CN111707607A - 一种摩擦感度测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料性能测试技术领域，提供一种用于火炸药摩擦感度的测试装置及方法，测试装置包括试样装载系统、爆炸室、摆锤机构、温湿控制系统、压力加载系统和机架。本发明综合考虑了温度、湿度、速度、压力的影响，减少了摩擦损耗不利因素的影响，增加了温度和湿度的测试控制，提高了速度的准确性和可控性，考虑了接触材料、表面粗糙度的影响。可得到更全面准确的摩擦感度数据，反映实际火炸药生产加工工艺中各参数对摩擦安全性的影响。本发明适用于各种火炸药单体半成品、新组份、新配方、新型号、药剂、药浆、药片。采用本发明得到的摩擦感度数据还可用于支撑和指导数理模型建立、数值计算、模拟仿真、新配方、新设备和新工艺等研究开发工作。

Description

一种摩擦感度测试装置及方法

技术领域

本发明涉及材料性能测试技术领域，涉及一种用于火炸药摩擦感度的测试装置及方法。

背景技术

火炸药是燃爆型物料，属于高危险性材料，由于生产工序繁多，且药料的组分多为细粒度的物态，在准备、生产和加工阶段，组分物料之间、物料与设备之间都不可避免的会产生摩擦。这些摩擦可能会产生能量瞬间积聚，引爆低爆点的组分，进一步引发安全事故。火炸药的摩擦感度反映了在摩擦作用下火炸药发生燃烧或爆炸的难易程度。为了生产加工过程中人员和设备的安全，必须掌握火炸药的摩擦感度，进而在实际生产加工过程中将摩擦加以控制。

国内外对火炸药生产加工行业的安全控制问题一直非常重视，进行了大量的关于摩擦感度测定装置及方法的研究。用于火炸药摩擦感度测试的仪器主要有：柯兹洛夫摩擦摆、BAM摩擦仪、ABL摩擦仪、大型摩擦摆。柯兹洛夫摩擦摆主要由本体、油压机及摆三部分组成，测定时将试样置于两个顶柱间，借油压机通过顶杆将顶柱由顶柱套中顶出并用一定压力压紧，然后令一定质量的摆锤从一定起始角度下落，打击在水平击杆上，击杆推动上顶柱，使试样受到摩擦，观察试样是否燃爆。BAM摩擦仪主要由机体、马达、托架、荷重臂和砝码组成，特别包含一个固定的瓷棒和一个可移动的瓷板；试样放在瓷板上，瓷板固定在一个托架上，托架可在导轨上运动；将固定在荷重臂上的瓷棒与试样接触，荷重臂一端设置砝码以调节加载力；马达驱动托架及瓷板以一定速度做往复运动，观察试样是否燃爆。ABL摩擦仪主要由油压机、固定轮、平台和摆组成，将试样按一定面积均匀地铺在平台上，降下固定轮与试样接触，通过油压机给试样施加一定压力，然后摆下落打击平台，使平台滑移，观察试样是否燃爆。大型摩擦摆主要由支架、平台和摆组成，试样在平台上固定，调整摆与平台间隙，令摆来回滑动，观察试样是否燃爆。

以上摩擦感度测试装置及方法，都是测定在定载荷下试样水平移动产生的摩擦，以一定试验条件下试样的燃爆概率或不同挤压压强对燃爆概率表示火炸药的摩擦感度。其中柯兹洛夫摩擦摆在我国使用较多，BAM摩擦仪主要在欧洲、日本使用，ABL摩擦仪和大型摩擦摆主要为美国军标使用。然而，以上所有摩擦感度测试装置及方法包括已制定形成的相关测试标准，得到的测试数据主要应用于火炸药在包装、运输、贮存过程的危险等级划分及评判，却都无法用于解决实际生产加工火炸药过程中的摩擦安全问题。实际生产加工过程中摩擦的控制通常是依据经验，而摩擦并不能直接得到控制，而是通过其他相关可控制的参数协调控制来实现。在火炸药生产加工工艺中，各个工序必须确定包括压力、速度、温度等相关工艺参数的安全域值，并通过实时监测完成预警、报警和及时反馈控制启动应急程序，以保证操作人员及操作设备的安全。目前的生产加工工艺中主要依靠经验确定上述参数的安全域值，没有可靠的实验数据，这种通过经验设定的安全域值往往也不够准确，控制范围过小，安全风险增加；控制范围过大，则会增加生产加工工艺难度和成本，降低效率。而且上述参数都是相互关联的，现有的用于表征安全性的摩擦感度并没有与上述参数建立直接联系。由于火炸药配方及生产加工工艺的多样性，在火炸药实际生产加工过程中，摩擦往往伴随着挤压、拉伸、冲击、撕裂、剪切、掺混等多种因素，是一个动态的过程。因此，现有的摩擦感度测试装置及方法从环境、摩擦形式等方面均无法全面模拟实际工艺过程，还不能包容解决火炸药生产加工过程中的各种工艺环节所产生的摩擦安全问题，测试得到的结果也无法直接反映实际生产加工过程中火炸药的摩擦感度。另外，数值计算和仿真技术在火炸药生产加工领域的发展需要大量的安全数据作为技术支撑，现有的仿真结果也并没有同摩擦感度建立实际的联系，无法直接反映生产加工过程中的摩擦感度，进而也就无法直接评判生产加工过程的安全性；而且仅靠现有摩擦感度仪的实验数据难以与仿真得到的结果做到匹配，最终也难以得到实际生产部门的认可。

具体来讲，现有的摩擦感度测试装置及方法仅考虑了载荷、压力、速度对试样摩擦感度的影响，缺少对影响摩擦感度的温度、湿度测试条件加以控制；而且对于被测试样的量及布置形状没有严格控制，试样的量决定了燃爆所需的能量，试样的布置形状决定了摩擦接触面，因此必须进行严格控制才能保证摩擦感度的测试精度。柯兹洛夫摩擦摆测试中，摩擦接触固定，试样形状较易控制，载荷调节简易，同时可测定摩擦系数和计算发生爆炸的摩擦力，是一种比较好的测试方法；但是摆锤的冲击力是经过击杆传递给上顶柱的，其中在移动和固定的各零部件之间会有一定的能量损耗；另外，摆锤在一定起始角度下落产生的动量与其速度和重量有关，如果不加以考虑，摆锤在撞击完击杆后还会有回弹，回弹的部分能量也应考虑为能量损耗；还有上顶柱的下端与试样接触，而上端则与固定机座接触，上顶柱与固定机座之间的摩擦损耗也影响了上顶柱加载给试样的摩擦；因此，具体加载给试样的速度、摩擦力、能量均无法准确的确定，最终也无法实际反映压力、速度对试样摩擦感度的影响。BAM摩擦仪采用了特制瓷棒和瓷板，与试样接触的瓷制材料并不能反映实际加工工序中的钢制零部件与试样的摩擦；而且瓷棒与瓷板的接触面也没有特别考虑，不能与实际加工过程结合；另外，瓷板的往复移动，不断变化的速度也无法反映速度对试样摩擦感度的影响；而且瓷棒与试样的接触近乎点接触，其摩擦性质与实际加工状况不符。ABL摩擦仪测试中采用了固定轮，试样位置、厚度不易严格控制，与试样的接触面也比较特殊，也不能与实际加工过程结合；另外，同样存在摆锤撞击的能量损耗问题。大型摩擦摆主要可用于尺寸较大试样的测试，较适合于测定工业火炸药的摩擦感度中，没有设置压力的加载和测量，而且试样放置位置对试验结果影响更大，设备笨重。

因此，火炸药摩擦感度的精确测试与分析非常重要，必须对生产加工过程中火炸药的各种药剂药浆及其组份在各个工艺环节产生的摩擦进行定性定量的研究，才能在实际生产加工过程进行精确的控制。随着高能、敏感性强、易爆添加剂不断被开发出来，火炸药的比冲不断增加，新型号、新配方、新工艺不断出现，火炸药生产加工过程中的安全控制就更为重要。为了减少事故的发生，保证生产的安全进行，必须进行具有工艺针对性的摩擦安全研究。

摩擦本身就是一个综合状态，包括挤压、拉伸、冲击、撕裂、剪切、掺混等多种情况的发生。摩擦现象种类千差万别，不能完全获取其内部变化的量值，应主要研究外部刺激参数对摩擦的影响，再通过统计概率进行安全分析。摩擦过程中主要的外界影响参数为压力、速度、温度、湿度，从研究及实用的角度出发，可以综合现场工艺问题，从这四个方面考虑模拟实际生产加工过程中的摩擦，进而设计出行之有效的摩擦感度测试装置及方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的目的是提供一种火炸药摩擦感度的测试装置及方法，综合考虑火炸药实际工艺生产加工过程中的压力、温度、速度和湿度参数，可用以获取与压力、速度、温度和湿度相关联的摩擦感度数据，进而用于指导实际生产加工及科学研究。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种摩擦感度测试装置，包括试样装载系统、爆炸室、摆锤机构、温湿控制系统、压力加载系统和机架；其中试样装载系统包括上顶柱、下顶柱、滑片、上载台和下载台；爆炸室包括击杆、进风口、出风口、摆锤撞击口、滑片移动口、上支撑板、下支撑板、室壁和防护板；摆锤机构包括摆锤、摆杆、刻度盘、摆角指示针、拨杆；温湿控制系统包括温度传感器、湿度传感器、空压机、出风管、回风管、加热器、加湿器、蒸发器和温湿度控制器；压力加载系统包括加压泵、压力表、油缸、柱塞；滑片设置在上顶柱和下顶柱之间，上顶柱和滑片之间设置有被测试样，下顶柱和滑片之间也设置有被测试样，下载台设置有通孔，下顶柱的横截面与下载台通孔的横截面相同，下顶柱放置于下载台通孔中，下顶柱下端由压力加载系统的柱塞支撑和压出；滑片、上顶柱和下顶柱为消耗件；下载台固定在下支撑板上，上载台设置在上支撑板上，击杆设置在摆锤与滑片中间的摆锤撞击口中，温湿控制系统的出风管与爆炸室的进风口连接、回风管与爆炸室的出风口连接，防护板有三块，分别设置在进风口、出风口和滑片移动口位置；摆锤机构设置在机架上，摆锤自然下摆后垂直于水平面的位置处，摆锤击打端面与击杆被击打端面对齐，击杆另一端与滑片被撞击端面接触；温度传感器和湿度传感器设置在爆炸室的室壁附近；柱塞由加压泵驱动，柱塞一部分设置在油缸中，柱塞另一端设置在试样装载系统的下载台的通孔中，柱塞端面与下顶柱下端面接触，支撑和移动下顶柱。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置为：试样装载系统还包括夹块、限位块，夹块将上顶柱和滑片以及它们之间的被测样品夹住，与下顶柱及下顶柱与滑片之间的被测样品对齐，放置在下载台上；限位块固定在下载台旁边，装载试样时，滑片的被撞击端面与限位块的限位端面接触对齐，限位端面也是击杆撞击端面所在位置；夹块为形状相互对称的两块组成，两块合在一起，夹块的下端面可与下载台台面贴合，中间部分留有滑片形状的矩形带状凹槽，大小正好夹住滑片，阶梯接触面正好搭载在滑片上面，合在一起的夹块上部分为通孔式结构，通孔横截面与上顶柱的横截面相同，上顶柱正好放置在通孔中。夹块保证了滑片上下被装载的试样的量与形状，限位块保证了夹在上下试样的滑片的初始位置。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置为：上载台有凹陷部分，凹陷部分横截面与上顶柱的横截面相同，压力加载时上顶柱上面一部分移动进上载台的凹陷部分中。在压力恒定施加及测试期间，可确保上顶柱无移动。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置为：击杆优选圆柱销钉形状，击杆被击打端优选半球形端面，另一端为圆柱及圆形端面。半球形端面便于承载摆锤的击打，圆柱及圆形端面便于将速度传递给滑片。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置为：用于承载击杆的爆炸室的摆锤撞击口上设置有直线轴承。可将击杆的速度及能量损失减小到最低。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置为：用于承载击杆的爆炸室的摆锤撞击口上设置有润滑油、润滑脂。可将击杆的速度及能量损失减小到最低。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置为：上顶柱和下顶柱的平行于水平面的横截面形状尺寸均相同，横截面形状优选矩形。矩形横截面使得被测试样被加载的压力作用面也为矩形，保证了滑片摩擦方向上的速度和受力一致。而如果上述横截面为圆形，则被测试样被加载的压力作用面也为圆形，滑片摩擦方向上被测试样受到的剪切力则不能均匀分布在圆形面上，最终会加大对摩擦的分析难度。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置有位移监测装置，包括位移传感器及数据采集系统；位移传感器优选非接触式位移传感器，特别优选磁感应位移传感器，磁感应位移传感器包括磁环、测量杆和电子处理单元，在加载滑片前，磁环预先安装在滑片非撞击端。测试时，滑片的位置正好使磁环环绕在测量杆上。位移监测装置用于实时采集滑片被撞击后的位移随时间的变化情况，还可以进一步计算出速度和加速度及受力大小，由此监测到的实时数据比理论推算得到的滑片速度更符合实际。另外，非接触式位移传感器不会产生摩擦力而影响测试数据的准确性。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置为：滑片、上顶柱和下顶柱的材料优选火炸药生产加工工序中与药浆药料接触的关键零部件的材料，同时滑片、上顶柱和下顶柱的表面粗糙度、热处理及后加工工艺也与这些关键零部件的表面粗糙度、热处理及后加工工艺相同，这些关键零部件包括用于火炸药生产加工的搅拌和混合药浆药料的搅拌器、螺杆。考虑不同粗糙度、硬度的与火炸药接触的材料物理性质的影响，以此得到的数据更加符合火炸药实际生产加工情况。

本发明的摩擦感度测试装置进一步设置为：试样装载系统配有刮刀，刮刀选用防静电材料，优选橡胶、铜和塑料。刮刀用于加载试样时方便刮掉多余试样，使试样上表面与加载面齐平。

使用本发明摩擦感度测试装置的摩擦感度测试方法是：

1)将下顶柱放入下载台的通孔中的柱塞上，通过压力加载系统驱动柱塞进而推动下顶柱上移，使下顶柱上端面与下载台上端面留有一定距离，此距离和下载台的通孔横截面决定了加载试样的量，此距离需根据要测试试样的质量、密度和顶柱端面面积预先计算确定；根据计算确定的试样质量，用天平称取试样，将试样放入下顶柱与下载台形成的凹陷空间中，将试样刮平，保证试样上表面水平；放置滑片在试样上，用滑片盖住试样，滑片一端与限位块对齐；放置夹块，将滑片夹住的同时位置与下载台对齐，确保合在一起的夹块上部分通孔与滑片下面下载台的通孔对齐；再用天平称取试样，试样的质量与前面加入的试样的质量相同，将试样放入合在一起的夹块上部分通孔中，放入上顶柱将试样压平；通过压力加载系统驱动柱塞上移，进而驱动下顶柱、滑片、夹块、上顶柱一起上移，直到上顶柱顶在上载台上，下顶柱漏出下载台上表面一部分距离，主体仍留在下载台中；施加设定压力，待稳定后，取走夹块；

2)关闭爆炸室的摆锤撞击口、滑片移动口处的阀门，打开爆炸室的进风口、出风口处的阀门；启动温湿控制系统，将一定温度和湿度的空气循环通入爆炸室，当温度湿度达到设定值后，再继续稳定一段时间；

3)抬起摆杆、摆锤至设定角度，用拨杆锁住；打开滑片移动口处的防护板，关闭爆炸室的进风口、出风口处的防护板；拨动拨杆，摆锤摆下撞击滑片，滑片在被撞击后以一定速度在上下两层试样中间摩擦移动；观察试样是否燃爆；卸载压力，将滑片、上顶柱和下顶柱取出，观察是否受损，记录实验结果；

4)取新的滑片、上顶柱和下顶柱继续实验，重复步骤1)、2)、3)；每种条件的实验测试次数为25次以上，以燃爆次数除以实验测试次数得到的百分比来标定试样在此种条件下的摩擦感度；

5)改变温度、湿度、摆锤摆角、加载压力的大小，重复步骤1)、2)、3)、4)；最终得到不同温度、湿度、速度和压力条件下试样的摩擦感度。

本发明摩擦感度测试方法的注意事项还包括：

采取试样通常用定量勺，装试样过程保证轻拿轻放；环境温度范围在10℃至35℃之间，测试温度小于等于实际生产加工工艺温度，相对湿度小于70％；摆锤摆角在150°以下，加载压力在6MPa以下，摆角指示值与实验条件规定摆角之差的绝对值应不大于1°，温度控制精度在1℃以内，相对湿度控制精度在5％以内；温度和湿度达到设定值后的稳定时间为30分钟以上；将滑片、上顶柱、下顶柱和夹块用充有酒精的超声波洗涤器洗净，用细纱布擦干；燃爆的判定包括分解、燃烧和爆炸，分解包括变色、有气味、有气体产物，燃烧包括冒烟、有痕迹、有一定声响，爆炸包括冒烟、有痕迹、有明显声响；做完一次实验后，检查摆锤、压力表等部件是否发生异常，擦净爆炸室内的残留试样，将使用过的滑片、上顶柱、下顶柱和夹块用脱脂棉擦去残药，用充有酒精的超声波洗涤器洗净，用细纱布擦干后放入干燥器中备用。

本发明摩擦感度测试装置及方法的有益效果是：

1)滑片上下均设置有被测试样，排除了滑片受非试样材料接触面摩擦的干扰，滑片移动摩擦损耗的能量全部作用在了试样上；

2)夹块的设计可实现滑片上下试样的装载，保证试样的装载位置和装载量的准确，使装载操作过程简单化；

3)温湿控制系统可实现被测试样的温度和湿度调节控制，可用于测试不同温度和湿度条件下试样的摩擦感度，建立摩擦感度与温度和湿度之间的关系；

4)摆锤与滑片中间设置击杆，击杆通过直线轴承安装，击杆与直线轴承间的摩擦极小，摩擦损耗极低，进而提高了测试速度的精确性；

5)位移监测装置可实时采集滑片被撞击后的位移随时间的变化情况，还可以进一步计算出速度和加速度及受力大小，比设计及理论计算的速度更准确；

6)位移监测装置采用磁感应位移传感器，位移监测过程不影响测试过程；

7)试样的摩擦面为矩形，保证了摩擦方向上的速度和受力一致，测试结果分析简单可靠；

8)得到的数据更加符合实际加工情况，并可排除非实际生产加工用零部件的材料性质对火炸药摩擦感度的影响；

总之，本发明的摩擦感度测试装置及方法综合考虑了温度、湿度、速度、压力四个参数对试样摩擦感度的影响，可以模拟实际生产加工过程中的摩擦，减少了摩擦损耗不利因素的影响，增加了温度和湿度的测试控制，提高了速度的准确性和可控性，同时考虑了接触材料、表面粗糙度的影响。因此，可得到更加全面、准确的摩擦感度数据，进而可反映实际火炸药生产加工工艺中各参数对摩擦安全性的影响。本发明的摩擦感度测试装置及方法适用于任何火炸药、燃爆品，包括各种火炸药单体半成品、新组份、新配方、新型号、药剂、药浆、药片。采用本发明的摩擦感度测试装置及方法得到的摩擦感度数据还可用于支撑和指导数理模型建立、数值计算、模拟仿真、新配方、新设备和新工艺等研究开发工作。

附图说明

图1是本发明实施例摩擦感度测试装置的示意图，

图2是图1的侧视图，

图3是图1的俯视图，

图4是试样装载系统主要部件的立体图，

图5是试样装载系统主要部件的立体分解图，

图6是本发明实施例摩擦感度测试过程一示意图，

图7是本发明实施例摩擦感度测试过程二示意图，

图8是本发明实施例摩擦感度测试过程三示意图，

图9是本发明实施例摩擦感度测试过程四示意图。

图中：1—试样装载系统，2—爆炸室，3—摆锤机构，4—温湿控制系统，5—压力加载系统，6—机架，7—试样，8—位移监测装置，1-1—上顶柱，1-2—下顶柱，1-3—滑片，1-4—上载台，1-5—下载台，1-6—夹块，1-7—限位块，2-1—击杆，2-2—进风口，2-3—出风口，2-4—摆锤撞击口，2-5—滑片移动口，2-6—上支撑板，2-7—下支撑板，2-8—室壁，2-9—进风口防护板，2-10—出风口防护板，2-11—滑片移动口防护板，2-12—直线轴承，3-1—摆锤，3-2—摆杆，3-3—刻度盘，3-4—摆角指示针，4-1—温度传感器，4-2—湿度传感器，4-3—空压机，4-4—出风管，4-5—回风管，4-6—加热器，4-7—加湿器，4-8—蒸发器，4-9—温湿度控制器，5-1—加压泵，5-2—压力表，5-3—油缸，5-4—柱塞，7-1—上层被测试样，7-2—下层被测试样，8-1—磁环，8-2—测量杆，8-3—电子处理单元，8-4—位移传感器底座，8-5—位移传感器滑轨。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例

如图1～5所示，本实施例摩擦感度测试装置，包括试样装载系统1、爆炸室2、摆锤机构3、温湿控制系统4、压力加载系统5和机架6；其中试样装载系统包括上顶柱1-1、下顶柱1-2、滑片1-3、上载台1-4和下载台1-5；爆炸室2包括击杆2-1、进风口2-2、出风口2-3、摆锤撞击口2-4、滑片移动口2-5、上支撑板2-6、下支撑板2-7、室壁2-8、进风口防护板2-9、出风口防护板2-10、滑片移动口防护板2-11；摆锤机构3包括摆锤3-1、摆杆3-2、刻度盘3-3、摆角指示针3-4、拨杆3-5；温湿控制系统4包括温度传感器4-1、湿度传感器4-2、空压机4-3、出风管4-4、回风管4-5、加热器4-6、加湿器4-7、蒸发器4-8和温湿度控制器4-9；压力加载系统5包括加压泵5-1、压力表5-2、油缸5-3、柱塞5-4；滑片1-3设置在上顶柱1-1和下顶柱1-2之间，上顶柱1-1和滑片1-3之间设置有被测试样7，下顶柱1-2和滑片1-3之间也设置有被测试样7，下载台1-5设置有通孔，下顶柱1-2的横截面与下载台1-5通孔的横截面相同，下顶柱1-2放置于下载台1-5通孔中，下顶柱1-2下端由压力加载系统5的柱塞5-4支撑和压出；滑片1-3、上顶柱1-1和下顶柱1-2为消耗件；下载台1-8固定在下支撑板2-7上，上载台1-4设置在上支撑板2-6上，击杆2-1设置在摆锤3-1与滑片1-3中间的摆锤撞击口2-4中，温湿控制系统4的出风管4-4与爆炸室2的进风口2-2连接、回风管4-5与爆炸室2的出风口2-3连接，防护板三块，包括进风口防护板2-9、出风口防护板2-10和滑片移动口防护板2-11，分别设置在进风口2-2、出风口2-3和滑片移动口2-5位置，采用插拔式结构，上支撑板2-6开有防护板的插拔槽孔，下支撑板2-7开有限位槽，用于防护板的位置限定，保证密封；摆锤机构3设置在机架6上，摆锤3-1自然下摆后垂直于水平面的位置处，摆锤3-1击打端面与击杆2-1被击打端面对齐，击杆2-1另一端与滑片1-3被撞击端面接触；温度传感器4-1和湿度传感器4-2设置在爆炸室2的室壁2-8附近；柱塞5-4由加压泵5-1驱动，柱塞5-4一部分设置在油缸5-3中，柱塞5-4另一端设置在试样装载系统1的下载台1-5的通孔中，柱塞5-4端面与下顶柱1-2下端面接触，支撑和移动下顶柱1-2；试样装载系统1还包括夹块1-6、限位块1-7，夹块1-6将上顶柱1-1和滑片1-3以及它们之间的上层被测样品7-1夹住，与下顶柱1-2及下顶柱1-2与滑片1-3之间的下层被测样品7-2对齐，放置在下载台1-5上；限位块1-7固定在下载台1-5旁边，装载上层被测试样7-1时，滑片1-3的被撞击端面与限位块1-7的限位端面接触对齐，限位端面也是击杆2-1撞击端面所在位置；夹块1-6为形状相互对称的两块组成，两块合在一起，夹块1-6的下端面可与下载台1-5台面贴合，中间部分留有滑片1-3形状的矩形带状凹槽，大小正好夹住滑片1-3，阶梯接触面正好搭载在滑片1-3上面，合在一起的夹块1-6上部分为通孔式结构，通孔横截面与上顶柱1-1的横截面相同，上顶柱1-1正好放置在通孔中。夹块1-6保证了滑片1-3上下被装载的试样7的量与形状，限位块1-7保证了夹在上下试样7的滑片1-3的初始位置。

上载台1-4有凹陷部分，凹陷部分横截面与上顶柱1-1的横截面相同，压力加载时上顶柱1-1上面一部分移动进上载台1-4的凹陷部分中。在压力恒定施加及测试期间，可确保上顶柱1-1无移动。

击杆2-1为圆柱销钉形状，击杆2-1被击打端为半球形端面，另一端为圆柱及圆形端面。半球形端面便于承载摆锤3-1的击打，圆柱及圆形端面便于将速度传递给滑片1-3。

用于承载击杆2-1的爆炸室2的摆锤撞击口2-4上设置有直线轴承2-12。可将击杆2-1的速度及能量损失减小到最低。用于承载击杆2-1的爆炸室2的摆锤撞击口2-4上还设置有润滑油、润滑脂。

上顶柱1-1和下顶柱1-2的平行于水平面的横截面形状尺寸均相同，横截面形状为矩形。矩形横截面使得被测试样7被加载的压力作用面也为矩形，保证了滑片1-3摩擦方向上的速度和受力一致。

设置有位移监测装置8，包括位移传感器及数据采集系统；位移传感器为非接触式磁感应位移传感器，包括磁环8-1、测量杆8-2、电子处理单元8-3、位移传感器底座8-4和位移传感器滑轨8-5，在加载滑片1-3前，磁环8-1预先安装在滑片1-3非撞击端。测试时，移动位移传感器底座8-4，进而带动测量杆8-2和电子处理单元8-3沿位移传感器滑轨8-5移动，直至滑片1-3的位置正好使磁环8-1环绕在测量杆8-2上。位移监测装置8用于实时采集滑片1-3被撞击后的位移随时间的变化情况，还可以进一步计算出速度和加速度及受力大小，由此监测到的实时数据比理论推算得到的滑片1-3速度更符合实际。另外，非接触式磁感应位移传感器不会产生摩擦力而影响测试数据的准确性。

滑片1-3、上顶柱1-1和下顶柱1-2的材料为45号钢。试样装载系统1配有刮刀，刮刀选用防静电橡胶材料。刮刀用于加载试样时方便刮掉多余试样，使试样上表面与加载面齐平。

使用本实施例摩擦感度测试装置的摩擦感度测试方法是：

1)如图6所示，将下顶柱1-2放入下载台1-5的通孔中的柱塞5-4上，通过压力加载系统5驱动柱塞5-4进而推动下顶柱1-2上移，使下顶柱1-2上端面与下载台1-5上端面留有一定距离，此距离和下载台1-5的通孔横截面决定了加载试样7的量，此距离需根据要测试试样7的质量、密度和顶柱端面面积预先计算确定；根据计算确定下层被测试样7-2的质量，用天平称取下层被测试样7-2，将下层被测试样7-2放入下顶柱1-2与下载台1-5形成的凹陷空间中，将下层被测试样7-2刮平，保证下层被测试样7-2上表面水平；放置滑片1-3在下层被测试样7-2上，用滑片1-3盖住下层被测试样7-2，滑片1-3一端与限位块1-7对齐；如图7所示，放置夹块1-6，将滑片1-3夹住的同时位置与下载台1-5对齐，确保合在一起的夹块1-6上部分通孔与滑片1-3下面下载台1-5的通孔对齐；再用天平称取上层被测试样7-1，上层被测试样7-1的质量与前面加入的下层被测试样7-2的质量相同，将上层被测试样7-1放入合在一起的夹块1-6上部分通孔中，放入上顶柱1-1将上层被测试样7-1压平；如图8所示，通过压力加载系统5驱动柱塞5-4上移，进而驱动下顶柱1-2、滑片1-3、夹块1-6、上顶柱1-1一起上移，直到上顶柱1-1顶在上载台1-4上的凹陷部分中，下顶柱1-2漏出下载台1-5上表面一部分距离，主体仍留在下载台1-5中；施加设定压力，待稳定后，取走夹块1-6；

2)关闭爆炸室2的滑片移动口2-5处的滑片移动口防护板2-11，打开爆炸室2的进风口2-2、出风口2-3处的进风口防护板2-9和出风口防护板2-10；启动温湿控制系统4，将一定温度和湿度的空气循环通入爆炸室2，当温度湿度达到设定值后，再继续稳定一段时间；

3)抬起摆杆3-2、摆锤3-1至设定角度，用拨杆3-5锁住；如图9所示，打开滑片移动口2-5处的滑片移动口防护板2-11，关闭爆炸室2的进风口2-2、出风口2-3处的进风口防护板2-9和出风口防护板2-10；移动位移传感器底座8-4，进而带动测量杆8-2和电子处理单元8-3沿位移传感器滑轨8-5移动，直至滑片1-3的位置正好使磁环8-1环绕在测量杆8-2上；拨动拨杆3-5，摆锤3-1摆下撞击滑片1-3，滑片1-3在被撞击后以一定速度在上下两层试样7中间摩擦移动；观察试样7是否燃爆；卸载压力，将滑片1-3、上顶柱1-1和下顶柱1-2取出，观察是否受损，记录实验结果；

4)取新的滑片1-3、上顶柱1-1和下顶柱1-2继续实验，重复步骤1)、2)、3)；每种条件的实验测试次数为25次以上，以燃爆次数除以实验测试次数得到的百分比来标定试样在此种条件下的摩擦感度；

5)改变温度、湿度、摆锤摆角、加载压力的大小，重复步骤1)、2)、3)、4)；最终得到不同温度、湿度、速度和压力条件下试样7的摩擦感度。

注意事项还包括：

用定量勺取试样，装试样过程保证轻拿轻放；环境温度范围在10℃至35℃之间，测试温度小于等于实际生产加工工艺温度，相对湿度小于70％；摆锤摆角在150°以下，加载压力在6MPa以下，摆角指示值与实验条件规定摆角之差的绝对值应不大于1°，温度控制精度在1℃以内，相对湿度控制精度在5％以内；温度和湿度达到设定值后的稳定时间为30分钟以上；将滑片、上顶柱、下顶柱和夹块用充有酒精的超声波洗涤器洗净，用细纱布擦干；燃爆的判定包括分解、燃烧和爆炸，分解包括变色、有气味、有气体产物，燃烧包括冒烟、有痕迹、有一定声响，爆炸包括冒烟、有痕迹、有明显声响；做完一次实验后，检查摆锤、压力表等部件是否发生异常，擦净爆炸室内的残留试样，将使用过的滑片、上顶柱、下顶柱和夹块用脱脂棉擦去残药，用充有酒精的超声波洗涤器洗净，用细纱布擦干后放入干燥器中备用。

本实施例测试试样为丁羟三组元推进剂，摆锤摆角范围在30°至90°之间，加载压力1MPa至5MPa，测试温度30℃至60℃。

Claims (10)

1.一种摩擦感度测试装置，包括试样装载系统、爆炸室、摆锤机构、温湿控制系统、压力加载系统和机架，其特征在于：试样装载系统包括上顶柱、下顶柱、滑片、上载台和下载台；爆炸室包括击杆、进风口、出风口、摆锤撞击口、滑片移动口、上支撑板、下支撑板、室壁和防护板；摆锤机构包括摆锤、摆杆、刻度盘、摆角指示针、拨杆；温湿控制系统包括温度传感器、湿度传感器、空压机、出风管、回风管、加热器、加湿器、蒸发器和温湿度控制器；压力加载系统包括加压泵、压力表、油缸、柱塞；滑片设置在上顶柱和下顶柱之间，上顶柱和滑片之间设置有被测试样，下顶柱和滑片之间也设置有被测试样，下载台设置有通孔，下顶柱的横截面与下载台通孔的横截面相同，下顶柱放置于下载台通孔中，下顶柱下端由压力加载系统的柱塞支撑和压出；滑片、上顶柱和下顶柱为消耗件；下载台固定在下支撑板上，上载台设置在上支撑板上，击杆设置在摆锤与滑片中间的摆锤撞击口中，温湿控制系统的出风管与爆炸室的进风口连接、回风管与爆炸室的出风口连接，防护板有三块，分别设置在进风口、出风口和滑片移动口位置；摆锤机构设置在机架上，摆锤自然下摆后垂直于水平面的位置处，摆锤击打端面与击杆被击打端面对齐，击杆另一端与滑片被撞击端面接触；温度传感器和湿度传感器设置在爆炸室的室壁附近；柱塞由加压泵驱动，柱塞一部分设置在油缸中，柱塞另一端设置在试样装载系统的下载台的通孔中，柱塞端面与下顶柱下端面接触，支撑和移动下顶柱；试样装载系统还包括夹块、限位块，夹块将上顶柱和滑片以及它们之间的被测样品夹住，与下顶柱及下顶柱与滑片之间的被测样品对齐，放置在下载台上；限位块固定在下载台旁边，装载试样时，滑片的被撞击端面与限位块的限位端面接触对齐，限位端面也是击杆撞击端面所在位置；夹块为形状相互对称的两块组成，两块合在一起，夹块的下端面可与下载台台面贴合，中间部分留有滑片形状的矩形带状凹槽，大小正好夹住滑片，阶梯接触面正好搭载在滑片上面，合在一起的夹块上部分为通孔式结构，通孔横截面与上顶柱的横截面相同，上顶柱正好放置在通孔中；上载台有凹陷部分，凹陷部分横截面与上顶柱的横截面相同，压力加载时上顶柱上面一部分移动进上载台的凹陷部分中。

2.根据权利要求1所述的摩擦感度测试装置，其特征在于：所述击杆为圆柱销钉形状，击杆被击打端为半球形端面，另一端为圆柱及圆形端面。

3.根据权利要求1所述的摩擦感度测试装置，其特征在于：所述摆锤撞击口上设置有直线轴承。

4.根据权利要求1所述的摩擦感度测试装置，其特征在于：所述摆锤撞击口上设置有润滑油、润滑脂。

5.根据权利要求1所述的摩擦感度测试装置，其特征在于：所述上顶柱和下顶柱的平行于水平面的横截面形状尺寸均相同，横截面形状为矩形。

6.根据权利要求1所述的摩擦感度测试装置，其特征在于：设置有位移监测装置，包括位移传感器及数据采集系统；位移传感器为非接触式位移传感器。

7.根据权利要求6所述的摩擦感度测试装置，其特征在于：所述位移传感器为磁感应位移传感器，磁感应位移传感器包括磁环、测量杆和电子处理单元，在加载滑片前，磁环预先安装在滑片非撞击端。

8.根据权利要求1所述的摩擦感度测试装置，其特征在于：滑片、上顶柱和下顶柱的材料优选火炸药生产加工工序中与药浆药料接触的关键零部件的材料，同时滑片、上顶柱和下顶柱的表面粗糙度、热处理及后加工工艺也与这些关键零部件的表面粗糙度、热处理及后加工工艺相同，这些关键零部件包括用于火炸药生产加工的搅拌和混合药浆药料的搅拌器、螺杆。

9.根据权利要求1所述的摩擦感度测试装置，其特征在于：所述试样装载系统配有刮刀，刮刀选用防静电材料，优选橡胶、铜和塑料。

10.一种采用如权利要求1-9中任一项所述的摩擦感度测试装置进行摩擦感度测试的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)将下顶柱放入下载台的通孔中的柱塞上，通过压力加载系统驱动柱塞进而推动下顶柱上移，使下顶柱上端面与下载台上端面留有一定距离，此距离和下载台的通孔横截面决定了加载试样的量，此距离需根据要测试试样的质量、密度和顶柱端面面积预先计算确定；根据计算确定的试样质量，用天平称取试样，将试样放入下顶柱与下载台形成的凹陷空间中，将试样刮平，保证试样上表面水平；放置滑片在试样上，用滑片盖住试样，滑片一端与限位块对齐；放置夹块，将滑片夹住的同时位置与下载台对齐，确保合在一起的夹块上部分通孔与滑片下面下载台的通孔对齐；再用天平称取试样，试样的质量与前面加入的试样的质量相同，将试样放入合在一起的夹块上部分通孔中，放入上顶柱将试样压平；通过压力加载系统驱动柱塞上移，进而驱动下顶柱、滑片、夹块、上顶柱一起上移，直到上顶柱顶在上载台上，下顶柱漏出下载台上表面一部分距离，主体仍留在下载台中；施加设定压力，待稳定后，取走夹块；

2)关闭爆炸室的摆锤撞击口、滑片移动口处的阀门，打开爆炸室的进风口、出风口处的阀门；启动温湿控制系统，将一定温度和湿度的空气循环通入爆炸室，当温度湿度达到设定值后，再继续稳定一段时间；

3)抬起摆杆、摆锤至设定角度，用拨杆锁住；打开滑片移动口处的防护板，关闭爆炸室的进风口、出风口处的防护板；拨动拨杆，摆锤摆下撞击滑片，滑片在被撞击后以一定速度在上下两层试样中间摩擦移动；观察试样是否燃爆；卸载压力，将滑片、上顶柱和下顶柱取出，观察是否受损，记录实验结果；

4)取新的滑片、上顶柱和下顶柱继续实验，重复步骤1)、2)、3)；每种条件的实验测试次数为25次以上，以燃爆次数除以实验测试次数得到的百分比来标定试样在此种条件下的摩擦感度；

5)改变温度、湿度、摆锤摆角、加载压力的大小，重复步骤1)、2)、3)、4)；最终得到不同温度、湿度、速度和压力条件下试样的摩擦感度。

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