CN115201040A - 一种砂尘摩擦磨损试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种砂尘摩擦磨损试验装置，包括环境试验箱和径向加载系统，以及用于监测加载载荷的压力传感器，径向加载系统的加载杆固定连接位于环境试验箱内的被测负重轮，且被测负重轮能够转动，所述试验装置还包括旋转加载系统和循环喷砂系统，旋转加载系统的驱动轮位于环境试验箱内并能够与被测负重轮呈压力接触，循环喷砂系统的喷砂口正对驱动轮与被测负重轮的接触部位，并在加载过程中进行连续喷砂。本发明提供的砂尘摩擦磨损试验装置能够用于对沙漠环境下使用的负重轮或负重带开展环境试验，解决了大载荷负重转动情况下的试验装置在试验过程稳定性差和可靠性差的技术问题。

Description

一种砂尘摩擦磨损试验装置

技术领域

本发明属于负重轮或负重带的试验装置技术领域，具体涉及一种砂尘摩擦磨损试验装置。

背景技术

现有技术中，文献CN207169760U公开了一种新型砂尘试验箱，包括密闭的设有观察窗的测试箱体、用于控制测试箱体内气流循环的鼓风装置、连通鼓风装置和测试箱体的喷砂装置、设于测试箱体下方并与之衔接的砂尘回收装置和控制系统，砂尘回收装置的管道末端设有砂尘吸取装置。然而，这种砂尘试验箱只能用来人工模拟尘埃环境来检验被测试品防尘能力，箱体样品处于静止状态，无法用于开展摩擦磨损试验。

此外，现有环境试验装置大都是针对扭矩、拉、压、弯的单一或其组合加载方式而开发产品，如CN108279179A公开的恒定、疲劳应力试验装置，又如文献CN109163986A公开的海洋气候环境-扭转载荷耦合试验装置。尽管这些试验装置具有优异的性能，但其仍然无法用于针对沙漠环境下的负重轮或负重带（如沙漠环境下使用的装备负重轮或负重带）开展环境试验。更关键的时，沙漠环境下使用的装备负重轮或负重带载荷通常重达数十吨，且其使用环境非常恶劣，要对其开展环境试验是一大难点。

更关键地是，目前国内外没有砂尘摩擦磨损试验装置，现有试验装置直接应用于沙漠或模拟沙漠环境下开展试验时，易出现设备故障的问题，难以开展正常的模拟试验。

发明内容

本发明目的在于提供一种砂尘摩擦磨损试验装置,用于解决现有试验装置无法针对沙漠环境下的负重轮或负重带开展环境试验的技术问题。

本发明目的是采用如下技术方案实现的。

一种砂尘摩擦磨损试验装置，包括环境试验箱和径向加载系统，以及用于监测加载载荷的压力传感器，其特征在于：径向加载系统的加载杆固定连接位于环境试验箱内的被测负重轮，且被测负重轮能够转动，所述试验装置还包括旋转加载系统和循环喷砂系统，旋转加载系统的驱动轮位于环境试验箱内并能够与被测负重轮呈压力接触，循环喷砂系统的喷砂口正对驱动轮与被测负重轮的接触部位，并在加载过程中进行连续喷砂。

为提高试验过程中试验装置的稳定性，径向加载系统包括刚性框架，环境试验箱位于刚性框架内；刚性框架上设置有两组滑动组件，每滑动组件连接导向支撑梁，导向支撑梁与加载杆垂直并连接为一体，加载杆顶部位于环境试验箱外并连接伺服驱动机构，伺服驱动机构的直线伺服作动器位于刚性框架顶部用于驱动加载杆上下动作；当伺服驱动机构驱动加载杆动作时，导向支撑梁和被测负重轮跟随加载杆同步动作。

为进一步提高试验过程中试验装置的稳定性，旋转加载系统包括交流伺服电机，交流伺服电机连接驱动轮，驱动轮位于被测负重轮正下方，驱动轮的支撑座上端位于环境试验箱内并连接驱动轴，驱动轮的支撑座下端位于环境试验箱外，并固定在平台上。

为提高试验过程中的环境稳定性，循环喷砂系统包括带有喷砂泵的喷砂管以及回砂管，喷砂管一端连接喷砂枪并伸入环境试验箱内，回砂管与环境试验箱底部的集砂区相通，且喷砂管的管腔容积不大于喷砂总量容积的1/3。

作为优选方案，集砂区采用锥形集砂斗或者振动集砂斗。

为提高试验装置的使用寿命，驱动轴与支撑座、驱动轮、被测负重轮的各连接部位，环境试验箱与加载杆、支撑座、驱动轴的连接部位均采用双重密封结构。

为进一步提高试验装置的使用寿命，加载杆下端也设置有支撑架，支撑座和支撑架均呈门形结构，被测负重轮、驱动轮分别设置在对应的门形结构内侧。

作为优选方案，压力传感器安装在加载杆顶部。

为提高试验结果准确性，大幅降低试验操作难度，所述试验装置还包括控制系统，控制系统分别连接环境试验箱的控制器、径向加载系统、旋转加载系统和循环喷砂系统，控制系统包括显示器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下功能和步骤：

控制循环喷砂系统的喷砂泵按预设值运行，以实现控制喷砂流量；控制径向加载系统的加载载荷，以实现控制被测负重轮的径向受力；控制旋转加载系统的交流伺服电机转速，以实现控制驱动轮转速；控制环境试验箱内温度；

步骤1，控制环境试验箱内温度，达到预设温度值后执行步骤2；

步骤2，控制旋转加载系统开启，并使交流伺服电机按照速度V1转动，转速稳定后进行执行步骤3；

步骤3，控制径向加载系统开启，驱动加载杆下移，并使被测负重轮刚好与驱动轮呈无压力接触，再执行步骤4；

步骤4，控制循环喷砂系统开启，并按照A m³/分钟的流量进行喷砂，再执行步骤5；

步骤5，控制径向加载系统使加载杆继续下移，直到加载载荷达到预设范围值，再执行步骤6；

步骤6，一个试验周期结束后，获取（输出）时间、转速、载荷、摩擦力，摩擦系数、摩擦力矩等试验参数，根据试验需要可重复步骤1-5。

作为本发明的优选方案，所述旋转加载系统的摩擦力≤5000N，线速度≤15米/秒；所述循环喷砂系统的吹砂速度为1m/≤v≤30m/s，砂尘直径≤850μm。

作为本发明的优选方案，环境试验箱的外壁采用SUS304不锈钢板喷塑、内壁采用SUS316 不锈钢板，中间夹装玻璃纤维棉，环境试验箱的底板负重不小于3000kg/m²，环境试验箱的可视门采用中空防雾石英玻璃，并设置防碎网。

有益效果：本发明提供的砂尘摩擦磨损试验装置能够用于对沙漠环境下使用的负重轮或负重带开展环境试验，解决了大载荷负重转动情况下的试验装置在试验过程稳定性差和可靠性差的技术问题；本发明提供的砂尘摩擦磨损试验装置具有结构紧凑、刚度高、试件夹持可靠、对中性好、装夹方便等特点，并可配备各种夹具和环境试验装置以扩展试验功能，试验过程中既能够对被测负重轮施加恒定压力，也能够以交变载荷的方式对被测负重轮施加模拟载荷；本发明提供的砂尘摩擦磨损试验装置还具有平稳性好和灵活性好的优点，使用操

作方便，使用过程中的故障率低。

附图说明

图1是实施例中砂尘摩擦磨损试验装置示意图一；

图2是实施例中砂尘摩擦磨损试验装置示意图二。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对方案进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例

参见图1和图2，一种砂尘摩擦磨损试验装置，包括环境试验箱1和径向加载系统，以及用于监测加载载荷的压力传感器27，径向加载系统的加载杆21固定连接位于环境试验箱1内的被测负重轮4，且被测负重轮4能够转动，所述试验装置还包括旋转加载系统和循环喷砂系统，旋转加载系统的驱动轮41位于环境试验箱1内并能够与被测负重轮4呈压力接触，循环喷砂系统的喷砂口正对驱动轮41与被测负重轮4的接触部位，并在加载过程中进行连续喷砂。

本实施例中，径向加载系统包括刚性框架22，环境试验箱1通过紧固件26固定在刚性框架22内；刚性框架22上设置有两组滑动组件23，每滑动组件23连接导向支撑梁24，导向支撑梁24与加载杆21垂直并连接为一体，加载杆21顶部位于环境试验箱1外并连接伺服驱动机构，伺服驱动机构的直线伺服作动器25位于刚性框架22顶部用于驱动加载杆21上下动作；压力传感器27安装在直线伺服作动器25与加载杆21之间并连接在加载杆21上，当伺服驱动机构驱动加载杆21动作时，导向支撑梁24和被测负重轮4跟随加载杆21同步动作。

其中，直线伺服作动器25外置安装有由过滤精度为0.003mm的精密滤油器以及具有消脉、蓄能功能的进回油路蓄能器、动态试验机专用两级电液伺服阀组成的液压模块，精密滤油器安装在电液伺服阀前，可有效防止电液伺服阀因液压油污染造成堵塞。直线伺服作动器25采用恒压伺服泵站30进行驱动，该泵站主要由底板、油箱、油泵电机组、阀块、管路、冷却系统等部分组成，用于提供工作动力；泵站油箱采用全封闭设计，可有效防止外界杂质进入液压系统对液压油的污染，油箱材料采用不锈钢板，可有效防止金属腐蚀对液压油产生的污染，油泵、电机组配置采用串联双弹性支撑方式，进一步减少泵站噪音，油泵采用低噪音直线共轭内啮合齿轮泵，由主溢流阀、蓄能器、副主溢流阀、副溢流阀和换向阀、精密滤油器组成的高低压软切换液压模块用于控制泵站输出压力；泵站设有低压启动、高压切换的工作模式，可有效减轻液压系统的冲击；泵站配置油冷机，用于液压系统冷却；泵站配置双电接点温控表，液位控制计；具有油温（低于10°C、高于55°C）、液位、滤油器堵塞报警和停车保护功能。

其中，伺服驱动机构的控制器能实现对作动器的试验力、位移、应变三闭环动态控制，能按正弦波、三角波、方波等主要试验波形进行试验力控制，并且可以实现这三种控制方式之间平滑切换，具有控制精度高、适应性强、长期稳定性好等特点。具体选用DCS-3000动态伺服控制器：该控制器采用32位高速处理器作为主控芯片，并搭载DSP高速运算芯片，从而具有较高的运算速度和数据处理能力，能够在短时间内实现从数据采集、PID运算、以太网通讯到输出控制的整个控制过程，从而实现对试验机的精确动态闭环控制；该控制器输入通道：具有三路模拟输入通道（1路载荷、1路电子引伸计、1路备用通道），这三个通道全部采用独立的16位高速A/D转换器进行并行高速数据采样，具有多达15段的线性补偿和修正功能，大大提高传感器的测量范围和测量精度，具有两路光电编码器4倍频高速计数输入通道，接2路拉线式位移传感器，具有4个开关量输入接口，可外接4路开关输入信号；该控制器输出通道，采用1路16位高速D/A输出，可控制喷嘴挡板伺服阀或电磁比例换向阀，1路脉冲频率调制输出，可控制伺服电机，4个开关量输出接口，可外接4个中间继电器；该控制器采用PID控制策略实现试验力的闭环控制，采用PID控制策略实现位移的闭环控制；该控制器的通讯接口：1路100MHz的以太网通讯接口，与PC机实现高速数据通讯，实现采集数据实时上传和控制指令实时下发的功能，从而达到PC机实时控制试验机的目的，该控制器的控制性能指标：A/D采样频率5kHz；A/D采样码数，动态5kHz（±10000码），静载50Hz（±200000码）；控制周期0.2ms；试验波形频率范围0.001Hz—50Hz；试验波形种类为正弦波、三角波、方波、斜波、自定义波；静态控制精度典型值为0.3％FS，动态控制精度典型值为0.5％FS。

本实施例中，旋转加载系统包括交流伺服电机42，交流伺服电机42连接驱动轮41，驱动轮41位于被测负重轮4正下方，驱动轮41的支撑座43上端位于环境试验箱1内并连接驱动轴44，驱动轮41的支撑座43下端位于环境试验箱1外，并固定在平台5上。循环喷砂系统包括带有喷砂泵33的喷砂管31以及回砂管34，喷砂管31一端连接喷砂枪32并伸入环境试验箱1内，回砂管34与环境试验箱1底部的集砂区相通，且喷砂管31的管腔容积为喷砂总量容积的1/3。

本实施例中，集砂区采用锥形集砂斗或者振动集砂斗，驱动轴44与支撑座43、驱动轮41、被测负重轮4的各连接部位，环境试验箱1与加载杆21、支撑座43、驱动轴44的连接部位均采用双重密封结构，驱动轮41端面与驱动轴44的连接部位采用防尘法兰28密封，被测负重轮4端面与其转轴的连接部位也采用防尘法兰28密封。加载杆21下端也设置有支撑架29，支撑座43和支撑架29均呈门形结构，被测负重轮4、驱动轮41分别设置在对应的门形结构内侧。

本实施例中，所述试验装置还包括控制系统，控制系统分别连接环境试验箱1的控制器、径向加载系统、旋转加载系统和循环喷砂系统，控制系统包括显示器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，该处理器执行所述程序时实现以下功能和步骤：

控制循环喷砂系统的喷砂泵按预设值运行，以实现控制喷砂流量；控制径向加载系统的加载载荷，以实现控制被测负重轮4的径向受力；控制旋转加载系统的交流伺服电机42转速，以实现控制驱动轮41转速；控制环境试验箱1内温度；

步骤1，控制环境试验箱1内温度，达到预设温度值后执行步骤2；

步骤2，控制旋转加载系统开启，并使交流伺服电机42按照速度V1转动，转速稳定后进行执行步骤3；

步骤3，控制径向加载系统开启，驱动加载杆21下移，并使被测负重轮4刚好与驱动轮41呈无压力接触，再执行步骤4；

步骤4，控制循环喷砂系统开启，并按照A m³/分钟的流量进行喷砂，再执行步骤5；

步骤5，控制径向加载系统使加载杆21继续下移，直到加载载荷达到预设范围值，再执行步骤6；

步骤6，一个试验周期结束后，获取（输出）时间、转速、载荷、摩擦力，摩擦系数、摩擦力矩等试验参数，根据试验需要可重复步骤1-5。

本实施例中，所述径向所述旋转加载系统的摩擦力≤5000N，线速度≤15米/秒，旋转扭矩≤1000Nm；所述循环喷砂系统的吹砂速度为1m/≤v≤30m/s，砂尘直径≤850μm。环境试验箱1的外壁采用SUS304不锈钢板喷塑、内壁采用SUS316 不锈钢板，中间夹装玻璃纤维棉，环境试验箱1的底板负重3000kg/m²，环境试验箱1的可视门采用中空防雾石英玻璃，并设置防碎网。

性能测试：采用本实施例中的砂尘摩擦磨损试验装置对坦克轮开展模拟环境试验，所喷的砂取敦煌环境试验站户外沙漠地区的地表砂粒，试验过程中的喷砂速率控制为10m/s，所用喷砂管的管内径为30mm，前述步骤5中加载载荷预设范围为55KN，被测负重轮转速为1000r/min。试验总次数为100次，整个试验过程中试验装置无任何故障。

该砂尘摩擦磨损试验装置能够用于对沙漠环境下使用的负重轮或负重带开展环境试验，解决了大载荷负重转动情况下的试验装置在试验过程稳定性差和可靠性差的技术问题；这种砂尘摩擦磨损试验装置具有结构紧凑、刚度高、试件夹持可靠、对中性好、装夹方便等特点，并可配备各种夹具和环境试验装置以扩展试验功能，试验过程中既能够对被测负重轮施加恒定压力，也能够以交变载荷的方式对被测负重轮施加模拟载荷，还具有平稳性好和灵活性好的优点，使用操作方便，使用过程中的故障率低。

Claims (10)

1.一种砂尘摩擦磨损试验装置，包括环境试验箱（1）和径向加载系统，以及用于监测加载载荷的压力传感器（27），其特征在于：径向加载系统的加载杆（21）固定连接位于环境试验箱（1）内的被测负重轮（4），且被测负重轮（4）能够转动，所述试验装置还包括旋转加载系统和循环喷砂系统，旋转加载系统的驱动轮（41）位于环境试验箱（1）内并能够与被测负重轮（4）呈压力接触，循环喷砂系统的喷砂口正对驱动轮（41）与被测负重轮（4）的接触部位，并能在加载过程中进行连续喷砂。

2.根据权利要求1所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：径向加载系统包括刚性框架（22），环境试验箱（1）位于刚性框架（22）内；刚性框架（22）上设置有两组滑动组件（23），每滑动组件（23）连接导向支撑梁（24），导向支撑梁（24）与加载杆（21）垂直并连接为一体，加载杆（21）顶部位于环境试验箱（1）外并连接伺服驱动机构，伺服驱动机构的直线伺服作动器（25）位于刚性框架（22）顶部用于驱动加载杆（21）上下动作；当伺服驱动机构驱动加载杆（21）动作时，导向支撑梁（24）和被测负重轮（4）跟随加载杆（21）同步动作。

3.根据权利要求2所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：旋转加载系统包括交流伺服电机（42），交流伺服电机（42）连接驱动轮（41），驱动轮（41）位于被测负重轮（4）正下方，驱动轮（41）的支撑座（43）上端位于环境试验箱（1）内并连接驱动轴（44），驱动轮（41）的支撑座（43）下端位于环境试验箱（1）外，并固定在平台（5）上。

4.根据权利要求3所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：循环喷砂系统包括带有喷砂泵（33）的喷砂管（31）以及回砂管（34），喷砂管（31）一端连接喷砂枪（32）并伸入环境试验箱（1）内，回砂管（34）与环境试验箱（1）底部的集砂区相通，且喷砂管（31）的管腔容积不大于喷砂总量容积的1/3。

5.根据权利要求4所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：集砂区采用锥形集砂斗或者振动集砂斗。

6.根据权利要求5所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：驱动轴（44）与支撑座（43）、驱动轮（41）、被测负重轮（4）的各连接部位，环境试验箱（1）与加载杆（21）、支撑座（43）、驱动轴（44）的连接部位均采用双重密封结构。

7.根据权利要求6所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：加载杆（21）下端也设置有支撑架（29），支撑座（43）和支撑架（29）均呈门形结构，被测负重轮（4）、驱动轮（41）分别设置在对应的门形结构内侧。

8.根据权利要求7所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括控制系统，控制系统分别连接环境试验箱（1）的控制器、径向加载系统、旋转加载系统和循环喷砂系统，控制系统包括显示器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下功能和步骤：

控制循环喷砂系统的喷砂泵按预设值运行，以实现控制喷砂流量；控制径向加载系统的加载载荷，以实现控制被测负重轮（4）的径向受力；控制旋转加载系统的交流伺服电机（42）转速，以实现控制驱动轮（41）转速；控制环境试验箱（1）内温度；

步骤1，控制环境试验箱（1）内温度，达到预设温度值后执行步骤2；

步骤2，控制旋转加载系统开启，并使交流伺服电机（42）按照速度V1转动，转速稳定后进行执行步骤3；

步骤3，控制径向加载系统开启，驱动加载杆（21）下移，并使被测负重轮（4）刚好与驱动轮（41）呈无压力接触，再执行步骤4；

步骤4，控制循环喷砂系统开启，并按照A m³/分钟的流量进行喷砂，再执行步骤5；

步骤5，控制径向加载系统使加载杆（21）继续下移，直到加载载荷达到预设范围值，再执行步骤6；

步骤6，一个试验周期结束后，获取时间、转速、载荷、摩擦力，摩擦系数、摩擦力矩等试验参数，根据试验需要可重复步骤1-5。

9.根据权利要求8所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述旋转加载系统的摩擦力≤5000N，线速度≤15米/秒；所述循环喷砂系统的吹砂速度为1m/≤v≤30m/s，砂尘直径≤850μm。

10.根据权利要求9所述的砂尘摩擦磨损试验装置，其特征在于：环境试验箱（1）的外壁采用SUS304不锈钢板喷塑、内壁采用SUS316 不锈钢板，中间夹装玻璃纤维棉，环境试验箱（1）的底板负重不小于3000kg/m²， 环境试验箱（1）的可视门采用中空防雾石英玻璃，并设置防碎网。

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