基于控制冲击能量的微幅冲击磨损试验装置及其试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冲击磨损试验装置，具体涉及一种通过控制冲击能量研宄微幅冲击 磨损的试验装置及其试验方法。
【背景技术】
[0002] 冲击磨损是两个固体表面之间反复动态接触、撞击所造成的表面磨损。在各类机 械中，许多零部件都承受着不同程度的冲击磨损，而由冲击微动磨损所引发的机械零部件 失效广泛存在于电力、石化、矿山机械、海洋机械、航空航天等领域，从带来了较大的能源浪 费，给人民财产安全及国民经济带来了巨大的损失。冲击载荷会造成接触表面破坏，严重时 将导致机器零部件失效。在磨损失效的类型中，冲击磨损可能是对材料最为不利、了解最少 的一类磨损。为了研宄这种磨损，到目前为止，国内外已研制出多类型的试验机。
[0003] 冲击磨损过程是一个能量分配过程，它将把能量消耗于热现象、声现象、电现象， 消耗于表面的磨耗、磨料微粒的压碎等等，也可把磨损的因果关系用能量联系起来。目前， 现在的冲击磨损试验机自动化程度低，一般是基于力控制来研宄冲击磨损，而冲击磨损是 一个能量转化的过程，因此，此类装置不能全面的来研宄冲击磨损行为。此外，现有基于控 制能量的冲击磨损试验机自动化程度低、频率也较低(仅为零点几Hz)，从而导致冲击磨损 试验效率较低。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构简单且从能量角度来研宄微幅冲 击磨损的试验装置。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种基于控制冲击能量的微幅冲击磨损试验装置，包括驱动电机，受所述驱动电机驱 动的阻尼冲头，一端与所述阻尼冲头连接的拉杆，位于所述拉杆另一端且在所述拉杆作用 下的可作直线运动的能量块，设置在所述能量块一侧的磁栅尺，与所述磁栅尺配合使用的 磁栅尺读数头，与所述能量块连接的块夹具，以及位于所述能量块尾端方向且其上固定有 管夹具的试样装夹底板。
[0006] 进一步的，在所述能量块的首端方向还设置有限位块，所述限位块上开设有通孔， 所述拉杆穿过该通孔。
[0007] 进一步的，所述驱动电机为音圈电机，所述阻尼冲头的一端通过电机适配板与所 述音圈电机连接。
[0008] 进一步的，所述阻尼冲头包括用于安装所述拉杆的第一套筒，与所述第一套筒配 合并通过螺纹连接的第二套筒，一端为凸台结构且位于所述第二套筒内、另一端与所述驱 动电机连接的推力杆，分别设置在所述推力杆凸台的两侧的第一弹簧和第二弹簧。
[0009] 进一步的，所述能量块上靠近所述拉杆的一侧上开设有相互连通的孔和矩形槽， 所述拉杆为"T"型杆，其口径较小的一端固定在所述第一套筒上，其口径较大的一端位于所 述矩形槽内。
[0010] 进一步的，还包括具有滑槽和T型槽的安装底板，所述驱动电机、限位块、能量块 和试样装夹底板均安装在所述安装底板上；所述磁栅尺读数头通过读数头安装板固定在安 装地板上，所述能量块通过直线滚动单元安装在安装底板上，所述直线滚动单元通过直线 滚动单元固定板安装在安装底板上。
[0011] 进一步的，所述限位块、直线滚动单元固定板和试样装夹底板可在所述滑槽内滑 动。
[0012] 进一步的，所述磁栅尺表面与所述磁栅尺读数头的读头间隙为0. 1mm~2. 0_。
[0013] 进一步的，所述限位块和阻尼冲头不发生接触且二者的中心线位于同一条直线 上；所述拉杆、孔的中心线位于同一条直线上。
[0014] 基于控制冲击能量的微幅冲击磨损试验装置的试验方法，包括以下步骤： (1) 音圈电机以正弦曲线运行； (2) 音圈电机达到最大速度时通过阻尼冲头将能量块冲出； (3) 能量块以速度Vi沿直线滚动单元运行作直线运动； (4) 音圈电机速度达到0时，能量块与试样发生冲击； (5) 能量块以速度v2反弹； (6) 限位块对能量块的反弹进行限位； (7) 阻尼冲头回复至初始位置。
[0015] 本发明的设计原理：根据动能定理E= (l/2)mv2,可通过控制冲击时的速度和能量 块的质量进而控制冲击动能大小。由公式:W=Ei_E2，可计算出一个周期过程中冲击磨损对 能量的消耗多少(其中，Ei冲击动能，￡2反弹动能)。通过乘以周期次数，得出整个冲击过程 中冲击磨损对能量的消耗多少。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： (1)本发明采用控制速度来控制能量块能量的设计，实现了从能量角度来研宄微幅冲 击磨损，有效地克服了现有通过力的角度来研宄微幅冲击磨损的缺陷。
[0017] (2)本发明中试验机采用微机控制，实现所有物理参量的自动显示、存储，不仅可 以监控试验机的运转情况，而且还可以有效提高试验精度。
[0018] (3 )本发明中的速度采集采用磁栅尺读数头，采集数据精准。
[0019] (4)本发明在控制恒定的冲击能量情况下、实现了高频冲击，极大提高了试验效 率。
[0020] (5)本发明结构简单，制造成本低，与现有技术相比，不仅具备新颖性和创造性，而 且具备非常高的实用性，为其大范围的推广应用，奠定了坚实的基础。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的整机结构示意图。
[0022] 图2是本发明的俯视结构示意图。
[0023] 图3是本发明的右视结构示意图。
[0024] 图4是本发明中阻尼冲头安装固定结构示意图。
[0025]图5是本发明中阻尼冲头结构示意图。
[0026] 图6是本发明中阻尼冲头的结构拆分示意图。
[0027] 图7是本发明中能量块结构示意图。
[0028] 上述附图中附图标记对应的名称如下：1-驱动电机；2-阻尼冲头；3-能量块； 4_试样装夹底板；5-T型螺栓；6-六角螺母；7-安装底板；8-读数头安装板；9-磁栅尺读数 头；1〇-直线滚动单兀固定板；II-限位块；12-电机适配板；13-内六角螺栓；14-块夹具； 15-块试样；16-管试样；17-管夹具；18-直线滚动单元；19-拉杆；20-第一套筒；21-第 二套筒；22-推力杆；23-内六角螺栓；24-第一弹簧；25-第二弹簧；26-磁栅尺；27-滑槽； 28-T型槽；29-孔；30-矩形槽。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于 下列实施例。 实施例
[0030] 如图1至7所示，本实施例提供了一种基于控制冲击能量的微幅冲击磨损试验装 置，该试验装置主要包括驱动电机、阻尼冲头、拉杆、限位块、能量块、直线滚动单元及其固 定板、试样装夹底板、安装底板等部件。其中，驱动电机优选为音圈电机，其是整个试验装置 的动力提供单元，驱动电机由电机控制系统，电机控制系统该系统可控制音圈电机的运行 频率、运行幅值及运行速度曲线类型，具有数字化和可操作化程度高的优点，可满足不同频 率、不同速度和不同加载曲线的试验要求。
[0031] 安装底板为本试验装置中其它部件提供安装空间，安装底板的中部用于安装限位 块、能量块和试样装夹底板的位置处设置有滑槽和T型槽，通过该设计，可以实现限位块、 能量块和试样装夹底板相对于安装底板的位置的调节，进而可以调节冲击幅值以适应试验 要求。
[0032] 阻尼冲头主要用于将音圈电机产生的动力传递至能量块，具体的说，阻尼冲头包 括第一套筒，与第一套筒配合并通过螺纹连接的第二套筒，一端为凸台结构且位于第二套 筒内、另一端与驱动电机连接的推力杆，分别设置在推力杆凸台的两侧的第一弹簧和第二 弹簧。其中，阻尼冲头中的推力杆通过电机适配板与音圈电机的输出端连接，推力杆与电机 适配板通过螺纹连接，电机适配板通过四个内六角螺栓与音圈电机连接；拉杆安装在第一 套筒上并由内六角螺栓进行紧固。第一弹簧和第二弹簧均为阻尼弹