本發(fā)明涉及一種用于金屬高速高壓摩擦試驗(yàn)的設(shè)備。

技術(shù)背景

摩擦是兩個(gè)物體在相對運(yùn)動時(shí)，接觸面之間產(chǎn)生阻礙相對運(yùn)動的作用力的現(xiàn)象，摩擦分為靜摩擦和動摩擦。摩擦學(xué)研究的是不同材料之間的摩擦系數(shù)、磨損速度以及潤滑等理論。

金屬材料由于其硬度大、強(qiáng)度高、抗摩擦，被廣泛運(yùn)用在各種場合。隨著科技發(fā)展，金屬材料的使用環(huán)境越來越苛刻，經(jīng)常被用在一些高速高壓受摩擦的場合，例如高速列車、航空航天等；在高速磨削領(lǐng)域，金屬的抗摩擦性能直接影響其切削加工性。因此對金屬材料抗摩擦性能的進(jìn)一步探究顯得極為重要。

摩擦試驗(yàn)的目的，是研究金屬表面在承受一定時(shí)間的高速高壓摩擦后，其金相組織、表面性能、磨損量的變化。這些性能對實(shí)際生產(chǎn)中材料選型、壽命分析等有重要意義。例如工程師要根據(jù)鋼軌的抗摩擦性能來確定鋼軌的磨損速度，進(jìn)一步確定鋼軌的檢修周期、換新周期。

中國專利CN 200910249051.7披露了一種高速高溫多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，其設(shè)有轉(zhuǎn)動盤，轉(zhuǎn)動盤上安裝有平動試樣，平動試樣與轉(zhuǎn)動試樣相對設(shè)置，構(gòu)成一對摩擦副，在轉(zhuǎn)動試樣和平動試樣的旁側(cè)設(shè)有加熱裝置。該試驗(yàn)機(jī)的缺陷有：1.利用伺服電機(jī)配合精密絲杠來控制滑臺，該方案雖精度較高，但難以產(chǎn)生較大的驅(qū)動力，無法模擬高速高壓的工況；2.伺服電機(jī)與精密絲杠驅(qū)動系統(tǒng)，成本較高，且壽命短，抗振性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)無法模擬高速高壓的工況及成本較高、壽命短的不足，本發(fā)明提供了一種滿足工況要求并且成本低、穩(wěn)定性高的金屬高速高壓摩擦試驗(yàn)機(jī)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種金屬高速高壓摩擦試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)架，所述摩擦試驗(yàn)機(jī)還包括摩擦輪、豎向滑板和用于放置待測金屬板的縱向滑臺，所述摩擦輪的摩擦輪軸與用于帶動摩擦輪轉(zhuǎn)動的摩擦驅(qū)動組件連接，所述摩擦驅(qū)動組件安裝在豎向滑板上，所述豎向滑板與用以帶動豎向滑板升降的升降驅(qū)動組件連接，所述升降驅(qū)動組件安裝在機(jī)架上，所述摩擦輪的下方布置所述縱向滑臺，所述縱向滑臺可滑動地套裝在縱向滑軌上，所述縱向滑軌設(shè)置在機(jī)架上，所述縱向滑臺與用于帶動縱向滑動縱向移動的縱向驅(qū)動組件連接，所述摩擦輪軸的軸線與所述縱向滑軌的中心線垂直。

進(jìn)一步，所述摩擦驅(qū)動組件包括伺服電機(jī)、聯(lián)軸器和摩擦輪軸承架，所述摩擦輪軸兩端安裝在摩擦輪軸承架上，所述摩擦輪軸承架固定在豎向滑板底面所述摩擦輪軸的一端通過聯(lián)軸器與所述伺服電機(jī)的輸出軸連接，所述伺服電機(jī)安裝在豎向滑板底面。

再進(jìn)一步，所述升降驅(qū)動組件包括豎直油缸缸體、豎直油缸缸桿和豎直滑桿，所述豎直滑桿固定在所述機(jī)架上，所述豎直滑板可滑動地套裝在所述豎直滑桿上，所述豎直滑板的頂面與豎直油缸缸桿的下端連接，所述豎直油缸缸桿的上端與所述豎直油缸缸體的作動端連接，所述豎直油缸缸體安裝在機(jī)架上。

更進(jìn)一步，所述縱向驅(qū)動組件包括縱向油缸缸體、縱向油缸缸桿、縱向油缸固定座和縱向油缸連接座，所述縱向油缸缸體固定在縱向油缸固定座上，所述縱向油缸固定座安裝在機(jī)架上，所述縱向油缸缸體的作動端與所述縱向油缸缸桿的后端連接，所述縱向油缸缸桿的前端與縱向油缸連接座，所述縱向油缸連接座固定在所述縱向滑臺的底面。

所述機(jī)架包括底架、底板和上固定板，所述底板安裝在底架上，所述底板上開有所述縱向滑軌，所述縱向驅(qū)動組件安裝在底板上，所述升降驅(qū)動組件固定在上固定板上。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：1、整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，成本低。2、液壓伺服系統(tǒng)能夠提供更大的壓力和進(jìn)給力，能夠模擬出更加嚴(yán)苛的工況。3、利用力傳感器和位移傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，精度高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的金屬高速高壓摩擦試驗(yàn)機(jī)總體示意圖。

圖2是本發(fā)明的金屬高速高壓摩擦試驗(yàn)機(jī)仰視圖。

圖3是本發(fā)明的金屬高速高壓摩擦試驗(yàn)機(jī)A向視圖。

圖4是本發(fā)明的閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方案

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參照圖1～圖4，一種金屬高速高壓摩擦試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)架，所述摩擦試驗(yàn)機(jī)還包括摩擦輪20、豎向滑板4和用于放置待測金屬板的縱向滑10，所述摩擦輪20的摩擦輪軸與用于帶動摩擦輪轉(zhuǎn)動的摩擦驅(qū)動組件連接，所述摩擦驅(qū)動組件安裝在豎向滑板4上，所述豎向滑板4與用以帶動豎向滑板升降的升降驅(qū)動組件連接，所述升降驅(qū)動組件安裝在機(jī)架上，所述摩擦輪20的下方布置所述縱向滑臺10，所述縱向滑臺10可滑動地套裝在縱向滑軌11上，所述縱向滑軌11設(shè)置在機(jī)架上，所述縱向滑臺10與用于帶動縱向滑動縱向移動的縱向驅(qū)動組件連接，所述摩擦輪軸的軸線與所述縱向滑軌11的中心線垂直。

本實(shí)施例的金屬高速高壓摩擦試驗(yàn)機(jī)，包括底架1、底板2、上部支架3、豎直滑板4、豎直滑桿5、上固定板6、豎直油缸缸體7、豎直油缸缸桿8、待測金屬板9、縱向滑臺10、縱向滑軌11、縱向油缸缸體12、縱向油缸缸桿13、縱向油缸固定座14、縱向油缸連接座15、伺服電機(jī)16、聯(lián)軸器17、摩擦輪軸18，摩擦輪軸承架19和摩擦輪20。

如圖1所示。底架1放置于堅(jiān)實(shí)地面上，底板2與底架1焊接固定，上部支架3與底板2焊接固定，上固定板6與上部支架3焊接固定，豎直滑桿5分別與底板2、上固定板6通過螺紋固定連接，豎直滑板4穿過豎直滑桿5，可上下自由移動，豎直油缸缸體7與上固定板6通過螺栓固定連接，豎直油缸缸桿8與豎直滑板4通過螺紋固定連接。

如圖1、2所示。待測金屬板9通過特制夾具與縱向滑臺10固定連接，縱向滑臺10放置在縱向滑軌11上，可縱向自由移動，縱向油缸缸體12與縱向油缸固定座14通過螺栓固定連接，縱向油缸固定座14與底板2焊接連接，縱向油缸缸桿13與縱向油缸連接座15通過螺紋固定連接，縱向油缸連接座15與縱向滑臺10焊接連接(底板2在縱向油缸連接座15處開有長槽，以保證穿過縱向油缸連接座15)。

如圖3所示。伺服電機(jī)16與豎直滑板4通過螺栓固定連接，摩擦輪軸18通過聯(lián)軸器17與伺服電機(jī)16連接，摩擦輪軸18穿過摩擦輪軸承架19上的軸承孔，可自由轉(zhuǎn)動，摩擦輪軸承架19與豎直滑板4焊接連接，摩擦輪20穿在摩擦輪軸18上，并通過鍵連接。

如圖4所示。本發(fā)明的豎直進(jìn)給與縱向進(jìn)給均采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。豎直滑板4上設(shè)置有位移傳感器和力傳感器，分為兩種情況。情況一：加壓模式為指定位移時(shí)，位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控豎直滑板4的位移量，并與設(shè)定位移量進(jìn)行比對，得到的反饋信號傳送給控制器，控制器控制豎直進(jìn)給電磁閥打開，豎直滑板4開始進(jìn)給，直到輸出值與設(shè)定值一致時(shí)，控制器使豎直進(jìn)給電磁閥關(guān)閉，豎直滑板4停止進(jìn)給；情況二：加壓模式為指定壓力時(shí)，力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控摩擦輪20與待測金屬板9之間的壓力值，并與設(shè)定壓力值進(jìn)行比對，將差值反饋到控制器，其他流程與情況一相同?？v向滑臺10上設(shè)置有位移傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測縱向滑臺10的位移量，并與設(shè)定位移量進(jìn)行比對，得到的反饋信號傳送給控制器，控制器控制縱向進(jìn)給電磁閥打開，縱向滑臺10開始進(jìn)給，直到輸出值與設(shè)定值一致時(shí)，控制器使縱向進(jìn)給電磁閥關(guān)閉，縱向滑臺10停止進(jìn)給。

本發(fā)明在使用時(shí)，首先控制縱向滑臺10移動到A側(cè)，利用特制夾具將待測金屬板9固定在縱向滑臺10上，再控制縱向滑臺10向B側(cè)移動，使待測金屬版9到達(dá)預(yù)定的加壓位置。然后控制豎直滑板4向下移動，當(dāng)加壓模式為指定位移時(shí)，控制器控制豎直滑板4向下移動指定的位移，當(dāng)加壓模式為指定壓力時(shí)，控制器控制豎直滑板4向下移動，至壓力值達(dá)到設(shè)定值。之后啟動伺服電機(jī)16，摩擦輪20與待測金屬板9發(fā)生摩擦。后續(xù)步驟根據(jù)試驗(yàn)要求，分為兩種情況，情況一：定點(diǎn)試驗(yàn)，使摩擦輪20與待測金屬板9保持設(shè)定的摩擦?xí)r間，之后停止伺服電機(jī)16，控制器控制豎直滑板4向上移動，控制縱向滑臺10移動到A側(cè)，結(jié)束試驗(yàn)；情況二：平面試驗(yàn)，控制器控制縱向滑臺10按設(shè)定速度緩慢移動，使摩擦輪20與待測金屬板9發(fā)生相對移動，縱向滑臺10移動設(shè)定位移后，停止伺服電機(jī)16，其余步驟與情況一相同。

摩擦輪20的材料可以更換，本發(fā)明可模擬多種材料之間的摩擦特性。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。