一種軋輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法及裝置的制造方法
【專利摘要】一種軋輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法及裝置，屬測試領(lǐng)域，其通過構(gòu)建一個與磨損深度自動耦合的游動砝碼加載杠桿，對環(huán)-塊摩擦副施加一個與磨損深度自動耦合的恒定接觸壓應(yīng)力，以保證摩擦副之間的接觸應(yīng)力始終不變，通過恒定接觸應(yīng)力下的環(huán)-塊摩擦磨損實(shí)驗(yàn)及測試，準(zhǔn)確地模擬軋輥的實(shí)際摩擦磨損工況，以研究各種工況參數(shù)對軋輥磨損性能的影響，整個裝置結(jié)構(gòu)簡潔、緊湊，操作方便，可更好地研究各種因素對軋輥磨損性能的影響規(guī)律，亦可研究多種工況參數(shù)對軋輥磨損性能的影響，為新型軋輥的開發(fā)、提高軋輥的耐磨性能、降低軋輥的消耗打下良好的基礎(chǔ)?？蓮V泛應(yīng)用于軋輥、軸承等恒定接觸應(yīng)力條件下工作的機(jī)械零部件的摩擦磨損性能測試或研究領(lǐng)域。
【專利說明】
-種扯撮環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于測試領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種在恒定接觸應(yīng)力條件下工作的機(jī)械零部件摩 擦磨損性能的測試方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 社漉是社鋼生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵部件，社漉的使用壽命已成為決定生產(chǎn)成本、 生產(chǎn)效率及勞動強(qiáng)度的重要因素之一。
[0003] 在影響社漉使用壽命的所有因素中，社漉的耐磨性是最為關(guān)鍵的因素，社漉的工 作層被磨損殆盡是其主要失效方式。
[0004] 從摩擦學(xué)角度看，社漉磨損的實(shí)質(zhì)是在社制力作用下，社漉與帶鋼或配套漉接觸 并相對滑動而產(chǎn)生的材料損失。 陽〇化]影響社漉磨損的因素包括社漉材質(zhì)、社制力、社制冷卻與潤滑、社漉轉(zhuǎn)速等諸多方 面。因此，選擇適當(dāng)?shù)哪M試驗(yàn)設(shè)備對社漉摩擦磨損性能開展研究，對于減小社漉消耗、延 長社漉使用時間、降低社制成本意義十分重要。
[0006] 由于摩擦磨損現(xiàn)象極其復(fù)雜，磨損對象及工況也不盡相同，因此摩擦磨損試驗(yàn)方 法和裝置種類繁多，如球盤摩擦磨損，銷盤摩擦磨損，環(huán)-塊摩擦磨損，四球摩擦磨損，缸套 活塞環(huán)摩擦磨損等。其中，環(huán)-塊磨損試驗(yàn)機(jī)W其試樣準(zhǔn)備簡單、測試方便等特點(diǎn)而備受人 們青睞。
[0007] 但是，現(xiàn)有環(huán)-塊磨損試驗(yàn)機(jī)的氣動或液壓加載方法使總體設(shè)備龐大、復(fù)雜，維護(hù) 工作量大，而且更重要的是，環(huán)塊摩擦試驗(yàn)機(jī)一般在摩擦副之間施加恒定的正壓力，導(dǎo)致隨 著摩擦試樣塊的磨損面積越來越大，實(shí)際接觸應(yīng)力變得越來越?。ㄈ鐖D8所示），運(yùn)與社漉 在恒定接觸應(yīng)力下的工作實(shí)態(tài)的差別也越來越大。
[0008] 因此，在環(huán)-塊摩擦磨損試驗(yàn)中，如何隨著磨痕深度與面積的增大而相應(yīng)增加壓 力載荷W實(shí)現(xiàn)接觸應(yīng)力始終不變，是環(huán)-塊摩損試驗(yàn)要準(zhǔn)確模擬社漉實(shí)際磨損工況時需要 面對的一個主要問題。
[0009] 授權(quán)公告日為2012年05月09日，授權(quán)公告號為CN101975708B的中國發(fā)明專利 中，公開了一種W液態(tài)金屬為腐蝕介質(zhì)，W環(huán)形試樣和塊狀試樣為摩擦副的"破碼加載環(huán)塊 式腐蝕磨損試驗(yàn)機(jī)";授權(quán)公告日為2012年05月09日，授權(quán)公告號為CN101975709B的中 國發(fā)明專利中，公開了一種W液態(tài)金屬為腐蝕介質(zhì)，W環(huán)形試樣和塊狀試樣為摩擦副的"螺 栓加載環(huán)塊式腐蝕磨損試驗(yàn)機(jī)"；【公開日】為2014年02月26日，公開號為CN103604710A的 中國發(fā)明專利申請中，公開了一種"臺式環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)儀"，W實(shí)現(xiàn)多位置裝夾，提高對 試樣材料的利用率及試驗(yàn)效率。上述技術(shù)方案均是通過破碼、螺栓等各種不同方式實(shí)現(xiàn)恒 壓力加載。授權(quán)公告日為2014年02月12日，授權(quán)公告號為CN 20343286抓的實(shí)用新型專 利"一種摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上的加載結(jié)構(gòu)"，還通過設(shè)置調(diào)壓室的技術(shù)方案來提高摩擦載荷的 恒定性。
[0010] 此外，授權(quán)公告日為2012年12月05日，授權(quán)公告號為CN102207439B的實(shí)用新型 專利"一種模擬社制過程社漉和社件摩擦磨損的實(shí)驗(yàn)設(shè)備"、授權(quán)公告日為2012年10月03 日，授權(quán)公告號為CN20247153抓的實(shí)用新型專利"高速社制界面社漉磨損量及摩擦系數(shù)的 測定裝置"等則采用"環(huán)-環(huán)"式的試驗(yàn)裝置，直接模擬社漉工況，測試社漉磨損性能。
[0011] 上述技術(shù)方案中的測試方法或裝置應(yīng)用于實(shí)際測試工作中時，要么試樣準(zhǔn)備困 難、設(shè)備龐大、系統(tǒng)復(fù)雜，要么接觸應(yīng)力不恒定，與社漉實(shí)際工作狀況相距甚遠(yuǎn)，難W簡便且 準(zhǔn)確地模擬社漉實(shí)際摩擦磨損行為。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種社漉環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法及裝 置，其通過對環(huán)-塊摩擦副提供與磨損深度自動禪合的恒定接觸壓應(yīng)力，來準(zhǔn)確模擬社漉 的摩擦磨損實(shí)況，W實(shí)現(xiàn)恒定接觸應(yīng)力下的環(huán)-塊摩擦磨損測試，可更好地研究各種因素 對社漉磨損性能的影響規(guī)律，為新型社漉開發(fā)、提高社漉耐磨性能、降低社漉消耗打下基 礎(chǔ)，亦可研究多種工況參數(shù)對社漉磨損性能的影響。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種社漉環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法，包括采用 環(huán)-塊摩擦試驗(yàn)單元，通過陪試樣環(huán)-摩擦試樣塊之間的摩擦磨損，模擬社漉的摩擦磨損實(shí) 況；其特征是：
[0014] 1)設(shè)置一根杠桿，所述杠桿的首端可轉(zhuǎn)動地固定在一個固定端上，所述杠桿的末 端設(shè)置一個游碼，所述的游碼可移動地設(shè)置在所述的杠桿上；
[0015] 2)在所述杠桿首端與游碼之間的杠桿上，設(shè)置一個卡套，在所述卡套下方設(shè)置一 個十字形中間支座，在中間支座的下端設(shè)有一個左右貫通的高精度槽口，所述的摩擦試樣 塊可滑動地安裝在所述的高精度槽口內(nèi)；
[0016] 3)在所述摩擦試樣塊的下方，對應(yīng)設(shè)置所述的陪試樣環(huán)及其相應(yīng)的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動 驅(qū)動單元；所述的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元至少包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)；
[0017] 4)所述的摩擦試樣塊、陪試樣環(huán)及其相應(yīng)的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，構(gòu)成一個 環(huán)-塊摩擦試驗(yàn)單元；所述的陪試樣環(huán)和摩擦試樣塊構(gòu)成一個摩擦副；
[0018] 5)通過在所述杠桿上設(shè)置所述的游碼，所述的杠桿在所述卡套處，對所述的摩擦 副產(chǎn)生一個方向向下的正壓力載荷.
[0019] 6)通過不斷調(diào)節(jié)所述游碼在所述杠桿上的位置，對所述的摩擦副施加一個方向向 下且數(shù)值可變的正壓力載荷；
[0020] 7)通過所述的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元帶動所述的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動，在所述的摩擦試 樣塊上形成磨痕；
[0021] 8)測量所述杠桿末端的向下移動距離，計(jì)算出所述磨痕的深度，進(jìn)而計(jì)算出磨痕 寬度W及相應(yīng)磨痕面積、給定接觸應(yīng)力下所需的正壓力載荷，最終計(jì)算出所述游碼在所述 杠桿上應(yīng)處的位置；
[0022] 9)通過不斷移動或自動調(diào)節(jié)所述游碼在所述杠桿上的位置，構(gòu)成一個與磨損深度 自動禪合的游動破碼加載杠桿，實(shí)現(xiàn)與所述陪試樣環(huán)-摩擦試樣塊摩擦進(jìn)程自動禪合的恒 應(yīng)力加載的摩擦磨損試驗(yàn)過程。
[0023] 其所述的測試方法隨著磨痕深度與磨痕面積的增大，相應(yīng)增加所述的正壓力載 荷，W實(shí)現(xiàn)所述摩擦副之間的接觸應(yīng)力始終不變，通過與所述磨痕深度自動禪合的游動破 碼加載杠桿，來實(shí)現(xiàn)恒定接觸應(yīng)力下的陪試樣環(huán)-摩擦試樣塊摩擦磨損，準(zhǔn)確地模擬社漉 的實(shí)際摩擦磨損工況，W研究各種工況參數(shù)對社漉磨損性能的影響，測試社鋼過程的社制 力/接觸應(yīng)力、社漉滑擦率/轉(zhuǎn)速、溫度、時間等因素對社漉摩擦磨損性能的影響，為社漉材 料研究提供有效的實(shí)驗(yàn)手段。
[0024] 具體的，所述杠桿的首端采用較接或銷接的方式可轉(zhuǎn)動地固定在所述的固定端 上；W所述的固定端為圓屯、，所述的杠桿首端圍繞所述的固定端可W作上、下轉(zhuǎn)動。
[00巧]進(jìn)一步的，所述的游碼使杠桿在卡套處對摩擦試樣塊產(chǎn)生一個方向向下的正壓力 F，所述的正壓力F按照下列關(guān)系確定：
[0026] F = L/Li ? G (1)
[0027] 其中，L為游碼距杠桿旋轉(zhuǎn)中屯、位置的長度或距離，Li為卡套距杠桿旋轉(zhuǎn)中屯、位置 的長度或距離，G為游碼的重量； 陽02引進(jìn)一步的，所述游碼的重量按最大磨痕寬度WmgyW及最大杠桿比K m。、= L 2/Li來確 定，即游碼重量按照下列關(guān)系確定：
[0029] G = F/Kmax= O ? Wmax ? U ? VLz 似
[0030] 其中，大磨痕寬度，O為社漉接觸應(yīng)力，Km。、為最大杠桿比，L 2為游碼在杠 桿最右側(cè)位置處距杠桿左側(cè)旋轉(zhuǎn)中屯、處的距離，U為磨痕的長度；
[0031] 進(jìn)一步的，所述游碼起始位置按照下列關(guān)系確定： 柳巧 L。= L 1 ? F/G 做
[003引其中，L。為游碼距杠桿左側(cè)旋轉(zhuǎn)中屯、處的距離。
[0034] 進(jìn)一步的，在所述杠桿的末端設(shè)置一個位移傳感器，用W檢測杠桿末端的向下移 動距離D，其向下移動距離D按照下列關(guān)系確定：
[0035] D = Lc/Li ? d 妨
[0036] 式中Lc為位移傳感器距離杠桿左端旋轉(zhuǎn)中屯、處的水平距離，d為磨痕深度。
[0037] 本發(fā)明還提供了一種社漉環(huán)塊摩擦磨損性能的測試裝置，其特征是：所述的測試 裝置至少包括摩擦試樣塊、陪試樣環(huán)、陪試樣環(huán)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、卡套、中間支座、杠桿、游碼、磨損 深度放大與檢測系統(tǒng)和游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
[0038] 其中，所述杠桿的首端可轉(zhuǎn)動地固定在一個固定端上，所述杠桿的末端設(shè)置一個 游碼，所述的游碼可移動地設(shè)置在所述的杠桿上；
[0039] 在所述杠桿首端與游碼之間的杠桿上，設(shè)置一個卡套；
[0040] 在所述卡套下方設(shè)置一個中間支座，在中間支座的下端設(shè)有一個左右貫通的高精 度槽口，所述的摩擦試樣塊安裝在所述的高精度槽口內(nèi)并可W左右滑動；
[0041] 在所述摩擦試樣塊的下方，對應(yīng)設(shè)置陪試樣環(huán)及其相應(yīng)的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單 元，所述的摩擦試樣塊、陪試樣環(huán)及其相應(yīng)的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，構(gòu)成一個環(huán)-塊摩擦 試驗(yàn)單元；
[0042] 所述的磨損深度放大與檢測系統(tǒng)包括設(shè)置在杠桿的末端的位移傳感器W及相應(yīng) 的信號放大電路，所述的磨損深度放大與檢測系統(tǒng)用于檢測杠桿末端向下運(yùn)動的距離；
[0043] 所述的游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括設(shè)置在杠桿上的齒條-齒輪運(yùn)動副、設(shè)置在杠 桿上的移動電機(jī)和與移動電機(jī)連接為一體的游碼，所述移動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸與所述的齒輪 固接；
[0044] 所述的游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)受一個自動控制系統(tǒng)的控制，自動控制系統(tǒng)根據(jù)所 述杠桿末端的向下移動距離D，計(jì)算出磨痕深度，進(jìn)而計(jì)算出磨痕寬度W及相應(yīng)磨痕面積、 給定接觸應(yīng)力下所需的正壓力載荷，最終計(jì)算出所述游碼在所述杠桿上應(yīng)處的位置，并輸 出相應(yīng)的控制指令給所述的游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述的游碼在游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的移動電機(jī)驅(qū)動下，在所述杠桿上自動進(jìn)行移動，使杠桿在所述卡套處對摩擦試樣塊產(chǎn)生 需要的正壓力載荷；
[0045] 所述的社漉環(huán)塊摩擦磨損性能的測試裝置，通過自動移動或調(diào)節(jié)所述游碼在所 述杠桿上的位置，構(gòu)成一個與磨損深度自動禪合的游動破碼加載杠桿，實(shí)現(xiàn)與所述陪試樣 環(huán)-摩擦試樣塊摩擦進(jìn)程自動禪合的恒應(yīng)力加載的摩擦磨損試驗(yàn)過程。
[0046] 本發(fā)明技術(shù)方案所述的測試裝置，隨著磨痕深度與磨痕面積的增大，相應(yīng)增加所 述的正壓力載荷W實(shí)現(xiàn)所述摩擦副之間的接觸應(yīng)力始終不變，通過與所述磨痕深度自動禪 合的游動破碼加載杠桿，來實(shí)現(xiàn)恒定接觸應(yīng)力下的陪試樣環(huán)-摩擦試樣塊摩擦磨損，準(zhǔn)確 地模擬社漉的實(shí)際摩擦磨損工況，W研究各種工況參數(shù)對社漉磨損性能的影響，測試社鋼 過程的社制力/接觸應(yīng)力、社漉滑擦率/轉(zhuǎn)速、溫度、時間等因素對社漉摩擦磨損性能的影 響，為社漉材料研究提供有效的實(shí)驗(yàn)手段。
[0047] 具體的，所述中間支座的左右兩側(cè)設(shè)置有固定塊，限制所述的中間支座只能沿垂 直方向上下滑動。
[0048] 具體的，在所述摩擦試樣塊的一側(cè)設(shè)置有壓力傳感器，W測量試驗(yàn)?zāi)Σ亮Α?br>[0049] 具體的，所述的卡套與杠桿之間通過軸承連接，所述的卡套通過與軸承的連接實(shí) 現(xiàn)左右轉(zhuǎn)動。
[0050] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0051] 1、借助與磨損深度自動禪合的游動破碼加載杠桿結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)恒定接觸應(yīng)力下環(huán)塊 摩擦磨損，可準(zhǔn)確模擬社漉的摩擦磨損實(shí)際工況，并可研究多種工況參數(shù)對社漉磨損性能 的影響；
[0052] 2、整個裝置結(jié)構(gòu)簡潔、緊湊，操作方便，自動化程度高，運(yùn)行可靠，功能多樣，可更 好地研究各種因素對社漉磨損性能的影響規(guī)律，亦可研究多種工況參數(shù)對社漉磨損性能的 影響，為新型社漉的開發(fā)、提高社漉的耐磨性能、降低社漉的消耗打下良好的基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0053] 圖1是本發(fā)明裝置的工作原理示意圖；
[0054] 圖2是本發(fā)明的裝置總體示意圖
[0055] 圖3是本發(fā)明的摩擦試樣塊結(jié)構(gòu)及其支座示意圖；
[0056] 圖4是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057] 圖5是本發(fā)明的潤滑系統(tǒng)示意圖； 陽05引圖6是本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意圖；
[0059] 圖7是磨痕深度d與寬度W之間的對應(yīng)關(guān)系曲線示意圖；
[0060] 圖8是傳統(tǒng)加載方法中接觸應(yīng)力O隨磨損深度d的變化曲線示意圖；
[0061] 圖9是本發(fā)明恒接觸應(yīng)力加載方法中游碼位置控制曲線示意圖。
[0062] 圖中1為固定座，2為杠桿，3為移動電機(jī)，4為齒輪，5為齒條，6為位移傳感器，7 為配重，8為升降平臺，9為觀察蓋板，10為電熱絲，11為卡套，12為中間支座，13為摩擦試 樣塊，14為陪試樣環(huán)，15為油槽，1501為熱電偶，1502為油箱，1503為油累，1504為過濾器， 1505為回油閥，1506為電熱絲16為橫向限位塊，17為力傳感器，18為支座，19為聯(lián)軸器，20 為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，21為軸承，22為熱電偶，23為主軸，24為螺母，25為墊片，26為控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 W64] 圖1中，杠桿2圍繞左端A處固定座1的軸承可W上下轉(zhuǎn)動。 陽0化]距A處Li位置的B處設(shè)置卡套11，卡套11與杠桿2之間通過軸承連接，卡套11 繞B處軸承可W左右轉(zhuǎn)動。
[0066] 卡套11下方設(shè)置十字形中間支座12,中間支座12上端設(shè)計(jì)成圓柱凸面與卡套11 下端的圓柱凹面接觸允許沿圓柱面有一定的內(nèi)外滑動，中間支座12下端設(shè)計(jì)左右貫通的 高精度槽口，摩擦試樣塊13安裝在此槽口內(nèi)并可W左右（工作時向左）滑動。 陽067] 中間支座12的左右兩側(cè)設(shè)置固定塊16,限制中間支座12只能沿垂直方向上下滑 動。
[0068] 摩擦試樣塊13左側(cè)設(shè)置壓力傳感器17 W測量試驗(yàn)?zāi)Σ亮Α?br>[0069] 杠桿2距A處旋轉(zhuǎn)中屯、長為L的位置設(shè)置游碼7 (配重G)，使杠桿2在B處對摩擦 試樣塊13產(chǎn)生一個方向向下的壓力F，根據(jù)杠桿定律，
[0070] F = L/Li ? G (1)
[0071] 更復(fù)雜地，試樣所受壓力F也可W通過在中間支座12內(nèi)設(shè)置壓力傳感器而實(shí)際測 量。 陽072] 游碼重量G的選擇推薦按最大磨痕寬度及最大杠桿比K m。、= L z/Li等確定 化2為游碼7在杠桿最右側(cè)位置C處距左側(cè)A處距離，約等于杠桿長度），即游碼重量 陽07；3] G = F/Kmax= O ? Wmax ? U ? VLz 似
[0074] 最大磨痕寬度根據(jù)社漉材料磨損實(shí)際取Wm。、= 2mm，假設(shè)U = 5mm，L 1= 50mm，L 2 =500mm，社漉接觸應(yīng)力O = lOOOMPa，則此時最大杠桿比Km。,= 10,摩擦試樣塊承受的正 壓力F = 10000N，按照公式（2)計(jì)算得配重G = 1000N。
[00巧]游碼在杠桿上的起始位置L。的選擇推薦按化rtz彈性接觸應(yīng)力理論確定。按照 Hertz理論，在陪試樣環(huán)塊材料的彈性模量E = 210GPa、泊松比丫 = 0. 03條件下，開始彈 性接觸最大應(yīng)力O =1000 MI^對應(yīng)的正壓力F = 2250N，據(jù)此得到游碼起始位置
[0076] L。= L 1 ? F/G 做
[0077] 由此得 Lo=I 12mm。
[0078] 隨著摩擦磨損的進(jìn)行，摩擦塊塊13下端面的中間逐漸被下方處于轉(zhuǎn)動的陪試樣 環(huán)14摩出一個寬度為W中間最大深度為d的圓弧形的磨痕，理想狀態(tài)下，d與W之間的關(guān) 系為， W巧]
(4)
[0080] 式中R為陪試樣環(huán)14外圓半徑。
[0081] R = 15mm時，磨痕寬度W隨磨痕深度d變化而變化如圖7所示。
[0082] 相應(yīng)地，杠桿2必然圍繞左端A處向下旋轉(zhuǎn)一個角度，杠桿2右側(cè)C處也必然向下 運(yùn)動一個移動距離D，大致地，
[0083] D = Lc/Li ? d 妨
[0084] 式中Lc為位移傳感器6距離杠桿2左端旋轉(zhuǎn)中屯、A處的水平距離。
[00化]顯然，為了便于在線測量磨損深度d，傳感器6應(yīng)設(shè)置在距離杠桿較遠(yuǎn)一些的位置 W得到較大的磨損深度放大倍數(shù)，提高檢測精度。若L。= 1000mm，則相應(yīng)d的放大倍數(shù)為 20倍。
[0086] W磨損寬度W = 1. 5mm為例，按式（4)計(jì)算d = 0. 019mm，按式（5)計(jì)算D = 0. 38mm，通過光電或激光測距測量出位移D。
[0087] 通過位移傳感器檢測D，進(jìn)而根據(jù)式（5)計(jì)算出磨痕深度d，進(jìn)而根據(jù)式（4)計(jì)算 出磨痕寬度W，及相應(yīng)磨痕面積S、給定接觸應(yīng)力O下所需壓力F，進(jìn)而根據(jù)式（1)計(jì)算出游 碼G在杠桿上應(yīng)處的位置以通過游碼的移動電機(jī)3驅(qū)動齒輪4沿杠桿上齒條5向右驅(qū)動游 碼G至L位置，實(shí)現(xiàn)與環(huán)塊摩擦進(jìn)程自動禪合的恒應(yīng)力加載的摩擦磨損試驗(yàn)過程。
[0088] 圖2中，本發(fā)明技術(shù)方案的社漉環(huán)塊摩擦磨損模擬試驗(yàn)裝置，主要包括摩擦試樣 塊13、陪試樣環(huán)14、卡套11、中間支座12、杠桿2、游碼（配重）7、磨損深度放大與檢測系統(tǒng) 6、游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)3-5, W及潤滑系統(tǒng)15、加熱系統(tǒng)10、自動控制系統(tǒng)26等。
[0089] 實(shí)際工作時，卡套11、中間支座12、摩擦試樣塊13、陪試樣環(huán)14、和油槽15是相互 接觸在一起的。
[0090] 摩擦試樣塊13的尺寸：寬度15mm，高度10mm，厚度5mm。陪試樣環(huán)14的外圓直徑 ?30mm，且通過其內(nèi)錐形孔被其外側(cè)的墊片25、螺母24壓緊固定在帶同樣錐形凸臺結(jié)構(gòu)的 轉(zhuǎn)動電機(jī)的主軸23上，并隨主軸23可W-起旋轉(zhuǎn)，如圖4所示。
[0091] 摩擦試樣塊13在上方杠桿2所施加的壓力F作用下與位于其下方的轉(zhuǎn)動的陪試 樣環(huán)14外圓面接觸而在摩擦試樣塊13下端面中部被陪試樣環(huán)14滑動摩損形成一條深度 為t寬度為W、長度為U的摩痕（參考圖3)。
[0092] 所述正壓力載荷的加載曲線如圖9中所示。值得注意，其中起始平臺對應(yīng)W = 0~ 0. 45mm(d = 0~0. 00168mm)的初始磨損過程，游碼位置不動意味著此階段內(nèi)摩擦接觸面所 承受的壓強(qiáng)實(shí)際大于lOOOMPa，也就是說在較大的載荷下使摩擦系統(tǒng)快速渡過初始磨合期， 而進(jìn)入后續(xù)恒應(yīng)力的穩(wěn)定摩擦磨損階段。
[0093] 試驗(yàn)前，先通過升降平臺8頂起配重7及杠桿2右側(cè)，使試樣支座11抬高，裝入摩 擦試樣塊13 ;后又下降平臺8,使杠桿2處于水平位置，使摩擦試樣塊13、中間卡套12 W及 試樣支座11相互接觸在一起，且=者處于陪試樣環(huán)14轉(zhuǎn)軸軸線上方的同一條垂直線上，手 動試轉(zhuǎn)陪試樣環(huán)14,觀察并確保摩擦試樣塊13、中間卡套12 W及試樣支座11均處于正確 位置、且相互接觸良好；再次下降升降平臺8,使配重塊7脫離升降平臺8的支撐，從而通過 杠桿作用向摩擦試樣塊13與陪試樣環(huán)14組成的摩擦副之間施加壓力F。此后在自動控制 系統(tǒng)26的控制下，啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)20轉(zhuǎn)動陪試樣環(huán)14,陪試樣環(huán)14轉(zhuǎn)速逐步提高至預(yù)定速 度，進(jìn)入自動控制加載的恒應(yīng)力摩擦磨損試驗(yàn)過程。
[0094] 其摩擦試樣塊13材質(zhì)與模擬社漉材質(zhì)相同，硬度也與模擬社漉相同；陪試樣環(huán)14 材質(zhì)采用G化15、高速鋼或與陪漉材質(zhì)相同，高硬度陪試樣環(huán)一般可反復(fù)使用。
[0095] 試驗(yàn)可W較為精確地考察社鋼過程的社制力（接觸應(yīng)力）、社漉滑擦率（轉(zhuǎn)速）、 溫度、時間等因素對社漉摩擦磨損性能的影響，也可W研究社制潤滑的影響。
[0096] 所述摩擦副的摩擦溫度T通過在試樣腔室的觀察蓋板9上設(shè)置電熱絲10靠近摩 擦試樣塊13加熱來實(shí)現(xiàn)，并采用鏈裝熱電偶22穿過觀察蓋板9與摩擦試樣塊13側(cè)面接觸 測溫，試樣溫度信號可W與加熱控制系統(tǒng)形成閉環(huán)W控制摩擦溫度T。
[0097] 所述摩擦副的摩擦速度V通過控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)20調(diào)節(jié)。
[009引在油槽15內(nèi)設(shè)置電熱絲1506對潤滑油進(jìn)行加熱，W研究溫度對社漉潤滑性能的 影響。所述潤滑系統(tǒng)構(gòu)成如圖5中所示。
[0099] 整個試驗(yàn)裝置的自動控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖6所示，其中游碼位置L根據(jù)磨損深度 (KD)自動禪合控制。
[0100] 由于上述附圖均按照業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)繪制，其各個單元或器件的表示符號亦采用國標(biāo)方 案，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，完全可W明白其含義和在整個單元或系統(tǒng)中的作用，故在此不再 --敘述。 陽101] 圖8中給出了傳統(tǒng)加載方法中接觸應(yīng)力O隨磨損深度d的變化曲線：圖中壓力F =5000N，隨著磨損進(jìn)程的進(jìn)行，O從在d = Omm時按化rtz理論確定的約ISOOMPa的接觸 應(yīng)力開始迅速減小，在d = 0. 008mm時O = lOOOMPa，d繼續(xù)增大，O逐漸緩慢降低，到d =0. 035mm，O = 487MPa，此時 W = 2mm。 陽102] 可見傳統(tǒng)方法恒壓力加載的接觸應(yīng)力實(shí)際上是非恒定的。 陽103] 實(shí)施例： 陽104] 實(shí)施例1 陽105] 社漉之間接觸壓強(qiáng)O = 500~1500MPa。模擬試驗(yàn)時，Lz= 500mm，L 1= 50mm ;摩 擦試樣塊（尺寸：15X10X5mm)材質(zhì)與支承漉化學(xué)成分相同巧％化），硬度與支承漉工作 層硬度相同巧OHRC);陪試樣環(huán)外徑〇30mm。陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)速按滑擦率5%計(jì)算V = 225巧m。 [0106] W接觸應(yīng)力O = 1000 MPa為例，取配重G = 1000N，游碼于L。= 112mm處開始加 載，并通過傳感器檢測試塊磨損深度d值)，配重自動禪合地向右移動，實(shí)現(xiàn)磨損過程接觸應(yīng) 力保持在lOOOMPa，當(dāng)游碼運(yùn)行至加載杠桿最右端或到預(yù)定時間后停止試驗(yàn)。試驗(yàn)過程控制 系統(tǒng)自動記錄磨損深度、摩擦試樣塊溫度、陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)（力）、時間等參數(shù)。不 同應(yīng)力下磨損試驗(yàn)參數(shù)G、L。的選取參照表1。 陽107] 表1不同接觸應(yīng)力下參數(shù)G、L。的選取參照表 陽10引
陽109] 實(shí)施例2
[0110] 社漉滑差率對磨損的影響通過改變摩擦換轉(zhuǎn)速V來模擬。對于工作漉直徑 巫860mm、支承漉直徑〇1500mm、社漉轉(zhuǎn)速90巧m、滑差率3%的四漉社機(jī)，陪試樣環(huán)外徑 ?30mm，陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)速V = 135巧m。社漉滑擦率與陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)速之間的對照關(guān)系如表2所 /J、- O 陽111] 表2陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)速與社漉滑擦率之間的對照關(guān)系 陽112]
陽11引實(shí)施例3
[0114] 社制潤滑對社漉磨損的影響可W通過改變潤滑液的配比、溫度來模擬。實(shí)踐表明， 當(dāng)社漉冷卻乳化液中含有一定的潤滑劑時，社漉的摩擦系數(shù)比純水冷卻或干摩擦要小得 多，有助于減小社漉磨損。因此，在本技術(shù)方案的環(huán)塊磨損試驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)也可W十分方 便地研究潤滑對社漉磨損的影響，乳化液可W在實(shí)驗(yàn)室配制并置于油槽內(nèi)，陪試樣環(huán)在下 方與油槽內(nèi)乳化液接觸帶入摩擦試樣塊與陪試樣環(huán)之間摩擦界面對摩擦起到潤滑作用。潤 滑液的溫度可通過油槽內(nèi)電熱絲的加熱來控制。
[0115] 本發(fā)明技術(shù)方案的測試方法，隨著磨痕深度與磨痕面積的增大，相應(yīng)增加所述的 正壓力載荷，W實(shí)現(xiàn)或保證所述摩擦副之間的接觸應(yīng)力始終不變，通過與所述磨痕深度自 動禪合的游動破碼加載杠桿，來實(shí)現(xiàn)恒定接觸應(yīng)力下的陪試樣環(huán)-摩擦試樣塊摩擦磨損， 準(zhǔn)確地模擬社漉的實(shí)際摩擦磨損工況，W研究各種工況參數(shù)對社漉磨損性能的影響，測試 社鋼過程的社制力/接觸應(yīng)力、社漉滑擦率/轉(zhuǎn)速、溫度、時間等因素對社漉摩擦磨損性能 的影響，為社漉材料研究提供有效的實(shí)驗(yàn)手段。
[0116] 本發(fā)明技術(shù)方案的測試裝置，通過與磨損深度自動禪合的游動破碼加載杠桿來實(shí) 現(xiàn)恒定接觸應(yīng)力下的環(huán)塊摩擦磨損，較為準(zhǔn)確地模擬了社漉的摩擦磨損實(shí)際，為社漉材料 研究提供了有效實(shí)驗(yàn)手段，且試樣準(zhǔn)備容易、裝置結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高、功能多樣，便于 推廣。
[0117] 本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于社漉、軸承等恒定接觸應(yīng)力條件下工作的機(jī)械零部件的摩擦 磨損性能測試或研究領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法，包括采用環(huán)-塊摩擦試驗(yàn)單元，通過陪試 樣環(huán)-摩擦試樣塊之間的摩擦磨損，模擬乳輥的摩擦磨損實(shí)況；其特征是： 1) 設(shè)置一根杠桿，所述杠桿的首端可轉(zhuǎn)動地固定在一個固定端上，所述杠桿的末端設(shè) 置一個游碼，所述的游碼可移動地設(shè)置在所述的杠桿上； 2) 在所述杠桿首端與游碼之間的杠桿上，設(shè)置一個卡套，在所述卡套下方設(shè)置一個十 字形中間支座，在中間支座的下端設(shè)有一個左右貫通的高精度槽口，所述的摩擦試樣塊可 滑動地安裝在所述的高精度槽口內(nèi)； 3) 在所述摩擦試樣塊的下方，對應(yīng)設(shè)置所述的陪試樣環(huán)及其相應(yīng)的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動 單元；所述的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元至少包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)； 4) 所述的摩擦試樣塊、陪試樣環(huán)及其相應(yīng)的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，構(gòu)成一個環(huán)-塊 摩擦試驗(yàn)單元；所述的陪試樣環(huán)和摩擦試樣塊構(gòu)成一個摩擦副； 5) 通過在所述杠桿上設(shè)置所述的游碼，所述的杠桿在所述卡套處，對所述的摩擦副產(chǎn) 生一個方向向下的正壓力載荷； 6) 通過不斷調(diào)節(jié)所述游碼在所述杠桿上的位置，對所述的摩擦副施加一個方向向下且 數(shù)值可變的正壓力載荷； 7) 通過所述的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元帶動所述的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動，在所述的摩擦試樣塊 上形成磨痕； 8) 測量所述杠桿末端的向下移動距離，計(jì)算出所述磨痕的深度，進(jìn)而計(jì)算出磨痕寬度 以及相應(yīng)磨痕面積、給定接觸應(yīng)力下所需的正壓力載荷，最終計(jì)算出所述游碼在所述杠桿 上應(yīng)處的位置； 9) 通過不斷移動或自動調(diào)節(jié)所述游碼在所述杠桿上的位置，構(gòu)成一個與磨損深度自動 耦合的游動砝碼加載杠桿，實(shí)現(xiàn)與所述陪試樣環(huán)-摩擦試樣塊摩擦進(jìn)程自動耦合的恒應(yīng)力 加載的摩擦磨損試驗(yàn)過程。2. 按照權(quán)利要求1所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法，其特征是所述的測試方 法隨著磨痕深度與磨痕面積的增大，相應(yīng)增加所述的正壓力載荷，以實(shí)現(xiàn)所述摩擦副之間 的接觸應(yīng)力始終不變。通過與所述磨痕深度自動耦合的游動砝碼加載杠桿，來實(shí)現(xiàn)恒定接 觸應(yīng)力下的陪試樣環(huán)-摩擦試樣塊摩擦磨損，準(zhǔn)確地模擬乳輥的實(shí)際摩擦磨損工況，以研 究各種工況參數(shù)對乳輥磨損性能的影響，測試乳鋼過程的乳制力/接觸應(yīng)力、乳輥滑擦率 /轉(zhuǎn)速、溫度、時間等因素對乳輥摩擦磨損性能的影響，為乳輥材料研究提供有效的實(shí)驗(yàn)手 段。3. 按照權(quán)利要求1所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法，其特征是所述杠桿的首 端采用鉸接或銷接的方式可轉(zhuǎn)動地固定在所述的固定端上；以所述的固定端為圓心，所述 的杠桿首端圍繞所述的固定端可以作上、下轉(zhuǎn)動。4. 按照權(quán)利要求1所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法，其特征是所述的游碼使 杠桿在卡套處對摩擦試樣塊產(chǎn)生一個方向向下的正壓力F，所述的正壓力F按照下列關(guān)系 確定： F = L/U · G (1) 其中，L為游碼距杠桿旋轉(zhuǎn)中心位置的長度或距離，Li為卡套距杠桿旋轉(zhuǎn)中心位置的長 度或距離，G為游碼的重量。 所述游碼的重量按最大磨痕寬度w_以及最大杠桿比K _= L yLi來確定，即游碼重量 按照下列關(guān)系確定： G = F/Knax= 〇 .ff^.U-VLz (2) 其中，胃_^>最大磨痕寬度，σ為乳輥接觸應(yīng)力，K_為最大杠桿比，1^為游碼在杠桿最 右側(cè)位置處距杠桿左側(cè)旋轉(zhuǎn)中心處的距離，U為磨痕的長度。 所述游碼起始位置按照下列關(guān)系確定： L〇=L1*F/G (3) 其中，L。為游碼距杠桿左側(cè)旋轉(zhuǎn)中心處的距離。5. 按照權(quán)利要求1所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試方法，其特征是在所述杠桿的 末端設(shè)置一個位移傳感器，用以檢測杠桿末端的向下移動距離D，其向下移動距離D按照下 列關(guān)系確定： D = Lc/Li · d (5) 式中Lc為位移傳感器距離杠桿左端旋轉(zhuǎn)中心處的水平距離，d為磨痕深度。6. -種乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試裝置，其特征是： 所述的測試裝置至少包括摩擦試樣塊、陪試樣環(huán)、陪試樣環(huán)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、卡套、中間支座、 杠桿、游碼、磨損深度放大與檢測系統(tǒng)和游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 其中，所述杠桿的首端可轉(zhuǎn)動地固定在一個固定端上，所述杠桿的末端設(shè)置一個游碼， 所述的游碼可移動地設(shè)置在所述的杠桿上； 在所述杠桿首端與游碼之間的杠桿上，設(shè)置一個卡套； 在所述卡套下方設(shè)置一個中間支座，在中間支座的下端設(shè)有一個左右貫通的高精度槽 口，所述的摩擦試樣塊安裝在所述的高精度槽口內(nèi)并可以左右滑動； 在所述摩擦試樣塊的下方，對應(yīng)設(shè)置陪試樣環(huán)及其相應(yīng)的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，所 述的摩擦試樣塊、陪試樣環(huán)及其相應(yīng)的陪試樣環(huán)轉(zhuǎn)動驅(qū)動單元，構(gòu)成一個環(huán)-塊摩擦試驗(yàn) 單元； 所述的磨損深度放大與檢測系統(tǒng)包括設(shè)置在杠桿的末端的位移傳感器以及相應(yīng)的信 號放大電路，所述的磨損深度放大與檢測系統(tǒng)用于檢測杠桿末端向下運(yùn)動的距離； 所述的游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括設(shè)置在杠桿上的齒條-齒輪運(yùn)動副、設(shè)置在杠桿 上的移動電機(jī)和與移動電機(jī)連接為一體的游碼，所述移動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸與所述的齒輪固 接； 所述的游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)受一個自動控制系統(tǒng)的控制，自動控制系統(tǒng)根據(jù)所述杠 桿末端的向下移動距離D，計(jì)算出磨痕深度，進(jìn)而計(jì)算出磨痕寬度以及相應(yīng)磨痕面積、給定 接觸應(yīng)力下所需的正壓力載荷，最終計(jì)算出所述游碼在所述杠桿上應(yīng)處的位置，并輸出相 應(yīng)的控制指令給所述的游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述的游碼在游碼位置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的移 動電機(jī)驅(qū)動下，在所述杠桿上自動進(jìn)行移動，使杠桿在所述卡套處對摩擦試樣塊產(chǎn)生需要 的正壓力載荷； 所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試裝置，通過自動移動或調(diào)節(jié)所述游碼在所述杠桿 上的位置，構(gòu)成一個與磨損深度自動耦合的游動砝碼加載杠桿，實(shí)現(xiàn)與所述陪試樣環(huán)-摩 擦試樣塊摩擦進(jìn)程自動耦合的恒應(yīng)力加載的摩擦磨損試驗(yàn)過程。7. 按照權(quán)利要求6所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試裝置，其特征是所述的測試裝 置，隨著磨痕深度與磨痕面積的增大，相應(yīng)增加所述的正壓力載荷以實(shí)現(xiàn)所述摩擦副之間 的接觸應(yīng)力始終不變，通過與所述磨痕深度自動耦合的游動砝碼加載杠桿，來實(shí)現(xiàn)恒定接 觸應(yīng)力下的陪試樣環(huán)-摩擦試樣塊摩擦磨損，準(zhǔn)確地模擬乳輥的實(shí)際摩擦磨損工況，以研 究各種工況參數(shù)對乳輥磨損性能的影響，測試乳鋼過程的乳制力/接觸應(yīng)力、乳輥滑擦率 /轉(zhuǎn)速、溫度、時間等因素對乳輥摩擦磨損性能的影響，為乳輥材料研究提供有效的實(shí)驗(yàn)手 段。8. 按照權(quán)利要求6所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試裝置，其特征是所述中間支座 的左右兩側(cè)設(shè)置有固定塊，限制所述的中間支座只能沿垂直方向上下滑動。9. 按照權(quán)利要求6所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試裝置，其特征是在所述摩擦試 樣塊的一側(cè)設(shè)置有壓力傳感器，以測量試驗(yàn)?zāi)Σ亮Α?0. 按照權(quán)利要求6所述的乳輥環(huán)塊摩擦磨損性能的測試裝置，其特征是所述的卡套 與杠桿之間通過軸承連接，所述的卡套通過與軸承的連接實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)動。
【文檔編號】G01N3/56GK105987853SQ201510050833
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發(fā)明人】溫宏權(quán), 瞿海霞, 吳瓊, 孫大樂, 王建剛
【申請人】寶山鋼鐵股份有限公司