电机组的出油口分别与电磁比例节流阀的进油口和第一溢流阀进油口连接；第一溢流阀出油口与第一油箱连接；电磁比例节流阀的出油口与上油盒上的进油口相连；风冷却器的一端与第一油箱相连，另一端与回油过滤器的一端相连；回油过滤器的另一端与下油盒上的回油孔相连；

所述液压加载系统包括柱塞液压缸、节流阀、电磁卸荷阀、负荷保持阀、电磁加载阀、第二溢流阀、第二泵电机组、过滤器、第二油箱；过滤器的一端与第二油箱相连，另一端与第二泵电机组的进油口相连；第二泵电机组的处油口均与第二溢流阀的进油口、节流阀的一端、电磁卸荷阀的第一油口和电磁加载阀的第一油口相连；第二溢流阀的出油口与第二油箱相连；节流阀的另一端与柱塞液压缸的进油口相连，柱塞液压缸的出油口与电磁卸荷阀的第二油口相连；电磁加载阀的第二油口与负荷保持阀的一端相连，负荷保持阀的另一端与第二油箱相连；

所述风冷却器、电磁比例节流阀、伺服电机、热电偶传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、加热电阻、电磁卸荷阀、电磁加载阀均与控制器相连。

进一步地，所述温度可控的封闭油盒还包括O型密封圈、轴部密封圈；所述O型密封圈设置在下油盒和上油盒之间；轴部密封圈设置在上油盒和主轴之间。

进一步不地，所述下油盒和上油盒通过螺栓固定连接。

本发明的有益效果主要表现在：本温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统采用液压自动加载、温度智能控制的方式，方便、简单、易操作而且稳定性好，可以减少材料摩擦磨损的损耗更符合零部件的实际摩擦磨损工况。

附图说明

图1是本发明的系统图；

图2是本发明的温度可控的封闭油盒的放大图；

图3是本发明控制器结构图；

图4是本发明系统控制流程图；

图中，第一油箱1、进油过滤器2、第一泵电机组3、控制器4、第一溢流阀5、风冷却器6、电磁比例节流阀7、回油过滤器8、回油孔9、下油盒10、O型密封圈11、上油盒12、进油口13、伺服电机14、上试件夹具15、同步带16、皮带轮17、主轴18、轴部密封圈19、加热电阻孔20、定位销孔21、温度采集孔22、力矩轮23、轴承座24、柱塞液压缸25、节流阀26、电磁卸荷阀27、负荷保持阀28、电磁加载阀29、第二溢流阀30、第二泵电机组31、过滤器32、第二油箱33。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1-2所示，本发明试验系统包括转速调节装置、温度可控的封闭油盒、力矩测量装置、温度调节的液压控制系统、液压加载系统、控制器、热电偶传感器（图中未示出）、机架（图中未示出）；其中，

所述转速调节装置包括上试件夹具15、主轴18、皮带轮17、同步带16和伺服电机14；上试件夹具15固定连接在主轴18的一端，皮带轮17固定连接在主轴18的另一端；皮带轮17和伺服电机14之间设置同步带16；伺服电机14安装在机架上。

所述温度可控的封闭油盒包括下油盒10、O型密封圈11、上油盒12、轴部密封圈19；下油盒10和上油盒12通过螺栓固定连接，两者之间设置O型密封圈11；上油盒12的上部开有主轴孔，主轴18穿设在上油盒12上；在上油盒12和主轴18之间设置轴部密封圈19，使得油盒形成一个温度可控封闭空间；上油盒12的中部开有进油口13，用于输入流量可调的冷油液；下油盒10的底部外壁开有力矩轮安装孔；下油盒10的底部内壁开有温度采集孔22和定位销孔21，温度采集孔22内设置热电偶传感器，定位销孔21用于固定下试件；下油盒10的左下部开有回油孔9，中部开有加热电阻孔20，加热电阻孔20上布置有加热电阻，根据实时监测的温度进行加热；

所述力矩测量装置包括力矩轮23、第一压力传感器（图中未示出）、第二压力传感器（图中未示出）、钢丝绳（图中未示出）、推力球轴承（图中未示出）、轴承座24；力矩轮23通过力矩轮安装孔与下油盒10连接；力矩轮23与推力球轴承的轴圈相连，推力球轴承的座圈安装在轴承座24上；轴承座24的底部布置第二压力传感器，轴承座24安装在机架上；钢丝绳的一端与力矩轮23的轮圈相连，另一端与第一压力传感器相连；第一压力传感器安装在机架上；下试件通过定位销将转矩传递给油盒，油盒将转矩传递给与力矩轮23的轮圈相连的钢丝绳，使得钢丝绳发生变形，从而使得与钢丝绳相连的第一压力传感器产生压力信号，从而实现力矩的测量。

所述温度调节的液压控制系统包括第一油箱1、进油过滤器2、第一泵电机组3、第一溢流阀5、风冷却器6、电磁比例节流阀7和回油过滤器8；进油过滤器2一端与第一油箱1连接，另一端与第一泵电机组3的进油口连接，进油过滤器2的作用是为过滤液压油中的杂质颗粒保证液压元件正常运行；第一泵电机组3为系统提供压力油液；第一泵电机组3的出油口分别与电磁比例节流阀7的进油口和第一溢流阀5进油口连接；第一溢流阀5出油口与第一油箱1连接，第一溢流阀5保证系统的安全；电磁比例节流阀7的出油口与上油盒12上的进油口13相连；风冷却器6的一端与第一油箱1相连，另一端与回油过滤器8的一端相连；回油过滤器8的另一端与下油盒10上的回油孔9相连；回油过滤器8的作用是为过滤润滑油中掺杂的磨屑和杂质；电磁比例节流阀7根据实时监测的温度进行流量的准确控制；风冷却器6有一转速可调的风扇对油液进行冷却保证油液的温度正常调节。

所述液压加载系统包括柱塞液压缸25、节流阀26、电磁卸荷阀27、负荷保持阀28、电磁加载阀29、第二溢流阀30、第二泵电机组31、过滤器32、第二油箱33；过滤器32的一端与第二油箱33相连，另一端与第二泵电机组31的进油口相连；第二泵电机组31的出油口分别与第二溢流阀30的进油口、节流阀26的一端、电磁卸荷阀27的第一油口和电磁加载阀29的第一油口相连；第二溢流阀30的出油口与第二油箱33相连；节流阀26的另一端与柱塞液压缸25的进油口相连，柱塞液压缸25的出油口与电磁卸荷阀27的第二油口相连；电磁加载阀29的第二油口与负荷保持阀28的一端相连，负荷保持阀28的另一端与第二油箱33相连；所述负荷保持阀28可通过其平衡孔使负荷保持，活塞稳定在一定位置上；由于轴承座24的底部布置有第二压力传感器，由第二压力传感器将压力输入控制器与预置压力比较，通过伺服电机14的旋转控制压力油的平衡状态从而实现加载力的恒定控制。

风冷却器6、电磁比例节流阀7、伺服电机14、热电偶传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、加热电阻、电磁卸荷阀27、电磁加载阀29均与控制器相连;所述控制器的型号为PCI-1711L，但不限于此。

如图3所示，所述的控制器包括电源模块、温度检测模块、力检测模块、变频/驱动模块、压力流量控制模块和工控机微处理模块六个部分；其中，电源模块将外部输入电源引入电路并通过稳压芯片产生稳定低电压，为其他模块提供相应的工作电压；工控机微处理器模块作为核心控制部分，用来获取力检测模块和温度检测模块的反馈信号，并向变频/驱动模块、压力流量控制模块和温度检测模块发送控制信号，同时通过通信串口与工控机通信；变频/驱动模块接收工控机微处理器模块的控制信号，驱动伺服电机14、风冷却器6、第一泵电机组3和第二泵电机组31的转动；力检测模块连接第一压力传感器和第二压力传感器，将第一、第二传感器的信号处理后发送至工控机微处理器模块作为反馈信号；温度检测模块连接热电偶传感器和加热电阻，实现与工控机微处理器模块的温度交互以及在其控制下加热电阻工作；压力流量控制模块接收工控机微处理器模块的控制信号，控制电磁加载阀29、电磁卸荷阀27的开闭换向和电磁比例节流阀7的开度。

如图4所示，所述的温度调节系统的控制方式为：当有信号输入时先判定其类别，如果为温度信号则先预设为调节温度，然后读取热电偶传感器的信号并将其传输至工控机微处理器模块，将该温度信号与预设温度进行比较，如果温度过低则减小电磁比例节流阀7的开度和开启加热电阻并返回再次读取热电偶信号；如果温度过高增加电磁比例节流阀7的开度和加速风冷却器6的电机转速，并返回再次读取热电偶信号；如果温度与预设温度一致则保持风冷却器6的电机、电磁比例节流阀7和加热电阻的状态。最后再次判断是否有信号输入并根据结果返回至信号判定或读取热电偶信号。

所述的液压加载系统的控制方式为：当有信号输入时先判定其类别，如果为压力信号则先预设为加载力，然后读取轴承座24下的第二压力传感器的信号并将其传输至工控机微处理器模块，将该压力信号与预设压力进行比较，如果压力过低则通过连接负荷保持阀28的步进电机的转动，打破液压油的平衡状态并通过电磁加载阀29加载并返回再次读取第二压力传感器信号；如果压力过高则通过连接负荷保持阀28的步进电机的转动，打破液压油的平衡状态并通过卸荷电磁阀卸荷27并返回再次读取第二压力传感器信号；如果压力与预设压力一致则保持负荷保持阀28的步进电机和电磁加载阀29或负荷保持阀28的状态。并根据结果返回至信号判定或读取第二压力传感器信号。

Claims (3)

1.一种温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统，其特征在于，包括转速调节装置、温度可控的封闭油盒、力矩测量装置、温度调节的液压控制系统、液压加载系统、控制器、热电偶传感器、加热电阻、机架；其中，

所述转速调节装置包括上试件夹具（15）、主轴（18）、皮带轮（17）、同步带（16）和伺服电机（14）；上试件夹具（15）固定连接在主轴（18）的一端，皮带轮（17）固定连接在主轴（18）的另一端；皮带轮（17）和伺服电机（14）之间设置同步带（16）；伺服电机（14）安装在机架上；

所述温度可控的封闭油盒包括下油盒（10）、上油盒（12）；下油盒（10）和上油盒（12）固定连接，上油盒（12）的上部开有主轴孔，主轴（18）穿设在上油盒（12）上；上油盒（12）的中部开有进油口（13），用于输入冷油液；下油盒（10）的底部外壁开有力矩轮安装孔；下油盒（10）的底部内壁开有温度采集孔（22）和定位销孔（21），温度采集孔（22）内设置热电偶传感器，定位销孔（21）用于固定下试件；下油盒（10）的左下部开有回油孔（9），中部开有加热电阻孔（20），加热电阻孔（20）上布置有加热电阻；

所述力矩测量装置包括力矩轮（23）、第一压力传感器、第二压力传感器、钢丝绳、推力球轴承、轴承座（24）；力矩轮（23）通过力矩轮安装孔与下油盒（10）连接；力矩轮（23）与推力球轴承的轴圈相连；推力球轴承的座圈安装在轴承座（24）上；轴承座（24）安装在机架上；轴承座（24）的底部布置第二压力传感器；钢丝绳的一端与力矩轮（23）的轮圈相连，另一端与第一压力传感器相连；第一压力传感器安装在机架上；

所述温度调节的液压控制系统包括第一油箱（1）、进油过滤器（2）、第一泵电机组（3）、第一溢流阀（5）、风冷却器（6）、电磁比例节流阀（7）和回油过滤器（8）；进油过滤器（2）一端与第一油箱（1）连接，另一端与第一泵电机组（3）的进油口连接；第一泵电机组（3）的出油口分别与电磁比例节流阀（7）的进油口和第一溢流阀（5）进油口连接；第一溢流阀（5）出油口与第一油箱（1）连接；电磁比例节流阀（7）的出油口与上油盒（12）上的进油口（13）相连；风冷却器（6）的一端与第一油箱（1）相连，另一端与回油过滤器（8）的一端相连；回油过滤器（8）的另一端与下油盒（10）上的回油孔（9）相连；

所述液压加载系统包括柱塞液压缸（25）、节流阀（26）、电磁卸荷阀（27）、负荷保持阀（28）、电磁加载阀（29）、第二溢流阀（30）、第二泵电机组（31）、过滤器（32）、第二油箱（33）；过滤器（32）的一端与第二油箱（33）相连，另一端与第二泵电机组（31）的进油口相连；第二泵电机组（31）的出油口均与第二溢流阀（30）的进油口、节流阀（26）的一端、电磁卸荷阀（27）的第一油口和电磁加载阀（29）的第一油口相连；第二溢流阀（30）的出油口与第二油箱（33）相连；节流阀（26）的另一端与柱塞液压缸（25）的进油口相连，柱塞液压缸（25）的出油口与电磁卸荷阀（27）的第二油口相连；电磁加载阀（29）的第二油口与负荷保持阀（28）的一端相连，负荷保持阀（28）的另一端与第二油箱（33）相连；

所述风冷却器（6）、电磁比例节流阀（7）、伺服电机（14）、热电偶传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、加热电阻、电磁卸荷阀（27）、电磁加载阀（29）均与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述温度可控的封闭油盒还包括O型密封圈（11）、轴部密封圈（19）；所述O型密封圈（11）设置在下油盒（10）和上油盒（12）之间；轴部密封圈（19）设置在上油盒（12）和主轴（18）之间。

3.根据权利要求1所述的一种温度可控的油润滑摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述下油盒（10）和上油盒（12）通过螺栓固定连接。