專利名稱：一種用于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的多種氣氛精確比例控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種用于摩擦磨損試 驗(yàn)機(jī)的多種氣氛精確比例控制裝置。
背景技術(shù)：
多氣氛精確比例控制是環(huán)境測試領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。隨著多氣氛混合試驗(yàn)環(huán)境應(yīng) 用越來越多，對(duì)兩種及兩種以上氣氛比例混合精確要求也越來越高。現(xiàn)有的氣體比 例混合設(shè)備已用于食品氣調(diào)保鮮用氣、金屬冶煉保護(hù)氣、氣體保護(hù)焊用氣、氣焰切 割用氣、氣相反應(yīng)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，為社會(huì)創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。氣體比 例混合的方法主要有兩種 一種是流量法，采用流量閥對(duì)氣體作節(jié)流比例混合；一 種是壓力法，通過控制混合氣體中各種氣體成分的分壓使氣體按比例混合。多數(shù)氣 氛混配裝置有氣路系統(tǒng)、電器控帝孫統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成，設(shè)備龐大而昂貴，裝 置的精度和效益無法兼顧。另外，其中一些氣氛比例混合裝置在氣氛混酉ai程中不 能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷供氣，其使用范圍受到限制。
目前，試驗(yàn)用高溫氣氛摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)大多是自制設(shè)備，沒有適用于高鵬擦 磨損試驗(yàn)機(jī)的通用氣氛混配控制裝置?，F(xiàn)有的各種氣氛比例精確混合控制裝置都存 在不同程度的局限性，如有的僅適用于常溫狀態(tài)，有的不能連續(xù)不間斷供氣。由于 高溫氣氛摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境氣室存在摩擦配副運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，因此，在技術(shù) 上實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)環(huán)i竟氣室的全密封幾乎是不可能的，要保證試驗(yàn)環(huán)境氣室氣氛精確比例
是困難的。高溫氣m^擦磨損i式驗(yàn)機(jī)的多氣氛精確比例用氣需具備以下條fK首先，
滿足摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)長時(shí)間試驗(yàn)工作要求的穩(wěn)定且連續(xù)不間斷的氣流；其次，要求
保證氣氛按比例精確混合后，通到半封閉試驗(yàn)環(huán)境氣室，試驗(yàn)環(huán)境氣室氣氛精確比
例不受影響；再次，實(shí)5 試驗(yàn)環(huán)境氣室氣氛驢的控制。精確的控審愾氛比例、
正確的試驗(yàn)操作方法及溫度控制精度等都會(huì)影響高溫摩擦磨損試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際工
況環(huán)境的接近程度，從而影響摩擦副在模擬工況狀態(tài)下摩擦磨損規(guī)律的準(zhǔn)確性，進(jìn)
而導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的任務(wù)即由此產(chǎn)生，公開一種用于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的多種氣氛精確 比例控制裝置?？蓪?shí)現(xiàn)多氣氛比例混合和試驗(yàn)環(huán)境驢的精確控制，能滿足連續(xù)不
3間斷摩擦磨損試驗(yàn)用氣要求，同時(shí)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作安全可靠，達(dá)到了多氣氛比例及溫度精確控制和成本較低的目的。
為完成上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是該裝置由若干^體輸入支路、氣氛混配箱、試驗(yàn)機(jī)主體、控溫機(jī)構(gòu)及冷卻機(jī)構(gòu)組成，氣體輸入支路的若干個(gè)
氣源分別經(jīng)輸氣管iSA氣氛混配箱的儲(chǔ)氣瓶內(nèi)進(jìn)行充分混合，氣氛混配箱主要由減
壓閥、多個(gè)質(zhì)量流量控制器、流量計(jì)、氣體分析JM儲(chǔ)氣瓶組成，混合氣氛進(jìn)氣管經(jīng)氣體接頭送入試驗(yàn)機(jī)主體上的環(huán)境氣室內(nèi)，環(huán)境氣室為半封閉結(jié)構(gòu)，由密封蓋密閉，在環(huán)境氣室外設(shè)置有可對(duì)環(huán)境氣室內(nèi)氣氛進(jìn)行加熱的爐體，在爐體的外壁上設(shè)
置有對(duì)其進(jìn)行冷卻降溫的冷卻機(jī)構(gòu)；在試驗(yàn)機(jī)主體上設(shè)置有交流電機(jī)、主軸、加載桿及支撐杠桿，主軸的上端與設(shè)置在環(huán)境氣室內(nèi)的下試樣放置盤固連、下端經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與交流電機(jī)帶動(dòng)的主軸連接；加載桿由砝碼盤、壓簧、上試樣及頂桿組成，加載桿的下端位于環(huán)境氣室內(nèi)，砝碼盤和壓簧設(shè)置在加載桿上，加載桿與支靴桿連接。
本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)氣氛精確比例控制裝置氣氛控制精度不高和性價(jià)比高的缺點(diǎn)，能滿足連續(xù)不間斷摩擦磨損 用氣要求，可實(shí)現(xiàn)多氣氛比例混合和試驗(yàn)
環(huán)境溫度的精確控制。該試驗(yàn)機(jī)氣氛混配比例精度可達(dá)1%以內(nèi)，混合氣氛輸入流
量為500ml/min，環(huán)境M^控制范圍為室溫(23 °C) 700°C，環(huán)境驗(yàn)控制精度為1%FS。氣氛比例顯示及控制都可在氣氛混配箱面板上的顯示屏及按鈕實(shí)現(xiàn)，爐體》鵬與試驗(yàn)環(huán)境氣室鵬在溫控儀面板上者陏顯示。爐^^與環(huán)境氣室驢有少量溫差，經(jīng)測試，爐^^顯度20(TC時(shí)，環(huán)境氣室驢為185。C,爐內(nèi)溫度為30CrC時(shí)，試驗(yàn)環(huán)境氣室溫度為28(TC。實(shí)現(xiàn)了多氣氛比例混合和對(duì)環(huán)境氣室溫度的精確控制，并達(dá)到了控制精度和效益兼顧的目的。試驗(yàn)裝置控制精度較高，操作簡便，可實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境氣氛中進(jìn)行球/盤或銷/盤摩擦副的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際高溫氣氛環(huán)境有良好的相關(guān)性，達(dá)到了，莫擬各種試驗(yàn)環(huán)境的要求。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi)交流電機(jī)；2試驗(yàn)機(jī)主體；3主軸；4冷卻水箱；5氣氛混配箱；6氣源；7輸氣管；8混合氣氛進(jìn)氣管；9冷卻水管；IO冷卻水進(jìn)口； 11.爐體；12氣體接頭；13環(huán)境氣室；14密封蓋；15砝碼盤；16.加載桿；17壓簧；18砝碼；19上試樣；20下試樣；21支撐杠桿。
具體實(shí)施方式
下面用實(shí)施例的方式對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步闡述本實(shí)施例所述的可滿足高溫氣氛摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)使用的多氣氛精確比例控制
4方法為試驗(yàn)前從試驗(yàn)機(jī)主體的環(huán)境氣室取出加載桿，封閉試驗(yàn)環(huán)境氣室，此時(shí)環(huán) 境氣室為全封閉狀態(tài)，可對(duì)環(huán)境氣室抽真空。利用設(shè)置在試驗(yàn)環(huán)境氣室外圍的電爐 絲對(duì)環(huán)境氣室進(jìn)行升溫，同時(shí)開啟循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，該冷卻7JC循環(huán)系統(tǒng)由輸水管小 馬達(dá)帶動(dòng)。待環(huán)境溫度與設(shè)定纟顯度達(dá)到平衡后，通入已按比例精確混合的穩(wěn)定流量 的氣氛，待環(huán)境氣室氣壓與外界大氣壓平衡時(shí)，方i(A加載桿，此時(shí)環(huán)境氣室處于半 封閉狀態(tài)，但由于氣氛的單向流動(dòng)效應(yīng)，試驗(yàn)氣室內(nèi)混合氣氛精確比例保持不變。 環(huán)境氣室在不間斷通入混合氣氛過程中氣室驢也有少量下降，不過由于輸入試驗(yàn)
用氣氛流量較小，環(huán)境氣室仍^i到一個(gè)熱交換平衡，加上此時(shí)電爐一直處于工作
狀態(tài)，試驗(yàn)環(huán)境氣室內(nèi)溫度會(huì)保持穩(wěn)定。至此，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)機(jī)環(huán)境氣室的氣氛比例 和氣氛溫度的有效控制。最后，開啟電機(jī)，由電機(jī)帶動(dòng)下試樣轉(zhuǎn)動(dòng)，通^1±下試樣 對(duì)偶面的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)，此時(shí)，試驗(yàn)機(jī)即處于摩擦工作狀態(tài)。
具體如圖1所示該裝置由若干^體輸入支路、氣氛混配箱、試驗(yàn)機(jī)主體、 控溫機(jī)構(gòu)及冷卻機(jī)構(gòu)組成，氣體輸入支路的若干4^源6分別經(jīng)輸氣管7進(jìn)入氣氛 混配箱5。氣源6成份可以是氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、氫氣、二氧化硫、氦氣、?氣等無劇毒且混合后高溫不發(fā)生爆炸的氣體。用于盛放氣源6的容器為氣體鋼瓶或者氣體增壓容器。氣氛混配箱5主要由多個(gè)減壓閥、質(zhì)量流量控制器、流量計(jì)、氣
體分析儀及儲(chǔ)氣瓶組成，各高壓氣源通過減壓閥減壓至指定壓力并由質(zhì)量流量控制 器控制各氣氛流量比例，并由氣體分析儀分析氣體成分并在混配箱面板顯示氣氛配
比，混合氣氛進(jìn)入儲(chǔ)氣瓶內(nèi)進(jìn)行充分混合?；旌蠚夥者M(jìn)氣管8經(jīng)氣體接頭12送入 試驗(yàn)機(jī)主體2上的環(huán)境氣室13內(nèi)，環(huán)境氣室13為半封閉結(jié)構(gòu)，可由密封蓋14密 閉，密封蓋上留有孔，以便放置加載桿16，需要時(shí)也可以將孔封閉密封環(huán)境氣室 13。在環(huán)境氣室13外設(shè)置有可對(duì)環(huán)境氣室13內(nèi)氣氛進(jìn)行加熱的爐體11，爐體11 用溫控儀控溫，溫控儀可適時(shí)顯示爐體11和環(huán)境氣室13的纟顯度，控溫i^用的是 環(huán)繞在環(huán)境氣室13外圍的電爐絲的常規(guī)控制方式。由于該試驗(yàn)機(jī)屬于高溫氣 擦磨損試驗(yàn)機(jī)，為避免爐體高^^環(huán)境氣室外壁其它裝置及電子元件的損壞，在爐 體11的外壁上設(shè)置有對(duì)其進(jìn)行冷卻降溫的冷卻機(jī)構(gòu)。該冷卻機(jī)構(gòu)為循環(huán)7K冷卻， 即在爐體ll上設(shè)置水套，冷卻水管9的一端經(jīng)冷卻水進(jìn)口 10與設(shè)置7jC套超雖，冷 卻水由連接在水管上的微型馬達(dá)帶動(dòng)m卩水循環(huán)，冷卻水管9另一端與7襯卩水箱4 M。試驗(yàn)機(jī)主體2為框架結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置有交流電機(jī)l、主軸3、加載桿16及固 聯(lián)在試驗(yàn)機(jī)主體2上的支撐杠桿21。主軸3的上端固聯(lián)下i辦20的放置盤，此盤 位于環(huán)境氣室13內(nèi)，下端經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與交流電機(jī)1帶動(dòng)的主軸3連接。加載桿16 由砝碼盤18、壓簧17、上試樣19及頂桿組成，加載桿16的下端位于環(huán)境氣室13 內(nèi)，砝碼盤15和壓簧17設(shè)置在加載桿16上，加載桿連接的上試樣19可以是球試 樣或者銷試樣。除了通過調(diào)整主軸3的繊來調(diào)整上下試樣滑動(dòng)速度的目的，還可
5通過調(diào)整安裝在支纟ftl桿21的加載桿16的中心與下試樣20中心的回轉(zhuǎn)半徑，達(dá) 到調(diào)整上下試樣相對(duì)滑動(dòng)速度的目的。加載桿16與支撐杠桿21連接，支ML桿21 可在試驗(yàn)機(jī)主體導(dǎo)軌上滑動(dòng)。
試驗(yàn)前先將試驗(yàn)加載桿16取出，打開密封蓋14，此時(shí)環(huán)境氣室13處于敞開 狀態(tài)，安裝下試樣20，將其放置在環(huán)境氣室13內(nèi)，蓋好密封蓋14。將試驗(yàn)環(huán)境氣 室13密封并抽真空，同時(shí)打開氣氛混配箱5的總電源和流量計(jì)顯示儀開關(guān)。清洗 管路8和環(huán)境氣室13，然后，關(guān)閉管路8，再次對(duì)環(huán)境氣室13抽真空，反復(fù)幾次， 使整個(gè)氣路系統(tǒng)得到充分的清洗。此時(shí)，啟動(dòng)控溫儀，爐體11將環(huán)境氣室13內(nèi)的 溫度加熱到所需纟，值。再將氣氛混配器5開關(guān)調(diào)整到閥控狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié) 每種氣氛流量計(jì)到所需流量。然后通入已經(jīng)按比例混合的氣體，待環(huán)境氣室內(nèi)氣壓 超過大氣壓之后，打開密封蓋14，放入并固定上試樣19及與其連接的加載桿16， 然后向砝碼盤15加載砝碼18，用壓簧17壓好。放置加載桿16及摩擦磨損試驗(yàn)過 程中，環(huán)境氣室13處于半封閉狀態(tài)，會(huì)溢出少量氣體，但由于氣流具有不間斷單 向流動(dòng)效應(yīng)，即氣體一直只能從進(jìn)氣管進(jìn)入環(huán)境氣室13，從環(huán)境氣室13上端流出， 因此，能保證輸入到半封閉環(huán)境氣室13內(nèi)氣氛比例不變，達(dá)到了控制試驗(yàn)所需氣 氛比例精確的環(huán)境要求。待環(huán)境氣室13纟驢與爐鵬度達(dá)到熱交換平衡時(shí)，環(huán)境 氣室13內(nèi)混合氣氛的Mit會(huì)保持穩(wěn)定。至此，滿足了高 鵬擦磨損試驗(yàn)環(huán)境控制 要求。然后，開啟電機(jī)l,帶動(dòng)下試樣20旋轉(zhuǎn)，上下試樣對(duì)偶面進(jìn)行滑動(dòng)摩擦磨損 試驗(yàn)。此時(shí)，高溫氣氛摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)處于工作狀態(tài)，待試驗(yàn)完成后，依次關(guān)閉全 部閥門和電源等一些后續(xù)工作。
權(quán)利要求1、一種用于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的多種氣氛精確比例控制裝置，其特征是該裝置由若干個(gè)氣體輸入支路、氣氛混配箱、試驗(yàn)機(jī)主體、控溫機(jī)構(gòu)及冷卻機(jī)構(gòu)組成，氣體輸入支路的若干個(gè)氣源(6)分別經(jīng)輸氣管(7)進(jìn)入氣氛混配箱(5)的儲(chǔ)氣瓶內(nèi)進(jìn)行充分混合，氣氛混配箱(5)主要由減壓閥、多個(gè)質(zhì)量流量控制器、流量計(jì)、氣體分析儀及儲(chǔ)氣瓶組成，混合氣氛進(jìn)氣管(8)經(jīng)氣體接頭(12)送入試驗(yàn)機(jī)主體(2)上的環(huán)境氣室(13)內(nèi)，環(huán)境氣室為半封閉結(jié)構(gòu)，由密封蓋(14)密閉，在環(huán)境氣室(13)外設(shè)置有可對(duì)環(huán)境氣室內(nèi)氣氛進(jìn)行加熱的爐體(11)，在爐體的外壁上設(shè)置有對(duì)其進(jìn)行冷卻降溫的冷卻機(jī)構(gòu)；在試驗(yàn)機(jī)主體(2)上設(shè)置有交流電機(jī)(1)、主軸(3)、加載桿(16)及支撐杠桿(21)，主軸(3)的上端與設(shè)置在環(huán)境氣室(13)內(nèi)的下試樣(20)放置盤固連、下端經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與交流電機(jī)(1)帶動(dòng)的主軸(3)連接；加載桿(16)由砝碼盤(18)、壓簧(17)、上試樣(19)及頂桿組成，加載桿的下端位于環(huán)境氣室(13)內(nèi)，砝碼盤和壓簧設(shè)置在加載桿上，加載桿(16)與支撐杠桿(21)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的多種氣氛精確比例控制裝置，其特征是所述的用于盛放氣源(6)的容器為氣體鋼瓶或者氣體增壓容器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的多種氣氛精確比例控制裝置，其特征是所述的爐體(11)的外圍設(shè)置有電爐絲，由溫控儀控溫。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的多種氣氛精確比例控制裝置，其特征是所述的在爐體(11)夕卜壁上設(shè)置的冷卻機(jī)構(gòu)為循環(huán)水冷卻，即在爐做11)上設(shè)置7K套，冷卻水管(9)的一端經(jīng)冷卻水進(jìn)口(10)與設(shè)置水套連通，冷卻水由連接在水管上的微型馬達(dá)帶動(dòng)冷卻水循環(huán)，冷卻水徵9)另一端與冷卻水箱(4漣通。
專利摘要本實(shí)用新型公開的一種用于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的多種氣氛精確比例控制裝置的若干個(gè)氣源分別經(jīng)輸氣管進(jìn)入氣氛混配箱的儲(chǔ)氣瓶內(nèi)進(jìn)行充分混合，混合氣氛進(jìn)氣管送入試驗(yàn)機(jī)主體上的半封閉環(huán)境氣室內(nèi)，在環(huán)境氣室外設(shè)置有爐體，在爐體的外壁上設(shè)置有對(duì)冷卻機(jī)構(gòu)；在試驗(yàn)機(jī)主體上設(shè)置有交流電機(jī)、主軸、加載桿及支撐杠桿，主軸的上端與設(shè)置在環(huán)境氣室內(nèi)的下試樣放置盤固連、下端經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與交流電機(jī)帶動(dòng)的主軸連接；加載桿的下端位于環(huán)境氣室內(nèi)，砝碼盤和壓簧設(shè)置在加載桿上，加載桿與支撐杠桿連接。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了多氣氛比例和環(huán)境溫度的精確控制，能滿足連續(xù)不間斷摩擦磨損試驗(yàn)用氣要求，同時(shí)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作安全可靠，達(dá)到了多氣氛比例精確控制和成本較低的目的。
文檔編號(hào)G01N3/56GK201397278SQ20092008917
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者張永振, 袁文征, 明 邱, 鐵喜順 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)