CN114965252A - 测定滑动摩擦系数的试验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测定滑动摩擦系数的试验装置及其方法，将试验装置固定在试验台上，布置传感器，连接数据采集系统及作动器的控制系统；然后，注水以模拟实际工作状态，通过控制系统指令作动器对试验件施加指定幅值的加载波形，应用数据采集系统采集数据；最后，对试验数据进行统计分析，确定滑动摩擦系数的平均值及均方差。本发明采用作动器加载测定滑动摩擦系数，以解决乏燃料贮存格架地震反应分析中针对燃料组件下管座与贮存腔底板之间、贮存格架的调整螺杆与水池垫板之间滑动摩擦系数合理取值的问题。

Description

测定滑动摩擦系数的试验装置及其方法

技术领域

本发明属于摩擦系数测试技术领域，具体为一种测定滑动摩擦系数的试验装置及其方法。

背景技术

乏燃料贮存格架是核电厂内存放乏燃料组件的关键设备，属于抗震I类。根据标准审查大 纲3.8.4节附录D的要求，乏燃料贮存格架的主要安全功能是在各种环境载荷和异常载荷(例 如地震)作用下，使燃料组件能够保持安全的形状。乏燃料贮存格架的地震反应分析是其自 主化设计的关键难点之一。

在实际核电工程的乏燃料水池中，燃料组件浮搁在乏燃料贮存格架的贮存腔底板上、贮 存格架通过底部的调整螺杆自由放置在乏燃料水池底部垫板上。地震时，燃料组件可能在贮 存腔底板上滑动，燃料组件侧壁则与贮存腔内壁发生碰撞冲击，贮存格架的调整螺杆在水池 垫板上也会发生相对滑移。为了评估乏燃料贮存格架的抗震安全性，需开展燃料组件-贮存格 架-水池-水体的地震反应分析，其中，燃料组件下管座与贮存腔底板之间、贮存格架的调整 螺杆与水池垫板之间的相对滑动是计算模型中需要考虑的一个关键因素，应采用有效的测试 方法和试验装置开展滑动摩擦系数的测定。

目前，普遍采用斜面法测定滑动摩擦系数。该方法中，将物体置于斜面上，通过提升斜 面使物体由静止开始向下滑动，记录物体滑动的距离S、物体滑动的时间t，利用运动学公式 a＝2S/t²，确定加速度a；再根据量测的斜面倾斜角度θ，计算得到滑动摩擦系数 μ_d＝tanθ-a/(g cosθ)。目前，已基于斜面法开发了一系列摩擦系数测定仪，并在实际工程 和科研教学中得到应用。

现有的摩擦系数测定仪常用于塑料薄膜、橡胶、纸张、纸板、金属材料复合带等材料， 斜面上所放置物体的质量、滑动面一般均较小，因此，难以用于上述燃料组件下管座与贮存 腔底板之间、贮存格架的调整螺杆与水池垫板之间的滑动摩擦系数的测定；现有的摩擦系数 测定仪也无法考虑摩擦副运动的幅值和频率、接触面正压力、接触面环境条件(干燥/有水) 对滑动摩擦系数的影响。本专利设计一种测定滑动摩擦系数的方法及装置，针对实际工程中 不同因素影响条件下接触面的滑动摩擦系数进行测试，获得燃料组件下管座与贮存腔底板之 间、贮存格架的调整螺杆与水池垫板之间滑动摩擦系数的合理取值。

CN202010770209.1提供一种动摩擦系数测定装置及测定方法，测定装置包括：试块、滑 道、工作平台、U型滑槽、顶升装置、传动装置、固定装置、缓冲装置、万向水准泡、数据采集和分析系统。所述工作平台依附于刚性地坪，通过万向水准泡调平并用于固定顶升装置， 所述顶升装置通过传动装置驱动，连接U型滑槽一侧并提升使其沿竖直方向移动，所述U型滑 槽内布置接触体B材质的滑道并通过固定装置固定，所述加速度传感器依附于接触体A材质的 试块上。测得试块初始滑动和下滑过程中物理参数，计算静力摩擦系数并建立两接触体动摩 擦系数与其相对滑动速度时程的函数关系。该方法基于试验测定、数据采集和处理、公式回 归，可以对静、动摩擦系数进行测定。但是该方法缺点在于：只能测定接触体A、B两种材质 的摩擦系数，无法考虑两个接触体相对运动的幅值和频率、接触面正压力及接触面为干燥或 有水环境条件的影响。由于上述燃料组件质量近800kg，贮存格架质量更大，属于大质量物体， 无法在现有技术一的滑槽中稳定滑动。

CN201810615525.4提供一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置及试验方法，包括加 速度传感器a、垂直巷道方向作动器、沿巷道方向作动器、地面、横梁、加速度传感器b、托 盘、位移传感器、振动台位移传感器、振动台、水平钢架和振动台激振器，其中，所述地面 上设有与振动台对应的凹槽，所述振动台一相邻两侧边分别设有振动台激振器，所述振动台 四周设有振动台位移传感器，所述振动台上端设有水平钢架，所述水平钢架上端垂直巷道方 向上设有两条平行的横梁。本发明可以在不拆卸模型结构的情况下测量同一横梁托盘货物组 合的沿巷道方向和垂直巷道方向的静、动摩擦系数；模拟地震波环境，获取导致货物滑移的 频率及振幅范围，研究不同货物形态对于结构阻尼的影响。但是该方法缺点在于：采用振动 台输入不同波形，可以模拟地震环境，对于普通托盘货物而言，其质量小，为使其在振动台 上滑动，振动台的出力和行程是可以满足要求的。但是，由于影响滑动摩擦系数的因素较多， 为了获得燃料组件下管座与贮存腔底板之间、贮存格架的调整螺杆与水池垫板之间这类大质 量体的滑动摩擦系数，振动台提供的加速度(与振动台的位移幅值和频率相关)必须足够大， 并持续一段相对稳定的大加速度的时间段，保证振动台上的物体所受惯性力能克服静摩擦力 开始运动，并能持续克服摩擦力维持一段相对稳定的滑动时间段，从而获得较为稳定的摩擦 力以确定滑动摩擦系数。这对于现有的振动台技术而言，是比较困难的。因此，对于大质量 物体，利用现有技术二只能获取静摩擦系数值及滑动摩擦系数值的近似范围。此外，现有技 术二的试验装置也无法考虑接触面有水的条件，无法满足在有水环境下两个相对滑动物体之 间的滑动摩擦系数测试的要求。

CN201320074809.X提供一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，公开 了一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，包括：采用四立柱刚架结构的 主架、竖向加载系统、水平加载系统、计算机控制采集系统。本发明采用双接触面滑移的方 式，水平加载系统提供试样接触面法向压力，竖向加载系统施加滑移载荷，计算机控制采集 系统控制加载和采集试验数据；通过记录滑移前的最大静荷载和滑动后的滑动荷载，结合施 加的接触面法向压力，可以求得静摩擦系数和滑动摩擦系数。因接触面法向压力通过加载装 置施加，因此接触面法向压力的大小可以根据需要进行调节，从而实现不同压强下材料静滑 动摩擦系数和动滑动摩擦系数的测量。但是该方法缺点在于：水平加载系统提供垂直于滑移 方向的正压力，竖向加载系统施加荷载使物体由静止状态开始滑动，获得的静摩擦系数和滑 动摩擦系数只与正压力相关，无法考虑两个接触体相对运动的幅值和频率、接触面为干燥或 有水环境的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用作动器加载测定滑动摩擦系数的方法和装置，以解决乏 燃料贮存格架地震反应分析中针对燃料组件下管座与贮存腔底板之间、贮存格架的调节螺杆 与水池垫板之间滑动摩擦系数合理取值的问题。

基本技术方案为，首先，将试验装置固定在试验台上，布置传感器，连接数据采集系统 及作动器的控制系统；然后，注水以模拟实际工作状态，通过控制系统指令作动器对试验件 施加指定幅值的加载波形(正弦波、天然地震波或人工地震波)，应用数据采集系统采集数 据；最后，对试验数据进行统计分析，确定滑动摩擦系数的平均值及均方差。

具体的技术方案为：

测定滑动摩擦系数的试验装置，包括试验台，试验台上固定设有水槽和作动器；

水槽包括水槽底板和四块水槽侧板；水槽底板中心位置设有凹槽，凹槽内安装摩擦副Ⅰ； 摩擦副Ⅰ的材料与乏燃料贮存格架的贮存腔底板的材料或水池垫板的材料完全相同；

摩擦副Ⅱ包括被测主动部件、配重篮及配重；被测主动部件为燃料组件下管座或贮存格架 的调节螺杆；被测主动部件固定安装在配重篮下表面的中央；在被测主动部件沿滑动方向的 两侧面各布置一个加速度传感器，在配重篮下表面沿滑动方向的两侧安装有防侧滑装置的滑 轮；配重均匀放置在配重篮中；

防侧滑装置包括滑轮和滑轨；滑轨沿滑动方向固定在水槽底板上并位于凹槽两侧，摩擦 副Ⅱ自由放置在摩擦副Ⅰ的表面，滑轮落在滑轨上形成滑动副；

伺服作动器包括加振杆，加振杆上设有伺服阀；加振杆两端分别通过两端球铰连接接头 法兰、作动器支座；

加振杆内置荷载传感器和位移传感器；

作动器支座与试验台固定连接；接头法兰与摩擦副Ⅱ的配重篮固定连接；

作动器与控制系统连接，通过控制系统发出指令，加振杆对摩擦副Ⅱ沿滑动方向施加指定 幅值的加载波形；

本发明提供的测定滑动摩擦系数方法，采用所述的测定滑动摩擦系数的试验装置；用于 测试乏燃料水池中燃料组件下管座与贮存腔底板之间、贮存格架的调节螺杆与水池垫板之间 的滑动摩擦系数；

摩擦副Ⅱ的被测主动部件为燃料组件下管座或贮存格架的调节螺杆，摩擦副Ⅰ作为贮存腔 底板或水池垫板；通过改变摩擦副Ⅱ的运动速度V或者运动频率ω、摩擦副Ⅱ的质量m、摩擦 副Ⅱ与摩擦副Ⅰ的接触面环境条件c，获得不同工况条件下滑动摩擦系数的合理取值。

通过控制系统的指令，使摩擦副Ⅱ依照指定的地震波形运动。

具体包括如下步骤：

步骤100、选择与贮存腔底板或水池垫板相同的材料作为摩擦副Ⅰ，采用实际的燃料组件 下管座或贮存格架的调节螺杆作为被测主动部件；

步骤200、将测定滑动摩擦系数的试验装置组装完整，调整作动器的加振杆使其水平；

步骤300、将各个传感器接入数据采集系统；

步骤400、配重均匀放置在配重篮中，模拟接触面的正压力，计算摩擦副Ⅱ的质量m；

步骤500、向水槽中注水，模拟接触面有水条件c＝1；

步骤600、启动控制系统，通过控制系统发出正弦波指令，摩擦副Ⅱ按照指定的速度 V＝0.0314m/s、频率ω＝3.14rad/s开始正弦往复运动；

步骤700、启动数据采集系统，实时采集摩擦副Ⅱ的运动加速度a(V,ω)时程曲线、加振杆 的作用力F(V,ω,m,c)时程曲线，计算得到

随时间的变化曲线，根 据曲线上各稳定时间段内的平均值确定多组滑动摩擦系数值；注：式中各物理量说明如下，g ——重力加速度，9.81m/s²；V——摩擦副II的运动速度，m/s；ω——正弦运动的频率，rad/s； m——摩擦副Ⅱ的质量，kg；c——接触面环境条件(干燥条件下c＝0，有水条件下c＝1)； F(V,ω,m,c)——加振杆的作用力；a(V,ω)——摩擦副Ⅱ的运动加速度。

步骤800、重复步骤700三次至四次，对取得的所有滑动摩擦系数值进行统计分析，确定 该工况下滑动摩擦系数的平均值和均方差。

本发明技术方案带来的有益效果是：

该测量方法应用于乏燃料水池中燃料组件下管座与贮存腔底板之间、贮存格架的调整螺 杆与水池垫板之间滑动摩擦系数测量的试验中，其准确性和有效性得到了内置燃料组件的乏 贮存格架抗震试验的验证。通过简单改变摩擦副的形式和材料，可以采用该测试方法准确、 便捷地测定任意大质量金属材料之间在有水/无水/润滑条件下的滑动摩擦系数。

附图说明

图1是本发明试验装置示意图。

图2是本发明水槽组装示意图。

图3是本发明水槽及摩擦副1与试验台组装示意图。

图4是本发明燃料组件下管座示意图。

图5是本发明燃料组件下管座与配重篮组装为摩擦副2示意图。

图6是本发明配重篮底部安装滑轮及下管座加速度传感器布置示意图。

图7是本发明滑轨与试验台组装示意图。

图8是本发明摩擦副2与滑轨组装示意图。

图9是本发明伺服作动器示意图。

图10是本发明作动器与试验台及摩擦副2组装示意图。

图11是本发明测试系统工作原理图。

图12是本发明摩擦系数测试示意图

图13是实施例一次加载试验中

随时间的变化曲线。

图14是实施例四次加载试验中滑动摩擦系数统计结果。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。

测定滑动摩擦系数的试验装置，包括试验台1、水槽2、摩擦副Ⅰ3、摩擦副Ⅱ4、防侧滑装 置5、作动器6、配重7及配件等部分组成。参见图1。

其中，试验台1为一块加工平整的钢板，其表面加工若干螺纹孔，用于固定水槽2及作动 器6。

水槽2包括水槽底板21和四块水槽侧板23通过螺栓锚固而成，其中，水槽底板21采用钢板 加工而成，在其中心位置加工凹槽22，凹槽22四周预留螺纹孔，用于安装摩擦副Ⅰ3；摩擦副Ⅰ3 的材料与乏燃料贮存格架的贮存腔底板的材料或水池垫板的材料完全相同；水槽底板21四周 预留螺纹孔，水槽侧板23通过螺栓与水槽底板21锚固在一起，在有水测试前，需对接缝和螺 孔处进行必要的防水处理。参见图2。

水槽2组装完成后，通过螺栓与试验台1锚固，再将摩擦副Ⅰ3通过螺栓与凹槽22预留螺纹 孔连接，将摩擦副Ⅰ3安装在凹槽22内。参见图3。

摩擦副Ⅱ4由被测主动部件41、配重篮42及配重7组成，被测主动部件41为燃料组件下管座 或贮存格架的调节螺杆，被测主动部件41安装在配重篮42下表面的中央。其中，被测主动部 件41采用实物，在被测主动部件41沿滑动方向的两侧面各布置一个加速度传感器43，两个加 速度传感器43记录信号的平均值作为摩擦副Ⅱ4的运动加速度；燃料组件或贮存格架的质量由 配重篮42及配重7模拟；配重篮42采用钢板焊接而成，下表面中心处预留若干通孔，用来与被 测主动部件41锚固在一起，参见图4、图5；同时，在配重篮42下表面沿滑动方向的两侧对称 设置若干通孔，用来安装防侧滑装置的滑轮51，参见图6。

配重7采用标准质量的铅块组合而成。通过在配重篮42中均匀放置不同质量的配重7，可 以模拟接触面上不同正压力的影响。

防侧滑装置5主要由滑轮51和滑轨52组成。其中，滑轨52通过螺栓与水槽底板21锚固，参 见图7；将摩擦副Ⅱ4自由放置在摩擦副Ⅰ3的表面，滑轮51正好坐落在防侧滑装置的滑轨52上形 成滑动副，完成摩擦副Ⅱ4的安装，参见图8。

伺服作动器6主要由加振杆61、伺服阀62、作动器支座65、接头法兰66、两端球铰67、以 及内置的荷载传感器63和位移传感器64等组成。作动器支座65预留螺孔，用于与试验台1连接； 接头法兰66通过螺栓与摩擦副Ⅱ4的配重篮42锚固。将作动器6连接到控制系统，通过控制系统 发出指令，加振杆61对摩擦副Ⅱ4施加指定幅值的加载波形加速度或位移。参见图9、图10。通 过荷载传感器63和位移传感器64获得加振杆61的出力和位移，通过加速度传感器43获得摩擦 副Ⅱ4的运动加速度，上述传感器与数据采集系统连接，试验时实时采集，参见图11。

摩擦力源于相互运动的表面间发生的作用。摩擦力包括静摩擦力和动摩擦力，动摩擦力 是维持滑动持续进行所需要的切向力。根据经典摩擦定律，由动摩擦力可确定滑动摩擦系数。 图12给出了本次试验测试接触面间滑动摩擦系数的示意图。

对质量块(即上述摩擦副Ⅱ)m建立动力平衡方程，即

F-f＝ma (1)

其中，F为作动器作用在质量块m上的力，f为底板(即上述摩擦副Ⅰ)作用在质量块m底 面的滑动摩擦力，a为质量块m的运动加速度。

根据经典摩擦定律(即库仑定律)，除了在重载荷下实际接触面积接近表观面积以外， 滑动摩擦力与正压力成正比，其一般形式为

f＝μN (2)

其中，f为滑动摩擦力，μ为滑动摩擦系数，N为接触面间的正压力。这里N＝mg，g为重 力加速度。

已有的摩擦研究成果表明，摩擦力与摩擦表面的形态和接触状况相关，接触面间的滑动 摩擦系数μ受到摩擦副材料、摩擦副表面的粗糙度、摩擦副运动的基本物理量(包括运动的 幅值和频率特性)、接触面正压力、接触面环境条件、静止接触时间、温度等多种因素影响。 对于给定材料的摩擦副Ⅰ和摩擦副Ⅱ，在给定的静止接触时间和温度条件下，滑动摩擦系数μ可 表示为摩擦副Ⅱ相对于摩擦副Ⅰ的运动速度V、运动频率ω、摩擦副Ⅱ对摩擦副Ⅰ施加的正压力 N＝mg、接触面环境条件c(干燥条件下c＝0，有水条件下c＝1)的函数(假定重力加速度 g为常数)

μ＝μ(V,ω,m,c) (3)

由式(1)～式(3)可知

其中，作动器作用在质量块m上的力F(V,ω,m,c)是质量块的质量m、运动速度V、运动频 率ω及接触面环境条件c的函数，质量块m的运动加速度a(V,ω)是其运动速度V和运动频率 ω的函数。

因而，改变质量块的质量m，或者通过控制系统的指令改变质量块的运动速度V或者运 动频率ω，或者改变接触面环境条件c，根据式(4)可以获得不同工况条件下接触面间的滑动 摩擦系数。然后，采用统计平均的方法进行分析，给出不同工况条件下滑动摩擦系数的平均 值与均方差。

本发明基于上述原理，并考虑上述因素的影响，测定乏燃料水池中燃料组件下管座与贮 存腔底板之间、贮存格架的调节螺杆与水池垫板之间的滑动摩擦系数。

试验方法的实施步骤：

本发明用于测试乏燃料水池中燃料组件下管座与贮存腔底板之间、贮存格架的调节螺杆 与水池垫板之间的滑动摩擦系数。通过改变摩擦副Ⅱ的运动速度V或者运动频率ω、摩擦副Ⅱ 的质量m、摩擦副Ⅱ与摩擦副Ⅰ的接触面环境条件c，获得不同工况条件下滑动摩擦系数的合 理取值。

进一步，可通过控制系统的指令，使摩擦副Ⅱ依照指定的地震波形运动(不同频率ω与不 同幅值V的组合波，可以为天然地震波和人工地震波)。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明 工作做进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为 对本发明的限定。

以乏燃料水池中燃料组件下管座与乏燃料贮存格架的贮存腔底板之间的滑动摩擦系数测 定为例，介绍某工况(接触面有水、配重篮中放置200kg铅块，作动器施加频率为0.5Hz、 速度为0.0314m/s的正弦波)中，本发明提供的滑动摩擦系数测定方法，包括如下步骤：

步骤100、选择与贮存腔底板相同的不锈钢材料作为摩擦副Ⅰ3，采用实际的燃料组件下管 座作为摩擦副Ⅱ4；

步骤200、将水槽2、摩擦副Ⅰ3、摩擦副Ⅱ4、作动器6等依次安装到试验台1上，调整作动 器1的加振杆61使其水平；然后将加速度传感器43安装到摩擦副Ⅱ4上，作动器6与控制系统连 接；

步骤300、将加速度传感器43信号接入数据采集系统；

步骤400、配重7均匀放置在配重篮42中，配重7为200kg铅块，模拟接触面的正压力，计 算摩擦副Ⅱ的质量m；

步骤500、向水槽2中注水，模拟接触面有水条件c＝1；

步骤600、启动控制系统，通过控制系统发出正弦波指令，摩擦副Ⅱ4按照指定的速度 V＝0.0314m/s、频率ω＝3.14rad/s开始正弦往复运动；

步骤700、启动数据采集系统，实时采集摩擦副Ⅱ的运动加速度a(V,ω)时程曲线、加振杆 61的作用力F(V,ω,m,c)时程曲线，计算得到

随时间的变化曲线， 一次加载过程的结果参见图13。根据曲线上各稳定时间段内的平均值确定多组滑动摩擦系数 值，图13可得到19组滑动摩擦系数值；

步骤800、重复步骤700三次至四次，对取得的所有滑动摩擦系数值进行统计分析，确定 该工况下滑动摩擦系数的平均值和均方差，如图14所示。

进一步的，步骤100中，摩擦副Ⅰ3可替换为与水池垫板相同的材料，摩擦副Ⅱ4可替换为贮 存格架的调节螺杆，利用以上方法可测定贮存格架的调节螺杆与水池垫板之间滑动摩擦系数。

进一步的，步骤200中，荷载传感器63和位移传感器64内置于作动器6中，加速度传感器 43设置于摩擦副Ⅱ4的侧面。

进一步的，步骤300中，摩擦副Ⅱ4的运动加速度、作动器6的力和位移等电压信号由数据 采集系统实时采集，试验的采样率可设为500Hz。

进一步的，步骤400中，接触面之间的法向压力由被测主动部件41、配重篮42及配重7铅 块的重量施加，配重篮42内均匀固定不同质量的铅块，以调整滑动接触面上的正压力。

进一步的，步骤500中，注水前应采用防水胶对测试装置的接缝及螺孔做防水处理。

作为本发明的进一步改进，步骤500中，也可以不注水，以测试接触面干燥条件下的滑动 摩擦系数，此时，c＝0。

进一步的，步骤600中，作动器6按照指定的速度V、频率ω沿水平向作正弦往复运动。 也可通过控制系统的指令，使摩擦副Ⅱ4依照指定的地震波形运动(不同频率ω与不同幅值V的 组合波，可以为天然地震波和人工地震波)，地震波的加速度幅值可调，如0.05～0.30g。

进一步的，分别改变摩擦副Ⅱ4的质量m、运动速度V、运动频率ω、以及接触面环境条 件c时，采用上述方法可以获得不同工况下接触面滑动摩擦系数的平均值和均方差。

进一步的，试验前，应对摩擦副的接触面采用酒精和丙酮清洗，在滑轮51与滑轨52接触 部位涂抹润滑油。

进一步的，步骤200中将水槽2、摩擦副Ⅰ3、摩擦副Ⅱ4、作动器6等依次安装到试验台1上， 然后将加速度传感器43安装到摩擦副Ⅱ4上，作动器5内置荷载传感器63和位移传感器64，包括 如下步骤：

A1、水槽侧板23通过螺栓与水槽底板21锚固，水槽底板21通过螺栓与试验台1锚固，并 对接缝和螺孔处进行必要的防水处理，完成水槽2的安装。

A2、摩擦副Ⅰ3通过螺栓与凹槽22预留螺纹孔连接，完成摩擦副Ⅰ3的安装。

A3、摩擦副Ⅱ4中的被测主动部件41通过螺栓与配重篮42锚固。

A4、为了防止侧滑，在配重篮42两侧对称安装6个滑轮51。

A5、防侧滑装置5中的滑轨52通过螺栓与水槽底板21锚固。

A6、将摩擦副Ⅱ4自由放置在摩擦副Ⅰ3的表面，滑轮51正好坐落在防侧滑装置的滑轨52中 间，完成摩擦副Ⅱ4的安装。

A7、作动器支座65与试验台1采用螺栓连接，调整作动器6使加振杆61水平，接头法兰66 通过螺栓与摩擦副Ⅱ4的配重篮42锚固，完成作动器6的安装。

A8、将两个加速度传感器43粘贴到摩擦副Ⅱ4沿滑动方向的两侧面，荷载传感器63和位移 传感器64为作动器内置的检测元件，即完成检测元件的安装。

A9、连接检测元件的导线至数据采集系统，连接作动器6至控制系统，完成试验控制与 数据采集系统的安装。

Claims (4)

1.测定滑动摩擦系数的试验装置，其特征在于，包括试验台(1)，试验台(1)上固定设有水槽(2)和作动器(6)；

水槽(2)包括水槽底板(21)和四块水槽侧板(23)；水槽底板(21)中心位置设有凹槽(22)，凹槽(22)内安装摩擦副Ⅰ(3)；摩擦副Ⅰ(3)的材料与乏燃料贮存格架的贮存腔底板的材料或水池垫板的材料完全相同；

摩擦副Ⅱ(4)包括被测主动部件(41)、配重篮(42)及配重(7)；被测主动部件(41)为燃料组件下管座或贮存格架的调节螺杆；被测主动部件(41)固定安装在配重篮(42)下表面的中央；在被测主动部件(41)沿滑动方向的两侧面各布置一个加速度传感器(43)，在配重篮(42)下表面沿滑动方向的两侧安装有防侧滑装置(5)的滑轮(51)；配重(7)均匀放置在配重篮(42)中；

防侧滑装置(5)包括滑轮(51)和滑轨(52)；滑轨(52)沿滑动方向固定在水槽底板(21)上并位于凹槽(22)两侧，摩擦副Ⅱ(4)自由放置在摩擦副Ⅰ(3)的表面，滑轮(51)落在滑轨(52)上形成滑动副；

伺服作动器(6)包括加振杆(61)，加振杆(61)上设有伺服阀(62)；加振杆(61)两端分别通过两端球铰(67)连接接头法兰(66)、作动器支座(65)；

加振杆(61)内置荷载传感器(63)和位移传感器(64)；

作动器支座(65)与试验台(1)固定连接；接头法兰(66)与摩擦副Ⅱ(4)的配重篮(42)固定连接；

作动器(6)与控制系统连接，通过控制系统发出指令，加振杆(61)对摩擦副Ⅱ(4)沿滑动方向施加指定幅值的加载波形。

2.测定滑动摩擦系数的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的测定滑动摩擦系数的试验装置；用于测试乏燃料水池中燃料组件下管座与贮存腔底板之间、贮存格架的调节螺杆与水池垫板之间的滑动摩擦系数；

摩擦副Ⅱ(4)的被测主动部件(41)为燃料组件下管座或贮存格架的调节螺杆，摩擦副Ⅰ(3)为贮存腔底板或水池垫板；通过改变摩擦副Ⅱ(4)的运动速度V或者运动频率ω、摩擦副Ⅱ(4)的质量m、摩擦副Ⅱ(4)与摩擦副Ⅰ(3)的接触面环境条件c，获得不同工况条件下滑动摩擦系数的合理取值。

3.根据权利要求2所述的测定滑动摩擦系数方法，其特征在于，通过控制系统的指令，使摩擦副Ⅱ(4)依照指定的地震波形运动。

4.根据权利要求2所述的测定滑动摩擦系数的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤100、选择与贮存腔底板或水池垫板相同的材料作为摩擦副Ⅰ(3)，采用实际的燃料组件下管座或贮存格架的调节螺杆作为被测主动部件(41)；

步骤200、将测定滑动摩擦系数的试验装置组装完整，调整作动器(6)的加振杆(61)使其水平；

步骤300、将各个传感器接入数据采集系统；

步骤400、配重(7)均匀放置在配重篮(42)中，模拟接触面的正压力，计算摩擦副Ⅱ(4)的质量m；

步骤500、向水槽(2)中注水，模拟接触面有水条件c＝1；

步骤600、启动控制系统，通过控制系统发出正弦波指令，摩擦副Ⅱ(4)按照指定的速度V＝0.0314m/s、频率ω＝3.14rad/s开始正弦往复运动；

步骤700、启动数据采集系统，实时采集摩擦副Ⅱ(4)的运动加速度a(V,ω)时程曲线、加振杆(61)的作用力F(V,ω,m,c)时程曲线，计算得到

随时间的变化曲线，根据曲线上各稳定时间段内的平均值确定多组滑动摩擦系数值；

其中，g——重力加速度，9.81m/s²；V——摩擦副II的运动速度，m/s；ω——正弦运动的频率，rad/s；m——摩擦副Ⅱ的质量，kg；c——接触面环境条件(干燥条件下c＝0，有水条件下c＝1)；F(V,ω,m,c)——加振杆的作用力；a(V,ω)——摩擦副Ⅱ的运动加速度。

步骤800、重复步骤700三次至四次，对取得的所有滑动摩擦系数值进行统计分析，确定该工况下滑动摩擦系数的平均值和均方差。

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