CN111380765A - 一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温摩擦磨损实验仪，具体涉及一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件及其使用方法，包括机座、测力机头、机头支架和加热炉组件，机头支架和加热炉组件固定连接在机座上方，测力机头连接在机头支架上，测力机头设置在机头支架和加热炉组件上方，所述的测力机头包括加载杆、横梁和力值传感器，加载杆连接在横梁上，力值传感器连接在横梁和机头支架之间加载杆插入加热炉组件内，所述的机座内设置有电机、转轴、齿轮齿带、摩擦盘和检测件，转轴转动连接在机座内，转轴竖直设置，转轴贯穿机座，摩擦盘固定连接在转轴上端，摩擦盘设置在加热炉组件内，检测件夹装在摩擦盘和加载杆之间，电机通过齿轮齿带带动转轴转动。

Description

一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件及其使用方法

技术领域

本发明涉及高温摩擦磨损实验仪，具体涉及一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件及其使用方法。

背景技术

高温摩擦磨损实验仪是一种材料表面性能试验用的仪器设备，在材料科学技术领域得到广泛应用，我国专利201310311447.6公开了一种高温摩擦磨损试验机，该试验机还包括一个套设于转轴上的轴套，所述轴套包括本体和位于本体上端的限位盘，所述限位盘的下端面与所述台面的上表面相固连，当所述气缸收缩时，所述限位盘能够与所述高温炉的底部相贴靠，所述限位盘内开设有填注有冷却液的冷却腔一，所述本体内开设有填注有冷却液的冷却腔二，所述冷却腔一与所述冷却腔二相连通，其目的是通过避免高温摩擦磨损实验机中的轴受热变形弯曲，提高试验机的测试精度。

但是，现有技术中存在以下缺陷：

一是虽然设置了填注有冷却液的冷却腔一和冷却腔二，可对轴进行冷却，但是这种冷却方式仅限短时间内有效，如果实验时间较长，冷却液必然会随着实验的过程不断升温，而此时再无其它的有效的散热方式解决这一问题，则会导致冷却液失效或变质，进一步会使得轴和限位盘受热变形弯曲，进而降低设备使用寿命，因此该种方式的改进存在较大的技术缺陷。

二是根据上述问题如果想提升设备寿命，在需要在使用该设备时，单次试验时间不宜太长，而如需进行下次试验只能等设备自行降温至适宜温度时才可，因此该设备工作效率较低。

三是高温摩擦磨损实验应当将检测件完全暴露于加热炉的加热腔内，以此来保证检测件被加热时能全面、准确，而将检测件设置在加热腔底部，并将承载检测件的托盘设置在加热炉的外部，不能保证检测件的加热是否全面、准确，同时未设置其它的检测手段来确定检测件的实际温度，因此不能准确的放映温度对材料表面性能的影响，最终得到的实验数据也是不准确的。

四是未设置隔热、保温的装置，一方面使得加热炉完全暴露在外，使得热量可从加热炉四周不断损失，影响加热性能；另一方面存在安全隐患，容易使得设备整体在实验过程中在都处在高温状态，严重影响设备的安全使用，降低设备使用寿命，同时容易造成人身伤害。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件及其使用方法，能精准的保证检测件的加热温度，保证实验数据准确、可靠，在实验过程中能实时将加热炉外、转轴等部件上的热量及时散去，工作效率高，使用寿命长，操作安全，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，包括机座、测力机头、机头支架和加热炉组件，机头支架和加热炉组件固定连接在机座上方，测力机头连接在机头支架上，测力机头设置在机头支架和加热炉组件上方，所述的测力机头包括加载杆、横梁和力值传感器，加载杆连接在横梁上，力值传感器连接在横梁和机头支架之间，加载杆插入加热炉组件内，所述的机座内设置有电机、转轴、齿轮齿带、摩擦盘和检测件，转轴转动连接在机座内，转轴竖直设置，转轴贯穿机座，摩擦盘固定连接在转轴上端，摩擦盘设置在加热炉组件内，检测件夹装在摩擦盘和加载杆之间，电机通过齿轮齿带带动转轴转动；

其特征在于：所述的加热炉组件包括加热炉、外壳、盖、上隔热盘和下隔热盘，外壳连接在机座上方，盖连接在外壳上方，加热炉设置在外壳内，加热炉外缘、外壳和盖之间形成隔热腔，上隔热盘设置在加热炉上方，下隔热盘设置在加热炉下方，加热炉内设有加热腔，加载杆贯穿盖和上隔热盘，转轴贯穿下隔热盘和加热炉，转轴转动连接在下隔热盘上，摩擦盘和检测件设置在加热腔内。

进一步所述的盖内设有冷却腔Ⅰ，冷却腔Ⅰ内加注有冷却液。

进一步所述的下隔热盘和机座之间还设有支撑座，转轴转动连接在支撑座上，外壳连接在支撑座上方，支撑座内设有冷却腔Ⅱ，冷却腔Ⅱ内加注有冷却液。

进一步还包括循环系统，循环系统包括冷却液散热箱、循环泵、供水管、回水管和连接管，冷却液散热箱设置在机座外，循环泵设置在冷却液散热箱下部，所述的盖上设有上进液口和上出液口，上进液口连通冷却腔Ⅰ和供水管，供水管连接循环泵，所述的支撑座设有下进液口和下出液口，下出液口连通冷却腔Ⅱ和回水管，回水管连接在冷却液散热箱上，所述的连接管连通上出液口和下进液口，冷却腔Ⅰ和冷却腔Ⅱ通过上出液口、下进液口和连接管连通。

进一步所述的冷却腔Ⅰ内设有上隔板，上隔板设置在上进液口和上出液口之间，上隔板将冷却腔Ⅰ分隔成环形流道，所述的冷却腔Ⅱ内设有下隔板，下隔板设置在下进液口和下出液口之间，下隔板将冷却腔Ⅱ分隔成环形流道。

进一步所述的上隔热盘上连接有隔热盘，隔热盘设置在加热腔上方，隔热盘外缘直径大于摩擦盘外缘直径，隔热盘外缘直径小于加热腔直径，所述的隔热盘上开设有通孔Ⅰ，盖上开设有通孔Ⅱ，加载杆贯穿孔Ⅰ和孔Ⅱ，孔Ⅰ和孔Ⅱ内壁与加载杆不接触，孔Ⅰ和孔Ⅱ水平方向的横截面积不大于隔热盘水平方向横截面积的五分之一。

进一步所述的机座内还设有轴承座，轴承座固定连接在机座上部，转轴通过轴承转动连接在轴承座内，所述的回水管贯穿机座，回水管在机座内螺旋缠绕在轴承座外。

进一步所述的隔热腔内填充有保温隔热材料。

进一步所述的加热炉内设有温度传感器，温度传感器贯穿加热炉，温度传感器头部设置在加热腔内，温度传感器尾部设置在隔热腔内，温度长安器尾部的连接线穿过外壳连接温控表，温控表连接电源。

进一步一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件的使用方法，包含如下步骤：

A.安装

取出加载杆，打开盖，取出隔热盘，然后将检测件夹装在摩擦盘上，再依次将隔热盘、盖和加载杆安装到位。

B.实验

先开启循环系统，然后接通加热炉进行预热，待加热腔内的温度到达实验要求指定温度时，即可开始实验。

C.结束

实验结束后，先关闭加热炉，待加热腔内的温度降低至室内温度时，取出加载杆，打开盖，取出隔热盘，然后取出或更换新的检测件，再依次将隔热盘、盖和加载杆安装到位，停止或进行新的实验。

本发明的有益效果是：将检测件和摩擦盘完全暴露在加热腔内，确保检测件加热均匀、稳定，通过循环系统对加热炉外部、转轴、轴承座进行散热，同时通过盖、壳体等部件进行隔热，保证除加热腔内部之外的地方不受高温的影响，隔热层还保证了加热腔体中的温度稳定，不会出现大的波动，提高试验数据的稳定、提升设备的使用寿命、工作效率及安全性，通过对加热腔内的温度实时监控，保证实验数据的准确性和可靠性。

附图说明

图1是本发明外形结构示意图；

图2是本发明半剖结构示意图；

图3是本发明实施例一加热炉组件局部半剖结构示意图；

图4是本发明实施例二加热炉组件局部半剖结构示意图；

图5是图3加热炉组件A向局部结构示意图；

图6是图5盖A-A截面结构示意图；

图7是图5支撑座B-B截面结构示意图;

图8是图4隔热盘C-C截面结构示意图;

图9是本发明恒温实验数据图；

图10是本发明升温-降温实验数据图；

图11是本发明阶梯升温实验数据图。

图中：1.机座，101.电机，102.转轴，103.齿轮齿带，104.摩擦盘，105.检测件，106.轴承座，2.测力机头，201.加载杆，202.横梁，203.力值传感器，3.机头支架，4.加热炉组件，401.加热炉，402.外壳，403.盖，404.上隔热盘，405.下隔热盘，406.隔热腔，407.加热腔，408.冷却腔Ⅰ，409.冷却腔Ⅱ，410.上进液口，411.上出液口，412.下进液口，413.下出液口，414.上隔板，415.下隔板，416.孔Ⅱ，5.循环系统，501.冷却液散热箱，502.循环泵，503.供水管，504.回水管，505.连接管，6.隔热盘，601.孔Ⅰ，7.支撑座，8.温度传感器，9.温控表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

实施例一，如图1-3所示，一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，包括机座1、测力机头2、机头支架3和加热炉组件4，机头支架3和加热炉组件4固定连接在机座1上方，测力机头2连接在机头支架3上，测力机头2设置在机头支架3和加热炉组件4上方，所述的测力机头2包括加载杆201、横梁202和力值传感器203，加载杆201连接在横梁202上，力值传感器203连接在横梁202和机头支架3之间，加载杆201插入加热炉组件4内，所述的机座1内设置有电机101、转轴102、齿轮齿带103、摩擦盘104和检测件105，转轴102转动连接在机座1内，转轴102竖直设置，转轴102贯穿机座1，摩擦盘104固定连接在转轴102上端，摩擦盘104设置在加热炉组件4内，检测件105夹装在摩擦盘104和加载杆201之间，电机101通过齿轮齿带103带动转轴102转动，检测件105在摩擦盘104上转动，通过加载杆201于检测件105接触产生径向摩擦力，然后通过横梁202将摩擦力传递至力值传感器203进行测定。

其特征在于：所述的加热炉组件4包括加热炉401、外壳402、盖403、上隔热盘404和下隔热盘405，外壳402连接在机座1上方，盖403连接在外壳402上方，加热炉401设置在外壳402内，加热炉401外缘、外壳402和盖403之间形成隔热腔406，上隔热盘404设置在加热炉401上方，下隔热盘405设置在加热炉401下方，加热炉401内设有加热腔407，加载杆201贯穿盖403和上隔热盘404，转轴102贯穿下隔热盘405和加热炉401，转轴102转动连接在下隔热盘405上，摩擦盘104和检测件105设置在加热腔407内，将检测件105和摩擦盘104完全暴露在加热腔407内，能有效的保证检测件105的加热效果，保证检测件105能全面均匀的进行加热，从而保证实验数据的准确、可靠性，同时通过上隔热盘404和下隔热盘405进行热量阻隔，尽可能的将热量聚集在加热炉401内，同时避免高温对设备的影响，提升设备的使用寿命，通过外壳402和盖403将加热炉组件4的其它零部件与外界隔离开，同时通过隔热腔406使得外壳402和盖403与加热炉401产生一定的距离，可有效降低热量的传递，一方面保证内部加热的效果，另一方面将热源与外界隔离，保证设备及人身安全。

进一步所述的盖403内设有冷却腔Ⅰ408，冷却腔Ⅰ408内加注有冷却液，所述的下隔热盘405和机座1之间还设有支撑座7，转轴102转动连接在支撑座7上，外壳402连接在支撑座7上方，支撑座7内设有冷却腔Ⅱ409，冷却腔Ⅱ409内加注有冷却液，增加冷却腔Ⅰ408和冷却腔Ⅱ409，并在冷却腔Ⅰ408和冷却腔Ⅱ409加注有冷却液，通过冷却液对多余的热量进行吸收，能更好的进行设备的散热。

进一步还包括循环系统5，循环系统5包括冷却液散热箱501、循环泵502、供水管503、回水管504和连接管505，冷却液散热箱501设置在机座1外，循环泵502设置在冷却液散热箱501下部，所述的盖403上设有上进液口410和上出液口411，上进液口410连通冷却腔Ⅰ408和供水管503，供水管503连接循环泵502，所述的支撑座7设有下进液口412和下出液口413，下出液口413连通冷却腔Ⅱ409和回水管504，回水管504连接在冷却液散热箱501上，所述的连接管505连通上出液口411和下进液口412，冷却腔Ⅰ408和冷却腔Ⅱ409通过上出液口411、下进液口412和连接管505连通，通过循环系统5进而实现冷却液在盖403、支撑座7和冷却液散热箱501内持续循环，可保证冷却液的温度始终处于稳定的情况下，避免了冷却液持续升温发生失效和变质的问题，保证设备的正常运转，并且增加了设备正常运转的时间，提升了实验时长，同时在实验结束后可迅速将设备降温，一方面可提升设备的寿命，另一方面可节省等待冷却时间，从而提升设备工作效率。

进一步所述的冷却腔Ⅰ408内设有上隔板414，上隔板414设置在上进液口410和上出液口411之间，上隔板414将冷却腔Ⅰ408分隔成环形流道，所述的冷却腔Ⅱ409内设有下隔板415，下隔板415设置在下进液口412和下出液口413之间，下隔板415将冷却腔Ⅱ409分隔成环形流道，增加上隔板414和下隔板415在冷却腔Ⅰ408和冷却腔Ⅱ409内形成环形流道，使得冷却液从入口处进入后必须完全从环形流道内流经一圈后才可从出口处流出，这样可保证冷却液的循环更加科学合理，冷却效果更好。

进一步所述的上隔热盘404上连接有隔热盘6，隔热盘6设置在加热腔407上方，隔热盘6外缘直径大于摩擦盘104外缘直径，隔热盘6外缘直径小于加热腔407内直径，所述的隔热盘6上开设有通孔Ⅰ601，盖403上开设有通孔Ⅱ416，加载杆201贯穿孔Ⅰ601和孔Ⅱ416，孔Ⅰ601和孔Ⅱ416内壁与加载杆201不接触，孔Ⅰ601和孔Ⅱ416水平方向的横截面积不大于隔热盘6水平方向横截面积的五分之一，增加隔热盘6的主要目的是因为加热腔407上方为开放式的孔，如不增加隔热盘6则会使大量的热量通过上隔热盘404带走，通过隔热盘6形成封闭，阻止热量从加热腔407上方散失，保证了加热效果，同时缩短了加热时间，提升了设备的工作效率，同时增加隔热盘6方便检测件105的安装和拆卸，进一步增加孔Ⅰ601和孔Ⅱ416是为了实现加载杆201的插入，保证实验的正常进行，同时孔Ⅰ601和孔Ⅱ416是加载杆201与检测件105相对位置调节的空间，如说明书附图图8所示通过X向的调节可改变加载杆201与检测件105之间的摩擦半径，而Y向为加载杆201在实验过程中因摩擦力而发生位置偏移的运动空间，孔Ⅰ601和孔Ⅱ416水平方向的横截面积不大于隔热盘6水平方向横截面积的五分之一，可保证热量流失量较小。

实施例二，如图4所示，进一步所述的机座1内还设有轴承座106，轴承座106固定连接在机座1上部，转轴102通过轴承转动连接在轴承座106内，所述的回水管504贯穿机座1，回水管504在机座1内螺旋缠绕在轴承座106外，通过轴承座106对转轴102进行固定和支撑，并通过轴承将热量传递至轴承座106上，再通过回水管504进行散热。

进一步所述的隔热腔406内填充有保温隔热材料，保温隔热材料可有效隔绝热量，一方面减小热量向外传递，另一方面保证加热腔407温度保持效果，保温隔热材料可以是玻璃棉、岩棉、石棉纤维等。

进一步所述的加热炉401内设有温度传感器8，温度传感器8贯穿加热炉401，温度传感器8头部设置在加热腔407内，温度传感器8尾部设置在隔热腔406内，温度传感器8尾部的连接线穿过外壳402连接温控表9，温控表9连接电源，通过温度传感器8实时监控加热腔407内的温度，即可准确获知检测件105的实际温度，进而可根据该温度对加热炉401进行调节，做到温度控制的准确，确保实验数据的可靠和准确性。

进一步一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件的使用方法，包含如下步骤：

A.安装

取出加载杆201，打开盖403，取出隔热盘6，然后将检测件105夹装在摩擦盘104上，再依次将隔热盘6、盖403和加载杆201安装到位。

B.实验

先开启循环系统5，然后接通加热炉401进行预热，待加热腔407内的温度到达实验要求指定温度时，即可开始实验。

C.结束

实验结束后，先关闭加热炉401，待温度加热腔407内的温度降低至室内温度时，取出加载杆201，打开盖403，取出隔热盘6，然后取出或更换新的检测件105，再依次将隔热盘6、盖403和加载杆201安装到位，停止或进行新的实验。

如图9-11所示，通过本发明可以准确的控制加热腔407内的温度，并且能够长时间进行实验，不影响设备的正常使用，根据实验要求可实现恒温下的性能试验，升温-降温的性能试验，以及温度阶梯式增长的性能试验，能够准确、可靠的得出实验数据。

Claims (10)

1.一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，包括机座（1）、测力机头（2）、机头支架（3）和加热炉组件（4），机头支架（3）和加热炉组件（4）固定连接在机座（1）上方，测力机头（2）连接在机头支架（3）上，测力机头（2）设置在机头支架（3）和加热炉组件（4）上方，所述的测力机头（2）包括加载杆（201）、横梁（202）和力值传感器（203），加载杆（201）连接在横梁（202）上，力值传感器（203）连接在横梁（202）和机头支架（3）之间，加载杆（201）插入加热炉组件（4）内，所述的机座（1）内设置有电机（101）、转轴（102）、齿轮齿带（103）、摩擦盘（104）和检测件（105），转轴（102）转动连接在机座（1）内，转轴（102）竖直设置，转轴（102）贯穿机座（1），摩擦盘（104）固定连接在转轴（102）上端，摩擦盘（104）设置在加热炉组件（4）内，检测件（105）夹装在摩擦盘（104）和加载杆（201）之间，电机（101）通过齿轮齿带（103）带动转轴（102）转动；

其特征在于：所述的加热炉组件（4）包括加热炉（401）、外壳（402）、盖（403）、上隔热盘（404）和下隔热盘（405），外壳（402）连接在机座（1）上方，盖（403）连接在外壳（402）上方，加热炉（401）设置在外壳（402）内，加热炉（401）外缘、外壳（402）和盖（403）之间形成隔热腔（406），上隔热盘（404）设置在加热炉（401）上方，下隔热盘（405）设置在加热炉（401）下方，加热炉（401）内设有加热腔（407），加载杆（201）贯穿盖（403）和上隔热盘（404），转轴（102）贯穿下隔热盘（405）和加热炉（401），转轴（102）转动连接在下隔热盘（405）上，摩擦盘（104）和检测件（105）设置在加热腔（407）内。

2.根据权利要求1所述的一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，其特征在于：所述的盖（403）内设有冷却腔Ⅰ（408），冷却腔Ⅰ（408）内加注有冷却液。

3.根据权利要求1所述的一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，其特征在于：所述的下隔热盘（405）和机座（1）之间还设有支撑座（7），转轴（102）转动连接在支撑座（7）上，外壳（402）连接在支撑座（7）上方，支撑座（7）内设有冷却腔Ⅱ（409），冷却腔Ⅱ（409）内加注有冷却液。

4.根据权利要求2至3任一项所述的一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，其特征在于：还包括循环系统（5），循环系统（5）包括冷却液散热箱（501）、循环泵（502）、供水管（503）、回水管（504）和连接管（505），冷却液散热箱（501）设置在机座（1）外，循环泵（502）设置在冷却液散热箱（501）下部，所述的盖（403）上设有上进液口（410）和上出液口（411），上进液口（410）连通冷却腔Ⅰ（408）和供水管（503），供水管（503）连接循环泵（502），所述的支撑座（7）设有下进液口（412）和下出液口（413），下出液口（413）连通冷却腔Ⅱ（409）和回水管（504），回水管（504）连接在冷却液散热箱（501）上，所述的连接管（505）连通上出液口（411）和下进液口（412），冷却腔Ⅰ（408）和冷却腔Ⅱ（409）通过上出液口（411）、下进液口（412）和连接管（505）连通。

5.根据权利要求4所述的一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，其特征在于：所述的冷却腔Ⅰ（408）内设有上隔板（414），上隔板（414）设置在上进液口（410）和上出液口（411）之间，上隔板（414）将冷却腔Ⅰ（408）分隔成环形流道，所述的冷却腔Ⅱ（409）内设有下隔板（415），下隔板（415）设置在下进液口（412）和下出液口（413）之间，下隔板（415）将冷却腔Ⅱ（409）分隔成环形流道。

6.根据权利要求1所述的一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，其特征在于：所述的上隔热盘（404）上连接有隔热盘（6），隔热盘（6）设置在加热腔（407）上方，隔热盘（6）外缘直径大于摩擦盘（104）外缘直径，隔热盘（6）外缘直径小于加热腔（407）直径，所述的隔热盘（6）上开设有通孔Ⅰ（601），盖（403）上开设有通孔Ⅱ（416），加载杆（201）贯穿孔Ⅰ（601）和孔Ⅱ（416），孔Ⅰ（601）和孔Ⅱ（416）内壁与加载杆（201）不接触，孔Ⅰ（601）和孔Ⅱ（416）水平方向的横截面积不大于隔热盘（6）水平方向横截面积的五分之一。

7.根据权利要求4所述的一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，其特征在于：所述的机座（1）内还设有轴承座（106），轴承座（106）固定连接在机座（1）上部，转轴（102）通过轴承转动连接在轴承座（106）内，所述的回水管（504）贯穿机座（1），回水管（504）在机座（1）内螺旋缠绕在轴承座（106）外。

8.根据权利要求1所述的一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，其特征在于：所述的隔热腔（406）内填充有保温隔热材料。

9.根据权利要求1所述的一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件，其特征在于：所述的加热炉（401）内设有温度传感器（8），温度传感器（8）贯穿加热炉（401），温度传感器（8）头部设置在加热腔（407）内，温度传感器（8）尾部设置在隔热腔（406）内，温度传感器（8）尾部的连接线穿过外壳（402）连接温控表（9），温控表（9）连接电源。

10.一种高温摩擦磨损实验仪加热炉组件的使用方法，其特征在于包含如下步骤：

A.安装

取出加载杆（201），打开盖（403），取出隔热盘（6），然后将检测件（105）夹装在摩擦盘（104）上，再依次将隔热盘（6）、盖（403）和加载杆（201）安装到位;

B.实验

先开启循环系统（5），然后接通加热炉（401）进行预热，待加热腔（407）内的温度到达实验要求指定温度时，即可开始实验;

C.结束

实验结束后，先关闭加热炉（401），待加热腔（407）内的温度降低至室内温度时，取出加载杆（201），打开盖（403），取出隔热盘（6），然后取出或更换新的检测件（105），再依次将隔热盘（6）、盖（403）和加载杆（201）安装到位，停止或进行新的实验。

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