一种罐式冲蚀磨损试验装置及方法与流程

本发明属于磨损试验装置技术领域，具体涉及一种罐式冲蚀磨损试验装置及方法。

背景技术：

材料的磨损性能是科研人员关心的一个话题。一方面，磨损是零件失效的主要形式，尤其是在冶金、矿山、工程机械、电力、煤炭、石油等领域；另一方面，磨损造成的经济损失也是巨大的，我国每年消耗的金属耐磨材料在300万吨以上，近150亿美元，其中磨料磨损占50%以上。因此研究和开发新型冲蚀磨损装置是很有必要的。

冲蚀磨损试验装置的分类方式很多，常见的分类方式有射流式、真空下落式和罐式。罐式试验装置由于结构简单、优点众多，多用于耐磨材料的冲蚀磨损试验。第一台罐式冲蚀磨损试验装置由Stauffer研制而成，其结构原理：由电机驱动垂直安装在罐体内部的旋转臂，试样通过夹具与旋转臂相连。工作时，罐体中的泥浆与试样发生撞击从而造成冲蚀磨损。现如今罐式冲蚀磨损试验装置在结构和功能上发生了很大的改进。如：申请号为201410188418.X，名称为旋转式空蚀和冲蚀磨损协同作用试验装置的中国发明；申请号为201510221035.2，名称为一种冲蚀角度和浓度可控式冲蚀磨损试验装置的中国发明专利。但仍有以下不足：

1、影响罐式冲蚀磨损试验装置的一个最主要的问题就是涡流现象，涡流使冲蚀速度和冲蚀角度无法控制。因此如何避免浆体涡流对试验结果的影响是目前必须解决的一个问题。

2、冲蚀角度是影响耐磨材料耐磨特性的重要因素，而目前国内的罐式冲蚀磨损试验装置对冲蚀角度的调节和控制大多是通过更换不同的试样盘或者夹具来实现，不但实际使用时不方便，而且角度调节范围很有限，极大的影响了罐式冲蚀磨损试验装置的使用范围。

3、罐式冲蚀磨损装置在低转速高浓度时料浆浓度不均匀是不可忽视的缺点。

4、现有的罐式冲蚀磨损试验装置多为试样转动时受到泥浆体的冲蚀，而工作时多为耐磨材料固定，受到流动的泥浆冲蚀（例如：泵中的衬套、旋流器内衬），现有的罐式冲蚀磨损试验装置并不能很好的模拟，不利于对研究耐磨材料的冲蚀磨损性能。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种罐式冲蚀磨损试验装置及方法，该装置可有效降低涡流的产生，可以更精确的控制冲蚀速度和冲蚀角度；在“低转速高浓度”时避免料浆浓度不均匀现象的发生；更好的检测试样在实际工作状态中的冲蚀磨损性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种罐式冲蚀磨损试验装置，包括支架和试样夹，所述支架上设有可转动的中空滚筒，所述中空滚筒上设有密封盖，所述中空滚筒或密封盖上设有通孔，所述试样夹设置在中空滚筒的内部并与支架联接，所述中空滚筒转动时，试样夹静止不动，所述中空滚筒的内壁上设有叶片。

所述试样夹通过位移装置与支架联接，所述位移装置位于中空滚筒的内部，位移装置用于实现试样夹的上下移动。

所述位移装置与支架滑动联接，位移装置滑动时，带动试样夹左右移动。

所述位移装置包括横梁和下拉杆，所述下拉杆的下端与试样夹联接，所述下拉杆与横梁滑动联接，用于实现试样夹的上下移动，所述横梁与支架滑动联接，用于实现试样夹的左右移动。

所述下拉杆为齿条，所述横梁上设有与齿条配合的齿轮，通过齿轮的转动实现下拉杆的上下移动。

所述试样夹包括固定块、铰接块、滑块和连杆，所述固定块用于固定试样，所述固定块与铰接块铰接，所述连杆两端分别与固定块和滑块铰接，所述滑块与固定块或铰接块滑动联接，所述铰接块与支架联接。

所述中空滚筒通过电机实现转动。

所述中空滚筒为圆柱形。

一种罐式冲蚀磨损试验方法，在中空滚筒内注入浆体，将试样固定在中空滚筒内的试样夹上，把试样伸入浆体中；使中空滚筒转动，中空滚筒转动时，设置在中空滚筒内的试样夹和试样静止不动；浆体在叶片搅动和中空滚筒转动的双重作用下，冲蚀试样夹上的试样。

所述试样伸入浆体中的深度可以调节。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

中空滚筒可通过电机实现转动，电机通过皮带将转速和扭矩传递到旋转轴，从而带动中空滚筒转动，叶片搅动泥浆冲蚀试样，由于泥浆体在叶片搅动和中空滚筒转动的双重作用下，料浆浓度的均匀性相对于现有设备有了很大的改进，在“低转速高浓度”时避免料浆浓度不均匀现象的发生。同时，冲蚀磨损试验中的浆体不易产生涡流，可以更精确的控制冲蚀速度和冲蚀角度。

中空滚筒转动时，试样夹静止不动，符合耐磨材料的实际工作状态，从而更好的试验试样在实际工作状态中的冲蚀磨损性能，提高检测数据的准确性。

本发明的浆体磨料种类、浆体PH值、试样的冲蚀线速度和冲蚀角度都可以调整，适于对耐磨材料性能的研究。通过位移装置，可调整试样夹在中空滚筒内的位置，对试样的尺寸并没有严格要求，实现试样在不同位置冲蚀磨损性能的试验。通过调整试样夹可以实现冲蚀角度0～90度范围内的调整。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明试样夹的侧视图；

图4是本发明试样夹的主视图；

其中：1为支架，2为试样夹，3为中空滚筒，4为密封盖，5为叶片，6为横梁，7为下拉杆，8为齿轮，9为固定块，10为铰接块，11为滑块，12为连杆，13为电机，14为试样，15为C面，16为旋转轴，17为轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～2所示：一种罐式冲蚀磨损试验装置，包括支架1和试样夹2，支架1上设有可转动的中空滚筒3，试样夹2设置在中空滚筒3的内部并与支架1联接，中空滚筒3上设有密封盖4，通过打开密封盖4可以将试样夹2上的试样14取出，中空滚筒3的内壁上设有叶片5。叶片5至少有两个且均匀分布在中空滚筒3的内壁上。

电机13通过皮带和带轮将转速和扭矩传递给中空滚筒3，中空滚筒3与带轮联接，电机13通过皮带使带轮转动从而带动中空滚筒3转动，中空滚筒3上设有旋转轴16和轴承17，轴承17固定在旋转轴16上并与支架1联接。除了采用皮带传动机构，还可以采用齿轮传动机构、链条传动机构及其他传动机构。当然，除了采用电机13还可采用发动机或者其它动力构件。

中空滚筒3上设有可以打开的密封盖4，密封盖4可以与中空滚筒3铰接、螺纹联接或者采用其他可拆卸联接方式。

通过打开密封盖4可将固定有试样14的试样夹2放入中空滚筒3内；试样夹2联接有位移装置，位移装置包括横梁6和下拉杆7，下拉杆7的下端与试样夹2联接，下拉杆7与横梁6滑动联接，横梁6与支架1滑动联接。可在中空滚筒3或密封盖4上设有通孔，以使横梁6伸出中空滚筒3外或使支架1伸入中空滚筒3内。

位移装置的作用在于实现试样夹2上下、左右位置的移动，下拉杆7与横梁6滑动联接，拉动下拉杆7实现试样夹2的上下移动；因为可以通过调节下拉杆7与横梁6的相对位置关系，从而改变试样14在泥浆中的深度，所以对试样14的尺寸没有严格的要求；通过调节可以使下拉杆7不伸入泥浆，避免下拉杆7的磨损，提高设备的整体使用寿命。

下拉杆7可以为齿条，横梁6上设有与齿条配合的齿轮8，通过齿轮8的转动方便调节下拉杆7与横梁6的相对位置关系。

位移装置与支架1滑动联接，也就是指横梁6与支架1滑动联接，实现试样夹2的左右移动，从而可以试验试样14在中空滚筒3内不同位置情况下的冲蚀磨损性能。当需要取出试样14时，可将密封盖4打开，拉动横梁6将试样夹2从中空滚筒3中取出，然后取出试样14。装夹试样14的方法与取出试样14的方法相反。

当然，可以省去位移装置，支架1穿过中空滚筒3或密封盖4上设有通孔伸入中空滚筒3内直接与试样夹2联接。

如图3～4所示，试样夹2包括固定块9、铰接块10、滑块11和连杆12，固定块9上设有固定螺栓、凹槽，将试样14放置在固定块9的凹槽中，通过旋紧固定螺栓，从而挤压试样14达到固定的目的。当设有位移装置时，铰接块10与位移装置中的下拉杆7联接；当省去位移装置时，铰接块10直接与支架1联接。

固定块9与铰接块10铰接，连杆12两端分别与固定块9和滑块11铰接，滑块11与固定块9或铰接块10滑动联接；当需要调节冲蚀角度时，可通过调节固定块9与铰接块10之间的夹角，调节后通过连杆12和滑块11对它们之间的夹角进行固定，从而改变试样14的冲蚀角度。

当然，试样夹2还可采用其他夹紧机构，只要可以固定试样14即可。

具体使用时：

试样14经线切割加工成长方体（具体尺寸可以根据试样夹2而定），试验前将试样14放入无水酒精中浸泡并用超声波清洗机清洗10-15min，吹干后用精密电子称进行称重、记录数据。清洗罐体、并吹干；将试样14固定在试样夹2上，按要求调节滑块11与固定块9或铰接块10的位置调节冲蚀角度，将铰接块10旋入下拉杆7的螺母内，此时应该保证试样14的C面15与中空滚筒3的侧面垂直，转动齿轮8调节试样14在泥浆体中的位置，按比例加入水和骨料，并调节设定PH值（一般向加入泥浆体酸性或者碱性溶液）。泥浆体一般由水和磨料组成，磨料可以是二氧化硅、氧化铝、碳化硅、玻璃球等，实际试验时按要求选取。移动横梁6，将试样夹2送入中空滚筒3中，盖好密封盖4。启动电机13、调节转速并录时间。试验完成后，卸出试样14；用超声波清洗机清洗10-15min，吹干；再次使用精密电子称进行称重，试样14前后两次重量之差，即为耐磨材料的冲蚀磨损量，并进一步根据公式计算耐磨材料的冲蚀磨损率，研究材料的耐磨特性。同时也可以重新调节实验参数，测量不同磨料、浆体温度、PH值、冲蚀线速度和充蚀角度对耐磨材料影响。由于试验过程中磨料存在破碎和钝化现象，因此磨料不宜重复使用。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。