CN113358513A - 一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置 - Google Patents

Abstract

一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，用于模拟海洋环境对摩擦磨损过程进行电化学试验。它包括：电解池，在电解池的顶部固定有电极安装板，在电极安装板上设有参比电极和辅助电极，电解池内侧设有试验腔，试验腔内放置电解液；海浪模拟单元，所述海浪模拟单元包括水槽和往复机构，水槽固定在电解池的侧壁上，在水槽上设有至于电解池内腔中的进水管和出水管，其中进水管靠近试验腔底部，水槽、进水管、试验腔和出水管之间形成循环水路；往复机构用于驱使电解池内的电解液流动；夹紧单元，所述夹紧单元设置在电解池内，用于对放置在试验腔内的工件进行夹紧固定。本发明可以模拟电化学动态环境进行工件的摩擦磨损试验研究。

Description

一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置

技术领域

本发明涉及摩擦试验装置技术领域，具体地说是一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置。

背景技术

随着我国经济的迅猛发展，我国对海洋资源的开发越来越重视。在海工设备中一些关键的摩擦部件，如螺旋桨、液压装置、高压泵、齿轮和轴承等直接浸没在海水中工作。这就会导致这些部件承受着腐蚀与磨损的交互作用，在这种交互作用的条件下，很大程度上机械部件在海水中的安全性和寿命取决于其磨损和耐腐蚀性能。在这种恶劣的环境下，部件发生的损伤要比单纯的腐蚀或者磨损严重的多。

在海水环境中海水是处于流动状态的，并且腐蚀与磨损是同时进行的，所以只对材料进行干摩擦磨损以及静态下的腐蚀研究是远远不够的，只有真正的模拟海水中的环境，才能真正的表征材料在海水环境中的腐蚀磨损情况，现有的摩擦磨损试验机还没有提供可以在磨损过程中进行电化学实验的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，用于模拟海洋环境对摩擦磨损过程进行电化学试验。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，它包括：

电解池，在电解池的顶部固定有电极安装板，在电极安装板上设有参比电极和辅助电极，电解池内侧设有试验腔，试验腔内放置电解液；

海浪模拟单元，所述海浪模拟单元包括水槽和往复机构，水槽固定在电解池的侧壁上，在水槽上设有至于电解池内腔中的进水管和出水管，其中进水管靠近试验腔底部，水槽、进水管、试验腔和出水管之间形成循环水路；往复机构用于驱使电解池内的电解液流动；

夹紧单元，所述夹紧单元设置在电解池内，用于对放置在试验腔内的工件进行夹紧固定。

进一步地，在电解池底部设有滑板，在电解池下方设有基座，滑板与基座滑动连接，且往复机构设置在滑板与基座之间，在往复机构作用下驱使滑板沿基座往复直线移动。

进一步地，往复机构包括固定在电解池侧壁的电机、固定在电机输出端且位于电解池内的转轴、固定在转轴上的拨板。

进一步地，在电解池内设有底板，底板将电解池内腔分成上下两个腔体，其中底板上方腔体为试验腔；夹紧单元包括固定在试验腔顶部的一对支撑杆、与支撑杆铰接的压杆、与压杆铰接连接的推杆、驱动推杆向上移动的驱动机构。

进一步地，驱动机构包括转动安装在电解池侧壁上的螺杆、与螺杆之间沿周向相对固定沿轴向滑动连接的凸轮、固定在推杆底部用于与凸轮外壁接触的平板。

进一步地，夹紧单元包括固定板、设置在固定板底部且沿周向均匀设置的插杆、转动安装在插杆上的转筒、固定在转筒下部的定位轮、固定在转筒上部的从动齿轮、与固定板转动连接的主动齿轮，与主动齿轮同轴设置的把手，主动齿轮设置在从动齿轮之间并与从动齿轮啮合，在试验腔底部设有固定杆，使用时将插杆插在固定杆上。

进一步地，在固定板上还转动安装有蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与主动齿轮同轴设置。

进一步地，在水槽侧壁设有“7”字形的挂板，挂板与水槽侧壁之间形成开口朝下的“U”字形结构，使用时将挂板挂在电解池侧壁。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，结构简单，可以模拟海洋环境，进而为工件提供动态、真实的工作环境，并在该工作环境下进行摩擦磨损试验，得到的试验数据真实、精确，有利于零部件在动态电化学环境下的摩擦磨损试验研究。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为往复机构的其它结构示意图；

图3为夹紧单元的其它结构示意图；

图4为图3的仰视图

图5为图3中固定板、插杆、转筒的装配示意图；

图中：1辅助电极，2电极安装板，3参比电极，4水槽，5出水管，6水槽盖板，7调速水泵，8第一密封圈，9螺栓组件，10进水管，11底板，12 第二密封圈，13堵头，14螺杆，15手柄，16凸轮，17耳板，18往复机构， 19导电柱，20推杆，21第三密封圈，22温度调节开关，23第四密封圈，24 压杆，25铰接轴，26导电块，27第五密封圈，28螺钉，29工件，30支座， 31电解池，32支撑杆，33基座，34滑板，35电机，36转轴，37拨板，38 固定板，39插杆，40转筒，41定位轮，42主动齿轮，43轮轴，44从动齿轮， 45把手。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明主要包括电解池31、海浪模拟单元、夹持单元、电解单元，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，电解池31为本发明的主体部件，在电解池左端的顶部通过螺钉28固定安装有电极安装板2，在电极安装板上固定有左右设置的辅助电极1和参比电极3，辅助电极和参比电极均竖向放置，且辅助电极和参比电极的下端伸入电解池内。辅助电极、参比电极和电极安装板构成了电解单元。

在电解池的右端设有海浪模拟单元，海浪模拟单元包括挂置在电解池右侧壁上的水槽4、设置在水槽顶部的水槽盖板6、设置在水槽盖板与水槽顶部之间的第一密封圈8、设置在水槽侧壁的出水管5、设置在水槽底部的进水管 10、设置在水槽内部的调速水泵7，水槽侧壁设有“7”字形的挂板，挂板与水槽侧壁形成开口朝下的“U”字形结构，使用时，通过挂板将水槽挂在电解池的侧壁，然后通过螺栓组件9将电解池侧壁与挂板固定连接在一起，进而实现水槽与电解池的固定连接。在电解池的下方设有基座33，在电解池的底部固定有滑板34，滑板滑动安装在基座33上，在基座与滑板之间设有往复机构18，通过往复机构驱动电解池相对基座的前后往复移动；此时，电解池内的电解液被震荡，形成波浪。

水槽内的水位与出水管管口平齐时，水槽内的电解液便可以经出水管5 进入电解池内，电解池内的电解液又可以经进水管10进入水槽内，如此实现循环。在电解池内设有水平设置的底板11，底板将电解池的内腔分成上下两个腔体。进水管的下端贴近底板，实验时水槽内的电解液进入底板上方的腔体内。水槽与电解池上部腔体之间电解液的循环流动，以及电解池的前后往复移动，实现海洋环境模拟，即海浪不断的冲击待试验工件29。调速水泵的设置，对水槽与电解池之间电解液的循环流动速度进行调节，以模拟不同大小的海浪。在电解池的右侧壁上设有堵头13，且堵头紧贴底板设置，打开堵头后，可以将电解池内的电解液排出。在堵头上设有第二密封圈12，以保证良好的密封性。底板上方的电解池腔体为试验腔。

在电解池内设有夹持单元，通过夹持单元实现对工件的夹持。如图1所示，夹持单元包括压杆24、铰接轴25、支撑杆32、支座30、推杆20、凸轮16、螺杆14和手柄15，压杆为左右设置的两根，在底板上固定有一对左右设置的支座30，使用时将工件放置在支座上。在底板上还固定有一对左右设置的支撑杆32，两支座位于两支撑杆之间。压杆的中部通过铰接轴25与支撑杆铰接连接，这样支撑杆、压杆形成一个杠杆结构。压杆的第一端用于实现对放置在支座上的工件的接触压紧，在压杆的第二端铰接安装有推杆20，推杆的下端穿过底板后向下延伸，推杆与底板之间上下滑动连接，在底板的下方设有第三密封圈21，在底板的上方设有与第三密封圈对应的第四密封圈23，推杆穿过第三、第四密封圈，通过第三、第四密封圈实现推杆与底板之间的密封。第三密封圈与底板下表面接触固定，第四密封圈与底板上表面接触固定，以避免底板上方腔体内的电解液经推杆与底板之间的缝隙流入底板下方。在底板下方的腔体内固定有一对左右设置的耳板17，在耳板上转动安装有螺杆14，螺杆的第一端与耳板转动连接，螺杆的第二端与电解池侧壁转动连接且伸出电解池一段，在伸出电解池的螺杆末端固定有手柄15，转动手柄时，可以驱动螺杆的转动，在螺杆上设有凸轮16，凸轮与螺杆之间沿螺杆周向相对固定，凸轮与螺杆之间沿轴向滑动连接；在推杆的底部固定有平板，在重力作用下平板与凸轮始终保持接触。螺杆转动时，可以带动凸轮的转动，凸轮的转动，带动推杆的向上移动；推杆上移时，驱动压杆第一端下移，进而使得压杆与工件接触压紧；推杆在自重下下移时，驱动压杆第一端上移，进而使得压杆与工件分离，此时可以将工件取出。螺杆、凸轮和平板构成了驱动推杆向上移动的驱动机构。

支座30还可以为三个、四个甚至更多，支座的作用是从下方对工件起到支撑的作用。支座为绝缘材料支撑。

在电解池的左侧壁设有温度调节开关22，温度调节开关可以控制电解池内电热丝的工作状态，进而调节电解池内电解液温度。温度调节开关的设置，可以控制电热丝的工作状态，进而影响电解池内电解液温度降低而导致的试验精度。

在底板上固定有导电块26，导电块的顶部与工件下表面接触，导电块的下端穿过底板后向下延伸，在导电块与底板之间设有第五密封圈27，以实现导电块与底板之间的密封。在导电块的底部设有导电柱19，在导电柱下方接电化学工作站的工作电极部分，这样就可以进行电化学实验。往复机构可以为丝杠螺母副、曲柄滑块机构等机械传动方式。在此实施例中，往复机构为海浪模拟单元的组成部分之一。

试验时，将工件安装在支座上，并通过夹紧单元将工件夹紧。起到调速水泵，向底座上方的电解池腔体内加入电解液，将参比电极、辅助电极、导电柱与电化学工作站连接起来。最后，通过往复机构驱动电解池相对基座的往复移动，使得电解液在电解池内模拟海洋环境，进而进行海洋环境下的摩擦磨损试验。

驱动电解液模拟波浪还可以为其它方式，如图2所示，往复机构设置在电解池内，往复机构用于驱动电解液的流动。此时，往复机构包括固定在电解池侧壁上的电机35、固定在电解输出端的转轴36、固定在转轴外壁上的若干拨板37，电机工作时带动转轴转动，转轴转动带动拨板的转动，拨板转动时，拨板伸入电解液内的一部分可以拨动电解液，使得电解液在电解池内流动，进而形成波浪。相比往复机构设置在电解池下方的形式，将往复机构设置在电解池内侧，电解池本身不需发生位移，进而对其它零部件的稳定起到保障作用。

夹紧单元还可以为其它结构形式，如图3至图5所示，夹紧单元包括固定板38、固定在固定板底部且沿周向均匀设置的插杆39、转动安装在插杆外壁上的转筒40、固定在转筒下部的定位轮41、固定在转筒上部的从动齿轮44、与固定板转动连接的轮轴43、固定在轮轴上且位于固定板下方的主动齿轮42，在轮轴顶部固定有置于固定板上方的把手45，主动齿轮设置在从动齿轮之间并与从动齿轮啮合。在电解池的底部固定有与插杆一一对应的固定杆，插杆为中空结构，使用时，将插杆插入对应的固定杆上，此时插杆内壁与固定杆外壁接触。此时固定板与电解池在水平面内相对固定。旋转把手，可以驱使主动齿轮的旋转，进而驱动从动齿轮的旋转，进而带动定位轮与转筒的旋转。定位轮的侧壁呈曲线型，三个定位轮同步转动，定位轮外壁与工件外壁接触后，在三个定位轮的作用下实现对工件的夹持固定。凸轮侧壁呈曲线型，进而便于对不同外径尺寸的工件实现夹紧。夹紧单元的这种结构形式，使得夹紧单元位于底板的上方，这样便于操作，避免了夹紧单元贯穿底板时的密封性问题。为避免主动齿轮的自行转动，还可以在轮轴上固定有蜗轮，在固定板上转动安装与蜗轮啮合的蜗杆，蜗轮蜗杆的自锁性，避免了夹紧工件后出现松脱现象。

本发明结构简单，可以模拟海洋环境，进而为工件提供动态、真实的工作环境，并在该工作环境下进行摩擦磨损试验，得到的试验数据真实、精确，有利于零部件在动态电化学环境下的摩擦磨损试验研究。

Claims (8)

1.一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，它包括：

电解池，在电解池的顶部固定有电极安装板，在电极安装板上设有参比电极和辅助电极，电解池内侧设有试验腔，试验腔内放置电解液；

海浪模拟单元，所述海浪模拟单元包括水槽和往复机构，水槽固定在电解池的侧壁上，在水槽上设有至于电解池内腔中的进水管和出水管，其中进水管靠近试验腔底部，水槽、进水管、试验腔和出水管之间形成循环水路；往复机构用于驱使电解池内的电解液流动；

夹紧单元，所述夹紧单元设置在电解池内，用于对放置在试验腔内的工件进行夹紧固定。

2.根据权利要求1所述的一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，在电解池底部设有滑板，在电解池下方设有基座，滑板与基座滑动连接，且往复机构设置在滑板与基座之间，在往复机构作用下驱使滑板沿基座往复直线移动。

3.根据权利要求1所述的一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，往复机构包括固定在电解池侧壁的电机、固定在电机输出端且位于电解池内的转轴、固定在转轴上的拨板。

4.根据权利要求1所述的一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，在电解池内设有底板，底板将电解池内腔分成上下两个腔体，其中底板上方腔体为试验腔；夹紧单元包括固定在试验腔顶部的一对支撑杆、与支撑杆铰接的压杆、与压杆铰接连接的推杆、驱动推杆向上移动的驱动机构。

5.根据权利要求4所述的一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，驱动机构包括转动安装在电解池侧壁上的螺杆、与螺杆之间沿周向相对固定沿轴向滑动连接的凸轮、固定在推杆底部用于与凸轮外壁接触的平板。

6.根据权利要求1所述的一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，夹紧单元包括固定板、设置在固定板底部且沿周向均匀设置的插杆、转动安装在插杆上的转筒、固定在转筒下部的定位轮、固定在转筒上部的从动齿轮、与固定板转动连接的主动齿轮，与主动齿轮同轴设置的把手，主动齿轮设置在从动齿轮之间并与从动齿轮啮合，在试验腔底部设有固定杆，使用时将插杆插在固定杆上。

7.根据权利要求6所述的一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，在固定板上还转动安装有蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与主动齿轮同轴设置。

8.根据权利要求1所述的一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置，其特征是，在水槽侧壁设有“7”字形的挂板，挂板与水槽侧壁之间形成开口朝下的“U”字形结构，使用时将挂板挂在电解池侧壁。

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