CN108871990A - 一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机 - Google Patents

Abstract

一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，腐蚀磨损槽包括内箱和外箱，内箱设于外箱内，内箱的顶部固定于外箱的顶部，内箱、外箱的顶部设有对齐的开口，内箱外壁和外箱内壁之间填充流体介质；主轴安装于内箱和外箱的同一侧，主轴外端伸出外箱的侧壁并和驱动装置相连接，下试样的上方安装上试样；温度测控装置包括自动控温加热器、加热管和控温管，加热管设于外箱内的流体介质中，控温管设于内箱内填充的磨料中，加热管和控温管均与自动控温加热器连接。本发明具有准确检测材料的抗腐蚀磨粒磨损性能、操作方便、成本低廉等优点。本发明属于磨损检测技术领域。

Description

一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机

技术领域

本发明属于磨损检测技术领域，尤其涉及一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机。

背景技术

工程机械，如建筑、矿山和饲料颗粒机等都存在不同程度的腐蚀三体磨粒磨损。此工况下，材料常常处于循环应力作用下，并处于高于室温的腐蚀介质中，同时经历磨损和腐蚀的过程——即磨蚀。磨蚀时，金属表面受机械的作用而发生磨损，不同于纯磨损和纯腐蚀，金属在这种复杂环境工况中会加速失效，该过程同时遭受物理、机械、化学、电化学等因素的影响。在现有技术中，普通的三体磨料磨损试验机无法完成对腐蚀环境的磨损测试。申请号为CN201621034232.X的专利记录了一种耐磨试验机，可用于腐蚀介质环境下的三体磨损，也能控制磨料桶内的磨料温度，但是其将加热装置直接放入磨料桶内对磨料进行加热和温度控制，因此对完成不同温度下材料的三体腐蚀磨损试验不够精准；同时不对安装工件的表面做处理以及搅拌方式力度较小，因此对工件表面的模拟磨损工况环境也不够准。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，它能对温度、湿度、磨粒尺寸、磨损速度和磨损载荷进行选择，模拟不同温度、湿度及不同的腐蚀磨粒磨损工况环境，准确检测材料的抗腐蚀磨粒磨损性能，操作方便，成本低廉，具有重要的实用意义。

一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，包括驱动装置、腐蚀磨损槽、主轴、磨料、流体介质、温度测控装置，腐蚀磨损槽包括内箱和外箱，内箱设于外箱内，内箱的顶部固定于外箱的顶部，内箱、外箱的顶部设有对齐的开口，内箱外壁和外箱内壁之间填充流体介质；主轴安装于内箱和外箱的同一侧，主轴外端伸出外箱的侧壁并和驱动装置相连接，主轴内端伸入内箱中，且伸入内箱中的主轴上安装下试样，下试样的上方安装上试样；温度测控装置包括自动控温加热器、加热管和控温管，加热管设于外箱内的流体介质中，控温管设于内箱内填充的磨料中，加热管和控温管均与自动控温加热器连接。采用此结构，能控制试验机在不同温度和湿度下的腐蚀磨损试验，试验机在模拟磨损工况时对磨料温度、湿度的控制更为精准，对金属的磨损试验更精准。

优选的，还包括泡沫盖板，泡沫盖板扣合于腐蚀磨损槽的上方。采用此结构，可以减少磨料和水或油温度的流失，又可以进一步减小磨料湿度的降低。

优选的，下试样呈环状，且下试样的表面具有交叉沟槽。采用此结构，能较好地带动磨料卷入与上试样组成的磨损区，更好地进行磨损试验。

优选的，还包括螺旋组件，螺旋组件安装于主轴内端。采用此结构，能对磨料进行搅拌，磨料更均匀，从而使得磨损加快速度。

优选的，螺旋组件包括安装环和若干螺旋叶片，螺旋叶片均匀设置于安装环的外侧壁上，且螺旋叶片向主轴外端弯曲。采用此结构，能将磨料推向磨损区域。

优选的，还包括压锤，压锤设于外箱顶部开口的上方，压锤下部安装有用于安装上试样的试样安装夹。采用此结构，能通过控制压锤重量以控制上试样和下试样之间的压力，实现控制三体磨粒磨损中应力大小。

优选的，内箱和外箱的左侧壁上开设同轴心的主轴孔，主轴安装于主轴孔后，在主轴和主轴孔之间的缝隙用聚四氟氯乙烯密封。采用此结构，能避免内外箱之间不会发生物质交换，保证试验稳定进行。

优选的，驱动装置包括动电机和皮带轮机构，驱动电机和皮带轮机构相连接，皮带轮机构和主轴外端相连接。采用此结构，稳定驱动转轴，试验稳定进行。

优选的，流体介质为水或油。采用此结构，加热或保温效果较好。

优选的，内箱和外箱均采用不锈钢板制成，且内箱和外箱焊接在一起。采用此结构，避免磨料、流体介质腐蚀内箱和外箱，设备使用更长久。

本发明的有益效果：在冲击磨损试验机上搭载试验环境模拟环境和温度测控装置，使试验机既能较确切地模拟饲料颗粒机环模不同温度、湿度腐蚀三体磨粒磨损工况，又能较合理地开展金属材料温度下三体磨损与腐蚀交互作用的研究，试验机设计合理、运行平稳、操作简单，实验结果可重现性好；本发明在腐蚀磨损槽的上方设有泡沫盖板，因此可以减少磨料和水或油温度的流失，又可以进一步减小磨料湿度的降低；本发明在下试样的表面设有交叉沟槽，同时又在主轴内端安装弯曲的螺旋组件，因此能对磨料进行搅拌，并能将磨料更多地推向磨损区域，加快磨损速度；本发明在上试样的上方设有压锤，因此能通过控制压锤重量以控制上试样和下试样之间的压力，实现控制三体磨粒磨损中应力大小；本发明在主轴和主轴孔之间的缝隙用聚四氟氯乙烯密封，能避免内外箱之间不会发生物质交换，保证试验稳定进行。

附图说明

图1为本发明中的结构示意图。

图2为本发明中上试样与试样夹头的装配结构示意图。

图3为本发明中主轴的结构示意图。

图4为本发明中的腐蚀磨损槽的结构示意图。

其中，1-驱动电机，2-皮带轮机构，3-上试样，4-压锤，5-试样安装夹，6-自动控温加热器，7-加热管，8-控温管，9-主轴，10-螺旋组件，11-下试样，12-内箱，13-泡沫盖板，14-聚四氟氯乙烯，15-外箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的具体说明。

一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，它包括驱动装置、腐蚀磨损槽、主轴、压锤；主轴安装于腐蚀磨损槽上并伸入腐蚀磨损槽内，主轴外端和驱动装置连接，驱动装置驱动主轴以及主轴内端安装的试样转动，主轴内端试样的上方设有压锤，压锤下方安装有用于安装上试样的试样安装夹。

腐蚀磨损槽包括内箱和外箱，内箱设于外箱内，且内箱顶部焊接于外箱顶部，内箱的底部、侧壁均与外箱的内壁之间有一定的距离。内箱和外箱的左侧壁上开设有同轴心的主轴孔，主轴穿过外箱和内箱上的主轴孔，主轴内端伸入内箱内。主轴外端从外箱的侧壁伸出，主轴安装后，用聚四氟氯乙烯将主轴和主轴孔之间的孔隙密封。主轴的外端和驱动装置相连接。内箱和外箱均采用不锈钢板制成。内箱用于盛放腐蚀磨料，磨料淹没上、下试样组成的磨损核心区域。外箱注入水或油，起到加热和保温内箱的作用。

驱动装置包括驱动电机和皮带轮机构，驱动电机和皮带轮机构相连接，皮带轮机构和主轴外端相连接；驱动电机驱动皮带轮机构转动，进而驱动主轴转动。

主轴伸入内箱中的一段安装有下试样，下试样呈环状，下试样的表面设有交叉纹沟，可以更好的卷带磨料进入磨损区域；主轴内端安装有螺旋组件，螺旋组件随主轴一起转动，以搅拌内箱中的磨料，使磨料更加均匀。螺旋组件包括安装环和若干螺旋叶片，螺旋叶片均匀设置于安装环的外侧壁上，且螺旋叶片向主轴外端弯曲。下试样的上方的内箱、外箱均开口，外箱开口的上部设有压锤，压锤下方安装有试样安装夹，试样安装夹用于安装上试样，上试样安装后位于内箱内并和下试样相接触。通过设置压锤的重量可控制压锤作用在上试样的压力，从而控制上试样和环状下试样之间的压力，实现控制三体磨粒磨损中的应力大小。

温度测控装置包括自动控温加热器、加热管和控温管，加热管设于外箱内且位于内箱和外箱之间，用以对外箱内的介质(水或油)进行加热，从而实现对内箱的均匀加热和内箱各部分的温度升降的同步性；控温管设于内箱内，控温管用以对内箱中的磨料的温度进行测量；加热管、控温管均和自动控温加热器连接。控温管对内箱中的磨料的温度进行测量，并将测量的温度传递给自动控温加热器，自动控温加热器控制对外箱中的介质进行加热或冷却，从而对内箱进行加热或冷却，进而使得内箱中的磨料的温度达到试验设定值，保证试验条件，以完成试验。通过温度测控装置以及内、外箱的设计，实现对试验中的磨料的均匀加热和温度精准控制，从而模拟试验更准确，试验结果更可靠。

本实施例中，腐蚀磨损槽的上部扣住泡沫盖板，泡沫盖板可以减少磨料和水或油温度的流失，又可以减少内箱中的磨料湿度的降低。

本发明的工作过程：配置腐蚀磨料以精确模拟工况的磨料环境；驱动装置驱动主轴转动，下试样、螺旋组件随着主轴转动，下试样的转动实现磨料和试样的磨损，同时下试样的表面设有交叉纹沟，以便带动更多磨料卷入与上试样组成的磨损区域；同时螺旋组件的叶片向下试样的一侧弯曲，从而螺旋组件在转动时搅拌磨料并推动更多磨料进入磨损区域，模拟出三体磨粒磨损环境；通过设置压锤的重量可控制压锤作用在上试样的压力，控制上试样和呈环状的下试样之间的压力，以控制三体磨粒磨损中应力大小；试验时，设定磨料的温度，自动控温加热器控制加热管对外箱中的介质进行加热，以对内箱中的磨料进行加热到设定温度，同时试验过程中自动控温加热器通过控温管对内箱中的磨料进行测温，内箱内温度不达标时，控制加热管启动对外箱内介质的加热，保持对内箱中的磨料温度的恒定，进而精确模拟工况温度环境。

饲料颗粒机环模服役的工况有如下特点：

(1)温度：饲料的粉末在挤压成型之前的温度可达80℃，在磨损时，温度可能达到更高；

(2)湿度：饲料粉末挤压成型的湿度要求在水含量质量分数达到15％；

(3)挤压：由于饲料粉末进入环模孔的倒角处是通过挤压成型的，故形成一个三体的结构；

(4)磨损：饲料粉末中常掺杂一些矿物质，故饲料粉末在通过环模模孔的过程中，即对环模磨壁有挤压力，又相对磨壁表面进行磨损(三体磨损)。

根据上述饲料颗粒机环模的情况，设计的一种可用于不同温度和湿度下腐蚀的三体磨粒磨损试验机的主要技术性能和参数如下：

(1)试验温度：20～90℃、温控精度±1℃；

(2)下试样转速：0-300rpm；

(3)主轴旋转频率：0-300次/分；

(4)腐蚀介质：酸性，中性，碱性均可；

(5)磨料粒度：≤4mm；

(6)试样尺寸：上试样的形状和尺寸可以根据需要改变，下试样的形状为具有交叉纹沟的环状试样，尺寸可调；

(7)腐蚀磨损槽的体积≤10L；

(8)温度测控：测量并控制磨料的温度。

在以上严酷的工况下，饲料颗粒机环模承受温度作用下和潮湿介质的腐蚀、饲料粉末中掺杂的矿物质颗粒(莫氏硬度为6)，在挤压的情况下环模磨壁切向运动，形成带有一定压力的三体磨损，同时，腐蚀和磨损之间相互促进，使环模的服役寿命仅为几个月，导致生产成本上升，且不利于正常生产运转

本发明的测试材料，以遭受腐蚀磨损的材料为主，包括高分子材料、钢铁材料、有色金属及复合材料等等。本发明不限于冲击磨损试验机，还可用于往复摩擦磨损试验机等。

上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：包括驱动装置、腐蚀磨损槽、主轴、磨料、流体介质、温度测控装置，腐蚀磨损槽包括内箱和外箱，内箱设于外箱内，内箱的顶部固定于外箱的顶部，内箱、外箱的顶部设有对齐的开口，内箱外壁和外箱内壁之间填充流体介质；主轴安装于内箱和外箱的同一侧，主轴外端伸出外箱的侧壁并和驱动装置相连接，主轴内端伸入内箱中，且伸入内箱中的主轴上安装下试样，下试样的上方安装上试样；温度测控装置包括自动控温加热器、加热管和控温管，加热管设于外箱内的流体介质中，控温管设于内箱内填充的磨料中，加热管和控温管均与自动控温加热器连接。

2.根据权利要求1所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：还包括泡沫盖板，泡沫盖板扣合于腐蚀磨损槽的上方。

3.根据权利要求1所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：下试样呈环状，且下试样的表面具有交叉沟槽。

4.根据权利要求1或3所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：还包括螺旋组件，螺旋组件安装于主轴内端。

5.根据权利要求4所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：螺旋组件包括安装环和若干螺旋叶片，螺旋叶片均匀设置于安装环的外侧壁上，且螺旋叶片向主轴外端弯曲。

6.根据权利要求1所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：还包括压锤，压锤设于外箱顶部开口的上方，压锤下部安装有用于安装上试样的试样安装夹。

7.根据权利要求1所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：内箱和外箱的左侧壁上开设同轴心的主轴孔，主轴安装于主轴孔后，在主轴和主轴孔之间的缝隙用聚四氟氯乙烯密封。

8.根据权利要求1所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：驱动装置包括动电机和皮带轮机构，驱动电机和皮带轮机构相连接，皮带轮机构和主轴外端相连接。

9.根据权利要求1所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：流体介质为水或油。

10.根据权利要求1所述一种可用于不同温度和湿度下的腐蚀三体磨粒磨损试验机，其特征在于：内箱和外箱均采用不锈钢板制成，且内箱和外箱焊接在一起。