CN112730125B - 摩擦磨损试验系统 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种摩擦磨损试验系统，包括底座、激振器、冲程推杆、加热台、油盒、加载机构、第一位移传感器、测力机构、隔振托板、第二位移传感器以及控制系统。隔振托板浮动设于底座上，加热台通过弹性支架设于隔振托板上。第二位移传感器设于隔振托板上，并被配置为测量冲程推杆与隔振托板之间产生的第二位移。控制系统电连接于第一位移传感器、第二位移传感器和激振器，控制系统被配置为根据第一位移和第二位移计算出冲程推杆的冲程和频率的反馈值，并将反馈值与预设值进行比对分析，以此控制激振器输出预设的冲程和频率。

Description

摩擦磨损试验系统

技术领域

本公开涉及摩擦磨损学试验技术领域，尤其涉及一种摩擦磨损试验系统。

背景技术

针对柴油润滑性的评定方法，最新的国际标准为ISO 12156-1:2016，国内行业标准为SH/T 0765-2005。目前国内已经能够生产满足以上两种标准的高频往复式试验机，用于柴油润滑性能的检测。2017年SH/T 0765标准起草单位联合57家试验室，采用8种代表性柴油样品，对70多台国内外三种品牌的高频往复式柴油润滑性试验机，进行了500多次的盲测比对试验。统计数据表明，国内现有的高频往复式试验机研制水平良莠不齐，技术创新主要集中在外观改进或采用同等效果的技术方案进行替换以规避现有技术，并没有产生基于摩擦磨损的机理研究，用于改进试验精密度的原始创新。造成多种国产试验机的磨瘢试验结果重复性、再现性各有高低，对试验方法的机理认识粗浅。同时，业内对摩擦系数、油膜厚度的测量准确度以及进一步提高磨瘢试验结果的重复性有所需求。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种试验精度较高且功能多样的摩擦磨损试验系统。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面，提供一种摩擦磨损试验系统，包括底座、激振器、冲程推杆、加热台、油盒、加载机构、第一位移传感器和测力机构，所述激振器设于所述底座，所述冲程推杆可往复移动地穿设于所述激振器并具有自由端，所述自由端设有试验球，所述油盒设于所述加热台上，所述试验片设于所述油盒并位于所述试验球下方，所述加载机构用以使所述试验球对所述试验片产生正压力，所述第一位移传感器用以测量所述冲程推杆与所述激振器之间产生的第一位移，所述测力机构用以测量所述试验球与所述试验片之间的摩擦力。其中，所述摩擦磨损试验系统还包括隔振托板、第二位移传感器以及控制系统。所述隔振托板浮动设于所述底座上，所述加热台通过弹性支架设于所述隔振托板上。所述第二位移传感器设于所述隔振托板上，并被配置为测量所述冲程推杆与所述隔振托板之间产生的第二位移。所述控制系统电连接于所述第一位移传感器、所述第二位移传感器和所述激振器，所述控制系统被配置为根据所述第一位移和所述第二位移计算出所述冲程推杆的冲程和频率的反馈值，并将所述反馈值与预设值进行比对分析，以此控制所述激振器输出预设的冲程和频率。

由上述技术方案可知，本公开提出的摩擦磨损试验系统的优点和积极效果在于：

本公开提出的摩擦磨损试验系统，能够用于ISO 12156-1及SH/T0765标准柴油润滑性试验，还能够用于润滑油、润滑材料的高温，宽频率、宽冲程范围的摩擦磨损试验。该摩擦磨损试验系统主要包括底座、激振器、冲程推杆、加热台、油盒、加载机构、第一位移传感器、测力机构、隔振托板、第二位移传感器以及控制系统。隔振托板浮动设于底座上，加热台通过弹性支架设于隔振托板上。第二位移传感器设于隔振托板上并用于测量冲程推杆与托板之间产生的第二位移。第一位移传感器用以测量冲程推杆与激振器之间产生的第一位移。控制系统电连接于第一位移传感器、第二位移传感器和激振器。控制系统能够根据第一位移和第二位移计算出冲程推杆的冲程和频率的反馈值，并将反馈值与预设值进行比对分析，以此控制激振器输出预设的冲程和频率。通过上述设计，本公开提出的摩擦磨损试验系统相比于现有试验设备，具备了变频范围内冲程控制精准、满足微动磨损要求、摩擦力测量精度高、磨瘢直径试验结果重复性高的特点。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本公开的优选实施方式的详细说明，本公开的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本公开的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种摩擦磨损试验系统的系统示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的侧视图；

图4是图1示出的摩擦磨损试验系统的控制系统的系统示意图；

图5是图1示出的摩擦磨损试验系统的控制系统的另一系统示意图；

图6是激振器与频率响应特性关系曲线图；

图7是图1示出的摩擦磨损试验系统的控制系统的建立激振器的逆模型的原理图；

图8是图1示出的摩擦磨损试验系统的锁定机构的示意图；

图9是图8示出的摩擦磨损试验系统在一状态下的部分示意图；

图10是图8示出的摩擦磨损试验系统在另一状态下的部分示意图；

图11是图1示出的摩擦磨损试验系统对冲程推杆的冲程进行测量和计算的系统示意图；

图12是基于图11的冲程推杆的冲程的算法流程图；

图13是图1示出的摩擦磨损试验系统的局部透视图；

图14是图13的侧视图；

图15是图13示出的摩擦磨损试验系统的摩擦副的受力分析图；

图16是图13示出的摩擦磨损试验系统的摩擦副的另一受力分析图；

图17是图13示出的摩擦磨损试验系统的摩擦副的又一受力分析图；

图18是图1示出的摩擦磨损试验系统的部分示意图；

图19是图18示出的力传感器的放大示意图；

图20是图18示出的摩擦磨损试验系统的局部放大图；

图21是图1示出的摩擦磨损试验系统的另一实施方式的部分示意图；

图22是图1示出的摩擦磨损试验系统的另一实施方式的部分示意图；

图23是图1示出的摩擦磨损试验系统的摩擦副的位移-时间关系示意图；

图24是图1示出的摩擦磨损试验系统的摩擦副的速度-时间关系示意图；

图25是滑动摩擦力与相对运动速度的基础关系示意图；

图26是滑动摩擦力与往返运动各阶段的关系示意图；

图27是滑动摩擦力与往返运动各阶段的完整关系示意图；

图28是组合式形态滤波原理图；

图29是图1示出的摩擦磨损试验系统的加载机构的布置示意图及加载力示意图；

图30是加载机构的另一实施方式中的布置示意图及加载力示意图；

图31是加载机构的另一实施方式中的布置示意图及加载力示意图；

图32是加载机构的另一实施方式中的布置示意图及加载力示意图；

图33是加载机构的另一实施方式中的布置示意图及加载力示意图。

附图标记说明如下：

100.底座；101.试验球；102.试验片；200.激振器；201.本体；202.套管；2021.避让槽；210.冲程推杆；220.支座；221.轴承；231.双头螺杆；232.锁定杆；233.偏心轮；240.绝缘圈；250.平衡轴；260.冲程调节机构；261.弹性调节片；262.调节单元；2621.电机；2622.弹性件；300.加热台；310.油盒；320.弹性支架；321.开孔；330.温度传感器；350.导热台；351.后端挡板；352.前端挡板；3521.螺栓；360.温度开关；400.隔振托板；410.上板体；411.反馈用加速度传感器；420.下板体；430.浮动结构；440.固定座；444.前馈用加速度传感器；450.振幅限制结构；510.第一加载装置；520.第二加载装置；521.砝码；522.吊绳；523.横杆；524.阻尼器；530.弹性支撑片；610.第一位移传感器；620.第二位移传感器；630.标识物；700.测力机构；710.力传感器；711.壳体；712.连接杆；7121.散热鳍片；713.弹性膜；714.压电晶体；810.平衡单元；820.配重块；900.控制系统；910.上位控制机构；920.下位控制机构。

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。

在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。

参阅图1，其代表性地示出了本公开提出的摩擦磨损试验系统的系统示意图。在该示例性实施方式中，本公开提出的摩擦磨损试验系统是以应用于针对柴油润滑油的摩擦磨损性能试验的试验设备为例进行说明的，特别是以应用于ISO 12156-1及SH/T0765标准柴油润滑性试验的试验设备为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本公开的相关设计应用于针对柴油润滑油的其他类型或其他标准下的试验或应用于其他种类的油品的相关试验中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本公开提出的摩擦磨损试验系统的原理的范围内。

如图1所示，在本实施方式中，本公开提出的摩擦磨损试验系统主要包括底座100、激振器200、冲程推杆210、加热台300、油盒310、加载机构、第一位移传感器610和测力机构700。具体而言，激振器200设置在底座100上。冲程推杆210可往复移动地穿设于激振器200，冲程推杆210具有由激振器200前端伸出的自由端，该自由端利用例如试验球101夹具等机构可拆装地固定设置有试验球101。油盒310设置在加热台300上。试验片102设置在油盒310中并位于试验球101的下方。加载机构用以使试验球101对试验片102产生正压力，即向下的加载力。第一位移传感器610用以测量冲程推杆210与激振器200(准确而言应为激振器200的壳体，即并非激振器200的线圈或连接线圈与壳体的弹簧)之间产生的第一位移。测力机构700用以测量试验球101与试验片102之间的摩擦力。

配合参阅图2至图6，图2中代表性地示出了图1示出的摩擦磨损试验系统的俯视图；图3中代表性地示出了图1示出的摩擦磨损试验系统的侧视图，具体为左视图(或前视图，其中以冲程推杆210的伸出于激振器200的方向为“前”)；图4中代表性地示出了图1示出的摩擦磨损试验系统的控制系统900的系统示意图；图5中代表性地示出了控制系统900的另一系统示意图；图6中代表性地示出了激振器200与频率响应特性关系曲线图；图7中代表性地示出了控制系统900的建立激振器200的逆模型的原理图；图8中代表性地示出了摩擦磨损试验系统的锁定机构的示意图；图9中代表性地示出了摩擦磨损试验系统在一状态下的部分示意图；图10中代表性地示出了摩擦磨损试验系统在另一状态下的部分示意图。以下结合上述附图，对本公开提出的摩擦磨损试验系统的各主要组成部分的结构、连接方式或功能关系进行详细说明。

如图1至图3所示，在本实施方式中，本公开提出的摩擦磨损试验系统至少还包括隔振托板400、第二位移传感器620以及控制系统900。具体而言，该隔振托板400浮动设置在底座100上。加热台300通过弹性支架320设置在隔振托板400上。该第二位移传感器620设置在隔振托板400上。第二位移传感器620能够测量冲程推杆210与隔振托板400之间产生的第二位移。控制系统900分别电连接于第一位移传感器610、第二位移传感器620和激振器200。控制系统900能够根据第一位移传感器610测得的第一位移和第二位移传感器620测得的第二位移，计算出冲程推杆210的冲程和频率的反馈值(频率的反馈值可以根据冲程反馈值计算)，并将该反馈值与控制系统900中设定关于激振器200的冲程和频率的预设值进行比对分析，以此控制激振器200输出预设的冲程和频率。通过上述设计，本公开提出的摩擦磨损试验系统相比于现有试验设备，具备了变频范围内冲程控制精准、满足微动磨损要求、摩擦力测量精度高、磨瘢直径试验结果重复性高的特点。

较佳地，如图4至图7所示，在本实施方式中，控制系统900可以优选地包括上位控制机构910以及下位控制机构920。具体而言，上位控制机构910分别电连接于第一位移传感器610和第二位移传感器620。上位控制机构910能够根据第一位移和第二位移计算出冲程推杆210的冲程和频率的反馈值，并将反馈值与预设值进行比对分析。上位控制机构910能够根据上述比对分析计算出关于激振器200的驱动电流的电流设定值，并发出相应的控制指令。下位控制机构920分别电连接于上位控制机构910和激振器200。下位控制机构920能够根据上位控制机构910发出的控制指令，对激振器200的驱动电流进行闭环跟踪控制，从而使激振器200的驱动电流保持为电流设定值，进而使激振器200输出至冲程推杆210的冲程和频率保持为预设值。具体而言，上位控制机构910将激振器200的冲程及频率的反馈值与预设值进行对比，据此实时地给出关于激振器200的驱动电流的电流设定值，并通过下位控制机构920控制激振器200，上述上位控制机构910基于冲程(及频率)的控制过程可以理解为第一套闭环，即“冲程环”。同时，下位控制机构920能够实时测量激振器200的驱动电流的反馈值，并将其与上位控制机构910给出的电流设定值进行对比，据此实时地控制激振器200的驱动电流保持在电流设定值，上述下位控制机构920基于电流的控制过程可以理解为第二套闭环，即“电流环”。承上所述，通过上述关于控制系统900的设计，控制系统900能够实现对激振器200的驱动电流的双闭环的控制模式，即实现对激振器200的工作状态、冲程推杆210的工作状态的双闭环的控制模式，进而实现对整个摩擦磨损试验系统的双闭环控制模式。其中，上位控制机构910通过第一位移传感器610、第二位移传感器620获取冲程瞬时值(即反馈值)，通过比较其与预设值的偏差，调整给下位控制机构920的电流设定值。下位控制机构920采集激振器200的交变电流值(即实时的驱动电流)，用于电流环的反馈控制，其构成方式可以是嵌入式系统、单片机、模拟运放电路。下位控制机构920通过测量到的电流值与电流设定值的偏差，来调整输出给激振器200的驱动电流。

较佳地，如图4至图7在本实施方式中，上位控制机构910可以优选地分别根据激振器200处于多个频率时的响应模型(例如激振器200的电流-驱动力的响应模型)建立逆模型，并根据激振器200的多个逆模型采用变结构控制算法(例如采用滑模控制算法)计算关于激振器200的驱动电流的电流设定值。举例而言，由于激振器200的响应特性为非线性，因此不同设定频率工作点，其响应模型不同，当然逆模型也不同。比如40Hz时，激振器200的电流-驱动力的逆模型为Ga^-1(F)，50Hz时逆模型则可能为Gb^-1(F)，60Hz时可能为Gc^-1(F)。实际应用中难以为激振器200的每个频率点建立一个模型，因此可以每隔一定频率值(例如10Hz)建立一个模型。据此，当设定频率为48Hz时，其逆模型可以根据激振器200的40Hz时的逆模型Ga^-1(F)和激振器200的50Hz时的逆模型Gb^-1(F)通过插值运算得出。由此而见，随着激振器200的频率设定点的变动，实际采用的模型在“Ga^-1(F)、Gb^-1(F)、Gc^-1(F)……”这些逆模型之间灵活变动，亦称之为变结构控制。在其他实施方式中，变结构控制算法亦可包括其他不同模型间连续、灵活变动的方式，并不限于本实施方式中涉及的插值运算的这种变结构控制算法的举例。

如图6所示，为激振器200在不同频率下的响应特性曲线，横坐标为频率，纵坐标为激振器200的增益系数，可以看出激振器200典型的非线性工作特点。

如图7所示，为逆模控制原理图，目标值Xsp为冲程设定值，经过激振器200冲程与电压的关系函数V(x)转换成电压设定值V。本发明建立起了激振器200的数学模型G’(s)，以及其逆模型G’(S)^-1，然后通过逆模控制算法进行精确的冲程控制。

较佳地，如图5和图6所示，在本实施方式中，激振器200在不同频率工作点，其响应频率体现出明显的非线性特征。通过测试不同频率工作点的激振器200响应特性，建立激振器200的逆模型。根据冲程测量瞬时值与冲程设定值之间的偏差，通过逆模型计算出应该输出的激振器200驱动电流，来满足不同频率下摩擦磨损试验系统的冲程控制精度。其中，在图5中，横坐标为频率，纵坐标为激振器200的增益系数。在图6中，目标值Xsp为冲程设定值，经过激振器200冲程与电压的关系函数V(x)转换成电压设定值V。本公开建立起了激振器200的数学模型G’(s)以及其逆模型G’(s)^-1，然后通过逆模控制算法进行精确的冲程控制。

进一步地，基于控制系统900包括上位控制机构910以及下位控制机构920的设计，在本实施方式中，上位控制机构910可以优选地至少包括计算机以及计算机中的相关软件。并且，下位控制机构920可以优选地至少包括单片机(例如ARM单片机)、功率放大电路、信号发生器、看门狗电路等，且上述器件均可集成在一个数控箱内。另外，上述上位控制机构910和下位控制机构920，与下述的超温保护电路、各位移传感器、各力传感器710(测力机构700)和温度传感器330等数控器件或测量器件一起，共同组成了本公开提出的摩擦磨损试验系统的控制系统900的主要部分。

较佳地，在本实施方式中，本公开提出的摩擦磨损试验系统可以优选地采用双重冗余超温保护机制。具体而言，可将温度传感器330与上位控制机构910电连接，利用上位控制机构910(例如计算机)实时监控油样温度的变化情况。下位控制机构920的数控箱内可以优选地集成看门狗电路，据此，当计算机死机或者上位控制机构910与下位控制机构920断开连接时，看门狗电路能够在一定响应时间(例如三秒钟)之后，使下位控制机构920自动进入停止加热的保护状态。并且，加热台300内可以优选地设置有温度开关360，且数控箱内可以优选地集成独立的超温保护电路，据此，在计算机死机或看门狗电路失效时，当加热温度超过温度开关360的上限设定值时，下位控制机构920仍然能够据此进行断电保护，使整个试验设备进入停机状态。通过上述设计，本公开能够实现的双重超温保护状态，进一步确保燃油试验的安全。

较佳地，如图1所示，在本实施方式中，弹性支架320可以优选地大致呈“Z”型(即“ㄣ”型)结构。具体而言，呈“Z”型结构的弹性支架320具有两个连接部以及一个支撑部。两个连接部分别大致呈水平布置，且两个连接部分别通过调平螺丝固定连接在加热台300底部和隔振托板400顶部(即上板体410的上表面)，支撑部连接在两个连接部之间，以实现对加热台300的弹性支撑。其中，两个连接部和支撑部可一优选为一体结构且采用弹性材质制成。在其他实施方式中，两个连接部的材质亦可不同于支撑部，且至少保证支撑部采用弹性材质制成。通过上述设计，能够进一步提高柴油润滑性试验中磨瘢数据的重复性。

较佳地，如图1所示，在本实施方式中，弹性支架320可以优选地连接在加热台300的底部的前、后侧的边缘位置，以实现加热台300能够相对隔振托板400在冲程推杆210轴向上往复移动。

进一步地，如图1所示，基于弹性支架320呈“Z”型结构的设计，同时基于弹性支架320连接在加热台300的底部的前、后侧的边缘位置的设计，在本实施方式中，弹性支架320的连接于隔振托板400的连接部至少部分地位于加热台300在隔振托板400上的正投影图形的范围之外。

进一步地，基于弹性支架320呈“Z”型结构的设计，在本实施方式中，弹性支架320可以优选地采用铍青铜或弹簧钢的弹性薄金属片制成。更进一步地，可在弹性支架320的支撑部开多个开孔321(优选为圆形开孔)。并且，弹性支架320的每个连接部均可以优选地通过三个螺丝穿过弹簧后与加热台300或隔振托板400固定，以此便于找平而能以压住弹性支架320的方式进行固定，一方面能够调整油盒310的高度和水平度，另一方面能够保证摩擦力能更加充分地传递到力传感器710上。在其他实施方式中，弹性支架亦可采用弹性模量较小，且回弹较强而不易产生塑性变形的材料或结构，并不以本实施方式为限。

较佳地，如图1至图3所示，在本实施方式中，冲程推杆210可以优选地采用轻质材料制成，且冲程推杆210的截面直径可以优选为8mm以下。例如，冲程推杆210可以选用铝制空心杆或者碳纤维杆等杆材制成。通过上述设计，本公开能够减轻运动部件(冲程推杆210)的运动质量，从而能够减小激振器200的输出负载的惯性力。在其他实施方式中，冲程推杆210亦可采用其他材质，例如其他轻质的金属或其他轻质材料等，并不以本实施方式为限。

较佳地，如图1至图3所示，在本实施方式中，加热台300中设置有温度传感器330，用以测量油盒310内的油样的温度。温度传感器330电连接于控制系统900，用于供控制系统900采集温度传感器330测得的温度信息，并以此通过上位控制机构910控制加热台300对油样温度进行调节。试验过程中，待试验的油样设置在油盒310里，油样的温度通过温度传感器330进行测量，控制系统900根据测得的温度信息控制加热台300升温，从而使油样升温，控制系统900还可以根据预设的温度设定值与温度传感器330的测量值对加热台300进行闭环跟踪控制，以使加热台300及油样的温度保持在温度设定值。

进一步地，基于温度传感器330的设计，在本实施方式中，该温度传感器330可以优选地采用3线制或4线制的PT100铂电阻。据此，相比于现有试验设备的2线制的铂电阻，本公开能够进一步减少传输导线造成的误差。

进一步地，基于温度传感器330的设计，在本实施方式中，控制系统900可以优选地采用先进型PID算法控制加热台300。

较佳地，在本实施方式中，加热台300底部可以优选地设置有隔热垫，以此实现与底座100导热隔离，满足高温试验的要求。

进一步地，基于隔热垫的设计，在本实施方式中，隔热垫可以优选为陶瓷类或其他硬质隔热材质，例如玻璃纤维、复合硅酸盐等。

较佳地，如图1至图3所示，在本实施方式中，加热台300顶部可以优选地设置有导热台350，油盒310设置在导热台350上。在高温条件下的往复式润滑性试验中，导热台350能将加热台300的热量传递至油盒310，进而传递至油样。在低温条件下的往复式润滑性试验中，导热台350能够实现油样的降温控制，满足低温条件下的往复式润滑性试验要求。

进一步地，基于导热台350的设计，在本实施方式中，导热台350可以采用为带内置水套的铝块结构。其中，水套中可以循环流通有冷冻液，以实现制冷功能，且铝材具有传热较快的特点，使得该结构的导热台350能够同时适应高温及低温条件下的试验需要。在其他实施方式中，导热台350亦可采用其他结构，例如，导热台350可以采用半导体制冷方式等，并不以本实施方式为限。另外，导热台350亦可采用导热性能较好的其他金属材质或其他材质，并不以本实施方式为限。

较佳地，如图1所示，在本实施方式中，加热台300(导热台350)顶部的后端具有后端挡板351，油盒310后端与后端挡板351形成楔型卡槽结构，可以便于油盒310设置在加热台300上时以其后端卡入后端挡板351内。在此基础上，对于油盒310前端的固定，可以优选地采用从前面拧入斜向下的螺栓3521将油盒310前端与加热台300(导热台350)的前端挡板352固定，据此能够与后端挡板351的卡掣形成合力一起固定油盒310。通过上述设计，本公开既方便用户操作，也保证了油盒310与加热台300(导热台350)的良好的导热接触。

较佳地，如图1至图3、图8至图10所示，在本实施方式中，激振器200可以优选地通过支座220设置在底座100上。具体而言，支座220固定在底座100上。激振器200通过轴承221可转动地设置在该支座220上。在此基础上，如图8至图10所示，摩擦磨损试验系统还可以优选地包括锁定机构，该锁定机构主要包括双头螺杆231、锁定杆232以及两个偏心轮233。具体而言，双头螺杆231水平设置且两端分别具有螺头。锁定杆232固定连接于双头螺杆231。两个偏心轮233分别设置在轴承221的两端。偏心轮233的轮心处设置有齿轮，两个偏心轮233的齿轮分别与双头螺杆231的两个螺头传动配合(例如通过传动齿轮)。通过上述设计，锁定机构能够通过锁定杆232带动双头螺杆231转动，使两个偏心轮233转动并可调节地抵顶于轴承221的两端，从而实现对轴承221可调节地锁定。基于上述锁定机构的设计，在安装试验球101和试验片102完毕后准备开始试验时，通过压下轴承221锁定杆232，带动双头螺杆231转动，从而通过传动齿轮带动两个偏心轮233转动，最终使两个偏心轮233夹紧锁定轴承221两端，从而实现轴承221的锁定，使得激振器200与底座100形成刚性连接。当试验结束后，抬起锁定杆232，松开两个偏心轮233，从而释放轴承221的两端解除锁定状态，激振器200则可再次绕轴承221转动，便于拆卸试验球101和其他试验结束后的操作进行。通过上述设计，本公开能够减少支座220中轴承221间隙对试验结果重复性的影响，能够进一步提高柴油润滑性试验中磨瘢数据的重复性。

较佳地，如图1至图3所示，在本实施方式中，冲程推杆210与激振器200之间可以优选地使用绝缘圈240进行绝缘处理。试验球101、试验片102与冲程推杆210、底座100之间均可优选地采用二次绝缘处理，避免激振器200驱动电流干扰油膜厚度的测量的准确性。数控箱中可以优选地集成有直流恒压源以及峰值和频率均固定的交流信号源，该直流恒压源和交流信号源分别能够测量试验球101与试验片102之间的接触阻抗，直流恒压源和交流信号源的电压值可根据不同试验条件选择为特定大小，例如1mV～100mV，以防止电压值太高击穿油膜，或电压值太低影响油膜厚度的测量灵敏度。其中，直流恒压源和交流信号源可以根据试验需要灵活切换。

较佳地，如图1所示，在本实施方式中，本公开提出的摩擦磨损试验系统还可以优选地包括平衡机构。具体而言，该平衡机构包括两个平衡单元810，每个平衡单元810均设置在激振器200(包括激振器200的本体201、套管202或平衡轴250)与底座100之间，且两个平衡机构分别设置在支座220的前、后两侧。平衡机构能够利用两个平衡机构分别对激振器200的位于支座220前侧和后侧的部分施力，从而调节激振器200相对支座220转动而达成水平状态，进而实现对冲程推杆210的水平状态的调节。

进一步地，如图1所示，基于上述平衡机构的设计，在本实施方式中，位于支座220前侧的平衡单元810可以优选地包括一对永磁体，其中一个永磁体固定于激振器200(包括激振器200的本体201或套管202)，另一个永磁体固定于底座100，且两个永磁体上下相对设置。并且，位于支座220后侧的平衡单元810可以优选地包括一个电磁铁和一个永磁体，电磁铁固定于底座100，永磁体固定于激振器200(包括激振器200的本体201或平衡轴250)，且电磁铁与永磁体上下相对设置。据此，平衡机构能够采用电磁斥力的调节方式进行平衡状态的调节，保证加载的精确性。在其他实施方式中，采用上述一对永磁体以及另一对电磁铁与永磁体的设计的两个平衡单元810，亦可相对支座220前后互换位置，并不以本实施方式为限。

更进一步地，如图1所示，基于两个平衡单元810的上述具体设计，在本实施方式中，平衡轴250上可以优选地设置有配重块820。据此，平衡机构能够采用重力加电磁斥力的双重调节方式进行平衡状态的调节，其优势在于试验过程中能稳定加载质量的动态波动。试验过程中，电磁铁通电，其余相对应的磁铁产生磁斥力，并通过支座220前侧的一对永磁体的共同作用来调节激振器200水平状态，进而调节冲程推杆210的水平状态，进一步保证加载的精确性。

基于摩擦磨损试验系统的控制系统900的具体设计，该摩擦磨损试验系统的基本工作原理大致包括：计算机及软件采集第一位移传感器610和第二位移传感器620的测量反馈值并计算出冲程推杆210的真实冲程，即激振器200的冲程的反馈值，并可根据冲程的反馈值计算出频率的反馈值。上位控制机构910将冲程及频率的反馈值与预设值进行对比，基于冲程及频率的反馈值，上位控制机构910能够根据对应于激振器200多个频率点位的响应模型的逆模型，经过变结构控制算法计算出关于激振器200的驱动电流的电流设定值的控制指令，发送给数控箱里的单片机作为设定值。然后，经过数控箱中的功率放大电路，输出驱动电流给激振器200。激振器200可以选用电磁式或电动式原理，可绕支座220中的轴承221转动，在周期变化的驱动电流作用下，激振器200通过与之相连的冲程推杆210带动试验球101夹具前后水平往复运动。被测油样放在油盒310中被温控加热台300加热。改变驱动电流的大小和频率，即可改变试验球101与试验片102之间的相对摩擦运动的冲程和频率。试验过程中，通过测力机构700测量摩擦副的摩擦力大小，并且以测量接触电阻大小来表征油膜的相对厚度。经过特定试验时间后，拆卸下试验球101与油盒310中的试验片102，通过在显微镜下测量试验球101上的平均磨瘢直径的大小来考察燃油的润滑特性的性能优劣。

承上所述，本公开提出的摩擦磨损试验系统通过本实施方式中示例性描述的基本设计构思，或结合上述一个或多个优选设计方案，至少能够达成以下优点和功效：本公开结构设计科学、合理，满足精密仪器的设计规则，能够有效提高试验结果的重复性、再现性，提高摩擦系数测量精度到小数点后两位。再者，本公开采用电磁或电动式激振器200作为振动源，因此相比于电、液压或机械产生的振动源具有结构紧凑，范围宽广，调节方便可靠、反应灵敏等优点。另外，本公开的控制系统900采用上、下位机的方式，上位控制机构910采用变结构控制算法，提高各种频率下冲程的控制精度(可达7μm以内)，优于标准的20μm，提高了磨瘢直径试验结果的精密度，下位控制机构920采用单片机实时控制，响应频率高，整机最高运行频率为500Hz。

配合参阅图11和图12，图11中代表性地示出了摩擦磨损试验系统对冲程推杆210的冲程进行测量和计算的系统示意图；图12中代表性地示出了基于图8的冲程推杆210的冲程的算法流程图。以下结合附图，对本公开提出的摩擦磨损试验系统的冲程推杆210的冲程反馈值的计算方法的优化设计进行详细说明。

如图11所示，在本实施方式中，以例如电动驱动或电磁驱动的激振器200为例，在试验过程中，冲程推杆210的振幅为A，通常可以根据振动幅度、振动频率把摩擦磨损试验系统的各主要结构划分为以下四个振动体：底座100、隔振托板400、导热台350和激振器200的定子。底座100通过橡胶支脚放置在地面上，定子受到激振器200反作用力，其振幅为B。底座100受到反作用力，其所在振动体的振幅为E。并且，激振器200与底座100之间的轴承221存在间隙，因此振幅B与振幅E不同。加热台300、底座100、隔振托板400之间的弹性、柔性或浮动等类型的连接关系，造成在受迫振动作用下的加热台300、底座100、隔振托板400的水平方式的振幅C、E与D均不相同。

如图11和图12所示，在本实施方式中，控制系统900可以优选地采用以下步骤计算冲程推杆210的冲程的反馈值：

采集第一位移和第二位移；

根据第一位移计算冲程推杆210与底座100之间产生的第三位移；

将第三位移与第二位移求差，得到隔振托板400与底座100之间产生的第四位移；

根据第四位移计算隔振托板400与加热台300之间的第五位移；

将第二位移与第五位移求差，得到冲程推杆210与加热台300之间产生的第六位移，即得到冲程推杆210的冲程。

通过上述计算方法的设计，相比于现有试验设备对冲程的测量方法，本公开克服了现有试验设备由于使用单一的LVDT传感器或光栅、磁栅式位移传感器，因而受到底座100、弹性支架320振动干扰从而造成冲程测量不真实、不准确的缺点。

较佳地，如图11和图12所示，在本实施方式中，在根据第一位移计算第三位移的步骤中，可以优选地包括以下步骤：

根据底座100、激振器200和冲程推杆210的结构关系，定义第三位移与第一位移之间的第一函数关系；

将第一位移代入第一函数关系中计算得出第三位移。

进一步地，基于根据第一位移计算第三位移的上述具体计算方法的设计，在本实施方式中，由于冲程推杆210、激振器200、底座100(还可包括支座220和轴承221)的确定的结构关系，第一函数关系可以优选为等比例函数关系。

较佳地，如图11和图12所示，在本实施方式中，在根据第四位移计算第五位移的步骤中，可以优选地包括以下步骤：

根据底座100、隔振托板400和加热台300的结构关系，定义第五位移与第四位移之间的第二函数关系；

将第四位移代入第二函数关系中计算得出第五位移。

进一步地，基于上述计算方法中第一函数关系与第二函数关系的加入，第六位移可以优选地根据以下计算公式得出：

d₆＝d₂－f₂[f₁(d₁)－d₂]

具体而言，在上述计算公式中，f₁(x)为第一函数关系，f₂(x)为第二函数关系，d₁为第一位移，d₂为第二位移，d₃为第三位移，d₄为第四位移，d₅为第五位移，d₆为第六位移。

其中，上述计算公式的主要推导过程可以结合上述计算方法的各主要步骤表示如下：

已知d₁和d₂；

∵d₃＝f₁(d₁)，d₄＝d₃－d₂，d₅＝f₂(d₄)；

∴d₅＝f₂(d₃－d₂)＝f₂[f₁(d₁)－d₂]；

∵d₆＝d₂－d₅；

∴d₆＝d₂－f₂[f₁(d₁)－d₂]

较佳地，在本实施方式中，第一位移传感器610可以优选为直线电感式位移传感器，且该直线电感式位移传感器600可以优选地设置在激振器200的本体201(即外壳)或套管202内。在其他实施方式中，第一位移传感器610亦可选择其他类型的位移传感器，并不以本实施方式为限。据此，电感式直线位移传感器的选型，使得第一位移传感器610具备精度高、抗油雾、防尘能力强等功效。

较佳地，在本实施方式中，第二位移传感器620可以优选为激光三角反射式位移传感器，且该激光三角反射式位移传感器可以优选地设置在隔振托板400上。在其他实施方式中，第二位移传感器620亦可选择其他类型的位移传感器，并不以本实施方式为限。据此，激光三角反射式位移传感器的选型，使得第二位移传感器620具备安装简单、检测相对差值、可迅速复位零点等功效。另外，电感式直线位移传感器和激光三角反射式位移传感器均具备抗污染、可靠性、长期测量精度等优点，均优于利用刻度原理测量位移的光栅、磁栅式传感器等现有位移传感器。在其他实施方式中，第二位移传感器620亦可选用或电涡流测距原理等非接触式、且耐油污强的位移传感器，并不以本实施方式为限。

较佳地，如图11所示，在本实施方式中，摩擦磨损试验系统还可以优选地包括标识物630。具体而言，该标识物630固定在冲程推杆210上，标识物630能够作为冲程推杆210的标定物而被第二位移传感器620直接测量，从而供第二位移传感器620更加方便、精确地测量冲程推杆210与隔振托板400之间产生的第二位移。即，第二位移传感器620在对第二位移的测量过程中，实际上是对标识物630与隔振托板400之间产生的位移进行测量，从而得到冲程推杆210与隔振托板400之间产生的第二位移。在其他实施方式中，第二位移传感器620亦可直接测量冲程推杆210与隔振托板400之间产生的第二位移，并不以本实施方式为限。

进一步地，如图11所示，在本实施方式中，激振器200可以优选地包括本体201和套管202。具体而言，套管202固定在本体201的前端，且两者优选为共轴布置。冲程推杆210穿设在套管202和本体201中，且冲程推杆210的自由端由套管202的前端(即套管202的远离本体201的一端)伸出。在此基础上，基于上述标识物630的设计，可以在套管202的管壁结构内开设与其管腔连通的避让槽2021，标识物630的一端连接在冲程推杆210的对应于避让槽2021的部分上，标识物630的另一端延伸至该避让槽2021内。并且避让槽2021通过开设在套管202的管壁结构上的观察口连通于外界，使得第二位移传感器620能够通过观察口测量到在避让槽2021内随冲程推杆210移动的标识物630。在其他实施方式中，基于标识物630和套管202的设计，为使第二位移传感器620能够测量标识物630的位移，亦可对标识物630或套管202采用其他设计，并不以本实施方式为限。

更进一步地，基于套管202开设避让槽2021及观察口的设计，在本实施方式中，避让槽2021沿套管202轴向(即冲程推杆210轴向)的长度可以优选地略大于激振器200输出的冲程的最大设定值，从而使得标识物630在随冲程推杆210移动的过程中，不会受到避让槽2021的结构干涉的影响。在其他实施方式中，避让槽2021沿套管202轴向的长度亦可等于激振器200输出的冲程的最大设定值，并不以本实施方式为限。

其中，在本实施方式中，基于上述第二位移传感器620的设计，同时基于标识物630的设计，本公开是利用激光三角反射式位移传感器经由观察口探测到标识物630物的动态运动情况。激光三角反射式位移传感器能够由三角几何计算法精确得到标识物630的瞬时位移。与此同时，每次试验前上位控制机构可以将激光三角反射式位移传感器测量的标识物630的初始位置作为零点，试验过程中测量的信号为相对零点位置的位移偏差值，因此不会受标识物630表面粗糙度、反光度、污染情况的影响。激光三角反射式位移传感器可以优选地由激光发光二极管、滤光片、镜片组以及内部的CCD、CMOS或PSD感光元件等组成。

承上所述，本公开提出的摩擦磨损试验系统通过本实施方式中示例性描述的基本设计构思，或结合上述一个或多个优选设计方案，至少能够达成以下优点和功效：通过本公开提出的上述计算算法，可以得到真实冲程的反馈值，避免了采用单一的LVDT位移传感器或者光栅、磁栅位移传感器只能测量近似替代值，并且能减少振动的影响。在燃油的摩擦磨损试验中，燃油轻组分受热后再冷凝会形成油雾，损过程会形磨成金属屑和粉尘，这些都会影响现有试验设备中所使用的光栅、磁栅等这类利用刻度测量位移的传感器的可靠性和长期精度。然而，当本公开采用激光三角反射式位移传感器作为第二位移传感器620时，通过测量物体的表面运动的相对位移，并通过几何关系求出往返距离，因此与表面平行度、表面粗糙度、反光程度、污染程度均无关系，且该类型位移传感器安装和调试简单，使用可靠性强。

配合参阅图13至图17，图13中代表性地示出了摩擦磨损试验系统的局部透视图；图14中代表性地示出了图13的侧视图；图15中代表性地示出了摩擦副的受力分析图；图16中代表性地示出了摩擦副的另一受力分析图；图17中代表性地示出了摩擦副的又一受力分析图。以下结合上述附图，对本公开提出的摩擦磨损试验系统的关于冲程调节的控制方法的优化设计进行详细说明，同时对冲程调节机构260的各主要组成部分的结构、连接方式或功能关系进行详细说明。

如图13和图14所示，在本实施方式中，本公开提出的摩擦磨损试验系统可以优选地包括冲程调节机构260。具体而言，该冲程调节机构260至少可以包括弹性调节片261以及调节组件。弹性调节片261设置在激振器200的内腔，冲程推杆210穿设并连接于弹性调节片261，弹性调节片261能够可调节地对冲程推杆210施加一弹性阻力，弹性阻力的方向平行于冲程推杆210的轴向。调节组件连接于弹性调节片261，调节组件能够对弹性调节片261施加沿冲程推杆210的轴向的压紧力，以此调节弹性调节片261对冲程推杆210施加的弹性阻力。其中，控制系统900电连接于调节组件，控制系统900被能够控制调节组件对弹性调节片261施加的压紧力的方向和大小。弹性调节片261具有防止冲程推杆210弯曲和防止激振器200切向运动的作用，同时可以根据不同摩擦力的大小，调整弹性调节片261的刚度。通过上述设计，本公开能够在“弹性调节片261刚度太大时底座100振动增强”与“弹性调节片261刚度太小时摩擦力粘滑干扰加大”这两个矛盾因素中达成平衡。据此，本公开提高了高频率、微小冲程，低频率、大冲程等变频润滑性试验中冲程的控制精度和润滑性试验中磨瘢数据的重复性。另外，在本实施方式中，是以冲程调节机构260在每次试验开始之前对冲程进行调节控制为例进行说明的。即，在试验开始之前，可以根据不同的试验需要，利用控制系统900控制调节组件调节弹性调节片261对冲程推杆210的施力方向和大小(即调节弹性调节片261的刚度大小)。在其他实施方式中，亦可同时利用该冲程调节机构260参与试验过程中的对冲程的动态控制，并不以本实施方式为限。

从往复式摩擦过程的力学角度分析，弹性调节片261与摩擦力(试验球101与实验片之间)共同构成了妨碍摩擦副相对往复运动的阻力，而激振器200的驱动力为推动和拉动摩擦副相对往复运动的动力。摩擦力因其油膜破裂的随机性，并且油膜破裂前后摩擦力的数值差距大，因此造成摩擦副受到的阻力值随机突变，因此调节激振器200驱动力来应对阻力值的突变难度很大，尤其用于高频控制、微动磨损时，其冲程的控制难度更大。由于弹性调节片261的弹性阻力符合胡克定律，其阻力值随着冲程的增加而线性增大，规律性明显，易于控制。因此增加弹性调节片261的弹性阻力与摩擦力的比例，使得摩擦力的随机突变在整个阻力合力里占比减少，从而能够明显降低冲程控制的难度。同时，过大的弹性阻力，也不利于冲程控制精度的提高。更大的弹性阻力，意味着需要更大的激振器200的驱动力，也意味着激振器200传递给底座100的反作用力也增大，引起底座100的振动，从而影响冲程的测量精度和摩擦系数的测量精度。

为实现上述冲程调节的功能，根据不同的试验要求，本公开能够动态地调整弹性调节片261的刚度，提供适合的弹性阻力，从而能够最大化的提高摩擦磨损试验系统的整体控制精度。

较佳地，如图13和图14所示，在本实施方式中，调节组件可以优选地包括多个调节单元262。例如图13示出的局部透视结构中能够观察到两个调节单元262，又如图14示出的局部透视结构中亦能观察到两个调节单元262。具体而言，每个调节单元262可以优选地包括电机2621以及弹性件2622。电机2621固定在激振器200的内腔，电机2621与弹性调节片261在冲程推杆210的轴向上间隔布置。弹性件2622连接在电机2621与弹性调节片261之间。其中，调节组件被配置为通过电机2621驱动弹性件2622对弹性调节片261施加压紧力。在其他实施方式中，调节组件亦可仅包括一个调节单元262，即调节组件包括至少一个调节单元262，并不以本实施方式为限。

进一步地，如图13和图14所示，基于每个调节单元262包括电机2621和弹性件2622的设计，在本实施方式中，每个调节单元262还可以优选地包括另一弹性件2622。该另一弹性件2622连接在弹性调节片261与激振器200之间，且调节单元262的两个弹性件2622分别位于弹性调节片261的在冲程推杆210的轴向上的前后两侧。在其他实施方式中，当调节组件包括多个调节单元262时，亦可将部分调节单元262采用具有上述另一弹性件2622的设计，而将其余调节单元262采用仅具有一个弹性件2622的设计，即多个调节单元262的至少其中之一可以优选地包括另一弹性件2622，并不以本实施方式为限。

进一步地，基于调节组件包括多个调节单元262的设计，在本实施方式中，多个调节单元262可以优选地围绕冲程推杆210的外周分布。更进一步地，多个调节单元262可以优选地围绕冲程推杆210的外周间隔均匀地分布。

较佳地，如图13和图14所示，基于冲程调节机构260包括调节组件和弹性调节片261的设计，同时基于激振器200包括本体201和套管202的设计，在本实施方式中，弹性调节片261可以优选地设置在套管202的管腔内，调节组件亦可优选地设置在套管202的管腔内。

承上所述，如图15所示，摩擦副包含可运动的试验球101以及固定不动的试验片102。激振器200输出驱动力Q给冲程推杆210带动试验球101在初始位置(实线示出的试验球101的位置)与振动边界(虚线示出的试验球101的位置)之间往复运动。冲程推杆210通过弹性调节片261与激振器200(例如套管202)相连接，冲程推杆210向左运动时带动弹性调节片261发生向左的弯曲变形(虚线示出的弹性调节片261的变形状态)。试验球101与冲程推杆210紧密地相连接，两者可以作为一个整体进行受力分析，在冲程推杆210与试验球101向左运动时，受到激振器200的向左方向的驱动力Q、弹性调节片261向右的弹性阻力T，以及试验片102对试验球101的摩擦力f。据此，试验球101与冲程推杆210的受力运动方程为：

Q－(T+f)＝ma

上式中，m为试验球101与冲程推杆210的质量，a为试验球101与冲程推杆210的运动加速度。

其中，加速度a的二次积分即为冲程瞬时值，于是冲程的精度控制，可以通过动态调节驱动力Q来控制加速度a。摩擦力f因为随机性较大，油膜破裂后瞬间摩擦力激增，造成临时调整驱动力Q的控制难度高。而当弹性阻力T远大于摩擦力f时，摩擦力f的变化引起的“T+f”的整体阻力值变化较小。由于弹性阻力T与弹性形变成反比，弹性形变与冲程瞬时值成比例关系。因此，当弹性阻力T远大于摩擦力f时，摩擦力f整体显现出与冲程值成反比的规律特征，冲程的控制难度大幅下降。

如图16所示，当弹性阻力T增大时，激振器200的驱动力Q也需要增大，相应的激振器200的反作用力也增大，使激振器200外壳、底座100往复振动，进而带动试验片102在初始位置与振动边界之间往复振动。冲程推杆210的冲程可以定义为试验球101与试验片102之间的最大相对运动距离，试验片102的往复振动，造成冲程测量精度降低，从而使得冲程控制精度下降。因此，不宜一味的通过增加弹性调节片261的刚度来增加弹性阻力T，弹性调节片261的刚度需要控制在一个合适的范围内，且该范围与摩擦力f、试验频率、试验冲程均相关。

如图17所示，本公开在弹性调节片261的两侧使用调节组件(例如弹簧)对弹性调节片261限位。当调节组件向左拉动时，弹性调节片261被压紧，因此其刚性增大，弹性阻力T也相应增加；当调节组件向右拉动时，弹性调节片261被松开，此时其刚性降低，弹性阻力T相应减小。据此，可以优选地在控制系统900中根据不同的冲程设定值、频率设定值、摩擦力大小来调整调节组件调节弹性调节片261的运动位移，从而动态改变弹性调节片261的刚度。

配合参阅图18至图28，图18是图1示出的摩擦磨损试验系统的部分示意图；图19代表性地示出了图18示出的力传感器710的放大示意图；图20代表性地示出了摩擦磨损试验系统的局部放大图；图21代表性地示出了摩擦磨损试验系统的另一实施方式的部分示意图；图22代表性地示出了摩擦磨损试验系统的另一实施方式的部分示意图；图23代表性地示出了摩擦副的位移-时间关系示意图；图24代表性地示出了摩擦副的速度-时间关系示意图；图25代表性地示出了滑动摩擦力与相对运动速度的基础关系示意图；图26代表性地示出了滑动摩擦力与往返运动各阶段的关系示意图；图27代表性地示出了滑动摩擦力与往返运动各阶段的完整关系示意图；图28代表性地示出了组合式形态滤波原理图。以下结合上述附图，对本公开提出的摩擦磨损试验系统的关于摩擦力测量的优化设计进行详细说明，同时对本实施方式中摩擦磨损试验系统的测力机构700的各主要组成部分的结构、连接方式或功能关系进行详细说明。

如图18所示，在本实施方式中，本公开提出的摩擦磨损试验系统的测力机构700可以优选地包括两个力传感器710以及摩擦力计算单元。其中，根据上述对该摩擦磨损试验系统的主要结构的说明，可知试验球101和试验片102共同界定一组摩擦副。具体而言，两个力传感器710分别设置在隔振托板400上，且两个力传感器710相对称地连接在加热台300的沿冲程推杆210轴向的前后两侧，两个力传感器710能够分别测量摩擦副的一对摩擦力。摩擦力计算单元分别与两个力传感器710相连接，摩擦力计算单元能够对两个力传感器710分别测得的一对摩擦力求差，并对求差后的摩擦力采用组合式形态滤波算法进行处理，从而得到摩擦副的摩擦力。通过上述设计，同时配合相应的摩擦力信号处理算法(以下详述)，本公开能够减小底座100振动、加热应力对摩擦系数测量准确性的影响。

承上所述，如图23至图28所示，在本实施方式中，上述组合式形态滤波算法大致包括：预先对往复式摩擦力与速度变化进行摩擦学理论分析，优选Stribeck曲线中速度与摩擦系数的关系来建立摩擦力周期变化图，并以此为基础建立形态滤波窗口，对求差运算及带通滤波后的摩擦力信号进行组合式形态滤波处理。

较佳地，如图18和图19所示，在本实施方式中，每个力传感器710可以优选地包括壳体711、连接杆712、弹性膜713以及压电晶体714。具体而言，壳体711固定在隔振托板400上。连接杆712水平设置且其一端连接于加热台300。弹性膜713活动设置在壳体711并连接于连接杆712的另一端。压电晶体714设置在壳体711内并电连接于摩擦力计算单元。其中，力传感器710能够通过连接杆712带动弹性膜713接触压电晶体714，压电晶体714根据其所受到的弹性膜713的往复拉力或压力产生电信号，并在摩擦力计算单元中以电信号表征摩擦力。

进一步地，基于力传感器710包括壳体711、连接杆712以及压电晶体714的设计，在本实施方式中，连接杆712的材质可以优选为不锈钢、钛或陶瓷类材质。在其他实施方式中，连接杆712的材质还可以选为质量较轻、质量均匀度较佳、硬度较高、导热较慢的其他材料，并不以本实施方式为限。在本实施方式中，使用压电晶体714作为传感器信号转换部件，在其他实施方式中，可以采用压磁效应元件，并不以本实施方式为限。

进一步地，基于力传感器710包括壳体711、连接杆712以及压电晶体714的设计，在本实施方式中，壳体711的材质可以优选为不锈钢。在其他实施方式中，壳体711的材质还可以选为其他金属材料，并不以本实施方式为限。

进一步地，如图18所示，基于力传感器710包括壳体711、连接杆712以及压电晶体714的设计，在本实施方式中，每根连接杆712上均可以优选地设置有多个散热鳍片7121。在其他实施方式中，为进一步降低温度对摩擦力测量的影响，亦可在连接杆712上设置其他结构的散热结构，或可在力传感器710的其他位置进行散热结构的优化设计，并不以本实施方式为限。

较佳地，在本实施方式中，可以优选地利用一对温度传感器330紧贴在两个力传感器710的表面，用以测量两个力传感器710的表面温度，据此在控制系统900中修正力传感器710随温度变化的灵敏度的漂移值。

较佳地，如图20所示，在本实施方式中，隔振托板400可以优选地包括上板体410、下板体420以及浮动结构430。具体而言，上板体410设置在底座100上方。下板体420固定在底座100上，且下板体420位于上板体410的下方。浮动结构430设置在上板体410与下板体420之间。据此，隔振托板400通过浮动结构430在竖直方向上支撑在上板体410与下板体420之间，并使上板体410在水平方向上能够相对下板体420移动。通过上述设计，能够进一步提高柴油润滑性试验中磨瘢数据的重复性。

进一步地，如图20所示，基于隔振托板400包括上板体410、下板体420以及浮动结构430的设计，在本实施方式中，底座100上设置有固定座440，上板体410在水平方向上可以优选地通过振幅限制结构450连接于固定座440，该振幅限制结构450能够调节上板体410在水平方向上相对于下板体420的移动的振幅。通过上述设计，能够减少底座100的振动向隔振托板400上的油盒310及力传感器710的传递，进一步提高摩擦力测量精度和润滑性试验中磨瘢数据的重复性。

更进一步地，如图20所示，基于隔振托板400包括浮动结构430即振幅限制结构450的设计，在本实施方式中，隔振托板400的浮动结构430可以优选地包括圆柱轴承221(或者滚珠)，且振幅限制结构450可以优选地包括空气弹簧阻尼器524。在其他实施方式中，隔振托板400的浮动结构430还可以选用薄膜气垫、上下相对设置的两组互斥的磁铁等结构或器件。再者，振幅限制结构450还可以选用磁致伸缩式执行器等结构或器件，均不以本实施方式为限。

更进一步地，基于浮动结构430包括圆柱轴承221的设计，在本实施方式中，可将圆柱轴承221采用密封设计，以达到防尘防潮的功效。当浮动结构430采用其他结构或器件时，亦可对其他浮动结构430进行密封设计。

更进一步地，基于隔振托板400包括浮动结构430即振幅限制结构450的设计，在本实施方式中，可以在隔振托板400或基座上设置反馈用加速度传感器411，测量振动幅度的大小作为反馈值。据此，控制系统900可以根据反馈值使得振幅限制结构450产生一个反相位的振动值来补偿基座的振动，以保证隔振托板400尽可能静止。振幅限制结构450可以优选为电磁式或磁致伸缩式主动减振器(图20中未示出，将结合其他实施方式在下述内容详述)。

进一步地，在本实施方式中，隔振托板400(至少包括其上板体410和下板体420)可以优选为铝、钛或不锈钢材质。在其他实施方式中，隔振托板400的材质还可以选为质量较轻、不易变形的其他材料，并不以本实施方式为限。

承上所述，本公开提出的摩擦磨损试验系统的针对摩擦力测量的优化设计的上述优选方案的测量原理大致如下：如图18所示，摩擦副由随冲程推杆210同步运动的试验球101和固定在油盒310中的试验片102组成。在试验过程中，试验球101由初始位置向振动边界运动，然后再返回到初始位置，然后再向振动边界运动，如此往复直线运动，直到试验结束。试验球101在试验片102上运动时，产生的摩擦力对试验片102所固定的平台(例如包括油盒310、加热台300、导热台350等)生往复的水平推拉力。在上述往复直线运动过程中，连接杆712把试验片102所固定的平台受到的往复式摩擦力作用，传导至力传感器710的弹性膜713，使其往复振动。固定螺栓3521可将力传感器710的壳体711固定在固定座440上，使其保持静止。弹性膜713往复振动时，会与静止的壳体711一起形成合力作用，对压电晶体714产生往复拉力或压力，产生的电信号用来表征摩擦力的大小。

由于加热台300内安装有加热棒，当加热台300被加热时，发生受热膨胀；当停止对加热台300加热时，发生收缩。在试验过程中，加热台300是通过给加热棒通/断电流进行控制，因此加热台300会在膨胀和收缩状态之间来回伸缩转换。上述伸缩变化产生的热应力，也会通过连接杆712作用到力传感器710的弹性膜713上，热应力信号会作为干扰叠加在摩擦力信号之上。热应力同时作用在两个力传感器710上，形成相位相同的共模信号。即，热膨胀时，左侧的力传感器710和右侧的力传感器710同时受到压力作用，冷收缩时，左侧的力传感器710和右侧的力传感器710同时受到拉力作用。摩擦力也同时作用在两个力传感器710上，形成相位相反的差模信号。即，当试验球101从初始位置向振动边界运动时，摩擦力对左侧的力传感器710产生压力作用，而对右侧的力传感器710产生拉力作用，当试验球101从振动边界向初始位置运动时，摩擦力对左侧的力传感器710产生拉力作用，而对右侧的力传感器710产生压力作用。据此，本公开利用热应力作用的共模性质和摩擦力作用的差模性质，通过求差分运算，既可以将热应力产生的干扰信号，从摩擦力信号中除去。在进行求差分运算时，可以尽可能保证两个力传感器710的灵敏度等参数一致。

具体而言，如图23至图28所示，基于上述摩擦力的测量优选方案的测量原理，本公开对摩擦力进行测量的具体方法如下：

如图23和图24所示，其示出了摩擦副中试验球101在试验片102上往复运动时(例如试验球101的b→a→b→c→b一次往复运动过程)，位移、速度的关系曲线图。其中，t0时刻试验球101位于a位置与c位置中间的b位置，此时试验球101速度为最大负值，运动趋势为由b向a运动；在t1时刻试验球101抵达a位置，此时试验球101速度为零，运动趋势为开始由a向b运动；在t2时刻试验球101再次处于b位置，此时试验球101速度为最大正值，运动趋势为由b向c运动；在t3时刻试验球101抵达c位置，此时试验球101速度为零，运动趋势为开始由c向b运动。以上，试验球101据此依次周而复始。

试验球101在试验片102上往复运动的速度u与时间t的关系曲线(以最常用的正弦运动为例)，如图25中u-t关系曲线所示；滑动摩擦力f1随时间t的关系曲线如图25中f1-t关系曲线所示。摩擦力大小与相对运动的速度无关的规律，是建立往复式摩擦力形态滤波模型的基础。

如图26所示，左侧f1-t关系曲线表示往复式摩擦力的基础变化规律；右侧f21-t关系曲线为静摩擦力与推动试验球101的外力相等，随其逐步增加的规律；右图f22-t关系曲线中的“尖型曲线”表示最大静摩擦力略大于滑动摩擦力的规律；右图f23-t关系曲线中的“凹陷型”是基于Stribeck润滑理论，当发生边界润滑时摩擦力大小随着速度的增加而减小的规律。

图27为滑动摩擦力与往返运动的完整关系图，其中f31-t关系曲线为f21-t、f22-t关系曲线的叠加，f32-t为f31-t与f23-t关系曲线的叠加。把f32-t关系曲线作为形态滤波的窗函数模型。

图28为组合式形态滤波原理图：F-t关系曲线图表示力传感器710应该测到的摩擦力理论值；V-t关系曲线图表示机械振动信号对力传感器710测量的干扰；T-t关系曲线图表示热应力作用对力传感器710测量的干扰；E-t关系曲线图表示电磁干扰信号对力传感器710测量的干扰。fL-t/fR-t关系曲线图为左、右力传感器710测量到的各种干扰共同作用的输出信号。fb＝|fL(t)-fR(t)|为对左、右力传感器710输出信号进行求差运算，然后再求绝对值。dB-Hz为带通滤波算法。fm-t关系曲线图为建立的形态滤波模型，Out＝{Fco[f(t)]+Foc[f(t)]}/2为形态滤波的开闭运算算法。真实测量到的摩擦力信号如fL-t关系曲线所示，经过求差运算，带通滤波，以及与往复式摩擦力窗函数模型为参照物进行形态滤波后，输出信号为fa。fa为测量精度较高的摩擦力信号，除以加载力后即可换算成摩擦系数。

在其他实施方式中，为实现隔振托板400浮动设置在底座100上的设计，同时为实现对隔振托板400水平方向的浮动幅度的振幅调节，隔振托板400的浮动结构430和振幅限制结构450亦可分别选择其他结构形式。以下结合图21和图22，对隔振托板400在本公开的其他两个实施方式中的改型或优化设计进行示例性说明。

如图21所示，在该附图所代表的本公开的另一实施方式中，浮动结构430可以优选地包括多个薄膜气垫。并且，振幅限制结构450可以优选地包括磁致伸缩式执行器。另外，上板体410还可以优选地设有反馈用加速度传感器411。具体而言，反馈用加速度传感器411能够采集上板体410相对于下板体420的水平方向(即冲程推杆210的轴向)上移动的加速度，并以该加速度表征上板体410相对下板体420的往复振动趋势。该反馈用加速度传感器411电连接于一控制器(该控制器可以为独立控制器，亦可集成于控制系统900中)，该控制器能够根据上板体410的往复振动趋势的振动信号对磁致伸缩式执行器进行闭环跟踪控制，从而调节上板体410相对下板体420的往复振动趋势保持在一预设范围内。

较佳地，如图21所示，基于隔振托板400的浮动结构430包括多个薄膜气垫的设计，在该实施方式中，多个薄膜气垫是沿水平方向，进一步优选地是沿冲程推杆210的轴向，相间隔地布置。

较佳地，如图21所示，基于隔振托板400的浮动结构430包括多个薄膜气垫的设计，在该实施方式中，薄膜气垫可以优选地呈竖直设置的波纹管状结构。

如图22所示，在该附图所代表的本公开的另一实施方式中，浮动结构430可以优选地包括两组磁铁。并且，振幅限制结构450可以优选地包括磁致伸缩式执行器。另外，上板体410还可以优选地设有反馈用加速度传感器411。具体而言，两组磁铁磁性互斥且分别设置在上板体410(下表面)与下板体420(上表面)。反馈用加速度传感器411能够采集上板体410相对于下板体420的水平方向(即冲程推杆210的轴线)上移动的加速度，并以该加速度表征上板体410相对下板体420的往复振动趋势。该反馈用加速度传感器411电连接于一控制器(该控制器可以为独立控制器，亦可集成于控制系统900中)，该控制器能够根据上板体410的往复振动趋势的振动信号对磁致伸缩式执行器进行闭环跟踪控制，从而调节上板体410相对下板体420的往复振动趋势保持在一预设范围内。

进一步地，如图22所示，基于浮动结构430、振幅限制结构450和反馈用加速度传感器411的上述设计，在该实施方式中，固定座440还可优选地设置有前馈用加速度传感器444。具体而言，前馈用加速度传感器444能够采集固定座440的水平方向(即冲程推杆210的轴向)上移动的加速度，并以该加速度表征固定座440的往复振动趋势。该前馈用加速度传感器444电连接于一控制器(该控制器可以为独立控制器，亦可集成于控制系统900中)，该控制器能够根据上板体410和固定座440的往复振动趋势的振动信号对磁致伸缩式执行器进行闭环跟踪控制，从而调节上板体410相对下板体420的往复振动趋势保持在一预设范围内。

配合参阅图29至图33，图29代表性地示出了摩擦磨损试验系统的加载机构的布置示意图及加载力示意图；图30至图33分别示出了本公开提出的摩擦磨损试验系统在四个其他实施方式中的加载机构的布置示意图及加载力示意图。以下结合上述附图，对本公开提出的摩擦磨损试验系统的加载力的优化设计进行详细说明，同时对摩擦磨损试验系统的加载机构的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。

如图29所示，在本实施方式中，摩擦磨损试验系统的加载机构至少包括第一加载装置510。具体而言，该第一加载装置510设置在底座100上并相对连接于激振器200，且第一加载装置510位于支座220的在冲程推杆210轴向上的后侧。第一加载装置510能够对激振器200施加一向上的加载力，以使激振器200带动试验球101向试验片102施加一正压力(即向下的压力)，有助于在试验球101与试验片102的相对移动过程中模拟出更加贴近真实的摩擦状态。在其他实施方式中，第一加载装置510亦可设置在支座220的前侧，则此时第一加载装置510向激振器200施加的为一向下的加载力，并不以本实施方式为限。

较佳地，如图29所示，基于激振器200包括本体201和套管202的设计，在本实施方式中，加载机构还可以优选地包括弹性支撑片530。具体而言，该弹性支撑片530设置在套管202的管腔内，且冲程推杆210穿设于弹性片。冲程推杆210能够沿水平方向(即自身轴向)相对弹性支撑片530往复移动。弹性支撑片530能够将冲程推杆210在径向方向上支撑于套管202内，并将第一加载装置510施加在套管202上的加载力的力矩传递至冲程推杆210。

进一步地，如图29所示，基于弹性支撑片530的设计，在本实施方式中，弹性支撑片530可以优选地设置在套管202的管腔的前端部。

进一步地，如图29所示，基于弹性支撑片530的设计，在本实施方式中，可以进一步优选地在套管202内设置两个弹性支撑片530，且这两个弹性支撑片530分别设置在套管202的管腔的前端部和后端部，且设置在套管202的管腔的后端部的弹性支撑片530亦可设置在激振器200的本体201与套管202相连接的部分上。

较佳地，如图29所示，在本实施方式中，摩擦磨损试验系统还包括平衡轴250。该平衡轴250的前端固定于激振器200(本体201)的后端，平衡轴250的后端远离激振器200延伸，且平衡轴250的轴向与冲程推杆210的轴向重合。在此基础上，同时基于本实施方式中第一加载装置510连接于激振器200后侧的设计，第一加载装置510可以优选地连接于平衡轴250，并通过平衡轴250间接连接于激振器200。

较佳地，如图29所示，在本实施方式中，第一加载装置510可以优选地包括活塞缸以及连接件。具体而言，活塞缸固定在底座100上并具有一活塞。连接件一端连接于该活塞，另一端相对连接于激振器200(例如激振器200的本体201、套管202或平衡轴250)。

较佳地，如图29所示，在本实施方式中，加载机构还可以优选地包括第二加载装置520。具体而言，该第二加载装置520可以优选地包括砝码521、吊绳522和横杆523。横杆523以自身中心固定在冲程推杆210的自由端或试验球101夹具上，横杆523水平布置且延伸方向垂直于冲程推杆210轴向。砝码521通过吊绳522吊设在冲程推杆210的自由端，并位于试验球101的下方。具体地，吊绳522是对折后以自身中心挂载砝码521，且吊绳522的两端分别连接于横杆523的两端，或靠近两端的位置。至此，经对折的吊绳522与横杆523共同界定出倒置的等腰三角形的形状。该砝码521能够与第一加载装置510共同对激振器200施加一加载力，以使激振器200带动试验球101向试验片102施加一正压力而进一步优化对真实摩擦状态的模拟。

通过上述设计，本公开提出的摩擦磨损试验系统，能够实现弹力加载(第一加载机构)和重力加载(例如砝码521的第二加载机构)相结合的加载方式。其中，对于弹力加载方式而言，其所提供的全部加载力均通过弹性支撑片530传递，同时激振器200的用于连接激振器200的可前后运动的连接轴也与弹性支撑片530一起受力矩作用。当加载力较大时，可以通过增加多片弹性支撑片530来增加强度，但是无法增加激振器200的连接轴的强度。因此，在本实施方式中，可以优选地将重力加载和弹力加载的方式结合起来。并且，可以优选地使用砝码521的重力充当加载力的主要部分，而第一加载机构的杠杆弹力仅仅用来自动调整加载力的变动，阻碍试验球101和试验片102之间可能产生的相互脱离的趋势。此时，弹性支撑片530和连接轴只需要承担较小的动态力，降低了上述结构的受力负荷。当砝码521随冲程推杆210的移动而产生摆动时，试验球101会受到垂直向上运动趋势时，第一加载机构(例如活塞及弹簧)依然能够发挥使得杠杆结构逆时针旋转的调整作用，使试验球101与试验片102之间紧密接触。图29中顶部示出的部分为此结构的受力分析过程(下述的图30至图33类似)，其中，T表示试验片102对试验球101(10)的弹力，G表示砝码521的重力，L表示第一加载装置510垂直向上的推力(例如活塞通过弹簧垂直向上的推力)，Z表示冲程推杆210及激振器200的重心所在的重力，P为平衡块的重力。

进一步地，基于第二加载装置520的设计，在本实施方式中，吊绳522可以优选地采用尼龙绳或化纤细绳，细绳质地较为光滑，对折后的长度可以优选在5cm～20cm之间。

进一步地，基于第二加载装置520的设计，在本实施方式中，第二加载装置520还可以优选地包括阻尼器524(参阅图2)。该阻尼器524一端连接于吊绳522，另一端连接于砝码521的顶部。通过上述设计，能够进一步提高柴油润滑性试验中磨瘢数据的重复性。

进一步地，基于第二加载装置520的设计，在本实施方式中，砝码521可以优选地大致呈吊置的哑铃型结构(参阅图2)。通过上述设计，能够减少往复运动中砝码521的前后荡动及上下方向的起伏，确保竖直向下加载的稳定。

更进一步地，基于砝码521呈吊置的哑铃型结构的设计，在本实施方式中，呈哑铃型结构砝码521位于下方的哑铃头的尺寸可以优选地大于位于上方的哑铃头的尺寸。

在其他实施方式中，为实现加载机构提供加载力的设计，加载机构亦可选择其他结构、选型或布置形式。以下结合图30至图33，对加载机构在本公开的其他四个实施方式中的改型或优化设计进行示例性说明。

如图30所示，在该附图所代表的本公开的另一实施方式中，当第一加载装置510位于支座220的前侧时，加载机构亦可仅包括第一加载装置510。

如图31所示，在该附图所代表的本公开的另一实施方式中，第一加载装置510亦可以磁性结构替代本实施方式中的活塞缸。例如，在该实施方式中，第一加载装置510可以优选地包括电磁铁以及永磁体。具体而言，电磁铁固定在底座100上。永磁体相对固定于激振器200的平衡轴250(还可固定于激振器200的本体201、套管202等)。永磁体与电磁铁上下相对布置。据此，当电磁铁断电时，激振器200可以灵活转动而不受第一加载装置510的阻碍作用。同时可以通过调节通入电磁铁的电流的大小，动态控制电磁铁对平衡轴250的作用力，从而实现加载力更加精密的自动控制。

较佳地，如图31所示，基于第一加载装置510采用磁性结构的上述设计，在该实施方式中，电磁铁可以优选地设置为凹槽形状。据此，能够避免永磁体在旋转运动时在空间位置的干涉风险。

如图32所示，在该附图所代表的本公开的另一实施方式中，第一加载装置510位于支座220的前侧，即第一加载装置510连接在激振器200的位于支座220前侧的部分，第一加载装置510能够对激振器200施加向下的加载力。

较佳地，如图32所示，基于激振器200包括本体201和套管202的设计，在该实施方式中，第一加载装置510可以优选地连接于套管202，并通过套管202间接连接于激振器200。即，第一加载装置510是直接将加载力施加在激振器200的套管202上。在其他实施方式中，基于激振器200包括本体201和套管202的设计，第一加载装置510亦可连接于激振器200的本体201，并不以本实施方式为限。

如图33所示，在该附图所代表的本公开的另一实施方式中，当第一加载装置510位于支座220的后侧时，加载机构亦可仅包括第一加载装置510。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的摩擦磨损试验系统仅仅是能够采用本公开原理的许多种摩擦磨损试验系统中的几个示例。应当清楚地理解，本公开的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的摩擦磨损试验系统的任何细节或摩擦磨损试验系统的任何部件。

举例而言，本公开提出的摩擦磨损试验系统还应包括数字测量系统，该数字测量系统可以采用现有试验设备的数字测量系统的设计或部分数字测量元件的设计，其可以包括数字摄像头、显微镜以及安装在上位控制机构(例如电脑)中的与显微镜相匹配的控制和测量软件。

综上所述，本公开提出的摩擦磨损试验系统，能够用于ISO 12156-1及SH/T0765标准柴油润滑性试验，还能够用于润滑油、润滑材料的高温，宽频率、宽冲程范围的摩擦磨损试验。该摩擦磨损试验系统主要包括底座、激振器、冲程推杆、加热台、油盒、加载机构、第一位移传感器、测力机构、隔振托板、第二位移传感器以及控制系统。隔振托板浮动设于底座上，加热台通过弹性支架设于隔振托板上。第二位移传感器设于隔振托板上并用于测量冲程推杆与托板之间产生的第二位移。第一位移传感器用以测量冲程推杆与激振器之间产生的第一位移。控制系统电连接于第一位移传感器、第二位移传感器和激振器。控制系统能够根据第一位移和第二位移计算出冲程推杆的冲程和频率的反馈值，并将反馈值与预设值进行比对分析，以此控制激振器输出预设的冲程和频率。通过上述设计，本公开提出的摩擦磨损试验系统相比于现有试验设备，具备了变频范围内冲程控制精准、满足微动磨损要求、摩擦力测量精度高、磨瘢直径试验结果重复性高的特点。

另外，为验证本公开提出的摩擦磨损试验系统的性能，申请人联合57家试验室(含外资第三方试验室)使用70余台三种品牌的同类型试验机(品牌比例各占1/3)以及8种具有代表性的柴油样品(磨瘢直径在300μm～700μm之间)，进行了500多次盲测比对试验。试验结果表明本公开提出的摩擦磨损试验系统的综合性能最佳，其中，重复性精密度表现为24.66μm，再现性精密度表现为41.23μm，相比于现有试验设备均取得突破性进步。

本公开提出的摩擦磨损试验系统能够满足国际标准ISO 12156-1:2016《用高频往复试验机评定柴油的润滑性-第一部分：试验方法》和我国行业标准SH/T 0765《柴油润滑性评定法(高频往复试验机法)》对相关试验设备要求。

以上详细地描述和/或图示了本公开提出的摩擦磨损试验系统的示例性实施方式。但本公开的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

虽然已根据不同的特定实施例对本公开提出的摩擦磨损试验系统进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本公开的实施进行改动。

Claims (52)

1.一种摩擦磨损试验系统，包括底座、激振器、冲程推杆、加热台、油盒、加载机构、第一位移传感器和测力机构，所述激振器设于所述底座，所述冲程推杆可往复移动地穿设于所述激振器并具有自由端，所述自由端设有试验球，所述油盒设于所述加热台上，试验片设于所述油盒并位于所述试验球下方，所述加载机构用以使所述试验球对所述试验片产生正压力，所述第一位移传感器用以测量所述冲程推杆与所述激振器之间产生的第一位移，所述测力机构用以测量所述试验球与所述试验片之间的摩擦力；其特征在于，所述摩擦磨损试验系统还包括：

隔振托板，浮动设于所述底座上，所述加热台通过弹性支架设于所述隔振托板上；

第二位移传感器，设于所述隔振托板上，并被配置为测量所述冲程推杆与所述隔振托板之间产生的第二位移；以及

控制系统，电连接于所述第一位移传感器、所述第二位移传感器和所述激振器，所述控制系统被配置为根据所述第一位移和所述第二位移计算出所述冲程推杆的冲程和频率的反馈值，并将所述反馈值与预设值进行比对分析，以此控制所述激振器输出预设的冲程和频率；

其中，所述控制系统包括上位控制机构及下位控制机构，所述上位控制机构电连接于所述第一位移传感器和所述第二位移传感器，所述上位控制机构被配置为根据所述第一位移和所述第二位移计算出所述冲程推杆的冲程和频率的反馈值，并将所述反馈值与预设值进行比对分析，计算出电流设定值并发出相应的控制指令，所述下位控制机构电连接于所述上位控制机构和所述激振器，所述下位控制机构被配置为根据所述控制指令对所述激振器的驱动电流进行闭环跟踪控制，从而使所述激振器的驱动电流保持为所述电流设定值，进而使所述激振器输出至所述冲程推杆的冲程和频率保持为所述预设值；

其中，所述控制系统采用以下步骤计算所述冲程推杆的冲程的反馈值：采集所述第一位移和所述第二位移；根据所述底座、所述激振器和所述冲程推杆的结构关系，定义第三位移与所述第一位移之间的第一函数关系，所述第三位移为所述冲程推杆与所述底座之间产生的位移；将所述第一位移代入所述第一函数关系中计算得出所述第三位移；将所述第三位移与所述第二位移求差，得到所述隔振托板与所述底座之间产生的第四位移；根据所述底座、所述隔振托板和所述加热台的结构关系，定义第五位移与所述第四位移之间的第二函数关系，所述第五位移为所述隔振托板与所述加热台之间的位移；将所述第四位移代入所述第二函数关系中计算得出所述第五位移；将所述第二位移与所述第五位移求差，得到所述冲程推杆与所述加热台之间产生的第六位移，即得到所述冲程推杆的冲程。

2.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述上位控制机构被配置为分别根据所述激振器处于多个频率时的响应模型建立逆模型，并根据多个所述逆模型采用变结构控制算法计算出所述电流设定值。

3.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述加热台内设有温度传感器，所述温度传感器电连接于所述上位控制机构，所述温度传感器被配置为测量所述加热台的温度；其中，所述控制系统通过所述上位控制机构采集所述温度传感器测得的温度信息，并根据所述温度信息通过所述上位控制机构控制所述加热台对所述油盒内的油样加热。

4.根据权利要求3所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述下位控制机构集成有看门狗电路，所述看门狗电路被配置为在所述上位控制机构失效或与下位控制机构断开连接时，经过一响应时间之后使所述下位控制机构控制所述加热台停止加热。

5.根据权利要求4所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述下位控制机构集成有超温保护电路，所述加热台设有温度开关，所述温度开关电连接于所述超温保护电路，所述超温保护电路被配置为在所述上位控制机构失效或所述看门狗电路失效时，且在所述加热台的温度超过所述温度开关的预设的上限温度时，使所述下位控制机构控制所述摩擦磨损试验系统进入停机状态。

6.根据权利要求3所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述控制系统利用所述下位控制机构通过先进型PID算法控制所述加热台。

7.根据权利要求3所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述温度传感器为3线制的PT100铂电阻；或者，所述温度传感器为4线制的PT100铂电阻。

8.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述第一函数关系为等比例函数关系。

9.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述第一位移传感器为直线电感式位移传感器；和/或，所述第二位移传感器为激光三角反射式位移传感器。

10.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述摩擦磨损试验系统还包括：

标识物，固定于所述冲程推杆；

其中，所述第二位移传感器被配置为测量所述标识物与所述隔振托板之间产生位移，从而得到所述冲程推杆与所述隔振托板之间产生的第二位移。

11.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述控制系统集成有直流恒压源以及峰值和频率固定的交流信号源，所述直流恒压源与所述交流信号源分别电连接于所述试验球和所述试验片，所述直流恒压源与所述交流信号源分别被配置为对所述试验球与所述试验片施加1mV~100mV的特定电压，所述控制系统被配置为测量所述试验球与所述试验片之间的接触阻抗，以此得出所述试验球与所述试验片之间的金属接触比率，并以此表征油样的油膜相对厚度；其中，所述直流恒压源与所述交流信号源被配置为根据试验要求切换。

12.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述加热台顶部的前端和后端分别设有挡板，两块所述挡板的其中之一具有卡槽；其中，所述油盒的前端和后端的其中之一被配置为与所述卡槽卡掣配合，所述油盒的前端和后端的其中另一与两块所述挡板的其中另一通过连接件可拆装地连接。

13.根据权利要求12所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述卡槽呈楔型结构；和/或，所述连接件为螺栓，所述螺栓相对水平面倾斜地穿设于所述挡板与所述油盒之间。

14.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述加热台的前端和后端分别设有所述弹性支架，每个所述弹性支架呈“Z”型结构且具有两个连接部以及一个支撑部，两个所述连接部分别通过调平螺丝连接于所述加热台的底部和所述隔振托板的顶部，所述支撑部连接于两个所述连接部之间。

15.根据权利要求14所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述弹性支架的所述支撑部开设有多个开孔。

16.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述加热台底部设有隔热垫。

17.根据权利要求16所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述隔热垫采用硬质隔热材质制成。

18.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述加热台顶部设有导热台，所述油盒设于所述导热台上；其中，所述导热台被配置为在所述加热台与所述油盒之间传导热量。

19.根据权利要求18所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述导热台采用金属铝制成。

20.根据权利要求18所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述导热台内部开设有水套，所述水套内填充有冷冻液。

21.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述底座固定有支座，所述激振器通过轴承可转动地设于所述支座；其中，所述摩擦磨损试验系统还包括锁定机构，所述锁定机构包括：

双头螺杆，水平设置且两端具有螺头；

锁定杆，固定连接于所述双头螺杆；以及

两个偏心轮，分别设于所述轴承的两端，所述偏心轮的轮心处设有齿轮，两个所述偏心轮的所述齿轮分别与所述双头螺杆的两个螺头传动配合；

其中，所述锁定机构被配置为通过锁定杆带动所述双头螺杆转动，使两个所述偏心轮转动并可调节地抵顶于所述轴承的两端，实现对所述轴承可调节地锁定。

22.根据权利要求21所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述摩擦磨损试验系统还包括平衡机构，所述平衡机构包括两个平衡单元，所述平衡单元设于所述激振器与所述底座之间，两个所述平衡单元分别位于所述支座的前侧和后侧，两个所述平衡单元被配置为分别对所述激振器的位于所述支座前侧和后侧的部分施力，从而调节所述激振器相对所述支座转动而保持水平状态。

23.根据权利要求22所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，两个所述平衡单元的至少其中之一包括电磁铁和永磁体，所述电磁铁和所述永磁体的其中之一设于所述激振器，其中另一个设于所述底座，所述电磁铁被配置为通过通电而产生作用于所述永磁体的磁场，从而在所述电磁铁与所述永磁体之间形成一磁吸力或一磁斥力。

24.根据权利要求23所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，两个所述平衡单元的其中之一包括所述电磁铁和永磁体，其中另一包括另一对永磁体，一对所述永磁体分别设于所述激振器和所述底座，一对所述永磁体之间具有一磁吸力。

25.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述摩擦磨损试验系统还包括冲程调节机构，所述冲程调节机构包括：

弹性调节片，设于所述激振器的内腔，所述冲程推杆穿设并连接于所述弹性调节片，所述弹性调节片被配置为可调节地对所述冲程推杆施加一弹性阻力，所述弹性阻力的方向平行于所述冲程推杆的轴向；以及

调节组件，连接于所述弹性调节片，并被配置为对所述弹性调节片施加沿所述冲程推杆轴向的压紧力，以此调节所述弹性阻力；

其中，所述控制系统电连接于所述调节组件，所述控制系统被配置为控制所述调节组件施加的所述压紧力的方向和大小。

26.根据权利要求25所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述调节组件包括至少一个调节单元，每个所述调节单元包括：

电机，固定于所述激振器，并与所述弹性调节片在所述冲程推杆轴向上间隔布置；以及

弹性件，连接于所述电机与所述弹性调节片之间；

其中，所述调节组件被配置为通过所述电机驱动所述弹性件对所述弹性调节片施加所述压紧力。

27.根据权利要求26所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述调节单元的至少其中之一还包括：

另一弹性件，连接于所述弹性调节片与所述激振器之间；

其中，所述调节单元的两个所述弹性件分别位于所述弹性调节片的在所述冲程推杆轴向上的前后两侧。

28.根据权利要求26所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述调节组件包括多个调节单元，多个所述调节单元围绕所述冲程推杆分布。

29.根据权利要求28所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，多个所述调节单元围绕所述冲程推杆间隔均匀地分布。

30.根据权利要求25所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述激振器包括本体和套管，所述套管固定于所述本体的前端，所述冲程推杆穿设于所述套管和所述本体，且所述冲程推杆的自由端由所述套管的前端伸出；其中，所述弹性调节片和所述调节组件分别设于所述套管的管腔内。

31.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述试验球和所述试验片界定摩擦副，所述测力机构包括：

两个力传感器，分别设于所述隔振托板上，并相对称地连接于所述加热台的沿所述冲程推杆轴向的前后两侧，两个所述力传感器被配置为分别测量所述摩擦副的一对摩擦力；

摩擦力计算单元，连接于两个所述力传感器并被配置为对所述一对摩擦力求差，并对求差后的摩擦力采用组合式形态滤波算法进行处理，得到所述摩擦副的摩擦力。

32.根据权利要求31所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，每个所述力传感器包括：

壳体，固定于所述隔振托板上；

连接杆，水平设置且一端连接于所述加热台；

弹性膜，活动设于所述壳体并连接于所述连接杆的另一端；以及

压电晶体，设于所述壳体内并电连接于所述摩擦力计算单元；

其中，所述力传感器被配置为通过所述连接杆带动所述弹性膜接触所述压电晶体，所述压电晶体根据其所受到的所述弹性膜的往复拉力或压力产生电信号，并在所述摩擦力计算单元中以所述电信号表征摩擦力。

33.根据权利要求32所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述连接杆上设有多个散热鳍片。

34.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述隔振托板包括：

上板体，设于所述底座上方；

下板体，固定于所述底座上，且位于所述上板体的下方；以及

浮动结构，设于所述上板体与所述下板体之间；

其中，所述隔振托板通过所述浮动结构在竖直方向上支撑于所述上板体与所述下板体之间，并使所述上板体在水平方向上能够相对所述下板体移动。

35.根据权利要求34所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述底座上设有固定座，所述上板体在水平方向上通过振幅限制结构连接于所述固定座，所述振幅限制结构被配置为调节所述上板体在水平方向上相对于所述下板体的移动的振幅。

36.根据权利要求35所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述浮动结构包括圆柱轴承，所述振幅限制结构包括空气弹簧阻尼器。

37.根据权利要求35所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述浮动结构包括多个薄膜气垫，所述振幅限制结构包括磁致伸缩式执行器，所述上板体设有反馈用加速度传感器；其中，所述反馈用加速度传感器被配置为采集所述上板体相对所述下板体的水平方向上移动的加速度，以此表征所述上板体相对所述下板体的往复振动趋势；其中，所述反馈用加速度传感器电连接于一控制器，所述控制器被配置为根据所述上板体的往复振动趋势的振动信号对所述磁致伸缩式执行器进行闭环跟踪控制，从而调节所述上板体相对所述下板体的往复振动趋势。

38.根据权利要求37所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，多个所述薄膜气垫沿水平方向相间隔地布置；和/或，所述薄膜气垫呈竖直设置的波纹管状结构。

39.根据权利要求38所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述浮动结构包括两组磁铁；其中，两组所述磁铁磁性互斥且分别设于所述上板体与所述下板体。

40.根据权利要求39所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述固定座设有前馈用加速度传感器；其中，所述前馈用加速度传感器被配置为采集所述固定座的水平方向上移动的加速度，以此表征所述固定座的往复振动趋势；其中，所述前馈用加速度传感器电连接于所述控制器，所述控制器被配置为根据所述上板体和所述固定座的往复振动趋势的振动信号对所述磁致伸缩式执行器进行闭环跟踪控制，从而调节所述上板体相对所述下板体的往复振动趋势。

41.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述加载机构包括：

第一加载装置，设于所述底座并相对连接于所述激振器，所述底座固定有支座，所述激振器通过轴承可转动地设于所述支座，所述第一加载装置位于所述支座的前侧或后侧，并被配置为对所述激振器施加一加载力，以使所述激振器带动所述试验球向所述试验片施加一正压力而模拟摩擦状态。

42.根据权利要求41所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述第一加载装置位于所述支座的前侧，所述第一加载装置连接于所述激振器的位于所述轴承前侧的部分，所述第一加载装置被配置为对所述激振器施加向下的加载力。

43.根据权利要求42所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述激振器包括本体和套管，所述套管固定于所述本体的前端，所述冲程推杆穿设于所述套管和所述本体，且所述冲程推杆的自由端由所述套管的前端伸出；其中，所述第一加载装置连接于所述套管，并通过所述套管间接连接于所述激振器。

44.根据权利要求43所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述加载机构还包括：

弹性支撑片，设于所述套管内；

其中，所述冲程推杆可沿水平方向往复移动地穿设于所述弹性支撑片；

其中，所述弹性支撑片被配置为将所述冲程推杆在径向方向上支撑于所述套管内，并将第一加载装置施加在所述套管上的加载力的力矩传递至所述冲程推杆。

45.根据权利要求41所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述第一加载装置位于所述支座的后侧，所述第一加载装置连接于所述激振器的位于所述轴承后侧的部分，并被配置为对所述激振器施加向上的加载力。

46.根据权利要求45所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述摩擦磨损试验系统还包括：

平衡轴，其前端固定于所述激振器的后端，所述平衡轴与所述冲程推杆的轴线相重合；

其中，所述第一加载装置连接于所述平衡轴，并通过所述平衡轴间接连接于所述激振器。

47.根据权利要求45所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述激振器包括本体和套管，所述套管固定于所述本体的前端，所述冲程推杆穿设于所述套管和所述本体，且所述冲程推杆的自由端由所述套管的前端伸出，所述加载机构还包括：

弹性支撑片，设于所述套管内；

其中，所述冲程推杆可沿水平方向往复移动地穿设于所述弹性支撑片；

其中，所述弹性支撑片被配置为将所述冲程推杆在径向方向上支撑于所述套管内，并将第一加载装置施加在所述激振器上的加载力的力矩传递至所述冲程推杆。

48.根据权利要求41所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述第一加载装置包括：

活塞缸，固定于所述底座上并具有一活塞；以及

连接件，一端连接于所述活塞，另一端相对连接于所述激振器。

49.根据权利要求41所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述第一加载装置包括：

第一磁性件，固定于所述底座上；以及

第二磁性件，相对固定于所述激振器，所述第二磁性件与所述第一磁性件上下相对布置；

其中，所述第一加载装置位于所述支座的前侧时，所述第一磁性件与所述第二磁性件之间为磁吸状态；所述第一加载装置位于所述支座的后侧时，所述第一磁性件与所述第二磁性件之间为磁斥状态。

50.根据权利要求41~49任一项所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述摩擦磨损试验系统还包括：

第二加载装置，包括砝码，所述砝码通过吊绳吊设于所述冲程推杆的自由端并位于所述试验球的下方；

其中，所述砝码被配置为与所述第一加载装置共同对所述激振器施加一加载力，以使所述激振器带动所述试验球向所述试验片施加一正压力而模拟摩擦状态。

51.根据权利要求50所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述第二加载装置还包括：

阻尼器，一端连接于所述吊绳，另一端连接于所述砝码顶部。

52.根据权利要求50所述的摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述砝码呈吊置的哑铃型结构。