CN109060577B - 一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置及方法，属农业仿生农机具触土部件技术领域。本发明包括土槽、固定杆、张紧轮固定支架、齿轮、张紧轮、张紧轮固定轴、齿轮、传动轴、链条、齿轮轴承座、齿轮轴承座、电机、电机支架、卡具、传动轴、圆盘；电机安装在土槽下方，固定在电机支架上，电机的传动轴与齿轮相连，齿轮通过链条与齿轮相连，齿轮通过传动轴与圆盘连接，圆盘上通过螺栓安装有若干个卡具，卡具用于夹住测试仿生表面样件。本发明作为仿生表面样件的测试平台及方法，可用来检测表面的摩擦磨损，通过观察表面机构的磨损量和磨损形态，验证不同的仿生表面样件耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置及方法，可用于测试提取的仿生几何结构，其试验装置是一种台架试验测试平台，属于农业仿生农机具触土部件技术领域。
背景技术
摩擦磨损是现代科学研究的热点，特别是在农业机械触土部件上，作为一项影响机具使用性能的指标，一直以来是作为研究农业机械触土部件研究的方向。仿生学的研究为农业机械触土部件的改进增加了新的内容，然而通过仿生得到的表面几何结构尺度较小、结构复杂，需要用非传统技术方法（如3D打印、快速成型等）进行加工制造，传统摩擦磨损试验平台主要针对金属样件，难以对非金属样件进行试验。因此需要一种摩擦磨损试验平台，既满足对结构尺度小，尺寸复杂的表面测试，又要满足触土部件的测试环境。
对于仿生表面的提取，需要涉及不同的仿生原型生活在不同的环境中，环境的不同决定了土壤的不同，针对应用需求，如一些农机具需要在沙土中作业、而其他一些农机具需要在粘土中作业，因此在检测仿生表面样件的耐磨特性的时候需要考虑土壤的变化，摩擦磨损试验台需要便于更换土壤。为研究这种仿生几何结构表面样件的摩擦磨损特性，需要专门设计摩擦磨损试验平台。
现代工业上已经设计出来检测材料表面摩擦磨损特性的平台种类很多，主要有往复式摩擦磨损试验机，旋转式摩擦磨损试验机，真空摩擦磨损试验机等多种试验机。以上的摩擦磨损试验平台种类很多，主要适用于工业上金属材料特别是特种金属材料的检测。以上的摩擦磨损试验机除了分为机械驱动、伺服驱动和电磁驱动等多种形式。而上述摩擦磨损试验机主要针对是工业上金属材料之间的相互摩擦。但是对于触土部件的摩擦磨损检测特别是仿生表面样件的摩擦磨损检测平台还未出现。本发明区别与工业上材料的摩擦磨损检测，结合触土触土部件的摩擦磨损环境，同时具有结构接触，可测试不同小型仿生样件的特点，同时，在设计本发明时，考虑到长时间的测试，改进了卡具的设计，使其散热好，易于长时间工作。
为满足仿生学在机械中的研究，特别是农业机械触土部件，根据仿生学与农业机械学的有效结合。设计出了这种可以检测不同土壤情况下的仿生表面样件的摩擦磨损特性。本发明在实际工作过程中考虑到了土壤的变化，针对不同仿生原型体表结构的耐磨性研究提供新的方向和试验平台，可以有效的检测出不同仿生表面样件的磨损量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置及方法，用于测试小型仿生表面样件，测试样件尺寸小，材质特殊，满足了不同土壤情况下的测试，为仿生表面样件的摩擦磨损提供了研究平台及测试方法。
本发明技术方案是：一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置，包括土槽1、固定杆2、张紧轮固定支架3、齿轮4、张紧轮5、张紧轮固定轴6、齿轮/>7、传动轴/>8、链条9、齿轮/>轴承座10、齿轮/>轴承座11、电机12、电机支架13、卡具14、传动轴/>15、圆盘16；
所述电机12安装在土槽1下方，固定在电机支架13上，电机12的传动轴8与齿轮/>7相连，齿轮/>7通过链条9与齿轮/>4相连，齿轮/>4通过传动轴/>15与圆盘16连接，圆盘16上通过螺栓安装有若干个卡具14，卡具14用于夹住测试仿生表面样件；
齿轮4与传动轴/>15固定连接，齿轮/>7固定在传动轴/>8上，张紧轮5、齿轮/>4和齿轮/>7固定在土槽1的同一侧，张紧轮5固定在张紧轮固定轴6上，张紧轮固定轴6通过轴承安装在张紧轮固定支架3上，张紧轮固定支架3固定在土槽1上；齿轮/>7通过轴承座/>10安装在土槽架上，齿轮/>4通过轴承座/>11安装在土槽架的固定杆2上，圆盘16安装在传动轴/>15中心位置。
所述卡具14包括L型板子19、U形凹槽20；L型板子19的一端通过螺栓安装圆盘16上，另一端上设有用于安转测试样件21的安装孔18，测试时，U形凹槽20套住L型板子19未固定一端的一面，并把测试样件放置在L型板子19未固定一端的另一面上，通过螺栓穿过U形凹槽20上的安装孔/>22、L型板子19的安装孔/>18把测试样件21固定夹住，若干个卡具14均匀的分布在圆盘16上。
所述L型板子19上用于安装测试样件21的一端上设置有散热鳍片17用于当进行摩擦试验时防止温度过高引起测试样件变形，且位于L型板子19安装测试样件的背面。
所述土槽1采用方钢和钢板制造，方钢构成土槽1的支架，钢板围成土槽1的壳体，测试时，根据测试需求，将不同物理特性的土壤填入土槽1中。
一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验方法，首先在土槽1中加入试验用土，然后将测试样件21安装在卡具14上，将土壤埋没测试样件21；通过电机12的传动轴8带动齿轮/>7转动，齿轮/>7通过链条9带动齿轮/>4转动，齿轮/>4转动带动传动轴/>15转动，传动轴15的转动带动了圆盘16转动，圆盘16安装在传动轴/>15中心位置，卡具14通过螺栓固定在圆盘16上，卡具14用于夹住测试样件，圆盘16转动带动卡具14上的测试样件转动从而完成了测试样件21与土壤的摩擦试验，卡具14上的散热鳍片17在测试样件摩擦的过程中用于进行散热。
所述卡具14用于夹住测试样件的步骤为：用U形凹槽20套住L型板子19未固定一端的一面，并把测试样件21放置在L型板子19未固定一端的另一面上，通过螺栓穿过U形凹槽20上的安装孔22、L型板子19的安装孔/>18、测试样件21的安装孔从而把测试样件21固定夹住。
本发明试验装置的工作过程是：首先在土槽1中加入试验用土（沙土或者不同含水率的土壤），然后将测试样件21安装在卡具14上，将土壤埋没测试样件21；通过电机12的传动轴8带动齿轮/>7转动，齿轮/>7通过链条9带动齿轮/>4转动，齿轮/>4转动带动传动轴/>15转动，传动轴/>15的转动带动了圆盘16转动，圆盘16安装在传动轴/>15中心位置，卡具14通过螺栓固定在圆盘16上，卡具14用于夹住测试样件，圆盘16转动带动卡具14上的测试样件转动从而完成了测试样件21与土壤的摩擦试验，卡具14上的散热鳍片17在测试样件摩擦的过程中用于进行散热。
在圆盘16上可以采用2-6用于安装测试样件的卡具14，当测试样件较大时，可以安装2个，测试样件较小，阻力较小时，可以安装4个。通过将试验样件固定在卡具14上，可以同时测试2-6不同的测试样件的表面结构。
所述电机12固定在土槽1下方，属于测试平台的动力源。
本发明的传动机构固定在土槽的一侧，包括齿轮4、齿轮/>7、张紧轮5和链条9，通过电机12输出动力，带动齿轮转动。
本发明的有益效果是：
本发明结合对仿生学的研究，将其运用到农业机械特别是触土部件表面几何结构的研究上，通过对不同土壤环境下的样件进行摩擦磨损试验。作为检测触土部件表面的摩擦磨损平台，不同于其他工业上检测摩擦磨损的机构。本发明的设计，既保证了触土部件表面与不同土壤的接触，同时，采用转动结构的设计，保证了各个表面与土壤接触的环境相同，又保证了转动时间的相等。本测试平台适合检测不同仿生原型的表面结构。同时，本发明相对于其他大型检测摩擦磨损的装置，具有结构紧凑，可同时测试多个材质特殊的小型表面的优点，可用于仿生表面样件的摩擦磨损测试。本发明作为仿生表面样件的测试平台及方法，可用来检测表面的摩擦磨损，通过观察表面机构的磨损量和磨损形态，验证不同的仿生表面样件耐磨性。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明三维立体左视图；
图3是本发明卡具局部放大结构示意图；
图4是本发明测试样件三维示意图；
图5是本发明U形凹槽结构示意图；
图6是本发明测试样件与卡具装夹示意图。
图1-6中各标号：1-土槽，2-固定杆，3-张紧轮固定支架，4-齿轮，5-张紧轮，6-张紧轮固定轴，7-齿轮/>，8-传动轴/>，9-链条，10-轴承座/>，11-轴承座/>，12-电机，13-电机支架，14-卡具，15-传动轴/>，16-圆盘，17-散热鳍片，18-安装孔/>，19-L型板子，20-U形凹槽，21-测试样件，22-安装孔/>。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-6所示，一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置，包括土槽1、固定杆2、张紧轮固定支架3、齿轮4、张紧轮5、张紧轮固定轴6、齿轮/>7、传动轴/>8、链条9、齿轮/>轴承座10、齿轮/>轴承座11、电机12、电机支架13、卡具14、传动轴/>15、圆盘16；
所述电机12安装在土槽1下方，固定在电机支架13上，电机12的传动轴8与齿轮/>7相连，齿轮/>7通过链条9与齿轮/>4相连，齿轮/>4通过传动轴/>15与圆盘16连接，圆盘16上通过螺栓安装有若干个卡具14，卡具14用于夹住测试仿生表面样件；
齿轮4与传动轴/>15固定连接，齿轮/>7固定在传动轴/>8上，张紧轮5、齿轮/>4和齿轮/>7固定在土槽1的同一侧，张紧轮5固定在张紧轮固定轴6上，张紧轮固定轴6通过轴承安装在张紧轮固定支架3上，张紧轮固定支架3固定在土槽1上；齿轮/>7通过轴承座/>10安装在土槽架上，齿轮/>4通过轴承座/>11安装在土槽架的固定杆2上，圆盘16安装在传动轴/>15中心位置。
进一步的，所述卡具14包括L型板子19、U形凹槽20；L型板子19的一端通过螺栓安装圆盘16上，另一端上设有用于安转测试样件21的安装孔18，测试时，U形凹槽20套住L型板子19未固定一端的一面，并把测试样件放置在L型板子19未固定一端的另一面上，通过螺栓穿过U形凹槽20上的安装孔/>22、L型板子19的安装孔/>18把测试样件21固定夹住，若干个卡具14均匀的分布在圆盘16上。
进一步的，所述L型板子19上用于安装测试样件21的一端上设置有散热鳍片17用于当进行摩擦试验时防止温度过高引起测试样件变形，且位于L型板子19安装测试样件的背面。
进一步的，所述土槽1采用方钢和钢板制造，方钢构成土槽1的支架，钢板围成土槽1的壳体，测试时，根据测试需求，将不同物理特性的土壤填入土槽1中。
一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验方法，首先在土槽1中加入试验用土，然后将测试样件21安装在卡具14上，将土壤埋没测试样件21；通过电机12的传动轴8带动齿轮7转动，齿轮/>7通过链条9带动齿轮/>4转动，齿轮/>4转动带动传动轴/>15转动，传动轴/>15的转动带动了圆盘16转动，圆盘16安装在传动轴/>15中心位置，卡具14通过螺栓固定在圆盘16上，卡具14用于夹住测试样件，圆盘16转动带动卡具14上的测试样件转动从而完成了测试样件21与土壤的摩擦试验，卡具14上的散热鳍片17在测试样件摩擦的过程中用于进行散热。
进一步的，所述卡具14用于夹住测试样件的步骤为：用U形凹槽20套住L型板子19未固定一端的一面，并把测试样件21放置在L型板子19未固定一端的另一面上，通过螺栓穿过U形凹槽20上的安装孔22、L型板子19的安装孔/>18、测试样件21的安装孔从而把测试样件21固定夹住。
如果只需要测试一种仿生表面样件的摩擦磨损特性，可通过对仿生表面样件的提取，设计出仿生几何结构，根据卡具尺寸的大小，运用3D打印技术打印出设计的几何结构表面，通过2-6沉头螺栓固定在卡具上。根据仿生原型的生活环境，将其生活环境的土壤加入到土槽中，覆盖住圆盘，根据变频器调节转动的速度，通过改变速度的大小，测试不同时间内的测试样件的磨损量，同时，可以用体视显微镜观察样件表面磨损的形态结构。
实施例2：如图1-6所示，一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置及方法，本实施例与实施例1相同，其中：
如果需要测试两种及以上的仿生表面样件的摩擦磨损特性，可通过对仿生表面样件的提取，设计出仿生几何结构，根据卡具尺寸的大小，运用3D打印技术打印出设计的几何结构表面，通过2-6沉头螺栓固定在卡具上。将不同的表面打印后，同时安装在卡具上。根据仿生原型的生活环境，将其生活环境的土壤加入到土槽中，覆盖住圆盘，根据变频器调节转动的速度，通过改变速度的大小，测试相同时间内的不同测试样件的磨损量，同时，可以用体视显微镜观察样件表面磨损的形态结构。
实施例3：如图1-6所示，一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置及方法，本实施例与实施例1相同，其中：
如果需要测试粘性土壤环境下的仿生表面样件的摩擦磨损特性，可通过对仿生表面样件的提取，设计出仿生几何结构，根据卡具尺寸的大小，运用3D打印技术打印出设计的几何结构表面，通过2-6沉头螺栓固定在卡具上。根据仿生原型的生活环境，将不同含水率的土壤加入到土槽中，覆盖住圆盘，根据变频器调节转动的速度，固定速度的大小，通过改变土壤的含水率，观察相同时间内不同含水率的土壤内，表面的磨损情况，同时，可以用体视显微镜观察样件表面磨损的形态结构。
实施例4：如图1-6所示，一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置及方法，本实施例与实施例1相同，其中：
如果需要测试沙性土壤环境下的仿生表面样件的摩擦磨损特性，可通过对仿生表面样件的提取，设计出仿生几何结构，根据卡具尺寸的大小，运用3D打印技术打印出设计的几何结构表面，通过2-6沉头螺栓固定在卡具上。根据仿生原型的生活环境，将沙性土壤加入到土槽中，覆盖住圆盘，根据变频器调节转动的速度，改变速度的大小，观察相同时间内不同速度的情况下测试表面的磨损情况，同时，可以用体视显微镜观察样件表面磨损的形态结构。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括土槽（1）、固定杆（2）、张紧轮固定支架（3）、齿轮I（4）、张紧轮（5）、张紧轮固定轴（6）、齿轮II（7）、传动轴I（8）、链条（9）、轴承座II（10）、轴承座I（11）、电机（12）、电机支架（13）、卡具（14）、传动轴II（15）、圆盘（16）；
所述电机（12）安装在土槽（1）下方，固定在电机支架（13）上，电机（12）的传动轴I（8）与齿轮II（7）相连，齿轮II（7）通过链条（9）与齿轮I（4）相连，齿轮I（4）通过传动轴II（15）与圆盘（16）连接，圆盘（16）上通过螺栓安装有若干个卡具（14），卡具（14）用于夹住测试仿生表面样件；
齿轮I（4）与传动轴II（15）固定连接，齿轮II（7）固定在传动轴I（8）上，张紧轮（5）、齿轮I（4）和齿轮II（7）固定在土槽（1）的同一侧，张紧轮（5）固定在张紧轮固定轴（6）上，张紧轮固定轴（6）通过轴承安装在张紧轮固定支架（3）上，张紧轮固定支架（3）固定在土槽（1）上；齿轮II（7）通过轴承座II（10）安装在土槽架上，齿轮I（4）通过轴承座I（11）安装在土槽架的固定杆（2）上，圆盘（16）安装在传动轴II（15）中心位置；
所述卡具（14）包括L型板子（19）、U形凹槽（20）；L型板子（19）的一端通过螺栓安装圆盘（16）上，另一端上设有用于安转测试样件（21）的安装孔I（18），测试时，U形凹槽（20）套住L型板子（19）未固定一端的一面，并把测试样件放置在L型板子（19）未固定一端的另一面上，通过螺栓穿过U形凹槽（20）上的安装孔II（22）、L型板子（19）的安装孔I（18）把测试样件（21）固定夹住，若干个卡具（14）均匀的分布在圆盘（16）上；
所述L型板子（19）上用于安装测试样件（21）的一端上设置有散热鳍片（17）用于当进行摩擦试验时防止温度过高引起测试样件变形，且位于L型板子（19）安装测试样件的背面；
所述土槽（1）采用方钢和钢板制造，方钢构成土槽（1）的支架，钢板围成土槽（1）的壳体，测试时，根据测试需求，将不同物理特性的土壤填入土槽（1）中。
2.根据权利要求1所述用于测试仿生样件表面的摩擦磨损试验装置进行测试仿生样件表面的摩擦磨损试验的方法，其特征在于：首先在土槽（1）中加入试验用土，然后将测试样件（21）安装在卡具（14）上，将土壤埋没测试样件（21）；通过电机（12）的传动轴I（8）带动齿轮II（7）转动，齿轮II（7）通过链条（9）带动齿轮I（4）转动，齿轮I（4）转动带动传动轴II（15）转动，传动轴II（15）的转动带动了圆盘（16）转动，圆盘（16）安装在传动轴II（15）中心位置，卡具（14）通过螺栓固定在圆盘（16）上，卡具（14）用于夹住测试样件，圆盘（16）转动带动卡具（14）上的测试样件转动从而完成了测试样件（21）与土壤的摩擦试验，卡具（14）上的散热鳍片（17）在测试样件摩擦的过程中用于进行散热。
3.根据权利要求2所述的测试仿生样件表面的摩擦磨损试验的方法，其特征在于：所述卡具（14）用于夹住测试样件的步骤为：用U形凹槽（20）套住L型板子（19）未固定一端的一面，并把测试样件（21）放置在L型板子（19）未固定一端的另一面上，通过螺栓穿过U形凹槽（20）上的安装孔II（22）、L型板子（19）的安装孔I（18）、测试样件（21）的安装孔从而把测试样件（21）固定夹住。
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