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高温销盘磨损试验机的研制

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    随着冶金、矿山、电力及工程机械等行业的发展,人们对磨损危害的认识有了相当的提高。为了弄清磨损机理以减少金属磨损,各国学者对材料在常温下的各种磨损问题均进行了大量的研究,但对材料在高温下的磨损问题至今却还研究得较少,这与高温磨损试验装置的缺乏不无关系。1910年第一台磨料磨损试验机即已问世,1975年美国润滑工程师学会(ALSE)编著的“摩擦磨损装置”一书中所公布的不同类型摩擦磨损试验机也有上百种,但其中大部分都是常温磨损试验机[1,2]。近几十年来,磨损试验机和试验方法虽然有了较大发展,但这些试验机大多还是由企业和研究工作者根据工业的需要和实际工况自行设计和制造的[3]。如高温磨料磨损试验机[4],适合高分子及其复合材料试验用的高温摩擦磨损试验机[5]等。只有少数试验机是由专门的试验机厂或仪器制造公司制造和供应的,而且这些试验机大都结构复杂,价格较贵,这说明了磨损问题的复杂性和进行实验室磨损试验研究的困难所在。为了能够对材料的高温摩擦磨损特性进行一般性研究,笔者研制了一种高温销盘式磨损试验机,该试验机能在1 000℃范围内对各种金属材料的摩擦磨损特征进行试验研究,是研究磨擦学的基础工具。本文对该试验机的结构原理和特性进行了介绍,并用40Cr2Mo和20钢两种材料对其可靠性进行了试验分析。

    1 试验机结构及工作原理

    图1所示为自制高温销盘磨损试验机结构示意图。其工作原理为:磨损圆盘8由主轴9带动作匀速转动(主轴转速从0~1 000 r/min连续可调);试样7则由夹持器4夹住,并在杠杆所施加的载荷p的作用下压在圆盘8上作滑动摩擦而使试样磨损。试样周围为一个固定的电加热炉,该加热炉由外壳1,保温层2,电炉丝3,炉胆6组成;炉内温度由热电偶5控制,可使试样处于恒定的温度下进行磨损试验,温度可在1 000℃的范围内调整。

    2 试验机基本参数及性能特点

    根据试验要求和试验机的用途,并考虑经济性等因素,小型电加热炉用于给试样加热,其外廓尺寸为?80×100 mm,炉膛直径为50 mm,炉胆用高铝耐火砖制作,炉丝功率为1 kW,电源电压为220 V,最高加热温度可达1 000℃。为了保护主轴,减少主轴热变形对试验过程的影响,把加热炉置于圆盘之上并固定于试验机机架上;为防止热量散失,加热炉

的顶端由保温材料密封,下端与圆盘的间隙为2mm,并同样由保温材料密封。为了便于更换试样,试样夹持器上设计了两个螺钉紧固试样,其安装位置偏差不大于0.5 mm;试样夹与加载杠杆之间设计成简易拆卸连接机构,拆装试样时炉体不动。为使试样处的温度在高温下进行摩擦磨损实验时能保持稳定,还设置了温度控制器和温度显示器,用以控制炉内温度。为了防止实际温度到达目标温度时,电控器自动断电后炉内温度由于热惯性的影响仍会上升并可能远高于目标温度,造成炉内温度变化范围过大而降低试验重现性,也为了防止高温时加热速度过慢,我们选择了蓄热系数较大的耐火砖和保温材料,而且还在控制器中加了一个反馈电路以保证温度恒定。当温度升至接近目标温度时,温度数据处理器会把此时的温升速度反馈给电子调压器,该电路可根据温升速度大小适当调低或调高输入电压,直到实际温度升至目标温度时,电源控制器自动断电;当实际温度低于目标温度时,电源控制器接通电源并按调整后的电压工作,此时温度数据处理器一直工作并继续把温升速度反馈给电子调压器进行调压,直到找到一合适的工作电压进行工作。试验表明,当于680℃试验时,温度范围可控制在目标温度±3℃;当于480℃试验时,温度范围可控制在目标温度±4℃,满足试验要求。

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标签: 试验机
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