一種軋輥環塊摩擦磨損性能的測試方法及裝置的制造方法

一種軋輥環塊摩擦磨損性能的測試方法及裝置的制造方法
【專利摘要】一種軋輥環塊摩擦磨損性能的測試方法及裝置，屬測試領域，其通過構建一個與磨損深度自動耦合的游動砝碼加載杠桿，對環-塊摩擦副施加一個與磨損深度自動耦合的恒定接觸壓應力，以保證摩擦副之間的接觸應力始終不變，通過恒定接觸應力下的環-塊摩擦磨損實驗及測試，準確地模擬軋輥的實際摩擦磨損工況，以研究各種工況參數對軋輥磨損性能的影響，整個裝置結構簡潔、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律，亦可研究多種工況參數對軋輥磨損性能的影響，為新型軋輥的開發、提高軋輥的耐磨性能、降低軋輥的消耗打下良好的基礎。可廣泛應用于軋輥、軸承等恒定接觸應力條件下工作的機械零部件的摩擦磨損性能測試或研究領域。
【專利說明】
-種扯撮環塊摩擦磨損性能的測試方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明屬于測試領域，尤其設及一種在恒定接觸應力條件下工作的機械零部件摩 擦磨損性能的測試方法與裝置。
【背景技術】
[0002] 社漉是社鋼生產機械設備中的關鍵部件，社漉的使用壽命已成為決定生產成本、 生產效率及勞動強度的重要因素之一。
[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] 從摩擦學角度看，社漉磨損的實質是在社制力作用下，社漉與帶鋼或配套漉接觸 并相對滑動而產生的材料損失。 陽〇化]影響社漉磨損的因素包括社漉材質、社制力、社制冷卻與潤滑、社漉轉速等諸多方 面。因此，選擇適當的模擬試驗設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] 由于摩擦磨損現象極其復雜，磨損對象及工況也不盡相同，因此摩擦磨損試驗方 法和裝置種類繁多，如球盤摩擦磨損，銷盤摩擦磨損，環-塊摩擦磨損，四球摩擦磨損，缸套 活塞環摩擦磨損等。其中，環-塊磨損試驗機W其試樣準備簡單、測試方便等特點而備受人 們青睞。
[0007] 但是，現有環-塊磨損試驗機的氣動或液壓加載方法使總體設備龐大、復雜，維護 工作量大，而且更重要的是，環塊摩擦試驗機一般在摩擦副之間施加恒定的正壓力，導致隨 著摩擦試樣塊的磨損面積越來越大，實際接觸應力變得越來越小（如圖8所示），運與社漉 在恒定接觸應力下的工作實態的差別也越來越大。
[0008] 因此，在環-塊摩擦磨損試驗中，如何隨著磨痕深度與面積的增大而相應增加壓 力載荷W實現接觸應力始終不變，是環-塊摩損試驗要準確模擬社漉實際磨損工況時需要 面對的一個主要問題。
[0009] 授權公告日為2012年05月09日，授權公告號為CN101975708B的中國發明專利 中，公開了一種W液態金屬為腐蝕介質，W環形試樣和塊狀試樣為摩擦副的"破碼加載環塊 式腐蝕磨損試驗機";授權公告日為2012年05月09日，授權公告號為CN101975709B的中 國發明專利中，公開了一種W液態金屬為腐蝕介質，W環形試樣和塊狀試樣為摩擦副的"螺 栓加載環塊式腐蝕磨損試驗機"；【公開日】為2014年02月26日，公開號為CN103604710A的 中國發明專利申請中，公開了一種"臺式環塊摩擦磨損試驗儀"，W實現多位置裝夾，提高對 試樣材料的利用率及試驗效率。上述技術方案均是通過破碼、螺栓等各種不同方式實現恒 壓力加載。授權公告日為2014年02月12日，授權公告號為CN 20343286抓的實用新型專 利"一種摩擦磨損試驗機上的加載結構"，還通過設置調壓室的技術方案來提高摩擦載荷的 恒定性。
[0010] 此外，授權公告日為2012年12月05日，授權公告號為CN102207439B的實用新型 專利"一種模擬社制過程社漉和社件摩擦磨損的實驗設備"、授權公告日為2012年10月03 日，授權公告號為CN20247153抓的實用新型專利"高速社制界面社漉磨損量及摩擦系數的 測定裝置"等則采用"環-環"式的試驗裝置，直接模擬社漉工況，測試社漉磨損性能。
[0011] 上述技術方案中的測試方法或裝置應用于實際測試工作中時，要么試樣準備困 難、設備龐大、系統復雜，要么接觸應力不恒定，與社漉實際工作狀況相距甚遠，難W簡便且 準確地模擬社漉實際摩擦磨損行為。

【發明內容】

[0012] 本發明所要解決的技術問題是提供一種社漉環塊摩擦磨損性能的測試方法及裝 置，其通過對環-塊摩擦副提供與磨損深度自動禪合的恒定接觸壓應力，來準確模擬社漉 的摩擦磨損實況，W實現恒定接觸應力下的環-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律，為新型社漉開發、提高社漉耐磨性能、降低社漉消耗打下基 礎，亦可研究多種工況參數對社漉磨損性能的影響。
[0013] 本發明的技術方案是：提供一種社漉環塊摩擦磨損性能的測試方法，包括采用 環-塊摩擦試驗單元，通過陪試樣環-摩擦試樣塊之間的摩擦磨損，模擬社漉的摩擦磨損實 況；其特征是：
[0014] 1)設置一根杠桿，所述杠桿的首端可轉動地固定在一個固定端上，所述杠桿的末 端設置一個游碼，所述的游碼可移動地設置在所述的杠桿上；
[0015] 2)在所述杠桿首端與游碼之間的杠桿上，設置一個卡套，在所述卡套下方設置一 個十字形中間支座，在中間支座的下端設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；
[0016] 3)在所述摩擦試樣塊的下方，對應設置所述的陪試樣環及其相應的陪試樣環轉動 驅動單元；所述的陪試樣環轉動驅動單元至少包括旋轉電機；
[0017] 4)所述的摩擦試樣塊、陪試樣環及其相應的陪試樣環轉動驅動單元，構成一個 環-塊摩擦試驗單元；所述的陪試樣環和摩擦試樣塊構成一個摩擦副；
[0018] 5)通過在所述杠桿上設置所述的游碼，所述的杠桿在所述卡套處，對所述的摩擦 副產生一個方向向下的正壓力載荷.
[0019] 6)通過不斷調節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 下且數值可變的正壓力載荷；
[0020] 7)通過所述的陪試樣環轉動驅動單元帶動所述的陪試樣環轉動，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，計算出所述磨痕的深度，進而計算出磨痕 寬度W及相應磨痕面積、給定接觸應力下所需的正壓力載荷，最終計算出所述游碼在所述 杠桿上應處的位置；
[0022] 9)通過不斷移動或自動調節所述游碼在所述杠桿上的位置，構成一個與磨損深度 自動禪合的游動破碼加載杠桿，實現與所述陪試樣環-摩擦試樣塊摩擦進程自動禪合的恒 應力加載的摩擦磨損試驗過程。
[0023] 其所述的測試方法隨著磨痕深度與磨痕面積的增大，相應增加所述的正壓力載 荷，W實現所述摩擦副之間的接觸應力始終不變，通過與所述磨痕深度自動禪合的游動破 碼加載杠桿，來實現恒定接觸應力下的陪試樣環-摩擦試樣塊摩擦磨損，準確地模擬社漉 的實際摩擦磨損工況，W研究各種工況參數對社漉磨損性能的影響，測試社鋼過程的社制 力/接觸應力、社漉滑擦率/轉速、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驗手段。
[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、下轉動。
[00巧]進一步的，所述的游碼使杠桿在卡套處對摩擦試樣塊產生一個方向向下的正壓力 F，所述的正壓力F按照下列關系確定：
[0026] F = L/Li ? G (1)
[0027] 其中，L為游碼距杠桿旋轉中屯、位置的長度或距離，Li為卡套距杠桿旋轉中屯、位置 的長度或距離，G為游碼的重量； 陽02引進一步的，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為社漉接觸應力，Km。、為最大杠桿比，L 2為游碼在杠 桿最右側位置處距杠桿左側旋轉中屯、處的距離，U為磨痕的長度；
[0031] 進一步的，所述游碼起始位置按照下列關系確定： 柳巧 L。= L 1 ? F/G 做
[003引其中，L。為游碼距杠桿左側旋轉中屯、處的距離。
[0034] 進一步的，在所述杠桿的末端設置一個位移傳感器，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中屯、處的水平距離，d為磨痕深度。
[0037] 本發明還提供了一種社漉環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、陪試樣環旋轉電機、卡套、中間支座、杠桿、游碼、磨損 深度放大與檢測系統和游碼位置自動調節系統；
[0038] 其中，所述杠桿的首端可轉動地固定在一個固定端上，所述杠桿的末端設置一個 游碼，所述的游碼可移動地設置在所述的杠桿上；
[0039] 在所述杠桿首端與游碼之間的杠桿上，設置一個卡套；
[0040] 在所述卡套下方設置一個中間支座，在中間支座的下端設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并可W左右滑動；
[0041] 在所述摩擦試樣塊的下方，對應設置陪試樣環及其相應的陪試樣環轉動驅動單 元，所述的摩擦試樣塊、陪試樣環及其相應的陪試樣環轉動驅動單元，構成一個環-塊摩擦 試驗單元；
[0042] 所述的磨損深度放大與檢測系統包括設置在杠桿的末端的位移傳感器W及相應 的信號放大電路，所述的磨損深度放大與檢測系統用于檢測杠桿末端向下運動的距離；
[0043] 所述的游碼位置自動調節系統包括設置在杠桿上的齒條-齒輪運動副、設置在杠 桿上的移動電機和與移動電機連接為一體的游碼，所述移動電機的輸出轉軸與所述的齒輪 固接；
[0044] 所述的游碼位置自動調節系統受一個自動控制系統的控制，自動控制系統根據所 述杠桿末端的向下移動距離D，計算出磨痕深度，進而計算出磨痕寬度W及相應磨痕面積、 給定接觸應力下所需的正壓力載荷，最終計算出所述游碼在所述杠桿上應處的位置，并輸 出相應的控制指令給所述的游碼位置自動調節系統，所述的游碼在游碼位置自動調節系統 的移動電機驅動下，在所述杠桿上自動進行移動，使杠桿在所述卡套處對摩擦試樣塊產生 需要的正壓力載荷；
[0045] 所述的社漉環塊摩擦磨損性能的測試裝置，通過自動移動或調節所述游碼在所 述杠桿上的位置，構成一個與磨損深度自動禪合的游動破碼加載杠桿，實現與所述陪試樣 環-摩擦試樣塊摩擦進程自動禪合的恒應力加載的摩擦磨損試驗過程。
[0046] 本發明技術方案所述的測試裝置，隨著磨痕深度與磨痕面積的增大，相應增加所 述的正壓力載荷W實現所述摩擦副之間的接觸應力始終不變，通過與所述磨痕深度自動禪 合的游動破碼加載杠桿，來實現恒定接觸應力下的陪試樣環-摩擦試樣塊摩擦磨損，準確 地模擬社漉的實際摩擦磨損工況，W研究各種工況參數對社漉磨損性能的影響，測試社鋼 過程的社制力/接觸應力、社漉滑擦率/轉速、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驗手段。
[0047] 具體的，所述中間支座的左右兩側設置有固定塊，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設置有壓力傳感器，W測量試驗摩擦力。
[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 現左右轉動。
[0050] 與現有技術比較，本發明的優點是：
[0051] 1、借助與磨損深度自動禪合的游動破碼加載杠桿結構，實現恒定接觸應力下環塊 摩擦磨損，可準確模擬社漉的摩擦磨損實際工況，并可研究多種工況參數對社漉磨損性能 的影響；
[0052] 2、整個裝置結構簡潔、緊湊，操作方便，自動化程度高，運行可靠，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律，亦可研究多種工況參數對社漉磨損性能的 影響，為新型社漉的開發、提高社漉的耐磨性能、降低社漉的消耗打下良好的基礎。
【附圖說明】
[0053] 圖1是本發明裝置的工作原理示意圖；
[0054] 圖2是本發明的裝置總體示意圖
[0055] 圖3是本發明的摩擦試樣塊結構及其支座示意圖；
[0056] 圖4是本發明的旋轉系統結構示意圖；
[0057] 圖5是本發明的潤滑系統示意圖； 陽05引圖6是本發明的控制系統示意圖；
[0059] 圖7是磨痕深度d與寬度W之間的對應關系曲線示意圖；
[0060] 圖8是傳統加載方法中接觸應力O隨磨損深度d的變化曲線示意圖；
[0061] 圖9是本發明恒接觸應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，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，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為聯軸器，20 為旋轉電機，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。
【具體實施方式】
[0063] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。 W64] 圖1中，杠桿2圍繞左端A處固定座1的軸承可W上下轉動。 陽0化]距A處Li位置的B處設置卡套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左右轉動。
[0066] 卡套11下方設置十字形中間支座12,中間支座12上端設計成圓柱凸面與卡套11 下端的圓柱凹面接觸允許沿圓柱面有一定的內外滑動，中間支座12下端設計左右貫通的 高精度槽口，摩擦試樣塊13安裝在此槽口內并可W左右（工作時向左）滑動。 陽067] 中間支座12的左右兩側設置固定塊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左側設置壓力傳感器17 W測量試驗摩擦力。
[0069] 杠桿2距A處旋轉中屯、長為L的位置設置游碼7 (配重G)，使杠桿2在B處對摩擦 試樣塊13產生一個方向向下的壓力F，根據杠桿定律，
[0070] F = L/Li ? G (1)
[0071] 更復雜地，試樣所受壓力F也可W通過在中間支座12內設置壓力傳感器而實際測 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在杠桿最右側位置C處距左側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] 最大磨痕寬度根據社漉材料磨損實際取Wm。、= 2mm，假設U = 5mm，L 1= 50mm，L 2 =500mm，社漉接觸應力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彈性接觸應力理論確定。按照 Hertz理論，在陪試樣環塊材料的彈性模量E = 210GPa、泊松比丫 = 0. 03條件下，開始彈 性接觸最大應力O =1000 MI^對應的正壓力F = 2250N，據此得到游碼起始位置
[0076] L。= L 1 ? F/G 做
[0077] 由此得 Lo=I 12mm。
[0078] 隨著摩擦磨損的進行，摩擦塊塊13下端面的中間逐漸被下方處于轉動的陪試樣 環14摩出一個寬度為W中間最大深度為d的圓弧形的磨痕，理想狀態下，d與W之間的關 系為， W巧]
(4)
[0080] 式中R為陪試樣環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] 相應地，杠桿2必然圍繞左端A處向下旋轉一個角度，杠桿2右側C處也必然向下 運動一個移動距離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應設置在距離杠桿較遠一些的位置 W得到較大的磨損深度放大倍數，提高檢測精度。若L。= 1000mm，則相應d的放大倍數為 20倍。
[0086] W磨損寬度W = 1. 5mm為例，按式（4)計算d = 0. 019mm，按式（5)計算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，進而根據式（5)計算出磨痕深度d，進而根據式（4)計算 出磨痕寬度W，及相應磨痕面積S、給定接觸應力O下所需壓力F，進而根據式（1)計算出游 碼G在杠桿上應處的位置以通過游碼的移動電機3驅動齒輪4沿杠桿上齒條5向右驅動游 碼G至L位置，實現與環塊摩擦進程自動禪合的恒應力加載的摩擦磨損試驗過程。
[0088] 圖2中，本發明技術方案的社漉環塊摩擦磨損模擬試驗裝置，主要包括摩擦試樣 塊13、陪試樣環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 6、游碼位置自動調節系統3-5, W及潤滑系統15、加熱系統10、自動控制系統26等。
[0089] 實際工作時，卡套11、中間支座12、摩擦試樣塊13、陪試樣環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14的外圓直徑 ?30mm，且通過其內錐形孔被其外側的墊片25、螺母24壓緊固定在帶同樣錐形凸臺結構的 轉動電機的主軸23上，并隨主軸23可W-起旋轉，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動的陪試 樣環14外圓面接觸而在摩擦試樣塊13下端面中部被陪試樣環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摩擦接觸面所 承受的壓強實際大于lOOOMPa，也就是說在較大的載荷下使摩擦系統快速渡過初始磨合期， 而進入后續恒應力的穩定摩擦磨損階段。
[0093] 試驗前，先通過升降平臺8頂起配重7及杠桿2右側，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14轉軸軸線上方的同一條垂直線上，手 動試轉陪試樣環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14組成的摩擦副之間施加壓力F。此后在自動控制 系統26的控制下，啟動旋轉電機20轉動陪試樣環14,陪試樣環14轉速逐步提高至預定速 度，進入自動控制加載的恒應力摩擦磨損試驗過程。
[0094] 其摩擦試樣塊13材質與模擬社漉材質相同，硬度也與模擬社漉相同；陪試樣環14 材質采用G化15、高速鋼或與陪漉材質相同，高硬度陪試樣環一般可反復使用。
[0095] 試驗可W較為精確地考察社鋼過程的社制力（接觸應力）、社漉滑擦率（轉速）、 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上設置電熱絲10靠近摩 擦試樣塊13加熱來實現，并采用鏈裝熱電偶22穿過觀察蓋板9與摩擦試樣塊13側面接觸 測溫，試樣溫度信號可W與加熱控制系統形成閉環W控制摩擦溫度T。
[0097] 所述摩擦副的摩擦速度V通過控制旋轉電機20調節。
[009引在油槽15內設置電熱絲1506對潤滑油進行加熱，W研究溫度對社漉潤滑性能的 影響。所述潤滑系統構成如圖5中所示。
[0099] 整個試驗裝置的自動控制系統構成如圖6所示，其中游碼位置L根據磨損深度 (KD)自動禪合控制。
[0100] 由于上述附圖均按照業內標準繪制，其各個單元或器件的表示符號亦采用國標方 案，本領域的技術人員，完全可W明白其含義和在整個單元或系統中的作用，故在此不再 --敘述。 陽101] 圖8中給出了傳統加載方法中接觸應力O隨磨損深度d的變化曲線：圖中壓力F =5000N，隨著磨損進程的進行，O從在d = Omm時按化rtz理論確定的約ISOOMPa的接觸 應力開始迅速減小，在d = 0. 008mm時O = lOOOMPa，d繼續增大，O逐漸緩慢降低，到d =0. 035mm，O = 487MPa，此時 W = 2mm。 陽102] 可見傳統方法恒壓力加載的接觸應力實際上是非恒定的。 陽103] 實施例： 陽104] 實施例1 陽105] 社漉之間接觸壓強O = 500~1500MPa。模擬試驗時，Lz= 500mm，L 1= 50mm ;摩 擦試樣塊（尺寸：15X10X5mm)材質與支承漉化學成分相同巧％化），硬度與支承漉工作 層硬度相同巧OHRC);陪試樣環外徑〇30mm。陪試樣環轉速按滑擦率5%計算V = 225巧m。 [0106] W接觸應力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，實現磨損過程接觸應 力保持在lOOOMPa，當游碼運行至加載杠桿最右端或到預定時間后停止試驗。試驗過程控制 系統自動記錄磨損深度、摩擦試樣塊溫度、陪試樣環轉速、摩擦系數（力）、時間等參數。不 同應力下磨損試驗參數G、L。的選取參照表1。 陽107] 表1不同接觸應力下參數G、L。的選取參照表 陽10引
陽109] 實施例2
[0110] 社漉滑差率對磨損的影響通過改變摩擦換轉速V來模擬。對于工作漉直徑 巫860mm、支承漉直徑〇1500mm、社漉轉速90巧m、滑差率3%的四漉社機，陪試樣環外徑 ?30mm，陪試樣環轉速V = 135巧m。社漉滑擦率與陪試樣環轉速之間的對照關系如表2所 /J、- O 陽111] 表2陪試樣環轉速與社漉滑擦率之間的對照關系 陽112]
陽11引實施例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。實踐表明， 當社漉冷卻乳化液中含有一定的潤滑劑時，社漉的摩擦系數比純水冷卻或干摩擦要小得 多，有助于減小社漉磨損。因此，在本技術方案的環塊磨損試驗裝置進行實驗也可W十分方 便地研究潤滑對社漉磨損的影響，乳化液可W在實驗室配制并置于油槽內，陪試樣環在下 方與油槽內乳化液接觸帶入摩擦試樣塊與陪試樣環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電熱絲的加熱來控制。
[0115] 本發明技術方案的測試方法，隨著磨痕深度與磨痕面積的增大，相應增加所述的 正壓力載荷，W實現或保證所述摩擦副之間的接觸應力始終不變，通過與所述磨痕深度自 動禪合的游動破碼加載杠桿，來實現恒定接觸應力下的陪試樣環-摩擦試樣塊摩擦磨損， 準確地模擬社漉的實際摩擦磨損工況，W研究各種工況參數對社漉磨損性能的影響，測試 社鋼過程的社制力/接觸應力、社漉滑擦率/轉速、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驗手段。
[0116] 本發明技術方案的測試裝置，通過與磨損深度自動禪合的游動破碼加載杠桿來實 現恒定接觸應力下的環塊摩擦磨損，較為準確地模擬了社漉的摩擦磨損實際，為社漉材料 研究提供了有效實驗手段，且試樣準備容易、裝置結構簡單、自動化程度高、功能多樣，便于 推廣。
[0117] 本發明可廣泛應用于社漉、軸承等恒定接觸應力條件下工作的機械零部件的摩擦 磨損性能測試或研究領域。
【主權項】
1. 一種乳輥環塊摩擦磨損性能的測試方法，包括采用環-塊摩擦試驗單元，通過陪試 樣環-摩擦試樣塊之間的摩擦磨損，模擬乳輥的摩擦磨損實況；其特征是： 1) 設置一根杠桿，所述杠桿的首端可轉動地固定在一個固定端上，所述杠桿的末端設 置一個游碼，所述的游碼可移動地設置在所述的杠桿上； 2) 在所述杠桿首端與游碼之間的杠桿上，設置一個卡套，在所述卡套下方設置一個十 字形中間支座，在中間支座的下端設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； 3) 在所述摩擦試樣塊的下方，對應設置所述的陪試樣環及其相應的陪試樣環轉動驅動 單元；所述的陪試樣環轉動驅動單元至少包括旋轉電機； 4) 所述的摩擦試樣塊、陪試樣環及其相應的陪試樣環轉動驅動單元，構成一個環-塊 摩擦試驗單元；所述的陪試樣環和摩擦試樣塊構成一個摩擦副； 5) 通過在所述杠桿上設置所述的游碼，所述的杠桿在所述卡套處，對所述的摩擦副產 生一個方向向下的正壓力載荷； 6) 通過不斷調節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 數值可變的正壓力載荷； 7) 通過所述的陪試樣環轉動驅動單元帶動所述的陪試樣環轉動，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，計算出所述磨痕的深度，進而計算出磨痕寬度 以及相應磨痕面積、給定接觸應力下所需的正壓力載荷，最終計算出所述游碼在所述杠桿 上應處的位置； 9) 通過不斷移動或自動調節所述游碼在所述杠桿上的位置，構成一個與磨損深度自動 耦合的游動砝碼加載杠桿，實現與所述陪試樣環-摩擦試樣塊摩擦進程自動耦合的恒應力 加載的摩擦磨損試驗過程。2. 按照權利要求1所述的乳輥環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，相應增加所述的正壓力載荷，以實現所述摩擦副之間 的接觸應力始終不變。通過與所述磨痕深度自動耦合的游動砝碼加載杠桿，來實現恒定接 觸應力下的陪試樣環-摩擦試樣塊摩擦磨損，準確地模擬乳輥的實際摩擦磨損工況，以研 究各種工況參數對乳輥磨損性能的影響，測試乳鋼過程的乳制力/接觸應力、乳輥滑擦率 /轉速、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驗手 段。3. 按照權利要求1所述的乳輥環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、下轉動。4. 按照權利要求1所述的乳輥環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生一個方向向下的正壓力F，所述的正壓力F按照下列關系 確定： F = L/U · G (1) 其中，L為游碼距杠桿旋轉中心位置的長度或距離，Li為卡套距杠桿旋轉中心位置的長 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為乳輥接觸應力，K_為最大杠桿比，1^為游碼在杠桿最 右側位置處距杠桿左側旋轉中心處的距離，U為磨痕的長度。 所述游碼起始位置按照下列關系確定： L〇=L1*F/G (3) 其中，L。為游碼距杠桿左側旋轉中心處的距離。5. 按照權利要求1所述的乳輥環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中心處的水平距離，d為磨痕深度。6. -種乳輥環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、陪試樣環旋轉電機、卡套、中間支座、 杠桿、游碼、磨損深度放大與檢測系統和游碼位置自動調節系統； 其中，所述杠桿的首端可轉動地固定在一個固定端上，所述杠桿的末端設置一個游碼， 所述的游碼可移動地設置在所述的杠桿上； 在所述杠桿首端與游碼之間的杠桿上，設置一個卡套； 在所述卡套下方設置一個中間支座，在中間支座的下端設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并可以左右滑動； 在所述摩擦試樣塊的下方，對應設置陪試樣環及其相應的陪試樣環轉動驅動單元，所 述的摩擦試樣塊、陪試樣環及其相應的陪試樣環轉動驅動單元，構成一個環-塊摩擦試驗 單元； 所述的磨損深度放大與檢測系統包括設置在杠桿的末端的位移傳感器以及相應的信 號放大電路，所述的磨損深度放大與檢測系統用于檢測杠桿末端向下運動的距離； 所述的游碼位置自動調節系統包括設置在杠桿上的齒條-齒輪運動副、設置在杠桿 上的移動電機和與移動電機連接為一體的游碼，所述移動電機的輸出轉軸與所述的齒輪固 接； 所述的游碼位置自動調節系統受一個自動控制系統的控制，自動控制系統根據所述杠 桿末端的向下移動距離D，計算出磨痕深度，進而計算出磨痕寬度以及相應磨痕面積、給定 接觸應力下所需的正壓力載荷，最終計算出所述游碼在所述杠桿上應處的位置，并輸出相 應的控制指令給所述的游碼位置自動調節系統，所述的游碼在游碼位置自動調節系統的移 動電機驅動下，在所述杠桿上自動進行移動，使杠桿在所述卡套處對摩擦試樣塊產生需要 的正壓力載荷； 所述的乳輥環塊摩擦磨損性能的測試裝置，通過自動移動或調節所述游碼在所述杠桿 上的位置，構成一個與磨損深度自動耦合的游動砝碼加載杠桿，實現與所述陪試樣環-摩 擦試樣塊摩擦進程自動耦合的恒應力加載的摩擦磨損試驗過程。7. 按照權利要求6所述的乳輥環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，相應增加所述的正壓力載荷以實現所述摩擦副之間 的接觸應力始終不變，通過與所述磨痕深度自動耦合的游動砝碼加載杠桿，來實現恒定接 觸應力下的陪試樣環-摩擦試樣塊摩擦磨損，準確地模擬乳輥的實際摩擦磨損工況，以研 究各種工況參數對乳輥磨損性能的影響，測試乳鋼過程的乳制力/接觸應力、乳輥滑擦率 /轉速、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驗手 段。8. 按照權利要求6所述的乳輥環塊摩擦磨損性能的測試裝置，其特征是所述中間支座 的左右兩側設置有固定塊，限制所述的中間支座只能沿垂直方向上下滑動。9. 按照權利要求6所述的乳輥環塊摩擦磨損性能的測試裝置，其特征是在所述摩擦試 樣塊的一側設置有壓力傳感器，以測量試驗摩擦力。10. 按照權利要求6所述的乳輥環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現左右轉動。
【文檔編號】G01N3/56GK105987853SQ201510050833
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發明人】溫宏權, 瞿海霞, 吳瓊, 孫大樂, 王建剛
【申請人】寶山鋼鐵股份有限公司