一种摩擦磨损试验机转让专利
申请号 : CN200810032198.6
文献号 : CN101344470B
文献日 : 2010-09-15
发明人 : 邱智海 , 马绍宏
申请人 : 株洲硬质合金集团有限公司
摘要 :
本发明公开了一种磨擦磨损试验机，它包括磨料容槽，悬置于磨料容槽中的研磨钢轮，它的垂直臂悬置于研磨钢轮和磨料容槽侧壁之间的加力杠杆，设置有排砂嘴和输送管道的伺服供砂料槽，与加力杠杆的水平臂连接的弹簧伺服加载机构，串接于弹簧伺服加载机构和加力杠杆之间的载荷传感器，安装于试样背面的温度传感器，研磨钢轮的主轴安装在轴承座上，并通过挠性联轴器与扭矩传感器联接，再与变频调速驱动电机联接，实时调控并检测伺服供砂料槽的排砂量、变频调速驱动电机的转速和扭矩、弹簧伺服加载机构的加载力，并能实时检测和记录研磨钢轮的转数、试样温度的计算机。它能检测分析出硬质合金产品在接近实际工况条件下的抗磨损性能及摩擦性能。
权利要求 :
1.一种磨擦磨损试验机，它包括磨料容槽(7)，沿轮的径向设置有若干条搅拌叶片(19)且悬置于磨料容槽(7)中的研磨钢轮(2)，它的垂直臂悬置于研磨钢轮(2)轮壳表面和磨料容槽(7)侧壁之间的加力杠杆(3)，其特征在于它还包括固定于机座(12)上、并位于磨料容槽(7)正上方的伺服供砂料槽(1)，伺服供砂料槽(1)设置有将盛于料槽中的干研磨介质输送到夹装固定在加力杠杆(3)的垂直臂末端的试样(4)和研磨钢轮(2)轮壳表面之间的排砂嘴和输送管道，与加力杠杆(3)的水平臂末端刚性连接的弹簧伺服加载机构(6)，串接于弹簧伺服加载机构(6)的弹簧和加力杠杆(3)的水平臂之间的载荷传感器(14)，安装于试样(4)背面的温度传感器，固定在研磨钢轮(2)中心的主轴(13)安装在轴承座(8)上，并通过挠性联轴器(9)与扭矩传感器(10)联接，扭矩传感器(10)再与变频调速驱动电机(11)的传动轴联接，设置于磨料容槽(7)的底部排砂孔下的磨料收集桶(5)，实时调控并检测伺服供砂料槽(1)的排砂量、变频调速驱动电机(11)的转速和扭矩、弹簧伺服加载机构(6)的加载力，并能实时检测和记录研磨钢轮(2)的转数、试样(4)温度的计算机。
2.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验机，其特征在于弹簧伺服加载机构(6)包括驱动电机(17)，它的输入端与驱动电机(17)传动轴联接的减速器(18)，与减速器(18)的输出端联接的能作直线运动的丝杆(16)，与丝杆(16)的另一端固定联接的弹簧(15)。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种摩擦磨损试验机，特别是用于检测硬质合金摩擦磨损性能的摩擦磨损试验机。
背景技术
目前，在硬质合金工业生产中，尚没有一种合适的检测硬质合金产品抗磨损性能和摩擦性能的磨擦磨损试验机。在实验窒，硬质合金的磨损试验一般是沿用美国标准ASTM B611《Standard Test Method for Abrasive Wear Resistanceof Cemented Carbides》或美国标准ASTM G65《Standard Test Method forMeasuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus》，这两种试验方法除了磨料的供给方式不同外，试验原理基本相同，而ASTM B611是专用于硬质合金的磨损试验的。图4为ASTM B611提供的一个摩擦方式原理图，试验中，由砝码24产生的加载力通过杠杆20将试样21压在钢制研磨轮22上，研磨轮下半部浸在水砂混合的泥浆磨料23中，研磨轮旋转时粘附在研磨轮上的磨料磨损试样，用研磨轮旋转一周时，试样的体积损失评价它的抗磨损性。用ASTM B611标准检测硬质合金的抗磨损性存在的问题是：试验力的施加是用砝码通过杠杆加载，是采用“恒定力”进行试验，不能进行加载力变化时的连续试验，不能正确反映硬质合金产品，比如刀具、钻头、凿岩齿等产品在实际工况(切削力变化、温度升高等状况)下的抗磨损性能，因此它得出的评价指标对改进硬质合金配方或生产工艺，提高产品的抗磨损性能指导意义不大。它还不能检测硬质合金的摩擦性能。因此，设计一种能在接近实际工况下检测硬质合金产品的抗磨损性能和摩擦性能的工业用摩擦磨损试验机，促进硬质合金产品质量的不断提高，成为了本行业的迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述ASTM B611磨损试验方法和装置在试验中不能进行加载力变化的连续磨损试验，不能在接近实际工况下检测硬质合金产品的抗磨损性能等技术缺陷，提供一种能检测硬质合金产品在接近实际工况下抗磨损性能和摩擦性能的工业用摩擦磨损试验机。该摩擦磨损试验机能按试验要求实时连续地调整并检测出试验的加载力和被检测试样的实时温度，还可以检测研磨轮的扭矩，测试出硬质合金产品在接近实际工况下的抗磨损性能和涉及试样的摩擦力和摩擦系数等摩擦学方面的性能。
为实现本发明目的，采用以下技术方案：
本发明的摩擦磨损试验机包括磨料容槽，沿轮的径向设置有若干条搅拌叶片且悬置于磨料容槽中的研磨钢轮，它的垂直臂悬置于研磨钢轮轮壳表面和磨料容槽侧壁之间的加力杠杆，固定于机座上、并位于磨料容槽正上方的伺服供砂料槽，伺服供砂料槽底部设置有排砂嘴和输送管道，盛于料槽中的干研磨介质由管道输送到夹装固定在加力杠杆的垂直臂末端的试样和研磨钢轮轮壳表面之间，设置有与加力杠杆的水平臂末端刚性连接的弹簧伺服加载机构，串接于弹簧伺服加载机构的弹簧和加力杠杆的水平臂之间的载荷传感器，安装于试样背面的温度传感器，固定在研磨钢轮中心的主轴安装在轴承座上，并通过挠性联轴器与扭矩传感器联接，扭矩传感器再与变频调速驱动电机的传动轴联接，磨料容槽的底部排砂孔下设置有磨料收集桶，由计算机实时调控并检测伺服供砂料槽的排砂量、变频调速驱动电机的转速和扭矩、弹簧伺服加载机构的加载力，并实时检测和记录研磨钢轮的转数、试样的温度。
本发明在实施时，弹簧伺服加载机构优先选用包括驱动电机、减速器、丝杆和弹簧的结构。减速器的输入端与驱动电机传动轴联接，减速器的输出端与可以作直线往复移动的丝杆联接，弹簧与丝杆的另一端固定联接。
本发明的优点是提供了一种适于硬质合金工业用的摩擦磨损试验机，它能对试验中加载到试样上的加载力，研磨钢轮的转速和扭矩、研磨介质的供砂量等进行实时连续的调控和检测，并能实时检测在不同研磨条件下试样温度的变化，便于模拟硬质合金产品的实际工况，从而检测分析出硬质合金产品在接近实际工况条件下的抗磨损性能，以及摩擦力和摩擦系数等摩擦学方面的性能，用以不断改进合金配方或生产工艺，提高产品质量。
为实现本发明目的，采用以下技术方案：
本发明的摩擦磨损试验机包括磨料容槽，沿轮的径向设置有若干条搅拌叶片且悬置于磨料容槽中的研磨钢轮，它的垂直臂悬置于研磨钢轮轮壳表面和磨料容槽侧壁之间的加力杠杆，固定于机座上、并位于磨料容槽正上方的伺服供砂料槽，伺服供砂料槽底部设置有排砂嘴和输送管道，盛于料槽中的干研磨介质由管道输送到夹装固定在加力杠杆的垂直臂末端的试样和研磨钢轮轮壳表面之间，设置有与加力杠杆的水平臂末端刚性连接的弹簧伺服加载机构，串接于弹簧伺服加载机构的弹簧和加力杠杆的水平臂之间的载荷传感器，安装于试样背面的温度传感器，固定在研磨钢轮中心的主轴安装在轴承座上，并通过挠性联轴器与扭矩传感器联接，扭矩传感器再与变频调速驱动电机的传动轴联接，磨料容槽的底部排砂孔下设置有磨料收集桶，由计算机实时调控并检测伺服供砂料槽的排砂量、变频调速驱动电机的转速和扭矩、弹簧伺服加载机构的加载力，并实时检测和记录研磨钢轮的转数、试样的温度。
本发明在实施时，弹簧伺服加载机构优先选用包括驱动电机、减速器、丝杆和弹簧的结构。减速器的输入端与驱动电机传动轴联接，减速器的输出端与可以作直线往复移动的丝杆联接，弹簧与丝杆的另一端固定联接。
本发明的优点是提供了一种适于硬质合金工业用的摩擦磨损试验机，它能对试验中加载到试样上的加载力，研磨钢轮的转速和扭矩、研磨介质的供砂量等进行实时连续的调控和检测，并能实时检测在不同研磨条件下试样温度的变化，便于模拟硬质合金产品的实际工况，从而检测分析出硬质合金产品在接近实际工况条件下的抗磨损性能，以及摩擦力和摩擦系数等摩擦学方面的性能，用以不断改进合金配方或生产工艺，提高产品质量。
附图说明
图1是本发明摩擦磨损试验机的结构示意主视图；
图2是本发明摩擦磨损试验机的结构示意右视图；
图3是本发明摩擦磨损试验机的弹簧伺服加载机构结构示意图；
图4是美国ASTM B611标准提供的摩擦方式原理图。
图2是本发明摩擦磨损试验机的结构示意右视图；
图3是本发明摩擦磨损试验机的弹簧伺服加载机构结构示意图；
图4是美国ASTM B611标准提供的摩擦方式原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的摩擦磨损试验机采用的摩擦方式与ASTM B611标准基本相同，主机为卧式结构，整体安装在机座12上。主要部件包括伺服供砂料槽1，研磨钢轮2，磨料容槽7，加力杠杆3，弹簧伺服加载机构6，主轴13、轴承座8及变频调速驱动电机11等。
伺服供砂料槽1固定于机座12上，并安装在磨料容槽7的正上方，盛于伺服供砂料槽1中的干研磨介质从料槽1的排砂嘴流出后经管道输送到试样4和研磨钢轮2轮壳表面之间，以磨损试样4。根据试验要求由计算机发出指令调控伺服供砂料槽1的排砂嘴开闭及开闭程度，调整供砂流量至合适的流量，当研磨介质稳定流动时，研磨钢轮2才开始旋转，通过旋转计数器测定研磨钢轮2的转数，并将转数数据输入计算机。因此采用本发明的伺服供砂料槽1即可以根据试验要求提供流量稳定可控的干研磨介质进行磨损试验。研磨钢轮2固定安装在它的中心主轴13上，悬置于不锈钢磨料容槽7中，主轴13穿过磨料容槽7的后壁安装在轴承座8上。沿研磨钢轮2的径向设置有若干条搅拌叶片19，能充分均匀地搅动盛于磨料容槽7中的泥浆状研磨介质。磨料容槽7固定安装在机座12上，它的下部为圆弧形，圆弧底部设置有排砂孔，打开排砂孔即可将磨料容槽7中的磨料经过一个漏斗流入磨料收集桶5，便于清洁容槽且不污染环境。当需要使用泥浆状的研磨介质时，可以停止伺服供砂料槽1的供砂，在磨料容槽7中注入按一定比例混合的泥浆状研磨介质，通过安装在研磨钢轮2上的叶片搅拌研磨介质泥浆，并由旋转的研磨钢轮2将泥浆携带移向试样4表面，粘附于研磨钢轮2轮壳表面的研磨介质泥浆对试样4进行磨损试验。加力杠杆3的垂直臂(承重臂)伸入磨料容槽7的一侧，位于研磨钢轮2的轮壳表面和磨料容槽7的侧壁之间，它的末端应低于研磨钢轮2的水平中心线，试样4就通过样品夹具固定夹装在加力杠杆3的垂直臂的下端。弹簧伺服加载机构6在垂直方向上与加力杠杆3水平臂(力臂)的末端刚性连接，弹簧伺服加载机构6包括驱动电机17、减速器18、丝杆16和弹簧15，加载荷时，由驱动电机17驱动减速器18，并带动丝杠16作直线运动，形成一个丝杠一弹簧综合加载力，拉动加力杠杆3的水平臂向下移动，使加力杠杆3的垂直臂向研磨钢轮2移动，从而将试样4压在研磨钢轮2上(研磨钢轮2的轮壳表面与试样4的表面为线接触)。驱动电机17反转，则卸除加载力。根据模拟的硬质合金产品在实际工况下承受的负荷或负荷曲线，由计算机发出指令调控弹簧伺服加载机构6驱动电机17的开停，调整对试样4的加载力大小，并加载到试样4上进行连续可调的摩擦磨损试验。在弹簧伺服加载机构6的弹簧15和加力杠杆3水平臂之间串接有载荷传感器14，从而可以连续地检测出加于试样4上的加载力大小，最终获得不同加载力下试样的抗磨损性能。在试样4的背面装有温度传感器，它可以是热电偶，用以检测在进行摩擦磨损试验时试样4的温度变化情况，从而可以检测出在不同的加载力下试样温度的变化和不同的温度下硬质合金抗磨损性能和摩擦性能的变化。研磨钢轮2旋转所需的动力由固定在机座12上的变频调速驱动电机11提供，变频调速驱动电机11的传动轴先与一个扭矩传感器10联接，再通过挠性联轴器9与安装于轴承座8中的主轴13联接，最后通过主轴13将动力传递到研磨钢轮2上，使其旋转。由计算机发出的指令调控变频调速驱动电机11的运转，从而控制研磨钢轮2的转速，旋转圈数或旋转时间，而扭矩传感器10则将不同转速试验时的扭矩实时检测并记录下来，通过计算可以得出涉及试样的摩擦力和摩擦系数等摩擦学方面性能的数据。
本发明的磨擦磨损试验机研磨介质的供料量和供料速度、进行磨损试验时对试样的加载力、研磨钢轮的转速和扭矩都能根据试验要求由计算机进行实时控制和连续调整，并且试验过程中的实际加载力，钢轮转速，旋转圈数，旋转时间，旋转力矩，摩擦力，摩擦系数，试样温度等都能由计算机记录、显示并通过编制的软件程序计算出来，从而为工业生产中在模拟的实际工况条件下，研究硬质合金产品的抗磨损性能提供了一个有效的途径。
本发明进行硬质合金磨损试验时，也测定样品的密度、研磨钢轮旋转一周时试样的体积损失，并结合整个试验过程中实际检测出的加载力、钢轮转速、试样温度等参数来评价硬质合金产品的抗磨损性能，比ASTM B611标准接近实际工况。同时，本发明进行硬质合金摩擦试验时，可以改变研磨介质或摩擦副的材质，通过实际检测出的力矩来计算硬质合金与不同材料之间的摩擦系数。
本发明的摩擦磨损试验机采用的摩擦方式与ASTM B611标准基本相同，主机为卧式结构，整体安装在机座12上。主要部件包括伺服供砂料槽1，研磨钢轮2，磨料容槽7，加力杠杆3，弹簧伺服加载机构6，主轴13、轴承座8及变频调速驱动电机11等。
伺服供砂料槽1固定于机座12上，并安装在磨料容槽7的正上方，盛于伺服供砂料槽1中的干研磨介质从料槽1的排砂嘴流出后经管道输送到试样4和研磨钢轮2轮壳表面之间，以磨损试样4。根据试验要求由计算机发出指令调控伺服供砂料槽1的排砂嘴开闭及开闭程度，调整供砂流量至合适的流量，当研磨介质稳定流动时，研磨钢轮2才开始旋转，通过旋转计数器测定研磨钢轮2的转数，并将转数数据输入计算机。因此采用本发明的伺服供砂料槽1即可以根据试验要求提供流量稳定可控的干研磨介质进行磨损试验。研磨钢轮2固定安装在它的中心主轴13上，悬置于不锈钢磨料容槽7中，主轴13穿过磨料容槽7的后壁安装在轴承座8上。沿研磨钢轮2的径向设置有若干条搅拌叶片19，能充分均匀地搅动盛于磨料容槽7中的泥浆状研磨介质。磨料容槽7固定安装在机座12上，它的下部为圆弧形，圆弧底部设置有排砂孔，打开排砂孔即可将磨料容槽7中的磨料经过一个漏斗流入磨料收集桶5，便于清洁容槽且不污染环境。当需要使用泥浆状的研磨介质时，可以停止伺服供砂料槽1的供砂，在磨料容槽7中注入按一定比例混合的泥浆状研磨介质，通过安装在研磨钢轮2上的叶片搅拌研磨介质泥浆，并由旋转的研磨钢轮2将泥浆携带移向试样4表面，粘附于研磨钢轮2轮壳表面的研磨介质泥浆对试样4进行磨损试验。加力杠杆3的垂直臂(承重臂)伸入磨料容槽7的一侧，位于研磨钢轮2的轮壳表面和磨料容槽7的侧壁之间，它的末端应低于研磨钢轮2的水平中心线，试样4就通过样品夹具固定夹装在加力杠杆3的垂直臂的下端。弹簧伺服加载机构6在垂直方向上与加力杠杆3水平臂(力臂)的末端刚性连接，弹簧伺服加载机构6包括驱动电机17、减速器18、丝杆16和弹簧15，加载荷时，由驱动电机17驱动减速器18，并带动丝杠16作直线运动，形成一个丝杠一弹簧综合加载力，拉动加力杠杆3的水平臂向下移动，使加力杠杆3的垂直臂向研磨钢轮2移动，从而将试样4压在研磨钢轮2上(研磨钢轮2的轮壳表面与试样4的表面为线接触)。驱动电机17反转，则卸除加载力。根据模拟的硬质合金产品在实际工况下承受的负荷或负荷曲线，由计算机发出指令调控弹簧伺服加载机构6驱动电机17的开停，调整对试样4的加载力大小，并加载到试样4上进行连续可调的摩擦磨损试验。在弹簧伺服加载机构6的弹簧15和加力杠杆3水平臂之间串接有载荷传感器14，从而可以连续地检测出加于试样4上的加载力大小，最终获得不同加载力下试样的抗磨损性能。在试样4的背面装有温度传感器，它可以是热电偶，用以检测在进行摩擦磨损试验时试样4的温度变化情况，从而可以检测出在不同的加载力下试样温度的变化和不同的温度下硬质合金抗磨损性能和摩擦性能的变化。研磨钢轮2旋转所需的动力由固定在机座12上的变频调速驱动电机11提供，变频调速驱动电机11的传动轴先与一个扭矩传感器10联接，再通过挠性联轴器9与安装于轴承座8中的主轴13联接，最后通过主轴13将动力传递到研磨钢轮2上，使其旋转。由计算机发出的指令调控变频调速驱动电机11的运转，从而控制研磨钢轮2的转速，旋转圈数或旋转时间，而扭矩传感器10则将不同转速试验时的扭矩实时检测并记录下来，通过计算可以得出涉及试样的摩擦力和摩擦系数等摩擦学方面性能的数据。
本发明的磨擦磨损试验机研磨介质的供料量和供料速度、进行磨损试验时对试样的加载力、研磨钢轮的转速和扭矩都能根据试验要求由计算机进行实时控制和连续调整，并且试验过程中的实际加载力，钢轮转速，旋转圈数，旋转时间，旋转力矩，摩擦力，摩擦系数，试样温度等都能由计算机记录、显示并通过编制的软件程序计算出来，从而为工业生产中在模拟的实际工况条件下，研究硬质合金产品的抗磨损性能提供了一个有效的途径。
本发明进行硬质合金磨损试验时，也测定样品的密度、研磨钢轮旋转一周时试样的体积损失，并结合整个试验过程中实际检测出的加载力、钢轮转速、试样温度等参数来评价硬质合金产品的抗磨损性能，比ASTM B611标准接近实际工况。同时，本发明进行硬质合金摩擦试验时，可以改变研磨介质或摩擦副的材质，通过实际检测出的力矩来计算硬质合金与不同材料之间的摩擦系数。