一种用于含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法与流程

本发明涉及一种摩擦做功测量系统及方法，具体涉及一种用于含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法，属于含能材料测量领域。

背景技术：

摩擦是引发含能材料发生点火爆炸的一个重要机械刺激。在开展含能材料摩擦功热之间的转换以及摩擦热点形成的试验研究中，有必要精确测量含能材料在摩擦试验条件下发生点火爆炸的时间点及摩擦功值。

目前针对含能材料摩擦摩擦感度的测试装置主要有落锤式和摆锤式，其通过落锤或者摆锤在其运动方向对靶板直接施加摩擦驱动力，通过改变落锤高度和质量或者摆锤角度以及和质量来改变摩擦靶板运动速度，通过改变滑板的初始位置以及靶板长度来改变滑动距离，通过改变给试样施加压力的气缸驱动气压来改变接触力大小，通过改变靶板表面粗糙度来改变摩擦系数，从而对不同试验条件下的含能材料摩擦点火进行研究。但现有测试装置中，由于摩擦靶板的滑动行程为预先设定固定值，含能材料在摩擦过程中发生点火爆炸的时刻或位置并不能测出，缺乏有效滑动行程的测量，无法准确获得含能材料摩擦点火做功值。因此，无论是落锤式还是摆锤式含能材料摩擦感度测试仪，在含能材料摩擦功热转换试验研究中，均需采用有效的方式较为准确测量含能材料试样在摩擦刺激下发生点火爆炸时刻及相应的有效摩擦行程。

技术实现要素：

本发明公开的一种用于含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法，针对现有测试装置中难于准确测量含能材料试样在摩擦刺激下发生点火爆炸时刻及相应的摩擦功值的技术问题，目的为提供用于摩擦作用下含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法，能够得到含能材料试样从发生滑动摩擦到发生点火爆炸的有效摩擦行程。本发明适用于含能材料领域，实现含能材料摩擦点火做功安全评估，进而保证含能材料应用过程中的安全性。

本发明公开的一种用于含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法不仅适用于高含能材料，对其他含能材料仍适用。

所述的含能材料指高能量密度材料指密度大于1.9g/cm³，爆速大于9km/s,爆压大于40gpa的含能材料。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种用于含能材料摩擦点火做功的测量系统，主要包括含能材料试样正压力测量系统、摩擦速度测量系统和摩擦装置附件。所述含能材料试样正压力测量系统用于测量含能材料试样在摩擦滑动过程中实时的正压力。所述摩擦速度测量系统用于测量含能材料试样在摩擦滑动过程中的实时的滑动速度。所述摩擦装置附件用于加载含能材料试样摩擦作用。

所述含能材料试样正压力测量系统主要包括接触力加载轴杆、压力传感器、压力采集器和加压气缸。

所述压力传感器的测量量程为加压气缸最大加载压力值的2～3倍，精度优于1％。所述压力传感器分别与接触力加载轴杆和加压气缸的活塞端头连接。

作为优选，为了便于压力传感器和加压气缸活塞端头安装，所述压力传感器优选垫片式压力传感器，为筒形弹性体，将垫片式压力传感器与加压气缸活塞端头连接。

作为优选，为保护垫片式压力传感器在测量过程中不被磨损，并且保证垫片式压力传感器不受偏载，在垫片式压力传感器的两侧安装高硬度的抗磨损垫圈。高硬度的抗磨损垫圈指硬度高于200hv的抗磨损垫圈。

作为优选，通过调节含能材料试样正压力测量系统加压气缸的压力实现对加载压力的预调，通过压力传感器实现摩擦点火爆炸时的压力测量，无需单独超压检测系统。此外，再次实验时无需重新安装含能材料试样正压力测量系统，节省试验成本和时间。

所述接触力加载轴杆一端作用于含能材料试样表面，另一端与压力传感器接触，加压气缸加压后通过接触力加载轴杆对含能材料试样施加正应力。所述含能材料试样为圆形药片。

所述摩擦速度测量系统主要包括两对光电开关，两对光电开关所在直线与摩擦滑动方向平行，并且第一对光电开关安装于锤体击打摩擦滑板处，第二对光电开关与第一对光电开关的间隔为摩擦滑板总滑动行程s1。摩擦滑板在滑动过程中经过两对光电开关处时遮挡光源产生开关信号变化输出。通过测量的第二对光电开关与第一对光电开关的开关信号间隔时间δt1得到滑动速度

v＝s1/δt1(1)

所述摩擦装置附件包括摩擦滑板、摩擦靶板和滑轨。

本发明公开的一种用于含能材料摩擦点火做功的测量系统的工作方法为：将含能材料试样置于摩擦靶板上预定位置，保证含能材料试样与摩擦靶板接触，通过接触力加载轴杆对含能材料试样施加预定的压力；第一对光电开关与第二对光电开关同步触发，锤体释放以预设速度撞击摩擦滑板运动，摩擦滑板依次经过第一对光电开关与第二对光电开关处时并产生两组开关信号。

所述压力采集器由第一对光电开关的开关信号联动触发，对摩擦滑动过程中含能材料试样的实时正压力进行测量。当含能材料试样在摩擦试验过程中发生点火爆炸时，则会产生超压，使得压力曲线出现脉冲。通过测得的压力曲线得到脉冲产生时刻，通过所述压力曲线脉冲产生时刻确定含能材料从发生滑动摩擦到发生点火爆炸的时间δt2。

根据第一对光电开关与第二对光电开关的开关信号间隔时间测得的滑动速度v，通过公式(2)，得到含能材料试样从发生滑动摩擦到发生点火爆炸的有效行程。

s＝v·δt2＝s1·δt2/δt1(2)

本发明适用于含能材料领域，实现含能材料摩擦点火做功安全评估，进而保证含能材料应用过程中的安全性。

有益效果：

1、现有含能材料摩擦点火测量系统未实现对含能材料摩擦点火做功的有效测量，本发明公开的用于含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法，在现有含能材料摩擦点火测量系统增加设置压力传感器、第一对光电开关与第二对光电开关，当含能材料试样在摩擦试验过程中发生点火爆炸时产生超压，通过测得的压力曲线脉冲产生时间，进而确定含能材料发生点火爆炸时刻，根据第一对光电开关与第二对光电开关的开关信号间隔时间测得的滑动速度，得到含能材料试样从发生滑动摩擦到发生点火爆炸的有效行程。

2、本发明公开的用于含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法，通过调节含能材料试样正压力测量系统加压气缸的压力实现对加载压力的预调，通过压力传感器实现摩擦点火爆炸时的压力测量，无需单独超压检测系统，此外，再次实验时无需重新安装含能材料试样正压力测量系统，节省试验成本和时间。

3、本发明公开的用于含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法，所述压力采集器由第一对光电开关的开关信号联动触发，确保测试数据的可靠性和同步性。

4、本发明公开的用于含能材料摩擦点火做功的测量系统及方法，所述压力传感器优选垫片式压力传感器，便于压力传感器和加压气缸活塞端头安装，此外，在垫片式压力传感器的两侧安装高硬度的抗磨损垫圈，保护垫片式压力传感器在测试过程中不被磨损，并且保证垫片式压力传感器不受偏载。

附图说明

图1是本发明的用于含能材料摩擦点火做功的测量系统示意图。

图2是本发明的含能材料试样正压力测量系统安装示意图。

图3是本发明的测得的含能材料试样实时接触正压力曲线图。

其中，1-接触力加载轴杆；2-压力传感器；3-压力采集器；4-加压气缸；5-含能材料试样；6-光电开关1；7-光电开关2；8-摩擦滑板；9-摩擦靶板；10-滑轨；2.1-垫片式压力传感器；2.2-抗磨损垫圈。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

本实施例公开的一种用于含能材料摩擦点火做功的测量系统，如图1所示，主要包括含能材料试样正压力测量系统、摩擦速度测量系统和摩擦装置附件。所述含能材料试样正压力测量系统包括接触力加载轴杆1、压力传感器2、压力采集器3和加压气缸4。

所述压力传感器2的测量量程为15mpa，精度为1％。所述压力传感器2为垫片式力传感器2.1，分别与加载轴杆1和加压气缸4的活塞端头连接，安装示意图如图2所示。为保护垫片式压力传感器2.1在测量过程中不被磨损，并且保证垫片式压力传感器2.1不受偏载，在压力传感器2的两侧安装硬度为300hv的抗磨损垫圈2.2。

所述接触力加载轴杆1一端作用于含能材料试样5表面，另一端与压力传感器2接触，加压气缸4加压后通过接触力加载轴杆1对含能材料试样5施加正应力。

所述含能材料试样5为直径为30mm，厚度为5mm的圆形药片。

所述摩擦速度测量系统主要由两对光电开关6和7组成，两对光电开关所在直线与摩擦滑动方向平行，并且光电开关6安装于锤体击打摩擦滑板8处，光电开关7与光电开关6的间隔为摩擦滑板总滑动行程15cm。摩擦滑板8在滑动过程中经过光电开关处时遮挡光源产生一个开关信号变化输出。通过测量的第二对光电开关与第一对光电开关的开关信号间隔时间δt1得到滑动速度

v＝0.15/δt1(3)

所述摩擦装置附件包括摩擦滑板8、摩擦靶板9和滑轨10。

本实施例公开的用于含能材料摩擦点火做功的测量系统按照以下流程实施：

步骤1、将含能材料试样置于摩擦靶板9上预定位置接触，通过接触力加载轴杆1对含能材料试样5施加预定的压力。

步骤2、光电开关6和7同步触发，锤体释放以预设速度撞击摩擦滑板8运动，摩擦滑板8运动方向受导轨10约束沿撞击方向运动，摩擦滑板7依次经过两对光电开关6和7处时并产生两组开关信号，测得两对光电开关的信号间隔时间δt1。

步骤3、所述压力采集器3由光电开关6的开关信号联动触发，对摩擦滑动过程中含能材料试样5的实时正压力进行测量。含能材料试样5在摩擦试验过程中发生点火爆炸，产生超压，使得压力曲线出现脉冲，如图3所示。触发时刻至超压脉冲时刻的时间为δt2。

步骤4、通过正压力测量系统测得的压力曲线脉冲产生时间和摩擦速度测量系统测得的滑动速度v，得到含能材料试样5从发生滑动摩擦到发生点火爆炸的有效行程为

s＝0.15·δt2/δt1(4)

将本实施例的方法应用于含能材料领域，实现含能材料摩擦点火做功安全评估，进而保证含能材料应用过程中的安全性。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。