申请/专利权人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所

申请日：2018-06-25

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN108593477B

主分类号：G01N3/56

分类号：G01N3/56

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2018.10.26#实质审查的生效;2018.09.28#公开

摘要：本发明公开了一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置及方法。所述的装置包括：摩擦副，包括试样轮和对磨轮，所述试样轮上固定有待评估材料，所述对磨轮上固定有对磨材料，所述试样轮和对磨轮通过所述待评估材料和对磨材料之间的摩擦作用相配合；负荷机构，至少用于对所述摩擦副施加不同的载荷；润滑机构，至少用于对摩擦副接触区域的润滑磨耗条件进行调节；以及驱动机构，至少用于分别独立驱动所述试样轮和对磨轮。本发明提供的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，通过改变负载、对磨材料及固体和或液体润滑，更全面地模拟多种工况下对磨耗性能的评估，且成本低廉，具有广泛的应用前景。

主权项：1.一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于包括：摩擦副，包括试样轮和对磨轮，所述试样轮上固定有待评估材料，所述对磨轮上固定有对磨材料，所述试样轮和对磨轮通过所述待评估材料和对磨材料之间的摩擦作用相配合；负荷机构，至少用于对所述摩擦副施加不同的载荷，所述负荷机构包括设置在对磨轮上的负荷托架以及与负荷托架配合的配重，所述配重包括能够盛放不同规格砝码的砝码盘，所述砝码盘与所述负荷托架传动连接，所述砝码盘经至少一个绳索及至少一定滑轮与负荷托架连接，所述负荷机构还包括与对磨轮连接的负荷矫正器，所述负荷校正器包括压力微调块；润滑机构，所述润滑机构至少用于对摩擦副接触区域的润滑磨耗条件进行调节，所述润滑机构包括至少一个用于储存液体的物料储存机构以及与所述物料储存机构连通的物料输送管路，所述物料输送管路的液体出口对应于所述摩擦副的摩擦界面设置，所述物料输送管路上还设有输料调速器；所述润滑机构还包括至少一个用于添加固体润滑材料的输料机构以及与输料机构连通的输料管，所述输料管上设有固体润滑调节阀，所述输料管的物料出口对应于摩擦副的摩擦界面设置；驱动机构，至少用于分别独立驱动所述试样轮和对磨轮；测速机构，至少用于测量所述对磨轮的转速；集料机构，至少用于收集从所述摩擦副中排出的磨屑和或废液。

全文数据：基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置及方法技术领域[0001]本发明特别涉及一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置及方法，属于磨耗检测技术领域。背景技术[0002]当前对于材料磨损性能评价主要分为两类:实验室研究和实况运行研究。实况运行测试所得数据准确、贴合实际，但是一般测试耗资大、效率低。目前实验室研究主要以实验室磨损试验机测试为依托，但其测试工况单一，而材料部件使用时对磨材料、环境因素及行驶运动状态等客观条件复杂多变，材料耐磨损性能评估及使用寿命预测与材料部件客观、真实运行工况下的差距较大，同时，也很难真实评估上述运动部件在实际工作状态下的磨耗行为和磨损机制。发明内容[0003]本发明的要目的在于提供一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置及方法，以克服现有技术的不足。[0004]为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：[0005]本发明实施例提供了一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其包括：[0006]摩擦副，包括试样轮和对磨轮，所述试样轮上固定有待评估材料，所述对磨轮上固定有对磨材料，所述试样轮和对磨轮通过所述待评估材料和对磨材料之间的摩擦作用相配合；[0007]负荷机构，至少用于对所述摩擦副施加不同的载荷；[0008]润滑机构，至少用于对摩擦副接触区域的润滑磨耗条件进行调节；以及[0009]驱动机构，至少用于分别独立驱动所述试样轮和对磨轮。[0010]本发明实施例还提供了一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的方法，其包括：[0011]提供所述基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，[0012]将将待评估材料、对磨材料分别固定在试样轮、对磨轮上；以及[0013]使试样轮和对磨轮分别以一定的转速独立转动，通过调整对磨轮和试样轮的运动状态，从而实现不同运动状态下材料磨耗行为的量化评估。[0014]与现有技术相比，本发明提供的一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置结构简单，有助于准确评估运动部件在多种实际工作状态下的磨耗行为和磨损机制，通过改变负载、对磨材料及固体和或液体润滑，更全面地模拟多种工况下对磨耗性能的评估，且成本低廉，具有广泛的应用前景。附图说明[0015]图1是本发明一典型实施案例中基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置的结构示意图；[0016]图2是本发明实施例1中在水润滑条件下，纵向滑动与滚动比率LSRI?与橡胶体积磨损量的关系图；[0017]图3a是本发明实施例1中水润滑及滑滚联合工况下胎面胶磨损后的表面形貌图，滑滚比为0.001滚动比率为7638;[0018]图3b是本发明实施例1中水润滑及滑滚联合工况下胎面胶磨损后的表面形貌图，滑滚比为0.274滚动比率为7650;[0019]图3c是本发明实施例1中水润滑及滑滚联合工况下胎面胶磨损后的表面形貌图，滑滚比为0.594滚动比率为7670;[0020]图3d是本发明实施例1中水润滑及滑滚联合工况下胎面胶磨损后的表面形貌图，滑滚比为0.815滚动比率为7690;[0021]附图标记说明：1_固定夹、2-铁架台、3-输液袋、4-刷子、5-负载托架、6-可换式对磨轮、7-对磨轮驱动电机、8-砝码、9-砝码托盘、10-对磨轮驱动电机调速器、11-塑料软管、12-固体润滑调节阀、13-输料漏斗、14-输料管、15-电子计数器、16-压力微调块、17-液体流速调节器、18-试样轮、19-集料装置、20-放料阀、21-放料口、22-试样轮驱动电机、23-试样轮驱动电机调速器。具体实施方式[0022]鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。[0023]本发明实施例提供了一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其包括：[0024]摩擦副，包括试样轮和对磨轮，所述试样轮上固定有待评估材料，所述对磨轮上固定有对磨材料，所述试样轮和对磨轮通过所述待评估材料和对磨材料之间的摩擦作用相配合；[0025]负荷机构，至少用于对所述摩擦副施加不同的载荷；[0026]润滑机构，至少用于对摩擦副接触区域的润滑磨耗条件进行调节；以及[0027]驱动机构，至少用于分别独立驱动所述试样轮和对磨轮。[0028]进一步的，所述试样轮和对磨轮的直径相同或不同，所述试样轮的轮轴与对磨轮的轮轴平行设置。[0029]优选的，所述试样轮的轮轴与对磨轮的轮轴均水平设置。[0030]进一步的，所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述试样轮由所述第一驱动机构独立驱动，所述对磨轮由所述第二驱动独立驱动。[0031]优选的，所述的装置还包括调速机构，所述调速机构至少用于调节试样轮和或对磨轮的转速。[0032]优选的，所述第一驱动机构和第二驱动机构均包括电机;所述调速机构包括与电机配合的电机调速器。[0033]进一步的，所述负载机构包括设置的对磨轮上的负荷托架以及与负荷托架配合的配重。[0034]优选的;所述配重包括能够盛放不同规格砝码的砝码盘。[0035]优选的，所述砝码盘与所述负荷托架传动连接。[0036]优选的，所述砝码盘经至少一绳索及至少一定滑轮与负荷托架连接。[0037]优选的，所述负荷机构还包括与对磨轮连接的负荷矫正器，所述负荷校正器包括压力微调块。[0038]进一步的，所述润滑机构包括至少一物料储存机构以及与所述物料储存机构连通的物料输送管路，所述物料输送管路的液体出口对应于所述摩擦副的摩擦界面设置。[0039]优选的，所述物料输送管路上还设有输料调速器。[0040]进一步的，所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置还包括测速机构，所述测速机构至少用于测量所述对磨轮的转速。[0041]优选的，所述测速机构包括用以测定所述对磨轮的转动圈数的电子计数器。[0042]进一步的，所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置还包括集料机构，所述集料机构至少用于收集从所述摩擦副中排出的磨肩和或废液。[0043]更进一步的，所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置还包括机架，所述摩擦副、负荷机构、润滑机构以及驱动机构均安装在所述机架上。[0044]本发明实施例还提供了一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的方法，其包括：[0045]提供所述基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，[0046]将将待评估材料、对磨材料分别固定在试样轮、对磨轮上；以及[0047]使试样轮和对磨轮分别以一定的转速独立转动，通过调整对磨轮和试样轮的运动状态，从而实现不同运动状态下材料磨耗行为的量化评估。[0048]进一步的，所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的方法还包括:在试样轮和对磨轮转动之前或在试样轮和对磨轮转动的过程中，通过润滑机构选择性的在摩擦副接触区域添加或不添加润滑材料，实现润滑磨耗条件的变换。[0049]进一步的，所述方法还包括通过负荷机构对摩擦副时间不同载荷。[0050]优选的，所述的方法还包括:通过驱动机构分别调节对磨轮和试样轮的转速。[0051]优选的，所述的方法具体包括:通过电机调速器调控试样轮和磨轮转速，从而实现纯滑动、纯滚动以及含有滑动的滚动运动状下材料磨耗行为的评估。[0052]优选的，所述的方法还包括:在摩擦过程中收集摩擦副输出的磨肩和或废液，并清理试样轮、对磨轮上的磨肩，再对磨肩和待评估材料表面的磨痕进行后续的分析和评价。[0053]如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。[0054]请参阅图1，在一些较为具体的实施方中，一种基于量化滚滑比评估材料干湿磨耗行为的装置可以包括试验支架，试验支架上固定摩擦副，摩擦副包括直径相同或不同的试样轮18和对磨轮6,试样轮18上固定有待评估材料待评价材料可以是涂层材料，密封和轮胎用橡胶材料等），对磨轮6上固定有对磨材料对磨材料可以是钢材，陶瓷或模拟马路路面的材料等），试样轮和对磨轮通过所述待评估材料和对磨材料之间的摩擦作用配合;其中试样轮18和对磨轮6分别由试样轮驱动电机22、对磨轮驱动电机7独立驱动，试样轮驱动电机22连接有试样轮驱动电机调速器23,对磨轮驱动电机7连接有对磨轮驱动电机调速器10,通过调整试样轮驱动电机调速器23和对磨轮驱动电机调速器10可以测定和调节试样轮、对磨轮的转动速度，使其分别调整到试验所需要的转动速度；[0055]负荷机构，包括设置在对磨轮上的负负载托架5、压力微调块16用于矫正摩擦副间的压力）以及与负载托架连接的砝码托盘9,砝码托盘9可以经软钢丝和至少一定滑轮与负载托架5连接，通过在砝码托盘9中放置不同质量和数量的砝码8以在负荷托架上施加不同质量的配重，使试验材料表面施加不同的载荷；[0056]润滑机构，包括至少一输液袋3输液袋主要用于添加液体润滑材料，输液袋可以悬挂在一个固定有固定夹1的铁架台2上）以及与输液袋连通的塑料软管11，塑料软管11上还设有液体流速调速器17,塑料软管11料液出口对应于摩擦副的摩擦界面设置，至少用于对摩擦副接触区域润滑磨耗条件进行调节；以及，润滑机构还包括至少一输料漏斗13输料漏斗主要用于添加固体润滑材料，输料漏斗可以悬挂在固定有固定夹1的铁架台2上）以及与输料漏斗连通的输料管14,输料管14上还设有固体润滑调节阀12,输料管14的物料出口对应于摩擦副的摩擦界面设置，至少用于对摩擦副接触区域润滑磨耗条件进行调节；[0057]测速机构，包括用以测定所述对磨轮的转动圈数的电子计数器15,通过磨耗时间所对应的计数器所记录的圈数，实现对磨轮转速的计算；[0058]集料机构，包括集料装置19,设置在摩擦副的摩擦界面设置下部，用于收集从所述摩擦副中排出的磨肩和或废液，集料装置19上设置有放料口21以及与放料口配合的放料阀20;另外，集料机构还包括一个毛刷4，毛刷可以与对磨轮上的对磨材料接触，使摩擦产生的磨肩脱离对磨轮落入集料集液器中。[0059]在本发明的一些更为具体的实施方案中，一种基于量化滑滚比评估材料干湿磨耗行为的方法具体可以包括如下步骤：[0060]1将待评估材料及对磨材料分别涂覆或黏附在试样轮、对磨轮上；[0061]2试样轮和对磨轮分别通过试样轮电机调速器、对磨轮电极调速器设定一定转速并独立转动；[0062]3通过在砝码盘中放置不同质量的砝码，实现在负荷支架上施加不同重量的配重，实现对对磨轮施加不同的载荷；[0063]4通过液体流速调节器和或固体润滑调节阀，使润滑机构选择性的在摩擦副接触区域添加或不添加润滑材料实现润滑磨耗的变换，从而实现不同运动状态下材料磨耗行为的量化评估；[0064]5摩擦一定时间后，记录电子计数器上圈数，从而得到对磨轮转速，电机调速器测得试样轮的转速；[0065]⑹摩擦过程中通过摩擦副下方的集肩集液器收集磨肩和废液，清理两轮上的磨肩，对磨肩和试样表面磨痕进行后续的分析和评价。[0066]实施例1[0067]采用本发明实施例提供的一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置及方法针对轮胎胎面胶在水润滑不同转速条件下磨耗性能进行评价。[0068]在本实施例中，选择砂轮作为对磨轮直径1500mm，厚度26±0.2mm固定在外接电机的驱动轴上，胎面硫化橡胶是样条（长250±0.2mm，宽12.7+0.2mm，厚度3.2±0.2mm用502胶水黏附在橡胶轮直径68mm，厚度12.7±0.2mm，硬度70-80上，不同转速对应的纵向滑动与滚动比率LSRI?值如表1所示，[0069]表1不同转速对应的LSRR值[0071]水润滑条件下，水滴控制器为120滴每分钟。干摩擦及水存在条件下所有测试过程均在室内温度20°C_25°C，空气相对湿度为10%_15%，橡胶轮驱动轴的转速恒定为76rmin，工作载荷恒定为10N，测试路程为砂轮转1500r;待测样品在测试前经过无水酒精进行超声清洗、室温干燥等处理;使用分析天平准确称量测试前后样品质量其中水润滑条件下磨损后应室温干燥2小时），分别计为mo和m，根据下式计算体积磨损率Ws:[0072][0073]P是胎面硫化胶的密度；同时，每组实验重复进行三次。[0074]结果与讨论：[0075]请参阅图2,由图2可知，水润滑条件下，LSRR对橡胶体积磨损量的影响不是太明显，而且体积磨损量随着纵向滑滚比的变化趋势与干摩擦下完全相反，随着纵向滑滚比的增大橡胶体积磨损量缓慢降低，这表明水润滑条件下，橡胶磨损行为发生了改变。[0076]请参阅图3a_图3d，图3a是本发明实施例1中水润滑及滑滚联合工况下胎面胶磨损后的表面形貌图，滑滚比为0.001滚动比率为7638;图3b是本发明实施例1中水润滑及滑滚联合工况下胎面胶磨损后的表面形貌图，滑滚比为0.274滚动比率为7650;图3c是本发明实施例1中水润滑及滑滚联合工况下胎面胶磨损后的表面形貌图，滑滚比为0.594滚动比率为7670;图3d是本发明实施例1中水润滑及滑滚联合工况下胎面胶磨损后的表面形貌图，滑滚比为〇.815滚动比率为7690。由图3a可见磨损表面存在大量平行于滑移方向明确的沟槽，此外，表面上发生了轻微的溶胀作用，存在大量周围翘起的鱼鳞片状微凸体;研究表明此时磨损机理为磨粒磨损主导；由图3b可见磨损表面沟槽深度变浅及其数量变少，且磨肩的尺寸变小和数目变少，形态也由片状变为团状，这意味着磨损机制发生了改变，此时磨损机理主要是磨粒磨损主导，伴随卷曲磨损；由图3c可见磨损表面出现雪花纹形貌及垂直于冲蚀方向的波纹，研究表明此时磨损机理主要是黏着疲劳磨损，伴随侵蚀磨损；由图3d可见表面呈现出垂直于冲蚀方向的山脊状磨损斑纹及平行于滑动方向的黏着拉伸，磨损雪花纹形貌消失，磨肩几乎消失不见，研究表明此时磨损机理主要是侵蚀疲劳磨损，伴随黏着磨损。[0077]应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于包括：摩擦副，包括试样轮和对磨轮，所述试样轮上固定有待评估材料，所述对磨轮上固定有对磨材料，所述试样轮和对磨轮通过所述待评估材料和对磨材料之间的摩擦作用相配合；负荷机构，至少用于对所述摩擦副施加不同的载荷；润滑机构，至少用于对摩擦副接触区域的润滑磨耗条件进行调节；以及驱动机构，至少用于分别独立驱动所述试样轮和对磨轮。2.根据权利要求1所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于:所述试样轮和对磨轮的直径相同或不同，所述试样轮的轮轴与对磨轮的轮轴平行设置；优选的，所述试样轮的轮轴与对磨轮的轮轴均水平设置。3.根据权利要求1所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于:所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述试样轮由所述第一驱动机构独立驱动，所述对磨轮由所述第二驱动独立驱动；优选的，所述的装置还包括调速机构，所述调速机构至少用于调节试样轮和或对磨轮的转速;优选的，所述第一驱动机构和第二驱动机构均包括电机，所述调速机构包括与电机配合的电机调速器。4.根据权利要求1所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于:所述负载机构包括设置的对磨轮上的负荷托架以及与负荷托架配合的配重;优选的;所述配重包括能够盛放不同规格砝码的砝码盘，所述砝码盘与所述负荷托架传动连接;优选的，所述砝码盘经至少一绳索及至少一定滑轮与负荷托架连接;优选的，所述负荷机构还包括与对磨轮连接的负荷矫正器，所述负荷校正器包括压力微调块。5.根据权利要求1所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于:所述润滑机构包括至少一物料储存机构以及与所述物料储存机构连通的物料输送管路，所述物料输送管路的液体出口对应于所述摩擦副的摩擦界面设置;优选的，所述物料输送管路上还设有输料调速器。6.根据权利要求1所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于还包括测速机构，所述测速机构至少用于测量所述对磨轮的转速;优选的，所述测速机构包括用以测定所述对磨轮的转动圈数的电子计数器。7.根据权利要求1所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于还包括集料机构，所述集料机构至少用于收集从所述摩擦副中排出的磨肩和或废液。8.根据权利要求1所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，其特征在于还包括机架，所述摩擦副、负荷机构、润滑机构以及驱动机构均安装在所述机架上。9.一种基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的方法，其特征在于包括：提供权利要求1-8中任一项所述基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的装置，将将待评估材料、对磨材料分别固定在试样轮、对磨轮上；以及使试样轮和对磨轮分别以一定的转速独立转动，通过调整对磨轮和试样轮的运动状态，从而实现不同运动状态下材料磨耗行为的量化评估。10.根据权利要求9所述的基于摩擦轮副多种工况评估材料磨耗行为的方法，其特征在于还包括:在试样轮和对磨轮转动之前或在试样轮和对磨轮转动的过程中，通过润滑机构选择性的在摩擦副接触区域添加或不添加润滑材料，实现润滑磨耗条件的变换;和或，通过负荷机构对摩擦副时间不同载荷；优选的，所述的方法还包括:通过驱动机构分别调节对磨轮和试样轮的转速；优选的，所述的方法具体包括:通过电机调速器调控试样轮和磨轮转速，从而实现纯滑动、纯滚动以及含有滑动的滚动运动状下材料磨耗行为的评估；优选的，所述的方法还包括:在摩擦过程中收集摩擦副输出的磨肩和或废液，并清理试样轮、对磨轮上的磨肩，再对磨肩和待评估材料表面的磨痕进行后续的分析和评价。

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