CN108051367B - 一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法 - Google Patents
一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108051367B CN108051367B CN201711440603.3A CN201711440603A CN108051367B CN 108051367 B CN108051367 B CN 108051367B CN 201711440603 A CN201711440603 A CN 201711440603A CN 108051367 B CN108051367 B CN 108051367B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- friction
- sample
- lever
- sulfur
- groove
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 104
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 104
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 238000011160 research Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000010998 test method Methods 0.000 title abstract description 15
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 94
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 52
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 18
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 9
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 claims description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 110
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 36
- 230000008569 process Effects 0.000 description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 241001411320 Eriogonum inflatum Species 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013064 chemical raw material Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/06—Investigating by removing material, e.g. spark-testing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Abstract
本发明提出一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，该试验研究系统包含：底座，包括底板及地脚；检测系统，包括多分力传感器以及温度传感器；密封结构，由上端盖、侧壁以及下端盖围合而成；摩擦机构，包括摩擦上试样以及摩擦下试样，摩擦上试样的下端头放置于摩擦下试样的摩擦凹槽内；加载机构，包括杠杆部、支撑部及压头组件，杠杆部枢接于支撑部的上端，支撑部的下端与底板相连接，压头组件的上端枢接于杠杆部，下端穿设于上端盖，并与摩擦上试样的上端相连接；传动机构，与摩擦下试样的下端相连接；加料机构，包含加料漏斗、三通阀门以及注气管；供气系统及尾气回收系统，供气系统与三通阀门连接，尾气回收系统与密封结构的内腔相连通。
Description
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系统与方法，具体而言，是一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，可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。
背景技术
硫磺是重要的化工原料，易燃易爆。其燃烧物二氧化硫对人体健康和环境具有重大伤害。在硫磺生产储运过程中，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，影响硫磺摩擦着火的因素有哪些，与硫磺遇明火发生燃烧是否相同基本没有人去研究。因此，通过试验模拟硫磺在实际摩擦工况下发生着火的情况，借此研究硫磺摩擦着火机理，是一种可行性较强的方法。
然而，目前研究硫磺摩擦着火的相关试验设备，由于其设备本身的限制，需要人员手动操作配比，并未配备尾气吸收模块，试验结束后有毒有害气体依旧会释放到大气中；仅提供了一个与加料机构共用的空气入口，未涉及供气装置，对于供应空气的速度对试验设备的散热影响无法得知，严重影响了对硫磺的摩擦着火行为的研究。
有鉴于此，本发明人根据从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，通过监测摩擦过程中摩擦试样的近表面摩擦温度场、摩擦力的变化，来研究硫磺在摩擦条件下的着火。
为此，本发明提出一种硫磺摩擦行为研究试验系统，其包含：
底座，包括一底板，所述底座另设置有四个能调节高度的地脚，各所述地脚对应安装于所述底板的四角处；
检测系统，包括一多分力传感器以及多个温度传感器；
密封结构，其是由上端盖、侧壁以及下端盖围合而成的封闭箱体，所述下端盖固定于所述底板上，所述侧壁上设置有透明视窗；
摩擦机构，位于所述密封结构内，其包括一呈柱状的摩擦上试样以及一摩擦下试样，所述摩擦上试样沿竖向设有一中心孔以及多个沿所述中心孔周向间隔设置的测温孔，其下端头放置于所述摩擦下试样上端的摩擦凹槽内，各所述测温孔内分别安装有一所述温度传感器；
加载机构，包括用于向所述摩擦机构施加载荷并能通过丝杠电机调节载荷位置的杠杆部、用于支撑所述杠杆部的支撑部以及传递载荷的压头组件，所述杠杆部沿水平方向放置，其枢接于所述支撑部的上端，所述支撑部的下端与所述底板相连接，所述压头组件的上端枢接于所述杠杆部，其下端穿设于上端盖，并与所述摩擦上试样的上端相连接，所述压头组件上安装有所述多分力传感器，并形成有一与所述中心孔相连通的加料通道；
传动机构，安装于所述底板上，并与所述摩擦下试样的下端相连接，用于驱动所述摩擦下试样旋转；
加料机构，设有一加料漏斗、一三通阀门以及一注气管，其第二端口能与所述加料通道相连通，所述三通阀门的第一端口连接所述加料漏斗，其第二端口与所述注气管的一端相连接，所述注气管的另一端穿设于所述上端盖，并与所述加料通道相连通；
供气系统及尾气回收系统，所述供气系统与所述三通阀门的第三端口相连接，所述尾气回收系统的一端与所述密封结构的内腔相连通。
如上所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其中，所述摩擦上试样的下端面为半椭圆球形表面，所述摩擦凹槽呈碗状，并与所述摩擦上试样下端面的形状相匹配，所述摩擦凹槽的槽底中心处设置有一锥形凸台，所述中心孔的下端口对应放置于所述锥形凸台上；
其中，所述摩擦上试样的下端面上形成有多个螺旋沟槽，其上端外侧形成有一环槽，所述中心孔下端处的周缘设置有倒角，所述摩擦凹槽的槽口处向内凸设有一挡环部，并在相邻于所述挡环部下侧的槽壁上凹设有一回流沟槽，所述挡环部与所述摩擦上试样的外侧面相密贴。
如上所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其中，所述杠杆部包含有两并列设置的杠杆板、一杠杆端座、所述丝杠电机、一位移传感器以及一放置砝码的砝码盘，两所述杠杆板之间通过杠杆板固定销相连接，所述杠杆端座固定于两所述杠杆板的一端上，所述丝杠电机的电机端及所述位移传感器固定在所述杠杆端座上，所述砝码盘与所述丝杠电机的丝杠相连接，其能在所述丝杠电机的驱动下在所述杠杆板上往复移动。
如上所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其中，所述杠杆板的上平面沿长度方向形成有一导向沟槽，所述砝码盘设有砝码底座，所述砝码底座沿所述杠杆板的长度方向设有螺孔，其上端面设有一能定位所述砝码的稳定立杆，其下端面上间隔安装有两个滚动轴承，所述丝杠电机的丝杆沿所述杠杆板的长度方向设置，并与所述砝码底座的螺孔相螺接，两所述滚动轴承能移动的嵌设于两所述导向沟槽内。
如上所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其中，所述支撑部包括：
一拉杆头，所述拉杆头的上端位于两所述杠杆板之间，并通过一所述杠杆板固定销与两所述杠杆板相枢接，其下端沿竖向形成有套接头；
一拉杆，所述拉杆由上至下包括一上螺纹段、一中间套杆段以及一下螺纹段，所述上螺纹段的端头与螺接于所述套接头内，所述下螺纹段的端头穿设于所述底板；
一拉杆套筒，套设在所述中间套杆段上，所述拉杆套筒的下端固定于所述底板上；
两调节螺母，对应螺接于所述上螺纹段及所述下螺纹段上，且所述下螺纹段上的所述调节螺母位于所述底板的下侧。
如上所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其中，所述压头组件包括一压头、一铜销、一压杆以及一圆法兰直线轴承，所述压头的上端位于两所述杠杆板之间，并通过所述铜销与两所述杠杆板相枢接，其下端与所述多分力传感器相连接，所述压杆的上端与所述多分力传感器相连接，其下端面凹设有一流道，其侧壁上设有一与所述流道相连通的入料口，所述压杆的下端固定于所述摩擦上试样的中心孔内，所述入料口与所述流道形成加料通道，所述圆法兰直线轴承固定于所述上端盖上的安装孔内，并套接于所述压杆上，其中，所述压头的上端面凹设有一安装槽；
其中，所述压头与所述杠杆板的枢接点，为所述杠杆板的长度方向的中点处，所述拉杆头与所述杠杆板的枢接点与所述杠杆板一端的距离，为所述杠杆板长度的三分之一。
如上所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其中，所述传动机构包括伺服电机、行星减速器、同步带、带轮、角接触球轴承、轴承上压盖以及旋转盘，所述伺服电机倒置安装在所述行星减速器上，所述行星减速器固定于所述底板上，其上端的输入轴通过平键与所述伺服电机的输出轴连接，其下端的输出轴能转动的凸出于所述底板的下表面；
所述旋转盘呈竖直放置，其下端凸出所述底板的下表面，并通过圆头平键与套接的所述带轮相连接，所述同步带对应绕设于所述带轮及所述行星减速器的输出轴上，所述角接触球轴承套接于所述旋转盘的外侧，其固定于所述下端盖形成有嵌孔内，所述轴承上压盖套设于所述旋转盘上，其相邻于所述角接触球轴承的上侧，所述旋转盘的上端凸伸于所述密封结构内，并位于所述摩擦下试样的正下方，其与所述摩擦下试样连接固定；
其中，所述旋转盘的上端面凹设有一中心定位槽，所述中心定位槽的槽底中心处设有一定位凸块，并在相邻于所述定位凸块的一侧设有一偏心槽，所述摩擦下试样的下端设有一定位凸台，所述定位凸台的下表面形成一中心凹槽，并相邻于所述中心凹槽的一侧形成一定位凹槽，所述定位凸台嵌设于所述中心定位槽处，所述定位凸块嵌设于所述中心凹槽内，所述偏心槽与所述定位凹槽相对，两者之间形成的空间内嵌设有一定位块。
如上所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其中，所述供气系统设有两电磁三通阀，两所述电磁三通阀的第一端口之间通过管线依次连接有流量计以及温湿度计，其中一所述电磁三通阀的第二端口及第三端口上对应连接有气泵及超声波加湿器，另一所述电磁三通阀的第二端口通过供气管与所述三通阀门的第三端口相连接，加热带设置在所述温湿度计与其中一所述电磁三通阀之间的所述管线上；
所述尾气回收系统设有一回收瓶，所述回收瓶的瓶口处密封有一瓶塞，所述瓶塞上插设有与所述回收瓶的内腔相连通的出气管及回收管，所述回收管的一端与所述密封结构的内腔相连通，所述回收瓶内装设有碱液，所述回收管的另一端深入所述碱液内。
如上所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其中，另设有一控制系统，所述控制系统包括有一PLC控制器、一PLC驱动器、一机械继电器以及一固态继电器，所述PLC控制器与所述PLC驱动器、所述机械继电器、所述固态继电器、所述多分力传感器、所述温度传感器、所述位移传感器、所述流量计以及所述温湿度计电连接，所述PLC驱动器与所述丝杠电机及伺服电机电连接，所述固态继电器与所述气泵、所述加热带以及所述超声波加湿器电连接，所述机械继电器与两所述电磁三通阀电连接；
其中，所述PLC控制器、所述PLC驱动器、所述机械继电器以及所述固态继电器放置于一外壳中。
本发明还提出一种采用上述的硫磺摩擦行为研究试验系统的方法，所述方法包括：
操作所述三通阀门，使其与所述加料漏斗相连通，并由所述加料漏斗中加入定量的硫磺颗粒，使所述硫磺颗粒经所述加料通道及所述中心孔进入所述摩擦凹槽内；
根据试验需要，在所述杠杆部上加载并调节砝码的位置，以通过所述压头组件对所述摩擦上试样施加设定的载荷，通过控制所述传动机构确定所述摩擦下试样的转速，并由所述供气系统设定进入所述密封结构的空气温度、湿度及流量；
通过所述供气系统向所述密封结构内注入空气，并由各所述温度传感器检测所述摩擦凹槽内的温度，当所述摩擦凹槽内的温度与进入空气的温度一致时，驱动所述传动机构带动所述摩擦下试样旋转，使所述硫磺颗粒在所述摩擦上试样及摩擦下试样之间研磨，并通过所述多分力传感器及所述温度传感器，对应记录所述压头组件处的摩擦扭矩、以及所述摩擦凹槽内的温度数据并输出；
通过所述透明视窗观察所述密封结构内的工况，当所述硫磺颗粒着火时，所述传动机构停止工作，所述述多分力传感器及所述温度传感器停止记录数据，关闭所述供气系统并打开所述尾气回收系统，使所述密封结构内的气体进入所述尾气回收系统内处理后向大气排放；
拆卸所述摩擦上试样及摩擦下试样，收集所述摩擦凹槽内的摩擦产物，放入样品瓶中，并将该样品瓶与所述摩擦机构一起放入密封袋中，并标记试验日期以及以下试验参数：试验载荷、摩擦下试样的转速、所述供气系统注入的空气温湿度及供气量、所述摩擦凹槽内硫磺加入量以及所述摩擦机构的材质。
本发明提供的硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，通过摩擦上试样及摩擦下试样形成的摩擦副配对形式，即能够保证充足的硫磺进入两者间的摩擦面进行摩擦，又能保证摩擦产物堆积在摩擦面周围，便于产物分析及硫磺摩擦行为的研究；通过将多个温度传感器直接安装在摩擦上试样上，安装更为方便，能同时测量多个部位的温度变化，以反映试验过程中的各种反应进程，测试更为准确，可以测试试验过程中的温度场变化；通过设置多分力传感器，能监测压头传来的力矩和摩擦试样间的正压力，从而反映摩擦过程中的摩擦面之间的摩擦力、摩擦系数的变化；通过设置加载机构，能够提供最低0N的法向载荷，并且载荷施加方便可以灵活调整。可以更好的模拟现场工况下硫磺的摩擦行为。
本发明提供的硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，通过设置供气系统，可以控制输入空气的流量、温度湿度等参数，更严谨的研究硫磺摩擦着火的机理；而尾气回收系统则能专门吸收硫磺摩擦过程中可能产生的有毒有害气体，使试验过程安全可靠。
总之，本发明提供的硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，规范了硫磺摩擦行为研究的流程，操作方式，便于与其他研究成果对比。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统的组成结构示意图(一)。
图2为本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统的组成结构示意图(二)。
图3为本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统的组成结构示意图(三)。
图4为本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统的局部剖视图。
图5为本发明中摩擦机构的与压杆连接的外观示意图。
图6为本发明中摩擦机构的与压杆、旋转盘连接的剖面图。
图7为本发明中摩擦机构的摩擦上试样的俯视图。
图8为本发明中摩擦机构的摩擦上试样的主视图。
图9为本发明中摩擦机构的摩擦下试样的剖面图。
图10为本发明中加料机构的组成结构示意图。
图11为本发明中加载机构的组成结构示意图。
图12为本发明中加载机构的砝码盘的结构示意图。
图13为本发明中加载机构的支撑部的组成结构示意图。
图14为本发明中加载机构的压头组件的组成结构示意图。
图15为本发明中压头组件与摩擦上试样、上端盖配合的示意图。
图16为本发明中密封结构安装于底座上的结构示意图。
图17为本发明中传动机构安装于底座上的组成结构示意图。
图18为本发明中供气系统的组成结构示意图。
图19为本发明中尾气回收系统的组成结构示意图。
图20为本发明中控制系统的外观示意图。
图21为本发明中控制系统内各部件的平面分布图。
图22为本发明中控制系统内各部件的立体分布图。
主要元件标号说明：
1、底座；11、底板；12、地脚；2、检测系统；21、多分力传感器；22、温度传感器；3、密封结构；31、上端盖；311、安装孔；32、侧壁；321、透明视窗；33、下端盖；331、嵌孔；4、摩擦机构；41、摩擦上试样；411、中心孔；412、测温孔；413、螺旋沟槽；414、环槽；42、摩擦下试样；421、摩擦凹槽；4211、锥形凸台；4212、挡环部；4213、回流沟槽；422、定位凸台；423、中心凹槽；424、定位凹槽；425、定位块；5、加载机构；51、杠杆部；511、杠杆板；5111、导向沟槽；512、杠杆端座；513、丝杠电机；514、位移传感器；515、砝码盘；5151、砝码底座；5152、螺孔；5153、滚动轴承；5154、稳定立杆；516、杠杆板固定销；510、砝码；52、支撑部；521、拉杆头；5211、套接头；522、拉杆；5221、上螺纹段；5222、中间套杆段；5223、下螺纹段；523、拉杆套筒；524、调节螺母；53、压头组件；531、压头；5311、安装槽；532、铜销；533、压杆；5331、流道；5332、入料口；534、圆法兰直线轴承；530、加料通道；6、传动机构；61、伺服电机；62、行星减速器；63、同步带；64、带轮；65、角接触球轴承；66、轴承上压盖；67、旋转盘；671、中心定位槽；672、定位凸块；673、偏心槽；7、加料机构；71、加料漏斗；72、三通阀门；73、注气管；81、供气系统；811、电磁三通阀；812、流量计；813、温湿度计；814、加热带；815、气泵；816、超声波加湿器；817、供气管；82、尾气回收系统；821、回收瓶；822、瓶塞；823、出气管；824、回收管；825、碱液；9、控制系统；91、PLC控制器；92、PLC驱动器；93、机械继电器；94、固态继电器；95、外壳。
具体实施方式
本发明提出一种硫磺摩擦行为研究试验系统，其包含：底座，包括一底板，所述底座另设置有四个能调节高度的地脚，各所述地脚对应安装于所述底板的四角处；检测系统，包括一多分力传感器以及多个温度传感器；密封结构，其是由上端盖、侧壁以及下端盖围合而成的封闭箱体，所述下端盖固定于所述底板上，所述侧壁上设置有透明视窗；摩擦机构，位于所述密封结构内，其包括一呈柱状的摩擦上试样以及一摩擦下试样，所述摩擦上试样沿竖向设有一中心孔以及多个沿所述中心孔周向间隔设置的测温孔，其下端头放置于所述摩擦下试样上端的摩擦凹槽内，各所述测温孔内分别安装有一所述温度传感器；加载机构，包括用于向所述摩擦机构施加载荷并能通过丝杠电机调节载荷位置的杠杆部、用于支撑所述杠杆部的支撑部以及传递载荷的压头组件，所述杠杆部沿水平方向放置，其枢接于所述支撑部的上端，所述支撑部的下端与所述底板相连接，所述压头组件的上端枢接于所述杠杆部，其下端穿设于上端盖，并与所述摩擦上试样的上端相连接，所述压头组件上安装有所述多分力传感器，并形成有一与所述中心孔相连通的加料通道；传动机构，安装于所述底板上，并与所述摩擦下试样的下端相连接，用于驱动所述摩擦下试样旋转；加料机构，设有一加料漏斗、一三通阀门以及一注气管，其第二端口能与所述加料通道相连通，所述三通阀门的第一端口连接所述加料漏斗，其第二端口与所述注气管的一端相连接，所述注气管的另一端穿设于所述上端盖，并与所述加料通道相连通；供气系统及尾气回收系统，所述供气系统与所述三通阀门的第三端口相连接，所述尾气回收系统的一端与所述密封结构的内腔相连通。
本发明还提出一种采用上述的硫磺摩擦行为研究试验系统的方法，所述方法包括：操作所述三通阀门，使其与所述加料漏斗相连通，并由所述加料漏斗中加入定量的硫磺颗粒，使所述硫磺颗粒经所述加料通道及所述中心孔进入所述摩擦凹槽内；根据试验需要，在所述杠杆部上加载并调节砝码的位置，以通过所述压头组件对所述摩擦上试样施加设定的载荷，通过控制所述传动机构确定所述摩擦下试样的转速，并由所述供气系统设定进入所述密封结构的空气温度、湿度及流量；通过所述供气系统向所述密封结构内注入空气，并由各所述温度传感器检测所述摩擦凹槽内的温度，当所述摩擦凹槽内的温度与进入空气的温度一致时，驱动所述传动机构带动所述摩擦下试样旋转，使所述硫磺颗粒在所述摩擦上试样及摩擦下试样之间研磨，并通过所述多分力传感器及所述温度传感器，对应记录所述压头组件处的摩擦扭矩、以及所述摩擦凹槽内的温度数据并输出；通过所述透明视窗观察所述密封结构内的工况，当所述硫磺颗粒着火时，所述传动机构停止工作，所述述多分力传感器及所述温度传感器停止记录数据，关闭所述供气系统并打开所述尾气回收系统，使所述密封结构内的气体进入所述尾气回收系统内处理后向大气排放；拆卸所述摩擦上试样及摩擦下试样，收集所述摩擦凹槽内的摩擦产物，放入样品瓶中，并将该样品瓶与所述摩擦机构一起放入密封袋中，并标记试验日期以及以下试验参数：试验载荷、摩擦下试样的转速、所述供气系统注入的空气温湿度及供气量、所述摩擦凹槽内硫磺加入量以及所述摩擦机构的材质。
本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，通过监测摩擦过程中摩擦试样的近表面摩擦温度场、摩擦力的变化，来研究硫磺在摩擦条件下的着火。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1为本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统的组成结构示意图(一)。图2为本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统的组成结构示意图(二)。图3为本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统的组成结构示意图(三)。图4为本发明的硫磺摩擦行为研究试验系统的局部剖视图。图5为本发明中摩擦机构的与压杆连接的外观示意图。图6为本发明中摩擦机构的与压杆、旋转盘连接的剖面图。图7为本发明中摩擦机构的摩擦上试样的俯视图。图8为本发明中摩擦机构的摩擦上试样的主视图。图9为本发明中摩擦机构的摩擦下试样的剖面图。图10为本发明中加料机构的组成结构示意图。图11为本发明中加载机构的组成结构示意图。图12为本发明中加载机构的砝码盘的结构示意图。图13为本发明中加载机构的支撑部的组成结构示意图。图14为本发明中加载机构的压头组件的组成结构示意图。图15为本发明中压头组件与摩擦上试样、上端盖配合的示意图。图16为本发明中密封结构安装于底座上的结构示意图。图17为本发明中传动机构安装于底座上的组成结构示意图。图18为本发明中供气系统的组成结构示意图。图19为本发明中尾气回收系统的组成结构示意图。图20为本发明中控制系统的外观示意图。图21为本发明中控制系统内各部件的平面分布图。图22为本发明中控制系统内各部件的立体分布图。
如图1至图4所示，本发明提出的硫磺摩擦行为研究试验系统，包含底座1、检测系统2、密封结构3、摩擦机构4、加载机构5、传动机构6加料机构7、供气系统81及尾气回收系统82，其中：
所述底座1包括一底板11，所述底座1另设置有四个能调节高度的地脚12，各所述地脚12对应安装于所述底板11的四角处。在组装时，各所述地脚12优选与底板11相互螺接，当然，各所述地脚12也可替换为液压缸、千斤顶等装置，在工作时，所述底座1用于支撑本发明，而通过4个地脚的高度调节，可对整个装置进行调平，确保试验装置平稳运行；
所述检测系统2包括一多分力传感器21以及多个温度传感器22；
如图16所示，所述密封结构3是由上端盖31、侧壁32以及下端盖33围合而成的封闭箱体，所述下端盖33固定于所述底板11上，所述侧壁32上设置有透明视窗321，可用于拆卸摩擦机构及观察摩擦机构的工况，至于所述透明视窗321的数量，在此不做限定，可根据实际需要而定，比如设置2个，在优选的实施方式中，可直接在侧壁32上开设窗口，并使用透明的罩板来封闭窗口，从而形成所述透明视窗321。
请一并参见图4、图5及图7，所述摩擦机构4位于所述密封结构3内，其包括一呈柱状的摩擦上试样41以及一摩擦下试样42，所述摩擦上试样41沿竖向设有一中心孔411以及多个沿所述中心孔411周向间隔设置的测温孔412，其下端头放置于所述摩擦下试样42上端的摩擦凹槽421内，各所述测温孔412内分别安装有一所述温度传感器22，在安装时，优选设置有四个测温孔412，并将所述温度传感器22的敏感端(探头部分)贴近所述摩擦上试样41的下端面，以便于更精确的检测摩擦过程中摩擦面的温度变化；
所述加载机构5，包括用于向所述摩擦机构4施加载荷并能通过丝杠电机513调节载荷位置的杠杆部51、用于支撑所述杠杆部51的支撑部52以及传递载荷的压头组件53，所述杠杆部51沿水平方向放置，其枢接于所述支撑部52的上端，所述支撑部52的下端与所述底板11相连接，所述压头组件53的上端枢接于所述杠杆部51，其下端穿设于上端盖31，并与所述摩擦上试样41的上端相连接，所述压头组件53上安装有所述多分力传感器21，并形成有一与所述中心孔411相连通的加料通道530；
所述传动机构6安装于所述底板11上，并与所述摩擦下试样42的下端相连接，用于驱动所述摩擦下试样42旋转；
如图10所示，设有一加料漏斗71、一三通阀门72以及一注气管73，其第二端口能与所述加料通道530相连通，所述三通阀门72的第一端口连接所述加料漏斗71，其第二端口与所述注气管73的一端相连接，所述注气管73的另一端穿设于所述上端盖31，并与所述加料通道530相连通，在使用时，在使用时，通过控制三通阀门72在加料漏斗71以及注气管73之间进行转换，可根据需要向摩擦机构在添加摩擦介质(硫磺颗粒)或空气，方便实用；
供气系统81及尾气回收系统82，所述供气系统81与所述三通阀门72的第三端口相连接，所述尾气回收系统82的一端与所述密封结构3的内腔相连通。
请参见图6、图8及图9，所述摩擦上试样41的下端面优选为半椭圆球形表面，所述摩擦凹槽421呈碗状，并与所述摩擦上试样41下端面的形状相匹配，以使所述摩擦机构4为半椭球—碗摩擦副，所述摩擦凹槽421的槽底中心处设置有一锥形凸台4211，方便硫磺向周围分散，所述中心孔411的下端口对应放置于所述锥形凸台4211上，使所述摩擦上试样41的下端面与摩擦凹槽421的槽底作为摩擦面时能紧密接触。其中，利用所述摩擦上试样41的半椭球形的下端面，可使各温度传感器与摩擦面的距离不同，以通过各温度传感器测得的温度来检测摩擦时的温度场以及摩擦面的温度变化。
较佳地，所述摩擦上试样41的下端面上形成有多个螺旋沟槽413，在试验过程中，在所述摩擦下试样42的旋转运动产生的离心力的作用下，硫磺颗粒通过螺旋沟槽413逐渐散入前述摩擦面处，所述摩擦上试样41的上端外侧形成有一环槽414，可方便拿取所述摩擦上试样41，所述中心孔411下端处的周缘设置有倒角，以便于硫磺从所述中心孔411顺着锥形凸台4211的斜面进入所述摩擦凹槽421以及所述螺旋沟槽413内，并为储存硫磺预留一定的空间，所述摩擦凹槽421的槽口处向内凸设有一挡环部4212，并在相邻于所述挡环部4212下侧的槽壁上凹设有一回流沟槽4213，可防止硫磺甩出所述摩擦凹槽421，所述挡环部4212与所述摩擦上试样41的外侧面相密贴。
如图11所示，所述杠杆部51包含有两并列设置的杠杆板511、一杠杆端座512、一所述丝杠电机513、一位移传感器514以及一放置砝码510的砝码盘515，两所述杠杆板511之间通过杠杆板固定销516相连接，所述杠杆端座512固定于两所述杠杆板511的一端上，所述丝杠电机513的电机端以及所述位移传感器514固定在所固定在所述杠杆端座512上，所述砝码盘515与所述丝杠电机513的丝杠相连接，其能在所述丝杠电机513的驱动下在所述杠杆板511上往复移动。
请参见图12及图13，所述杠杆板511的上平面沿长度方向形成有一导向沟槽5111，所述砝码盘515设有砝码底座5151，所述砝码底座5151沿所述杠杆板511的长度方向设有螺孔5152，其上端面设有一能定位所述砝码510的稳定立杆5154，其下端面上间隔安装有两个滚动轴承5153，所述丝杠电机513的丝杆沿所述杠杆板511的长度方向设置，并与所述砝码底座5151的螺孔5152相螺接，两所述滚动轴承5153能移动的嵌设于两所述导向沟槽5111内。在使用中，通过所述丝杠电机513可以驱动所述砝码底座5151在所述杠杆板511上移动，以改变所述砝码510在所述杠杆板511上的位置，调节对压头531所施加的载荷。另外，对于所述砝码510的数量，可根据实际需要，放置0到若干个，使所述杠杆部51能够提供最低0N的法向载荷。
优选的实施方式中，如图13所示，所述支撑部52包括：一拉杆头521，所述拉杆头521优选为一方头圆柱形，其上端位于两所述杠杆板511之间，并通过一所述杠杆板固定销516与两所述杠杆板511相枢接，其下端沿竖向形成有套接头5211，在具体组装时，可预先在两所述杠杆板511以及所述拉杆头521上沿同向(图中为所述杠杆板511的宽度方向)设置通孔，再对应穿设所述杠杆板固定销516，从而实现杠杆板511与拉杆头521的连接；
一拉杆522，所述拉杆522由上至下包括一上螺纹段5221、一中间套杆段5222以及一下螺纹段5223，所述上螺纹段5221的端头与螺接于所述套接头5211内，所述下螺纹段5223的端头穿设于所述底板11；
一拉杆套筒523，套设在所述中间套杆段5222上，所述拉杆套筒523的下端通过螺栓连接等方式固定于所述底板11上；
两调节螺母524，对应螺接于所述上螺纹段5221及所述下螺纹段5223上，且所述下螺纹段5223上的所述调节螺母524位于所述底板11的下侧，从而使所述拉杆522与两所述调节螺母形成一个丝杠螺母副，当需要调节所述杠杆板511的水平程度时，先行螺旋两所述调节螺母524远离所述拉杆套筒523，再上提或下放所述拉杆522，最后在旋转两所述调节螺母524靠近所述拉杆套筒523，以将所述拉杆522的位置固定，安全可靠。
请参见图14及图15，所述压头组件53包括一压头531、一铜销532、一压杆533以及一圆法兰直线轴承534，所述压头531的上端位于两所述杠杆板511之间，并通过所述铜销532与两所述杠杆板511相枢接，其下端与所述多分力传感器21相连接；
所述压杆533优选为圆柱形杆件，其上端与所述多分力传感器21相连接，其下端面凹设有一流道5331，其侧壁上设有一与所述流道5331相连通的入料口5332，所述压杆533的下端固定于所述摩擦上试样41的中心孔411内，从而向所述摩擦上试样41传递载荷，所述入料口5332与所述流道5331形成加料通道530，在组装时能直接与所述注气管73的另一端相连通，以便于向摩擦机构4中添加硫磺，并作为透气孔向摩擦机构4内提供空气及导出硫磺在摩擦过程中产生的气体，同时，还可作为使用内窥镜直接观测摩擦情况的通道；
所述圆法兰直线轴承534固定于所述上端盖31上的安装孔311内，并套接于所述压杆533上，通过圆法兰直线轴承534的限位，可以将压头531、压杆533的运动限定为上下直线运动，对压头531、压杆533的运动起导向作用，保证在摩擦过程中载荷垂直均匀作用于摩擦面，使摩擦上试样、摩擦下试样紧密接触，其中，所述压头531的上端面凹设有一安装槽5311，在组装时，可在该安装槽5311的槽底沿周向均布的设置4个小孔，使用螺钉与多分力传感器连接在一起，方便装配。其中，在具体制造时，优选所述中心孔411为一横截面为椭圆矩形或长圆形的通孔，而所述压杆533的下端与所述中心孔411的形状相匹配，既便于两者间的连接可靠紧固，又能防止两者在摩擦过程中相对转动。
为达到较佳的应用效果，在图示的结构中，优选所述压头531与所述杠杆板511的枢接点，为所述杠杆板511的长度方向的中点处，所述拉杆头521与所述杠杆板511的枢接点与所述杠杆板511一端的距离，为所述杠杆板511长度的三分之一。
请一并参见图17，所述传动机构6包括伺服电机61、行星减速器62、同步带63、带轮64、角接触球轴承65、轴承上压盖66以及旋转盘67，所述伺服电机61倒置安装在所述行星减速器62上，所述行星减速器62主要用来降低转速，增大输出扭矩，其固定于所述底板11上，其上端的输入轴通过平键与所述伺服电机61的输出轴连接，其下端的输出轴能转动的凸出于所述底板11的下表面，其中，优选所述行星减速器62的减速比为5:1；
所述旋转盘67呈竖直放置，其下端凸出所述底板11的下表面，并通过圆头平键与套接的所述带轮64相连接，所述同步带63对应绕设于所述带轮64及所述行星减速器62的输出轴上，以将所述伺服电机61提供的动力通过、所述行星减速器62、同步带63及带轮64传递给旋转盘67，所述角接触球轴承65套接于所述旋转盘67的外侧，其固定于所述下端盖33形成有嵌孔331内，所述轴承上压盖66套设于所述旋转盘67上，其相邻于所述角接触球轴承65的上侧，所述旋转盘67的上端凸伸于所述密封结构3内，并位于所述摩擦下试样42的正下方，其与所述摩擦下试样42连接固定，以带动摩擦下试样42转动，而所述摩擦上试样41与所述压杆533配合，在摩擦过程中固定不动，如此，便于在试验中经常更换摩擦上试样及摩擦下试样。在具体使用时，如图所示，优先所述旋转盘67优选包括一上圆盘以及与连接于该上圆盘底面的阶梯轴，以方便于组装及连接。
进一步地，所述旋转盘67的上端面凹设有一中心定位槽671，所述中心定位槽671的槽底中心处设有一定位凸块672，并在相邻于所述定位凸块672的一侧设有一偏心槽673，所述摩擦下试样42的下端设有一定位凸台422，所述定位凸台422的下表面形成一中心凹槽423，并相邻于所述中心凹槽423的一侧形成一定位凹槽424，所述定位凸台422嵌设于所述中心定位槽671处，所述定位凸台422嵌设于所述中心凹槽423内，所述偏心槽673与所述定位凹槽424相对，两者之间形成的空间内嵌设有一定位块425，从而对摩擦下试样42进行限定，更好的保证摩擦过程中摩擦下试样42随旋转盘67转动。由此，实现所述摩擦下试样42的下端置于所述旋转盘67之内，两者间通过中心凹槽423与定位凸台422等结构的相互配合，以固定所述摩擦下试样42在所述旋转盘67内的位置。另外，在具体组装时，优选所述多分力传感器21、压头531、摩擦上试样41、摩擦下试样42、旋转盘67为同轴线设计，使载荷能垂直均匀传递到上述摩擦面。
请一并参见图18及图19，所述供气系统81设有两电磁三通阀811，两所述电磁三通阀811的第一端口之间通过管线依次连接有流量计812以及温湿度计813，其中一所述电磁三通阀811的第二端口及第三端口上对应连接有气泵815及超声波加湿器816，另一所述电磁三通阀811的第二端口通过供气管817与所述三通阀门72的第三端口相连接，加热带814设置在所述温湿度计813与其中一所述电磁三通阀811之间的所述管线上，在工作时，所述气泵815将空气泵入管线中，所述超声波加湿器816用来提高空气的湿度，加热带814用来提高空气的温度，温湿度计813用来检测输入空气是否符合预设要求，流量计812用来测试输入空气的量是否符合要求，如果符合要求，另一电磁三通阀811打开并使空气通过所述三通阀门72等输入密封腔内，否则将空气输入到大气中；
所述尾气回收系统82设有一回收瓶821，所述回收瓶821的瓶口处密封有一瓶塞822，所述瓶塞822上插设有与所述回收瓶821的内腔相连通的出气管823及回收管824，所述回收管824的一端与所述密封结构3的内腔相连通，所述回收瓶821内装设有碱液，所述回收管824的另一端深入所述碱液825内。在硫磺燃烧后，其产生的酸性气体能通过回收管824进入所述回收瓶821的碱液中，碱液对输入气体中的酸气进行吸收，吸收后的无害气体通过出气管823排入大气中。
进一步地，请一并参见图20至图22，另设有一控制系统9，所述控制系统9包括有一PLC控制器91、一PLC驱动器92、一机械继电器93以及一固态继电器94，所述PLC控制器91与所述PLC驱动器92、所述机械继电器93、所述固态继电器94、所述多分力传感器21、所述温度传感器22、所述位移传感器514、所述流量计812以及所述温湿度计813电连接，所述PLC驱动器92与所述丝杠电机513及伺服电机61电连接，所述固态继电器94与所述加热带814、所述气泵815以及所述超声波加湿器816电连接，所述机械继电器93与两所述电磁三通阀811电连接，其中，所述PLC控制器91、所述PLC驱动器92、所述机械继电器93以及所述固态继电器94放置于一外壳95中。在实际应用时，还可将所述PLC控制器的指示灯、液晶触控显示面板、以及电源开关等安装于所述外壳的外表面上，以液晶触控显示面板用来设置和显示试验的各项参数，便于使用。
进一步地，所述杠杆部51还包含有一位移传感器514，所述位移传感器514固定在所述杠杆端座512上，其与所述PLC控制器91电连接。在实际应用中，利用所述位移传感器514，则可实施监测所述砝码盘515的位置，并反馈至所述PLC控制器。
在工作时，对于所述PLC控制器91而言，根据位移传感器514、温度传感器22的反馈数据，对应通过所述PLC驱动器92控制所述丝杠电机513及伺服电机61的运行参数；根据所述流量计812及温湿度计813的反馈数据，对应通过所述机械继电器93控制所述电磁三通阀811的通断，以及通过所述固态继电器94控制所述气泵815、所述加热带814以及所述超声波加湿器817的工作状态。需说明的是，对于上述各部件间的具体连接方式以及工作原理等，与现有技术大致类似，在此不再赘述。
本发明还提出一种上述硫磺摩擦行为研究试验系统的方法，所述方法包括：
1)操作所述三通阀门72，使其与所述加料漏斗71相连通，并由所述加料漏斗71中加入定量的硫磺颗粒，使所述硫磺颗粒经所述加料通道530及所述中心孔411进入所述摩擦凹槽421内；
2)根据试验需要，在所述杠杆部51上加载并调节砝码的位置，以通过所述压头组件53对所述摩擦上试样41施加设定的载荷，通过控制所述传动机构6确定所述摩擦下试样42的转速，并由所述供气系统81设定进入所述密封结构3的空气温度、湿度及流量；
3)通过所述供气系统81向所述密封结构3内注入空气，并由各所述温度传感器22检测所述摩擦凹槽421内的温度，当所述摩擦凹槽421内的温度与进入空气的温度一致时，驱动所述传动机构6带动所述摩擦下试样42旋转，使所述硫磺颗粒在所述摩擦上试样41及摩擦下试样42之间研磨，并通过所述多分力传感器21及所述温度传感器22，对应记录所述压头组件53处的摩擦扭矩、以及所述摩擦凹槽421内的温度数据并输出；
4)通过所述透明视窗321观察所述密封结构3内的工况，当所述硫磺颗粒着火时，所述传动机构6停止工作，所述述多分力传感器21及所述温度传感器22停止记录数据，关闭所述供气系统81并打开所述尾气回收系统82，使所述密封结构3内的气体进入所述尾气回收系统82内处理后向大气排放。
5)拆卸所述摩擦上试样41及摩擦下试样42，收集所述摩擦凹槽421内的摩擦产物，放入样品瓶中，并将该样品瓶与所述摩擦机构4一起放入密封袋中，并标记试验日期以及以下试验参数：试验载荷、摩擦下试样的转速、所述供气系统81注入的空气温湿度及供气量、所述摩擦凹槽421内硫磺加入量以及所述摩擦机构4的材质。
进一步地，当本发明设置控制系统9后，可按流程控制试验的载荷、电机转速、供气系统81中空气的温度、湿度以及流量等，比如：
在步骤2)中，根据砝码的重量以及位移传感器，所述PLC控制器91通过所述PLC驱动器92控制所述丝杠电机513工作，移动砝码底座5151来调整砝码盘的位置，改变砝码所施加载荷的力矩，使所述摩擦上试样41、摩擦下试样42间的法向载荷为设定值，其中，对于多分力传感器21、温度传感器22测得的摩擦力矩、温度数据，可实时显示在液晶触控显示面板上；
在步骤3)中，当试验开始后，所述PLC控制器91根据设定值，控制PLC驱动器92、机械继电器93以及固态继电器94工作，具体而言，控制所述气泵815工作，并将两所述电磁三通阀811打开与大气连通，向供气系统81的管道内通入一定流量的空气，再向大气排放，在此过程中，通过所述流量计812、温湿度813测试所述供气系统81内空气的温湿度和气流量，然后根据需要，控制所述超声波加湿器816或加热带814工作，或者通过所述气泵815调整供气量，当所述供气系统81内的空气温度、湿度和流量均符合设定值时，控制所述电磁三通阀811，使所述供气系统81通过所述加料机构7向密封结构3的内腔中供气，使所述密封结构中因试验产生的废气通过所述回收管824进入回收瓶821，净化后的空气被排入大气中；
当摩擦上试样41各测试点的温度和通入空气的温度一致时，所述PLC控制器91通过所述PLC驱动器92控制伺服电机61按设定的速度运转，而所述多分力传感器21、温度传感器22测得的摩擦力矩、温度数据，则实时传递至PLC控制器予以记录。
在步骤4)中，当硫磺着火时，所述PLC控制器91停止记录摩擦扭矩及各测温点的温度变化并保存试验数据，同时，通过所述PLC驱动器92停止伺服电机61，并控制丝杠电机513带动砝码盘移动到载荷为0处；通过所述固态继电器94关闭加热带814和超声波加湿器816，而气泵则继续工作，供应空气为摩擦机构4降至室温；之后，控制所述电磁三通阀811调整为向大气排放，再关闭气泵815即可。
本发明提供的硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，通过摩擦上试样及摩擦下试样形成的摩擦副配对形式，即能够保证充足的硫磺进入两者间的摩擦面进行摩擦，又能保证摩擦产物堆积在摩擦面周围，便于产物分析及硫磺摩擦行为的研究；通过将多个温度传感器直接安装在摩擦上试样上，安装更为方便，能同时测量多个部位的温度变化，以反映试验过程中的各种反应进程，测试更为准确，可以测试试验过程中的温度场变化；通过设置多分力传感器，能监测压头传来的力矩和摩擦试样间的正压力，从而反映摩擦过程中的摩擦面之间的摩擦力、摩擦系数的变化；通过设置加载机构，能够提供最低0N的法向载荷，并且载荷施加方便可以灵活调整。可以更好的模拟现场工况下硫磺的摩擦行为。
本发明提供的硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，通过设置供气系统，可以控制输入空气的流量、温度湿度等参数，更严谨的研究硫磺摩擦着火的机理；而尾气回收系统则能专门吸收硫磺摩擦过程中可能产生的有毒有害气体，使试验过程安全可靠。
总之，本发明提供的硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法，规范了硫磺摩擦行为研究的流程，操作方式，便于与其他研究成果对比。
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。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)
1.一种硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，所述硫磺摩擦行为研究试验系统包含：
底座(1)，包括一底板(11)，所述底座(1)另设置有四个能调节高度的地脚(12)，各所述地脚(12)对应安装于所述底板(11)的四角处；
检测系统(2)，包括一多分力传感器(21)以及多个温度传感器(22)；
密封结构(3)，其是由上端盖(31)、侧壁(32)以及下端盖(33)围合而成的封闭箱体，所述下端盖(33)固定于所述底板(11)上，所述侧壁(32)上设置有透明视窗(321)；
摩擦机构(4)，位于所述密封结构(3)内，其包括一呈柱状的摩擦上试样(41)以及一摩擦下试样(42)，所述摩擦上试样(41)沿竖向设有一中心孔(411)以及多个沿所述中心孔(411)周向间隔设置的测温孔(412)，其下端头放置于所述摩擦下试样(42)上端的摩擦凹槽(421)内，各所述测温孔(412)内分别安装有一所述温度传感器(22)；
加载机构(5)，包括用于向所述摩擦机构(4)施加载荷并能通过丝杠电机(513)调节载荷位置的杠杆部(51)、用于支撑所述杠杆部(51)的支撑部(52)以及传递载荷的压头组件(53)，所述杠杆部(51)沿水平方向放置，其枢接于所述支撑部(52)的上端，所述支撑部(52)的下端与所述底板(11)相连接，所述压头组件(53)的上端枢接于所述杠杆部(51)，其下端穿设于上端盖(31)，并与所述摩擦上试样(41)的上端相连接，所述压头组件(53)上安装有所述多分力传感器(21)，并形成有一与所述中心孔(411)相连通的加料通道(530)；
传动机构(6)，安装于所述底板(11)上，并与所述摩擦下试样(42)的下端相连接，用于驱动所述摩擦下试样(42)旋转；
加料机构(7)，设有一加料漏斗(71)、一三通阀门(72)以及一注气管(73)，其第二端口能与所述加料通道(530)相连通，所述三通阀门(72)的第一端口连接所述加料漏斗(71)，其第二端口与所述注气管(73)的一端相连接，所述注气管(73)的另一端穿设于所述上端盖(31)，并与所述加料通道(530)相连通；
供气系统(81)及尾气回收系统(82)，所述供气系统(81)与所述三通阀门(72)的第三端口相连接，所述尾气回收系统(82)的一端与所述密封结构(3)的内腔相连通。
2.如权利要求1所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，所述摩擦上试样(41)的下端面为半椭圆球形表面，所述摩擦凹槽(421)呈碗状，并与所述摩擦上试样(41)下端面的形状相匹配，所述摩擦凹槽(421)的槽底中心处设置有一锥形凸台(4211)，所述中心孔(411)的下端口对应放置于所述锥形凸台(4211)上；
其中，所述摩擦上试样(41)的下端面上形成有多个螺旋沟槽(413)，其上端外侧形成有一环槽(414)，所述中心孔(411)下端处的周缘设置有倒角，所述摩擦凹槽(421)的槽口处向内凸设有一挡环部(4212)，并在相邻于所述挡环部(4212)下侧的槽壁上凹设有一回流沟槽(4213)，所述挡环部(4212)与所述摩擦上试样(41)的外侧面相密贴。
3.如权利要求1或2所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，所述杠杆部(51)包含有两并列设置的杠杆板(511)、一杠杆端座(512)、所述丝杠电机(513)、一位移传感器(514)以及一放置砝码(510)的砝码盘(515)，两所述杠杆板(511)之间通过杠杆板固定销(516)相连接，所述杠杆端座(512)固定于两所述杠杆板(511)的一端上，所述丝杠电机(513)的电机端以及所述位移传感器(514)固定在所述杠杆端座(512)上，所述砝码盘(515)与所述丝杠电机(513)的丝杠相连接，其能在所述丝杠电机(513)的驱动下在所述杠杆板(511)上往复移动。
4.如权利要求3所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，所述杠杆板(511)的上平面沿长度方向形成有一导向沟槽(5111)，所述砝码盘(515)设有砝码底座(5151)，所述砝码底座(5151)沿所述杠杆板(511)的长度方向设有螺孔(5152)，其上端面设有一能定位所述砝码(510)的稳定立杆(5154)，其下端面上间隔安装有两个滚动轴承(5153)，所述丝杠电机(513)的丝杆沿所述杠杆板(511)的长度方向设置，并与所述砝码底座(5151)的螺孔(5152)相螺接，两所述滚动轴承(5153)能移动的嵌设于两所述导向沟槽(5111)内。
5.如权利要求3所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，所述支撑部(52)包括：
一拉杆头(521)，所述拉杆头(521)的上端位于两所述杠杆板(511)之间，并通过一所述杠杆板固定销(516)与两所述杠杆板(511)相枢接，其下端沿竖向形成有套接头(5211)；
一拉杆(522)，所述拉杆(522)由上至下包括一上螺纹段(5221)、一中间套杆段(5222)以及一下螺纹段(5223)，所述上螺纹段(5221)的端头与螺接于所述套接头(5211)内，所述下螺纹段(5223)的端头穿设于所述底板(11)；
一拉杆套筒(523)，套设在所述中间套杆段(5222)上，所述拉杆套筒(523)的下端固定于所述底板(11)上；
两调节螺母(524)，对应螺接于所述上螺纹段(5221)及所述下螺纹段(5223)上，且所述下螺纹段(5223)上的所述调节螺母(524)位于所述底板(11)的下侧。
6.如权利要求5所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，所述压头组件(53)包括一压头(531)、一铜销(532)、一压杆(533)以及一圆法兰直线轴承(534)，所述压头(531)的上端位于两所述杠杆板(511)之间，并通过所述铜销(532)与两所述杠杆板(511)相枢接，其下端与所述多分力传感器(21)相连接，所述压杆(533)的上端与所述多分力传感器(21)相连接，其下端面凹设有一流道(5331)，其侧壁上设有一与所述流道(5331)相连通的入料口(5332)，所述压杆(533)的下端固定于所述摩擦上试样(41)的中心孔(411)内，所述入料口(5332)与所述流道(5331)形成加料通道(530)，所述圆法兰直线轴承(534)固定于所述上端盖(31)上的安装孔(311)内，并套接于所述压杆(533)上，其中，所述压头(531)的上端面凹设有一安装槽(5311)；
其中，所述压头(531)与所述杠杆板(511)的枢接点，为所述杠杆板(511)的长度方向的中点处，所述拉杆头(521)与所述杠杆板(511)的枢接点与所述杠杆板(511)一端的距离，为所述杠杆板(511)长度的三分之一。
7.如权利要求6所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，所述传动机构(6)包括伺服电机(61)、行星减速器(62)、同步带(63)、带轮(64)、角接触球轴承(65)、轴承上压盖(66)以及旋转盘(67)，所述伺服电机(61)倒置安装在所述行星减速器(62)上，所述行星减速器(62)固定于所述底板(11)上，其上端的输入轴通过平键与所述伺服电机(61)的输出轴连接，其下端的输出轴能转动的凸出于所述底板(11)的下表面；
所述旋转盘(67)呈竖直放置，其下端凸出所述底板(11)的下表面，并通过圆头平键与套接的所述带轮(64)相连接，所述同步带(63)对应绕设于所述带轮(64)及所述行星减速器(62)的输出轴上，所述角接触球轴承(65)套接于所述旋转盘(67)的外侧，其固定于所述下端盖(33)形成有嵌孔(331)内，所述轴承上压盖(66)套设于所述旋转盘(67)上，其相邻于所述角接触球轴承(65)的上侧，所述旋转盘(67)的上端凸伸于所述密封结构(3)内，并位于所述摩擦下试样(42)的正下方，其与所述摩擦下试样(42)连接固定；
其中，所述旋转盘(67)的上端面凹设有一中心定位槽(671)，所述中心定位槽(671)的槽底中心处设有一定位凸块(672)，并在相邻于所述定位凸块(672)的一侧设有一偏心槽(673)，所述摩擦下试样(42)的下端设有一定位凸台(422)，所述定位凸台(422)的下表面形成一中心凹槽(423)，并相邻于所述中心凹槽(423)的一侧形成一定位凹槽(424)，所述定位凸台(422)嵌设于所述中心定位槽(671)处，所述定位凸台(422)嵌设于所述中心凹槽(423)内，所述偏心槽(673)与所述定位凹槽(424)相对，两者之间形成的空间内嵌设有一定位块(425)。
8.如权利要求4或7所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，所述供气系统(81)设有两电磁三通阀(811)，两所述电磁三通阀(811)的第一端口之间通过管线依次连接有流量计(812)以及温湿度计(813)，其中一所述电磁三通阀(811)的第二端口及第三端口上对应连接有气泵(815)及超声波加湿器(816)，另一所述电磁三通阀(811)的第二端口通过供气管(817)与所述三通阀门(72)的第三端口相连接，加热带(814)设置在所述温湿度计(813)与其中一所述电磁三通阀(811)之间的所述管线上；
所述尾气回收系统(82)设有一回收瓶(821)，所述回收瓶(821)的瓶口处密封有一瓶塞(822)，所述瓶塞(822)上插设有与所述回收瓶(821)的内腔相连通的出气管(823)及回收管(824)，所述回收管(824)的一端与所述密封结构(3)的内腔相连通，所述回收瓶(821)内装设有碱液，所述回收管(824)的另一端深入所述碱液内。
9.如权利要求8所述的硫磺摩擦行为研究试验系统，其特征在于，另设有一控制系统(9)，所述控制系统(9)包括有一PLC控制器(91)、一PLC驱动器(92)、一机械继电器(93)以及一固态继电器(94)，所述PLC控制器(91)与所述PLC驱动器(92)、所述机械继电器(93)、所述固态继电器(94)、所述多分力传感器(21)、所述温度传感器(22)、所述位移传感器(514)、所述流量计(812)以及所述温湿度计(813)电连接，所述PLC驱动器(92)与所述丝杠电机(513)及伺服电机(61)电连接，所述固态继电器(94)与所述气泵(815)、所述加热带(814)以及所述超声波加湿器(816)电连接，所述机械继电器(93)与两所述电磁三通阀(811)电连接；
其中，所述PLC控制器(91)、所述PLC驱动器(92)、所述机械继电器(93)以及所述固态继电器(94)放置于一外壳(95)中。
10.一种采用如权利要求1至9任一项所述的硫磺摩擦行为研究试验系统的方法，其特征在于，所述方法包括：
1)操作所述三通阀门(72)，使其与所述加料漏斗(71)相连通，并由所述加料漏斗(71)中加入定量的硫磺颗粒，使所述硫磺颗粒经所述加料通道(530)及所述中心孔(411)进入所述摩擦凹槽(421)内；
2)根据试验需要，在所述杠杆部(51)上加载并调节砝码的位置，以通过所述压头组件(53)对所述摩擦上试样(41)施加设定的载荷，通过控制所述传动机构(6)确定所述摩擦下试样(42)的转速，并由所述供气系统(81)设定进入所述密封结构(3)的空气温度、湿度及流量；
3)通过所述供气系统(81)向所述密封结构(3)内注入空气，并由各所述温度传感器(22)检测所述摩擦凹槽(421)内的温度，当所述摩擦凹槽(421)内的温度与进入空气的温度一致时，驱动所述传动机构(6)带动所述摩擦下试样(42)旋转，使所述硫磺颗粒在所述摩擦上试样(41)及摩擦下试样(42)之间研磨，并通过所述多分力传感器(21)及所述温度传感器(22)，对应记录所述压头组件(53)处的摩擦扭矩、以及所述摩擦凹槽(421)内的温度数据并输出；
4)通过所述透明视窗(321)观察所述密封结构(3)内的工况，当所述硫磺颗粒着火时，所述传动机构(6)停止工作，所述多分力传感器(21)及所述温度传感器(22)停止记录数据，关闭所述供气系统(81)并打开所述尾气回收系统(82)，使所述密封结构(3)内的气体进入所述尾气回收系统(82)内处理后向大气排放；
5)拆卸所述摩擦上试样(41)及摩擦下试样(42)，收集所述摩擦凹槽(421)内的摩擦产物，放入样品瓶中，并将该样品瓶与所述摩擦机构(4)一起放入密封袋中，并标记试验日期以及以下试验参数：试验载荷、摩擦下试样的转速、所述供气系统(81)注入的空气温湿度及供气量、所述摩擦凹槽(421)内硫磺加入量以及所述摩擦机构(4)的材质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711440603.3A CN108051367B (zh) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | 一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711440603.3A CN108051367B (zh) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | 一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108051367A CN108051367A (zh) | 2018-05-18 |
| CN108051367B true CN108051367B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=62128244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711440603.3A Active CN108051367B (zh) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | 一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108051367B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113109538A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-13 | 北京理工大学 | 旋转式摩擦感度测试装置和方法 |
| CN113109539A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-13 | 北京理工大学 | 摩擦感度快速测试装置和方法 |
Citations (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2645902A1 (de) * | 1976-10-18 | 1978-04-13 | Sp K Bjuro Razrabotke Avtomati | Maschine zur reib- und verschleisspruefung von werkstoffproben |
| KR20030024184A (ko) * | 2001-09-17 | 2003-03-26 | 한국기계연구원 | 회전기계요소의 다기능 마찰 및 마모시험기 |
| JP2004012172A (ja) * | 2002-06-04 | 2004-01-15 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 摩擦試験機 |
| KR20050029292A (ko) * | 2003-09-20 | 2005-03-25 | 학교법인고려중앙학원 | 정밀 마찰시험기 |
| CN1828264A (zh) * | 2006-04-18 | 2006-09-06 | 燕山大学 | 径向滑动轴承摩擦磨损在线测量试验机 |
| CN1878926A (zh) * | 2003-09-05 | 2006-12-13 | 亿万奇环球技术公司 | 径向扩张系统 |
| WO2007006210A1 (fr) * | 2005-07-09 | 2007-01-18 | Yanshan University | Testeur de fatigue à contact roulant pour inspecter l'état simulé de travail |
| JP2007017423A (ja) * | 2005-06-08 | 2007-01-25 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | 摩擦試験方法及び摩擦試験機 |
| CN101153835A (zh) * | 2006-09-27 | 2008-04-02 | 中国石油大学(北京) | 滑台式套管磨损试验机 |
| CN101832898A (zh) * | 2009-12-16 | 2010-09-15 | 安徽工业大学 | 一种卧式端面摩擦磨损试验机 |
| CN102759489A (zh) * | 2011-04-27 | 2012-10-31 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 多功能真空摩擦磨损试验机 |
| CN103792187A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-05-14 | 中国石油大学(北京) | 一种磁屏蔽复合式摩擦磨损试验机 |
| CN104502268A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-08 | 中国石油大学(北京) | 硫磺摩擦试验装置 |
| JP2015107769A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 住友ゴム工業株式会社 | タイヤの摩擦力評価方法 |
| CN105716981A (zh) * | 2016-04-13 | 2016-06-29 | 中国石油大学(北京) | 一种立式磁屏蔽往复摩擦磨损试验机 |
| CN106404579A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-02-15 | 华南理工大学 | 一种可变重力取向的摩擦磨损试验机及试验方法 |
| RU2015133559A (ru) * | 2015-08-10 | 2017-02-15 | Владимир Иванович Колесников | Многофункциональная машина трения (варианты) |
| CN107132183A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-09-05 | 中国石油大学(北京) | 一种卧式磁屏蔽往复式摩擦磨损试验机 |
| CN207650088U (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-24 | 中国石油大学(北京) | 一种硫磺摩擦行为研究试验系统 |
-
2017
- 2017-12-27 CN CN201711440603.3A patent/CN108051367B/zh active Active
Patent Citations (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2645902A1 (de) * | 1976-10-18 | 1978-04-13 | Sp K Bjuro Razrabotke Avtomati | Maschine zur reib- und verschleisspruefung von werkstoffproben |
| KR20030024184A (ko) * | 2001-09-17 | 2003-03-26 | 한국기계연구원 | 회전기계요소의 다기능 마찰 및 마모시험기 |
| JP2004012172A (ja) * | 2002-06-04 | 2004-01-15 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 摩擦試験機 |
| CN1878926A (zh) * | 2003-09-05 | 2006-12-13 | 亿万奇环球技术公司 | 径向扩张系统 |
| KR20050029292A (ko) * | 2003-09-20 | 2005-03-25 | 학교법인고려중앙학원 | 정밀 마찰시험기 |
| JP2007017423A (ja) * | 2005-06-08 | 2007-01-25 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | 摩擦試験方法及び摩擦試験機 |
| WO2007006210A1 (fr) * | 2005-07-09 | 2007-01-18 | Yanshan University | Testeur de fatigue à contact roulant pour inspecter l'état simulé de travail |
| CN1828264A (zh) * | 2006-04-18 | 2006-09-06 | 燕山大学 | 径向滑动轴承摩擦磨损在线测量试验机 |
| CN101153835A (zh) * | 2006-09-27 | 2008-04-02 | 中国石油大学(北京) | 滑台式套管磨损试验机 |
| CN101832898A (zh) * | 2009-12-16 | 2010-09-15 | 安徽工业大学 | 一种卧式端面摩擦磨损试验机 |
| CN102759489A (zh) * | 2011-04-27 | 2012-10-31 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 多功能真空摩擦磨损试验机 |
| JP2015107769A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 住友ゴム工業株式会社 | タイヤの摩擦力評価方法 |
| CN103792187A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-05-14 | 中国石油大学(北京) | 一种磁屏蔽复合式摩擦磨损试验机 |
| CN104502268A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-08 | 中国石油大学(北京) | 硫磺摩擦试验装置 |
| RU2015133559A (ru) * | 2015-08-10 | 2017-02-15 | Владимир Иванович Колесников | Многофункциональная машина трения (варианты) |
| CN105716981A (zh) * | 2016-04-13 | 2016-06-29 | 中国石油大学(北京) | 一种立式磁屏蔽往复摩擦磨损试验机 |
| CN106404579A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-02-15 | 华南理工大学 | 一种可变重力取向的摩擦磨损试验机及试验方法 |
| CN107132183A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-09-05 | 中国石油大学(北京) | 一种卧式磁屏蔽往复式摩擦磨损试验机 |
| CN207650088U (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-24 | 中国石油大学(北京) | 一种硫磺摩擦行为研究试验系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 全尺寸石油套管冲击滑动复合磨损试验机的研制;储胜利;樊建春;张来斌;温东;李杰;;润滑与密封(第07期);全文 * |
| 初始温度对湿法成型硫磺燃烧爆炸特性影响的试验研究;代濠源;樊建春;孙莉;刘迪;于艳秋;王学岐;于学胜;;中国安全生产科学技术(第03期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108051367A (zh) | 2018-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108051367B (zh) | 一种硫磺摩擦行为研究试验系统及其试验方法 | |
| KR102166660B1 (ko) | 밸브 동작 정밀성 테스트장치 | |
| CN107436260B (zh) | 一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统 | |
| KR100426970B1 (ko) | 회전기계요소의 다기능 마찰 및 마모시험기 | |
| KR100925383B1 (ko) | Oled용 글러브 박스 | |
| CN207650088U (zh) | 一种硫磺摩擦行为研究试验系统 | |
| CN104913870B (zh) | 摩擦力测量装置及测量方法 | |
| CN104502268B (zh) | 硫磺摩擦试验装置 | |
| CN104316434B (zh) | 地层水气体溶解度测定装置 | |
| CN104998575B (zh) | 一种可连续监测pH值的酸性溶液配制装置及其监测和配制方法 | |
| CN113218774B (zh) | 一种矿用微胶囊阻化剂抗压强度试验系统及试验方法 | |
| CN111399568B (zh) | 一种用于力学测试微小腔体环境的多闭环温湿度控制系统 | |
| CN207349055U (zh) | 一种油泵试验台 | |
| US5967017A (en) | Rotational displacement apparatus with ultra-low torque and high thrust load capability | |
| CN205748889U (zh) | 一种流体输送用旋转接头寿命试验台 | |
| CN105628558A (zh) | 用于测量压裂液破胶黏度的装置和方法 | |
| CN111122274A (zh) | 全自动粉尘发生装置 | |
| CN110082263A (zh) | 一种非牛顿液体流变特性的过程检测装置及其计算方法 | |
| CN203299395U (zh) | 一种建筑材料表面氡析出率智能化检测系统 | |
| CN205301157U (zh) | 一种多功能气体检测实验装置 | |
| CN202393667U (zh) | 测定气体黏度的装置 | |
| CN202939104U (zh) | 丙酸气体静态检测装置 | |
| CN113494262A (zh) | 暂堵剂裂缝封堵承压实验装置 | |
| CN110491268A (zh) | 一种用于实验教学的机械密封测试装置及方法 | |
| CN215986043U (zh) | 一种气体混合箱及可燃气体报警器测试装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |