轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置的制作方法

本实用新型特别涉及一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置，属于磨耗检测技术领域。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置，以克服现有技术的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置，其包括：

摩擦副，包括试样轮和对磨盘，所述试样轮上固定有待评估材料，所述对磨盘上固定有对磨材料，所述试样轮和对磨盘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；

角度调节机构，至少用于调节所述摩擦副的摩擦角度；

驱动机构，至少用于分别独立驱动试样轮和对磨盘。

进一步的，所述试样轮和对磨盘的直径相同或不同，所述试样轮的轮轴与对磨盘的轮轴相互垂直。

优选的，所述试样轮的轮轴水平设置。

进一步的，所述对磨盘的一侧盘面设置有凹槽，所述对磨材料被容置于所述凹槽内。

优选的，所述凹槽为环状凹槽。

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，所述第一驱动机构和第二驱动机构分别与试验轮、对磨盘传动连接。

优选的，所述的装置还包括调速机构，所述调速机构至少用以调节试样轮和/或试样轮的转速。

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。

进一步的，所述角度调节机构包括角度调节轨道，至少所述试样轮能够沿所述角度调节轨道移动，以在所述试样轮和对磨盘之间形成不同的摩擦角度。

优选的，所述角度调节轨道为沿所述对磨盘边缘设置的弧形轨道。

优选的，所述角度调节轨道的角度调节范围为0-180°。

优选的，所述角度调节机构还包括支撑架，所述支撑架的一端与所述试样轮连接，另一端与所述角度调节轨道连接。

优选的，所述装置还包括角度固定机构，所述角度固定机构与所述支撑架连接。

进一步的，所述负荷机构包括液压加载机构，所述液压加载机构包括液压托盘和液压机构，所述液压机构与液压拖盘连接，所述液压托盘设置于所述对磨盘下方。

优选的，所述液压托盘与对磨盘之间还设置有压力传感器。

进一步的，所述的装置还包括：集料机构，其至少用以收集从摩擦副中排出的磨屑和/或废料。

优选的，所述集料机构包括清扫机构，所述清扫机构包括磨屑刷固定架以及可拆卸连接于所述磨屑刷固定架一端的磨屑刷。

优选的，所述磨屑刷固定架与磨屑刷以磁力结合的方式连接。

进一步的，所述的装置包括：机架箱体，所述负荷机构、角度调节机构、驱动机构、清扫机构均安装于所述机架箱体上。

进一步的，所述的装置还包括：中控系统机构，所述中控系统机构分别与所述负荷机构、驱动机构连接，并至少用以控制所述负荷机构、驱动机构的工作状态。

进一步的，所述中控系统机构还包括测速机构，所述测速机构至少用以测量所述试样轮和/或对磨盘的转速。

优选的，所述测速机构包括用以测定所述试样轮和/或对磨盘的转动圈数的计数机构。

优选的，所述计数机构包括电子计数器。

本实用新型实施例还提供了一种基于轮盘式摩擦副模拟不同工况评估材料磨耗行为的方法，其包括：

提供所述的轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置，

将待评估材料、对磨材料分别固定在试样轮、对磨盘上；以及

使试样轮和对磨盘分别独立的以一定的转速转动，通过调整试样轮和对磨盘的运动状态，从而实现不同工况条件下材料磨耗行为的评估。

优选的，所述的方法包括：以浇筑、喷涂或黏附中的任意一种方式将对磨材料固定于对磨盘一侧的凹槽内。

优选的，所述的方法还包括：通过负荷机构对摩擦副施加不同的载荷。

优选的，所述的方法还包括：通过调速机构对调整对磨盘和/或试样轮的转速。

优选的，所述的方法还包括：通过角度调节机构改变试样轮和对磨盘之间的摩擦角度。

优选的，所述的方法还包括：在试样轮和对磨盘转动之前或者在试样轮和对磨盘转动的过程中，向摩擦副接触区域添加或不添加固体和/或液体，从而实现干湿磨耗条件的变换。

优选的，所述的方法还包括：在摩擦结束后收集摩擦副输出的磨屑和/或废液，并清理试样轮、对磨盘上的磨屑，再对磨屑和待评估材料表面的磨痕进行后续的分析和评价。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置结构简单，方法简洁，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、对磨材料及干湿条件，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

图1是本实用新型一典型实施案例中一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置的结构示意图；

图2是本实用新型一典型实施案例中一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置的结构示意图；

图3是本实用新型一典型实施案例中一种对磨盘的剖面结构示意图；

图4是本实用新型实施例1中路面模拟盘片(即对磨盘)及水泥、柏油路面模拟盘片实物图；

图5是胎面胶模拟不同路面工况(水泥、柏油路面工况)下体积磨损量对比图；

图6a、图6d分别是1号胎面胶在柏油路面和水泥路面工况下磨损后表面形貌图；

图6b、图6e分别是2号胎面胶在柏油路面和水泥路面工况下磨损后表面形貌图；

图6c、图6f分别是3号胎面胶在柏油路面和水泥路面工况下磨损后表面形貌图；

附图标记说明：1-压力传感器、2-液压托盘、3-对磨盘片驱动电机、4-电动液压机、5-数据传输线、6-试样轮驱动电机托架、7-中控系统机构、8-操控平台、9-对磨盘、10-箱体机架、11-角度调节轨道、12-托架紧固螺丝、13-试样轮驱动电机、14-试样轮传动轴、15-试样轮、16-磨屑刷固定架、17-磨屑刷、18-禁锢垫片、19-盘片紧固螺丝、20-对磨材料、91-凹槽。

具体实施方式

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，得以提出本实用新型的技术方案。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。

本实用新型实施例提供了一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置，其包括：

摩擦副，包括试样轮和对磨盘，所述试样轮上固定有待评估材料，所述对磨盘上固定有对磨材料，所述试样轮和对磨盘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；

角度调节机构，至少用于调节所述摩擦副的摩擦角度；

驱动机构，至少用于分别独立驱动试样轮和对磨盘。

进一步的，所述试样轮和对磨盘的直径相同或不同，所述试样轮的轮轴与对磨盘的轮轴相互垂直。

优选的，所述试样轮的轮轴水平设置。

进一步的，所述对磨盘的一侧盘面设置有凹槽，所述对磨材料被容置于所述凹槽内。

优选的，所述凹槽为环状凹槽。

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，所述第一驱动机构和第二驱动机构分别与试验轮、对磨盘传动连接。

优选的，所述的装置还包括调速机构，所述调速机构至少用以调节试样轮和/或试样轮的转速。

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。

进一步的，所述角度调节机构包括角度调节轨道，至少所述试样轮能够沿所述角度调节轨道移动，以在所述试样轮和对磨盘之间形成不同的摩擦角度。

优选的，所述角度调节轨道为沿所述对磨盘边缘设置的弧形轨道。

优选的，所述角度调节轨道的角度调节范围为0-180°。

优选的，所述角度调节机构还包括支撑架，所述支撑架的一端与所述试样轮连接，另一端与所述角度调节轨道连接。

优选的，所述装置还包括角度固定机构，所述角度固定机构与所述支撑架连接。

进一步的，所述负荷机构包括液压加载机构，所述液压加载机构包括液压托盘和液压机构，所述液压机构与液压拖盘连接，所述液压托盘设置于所述对磨盘下方。

优选的，所述液压托盘与对磨盘之间还设置有压力传感器。

进一步的，所述的装置还包括：集料机构，其至少用以收集从摩擦副中排出的磨屑和/或废料。

优选的，所述集料机构包括清扫机构，所述清扫机构包括磨屑刷固定架以及可拆卸连接于所述磨屑刷固定架一端的磨屑刷。

优选的，所述磨屑刷固定架与磨屑刷以磁力结合的方式连接。

进一步的，所述的装置包括：机架箱体，所述负荷机构、角度调节机构、驱动机构、清扫机构均安装于所述机架箱体上。

进一步的，所述的装置还包括：中控系统机构，所述中控系统机构分别与所述负荷机构、驱动机构连接，并至少用以控制所述负荷机构、驱动机构的工作状态。

进一步的，所述中控系统机构还包括测速机构，所述测速机构至少用以测量所述试样轮和/或对磨盘的转速。

优选的，所述测速机构包括用以测定所述试样轮和/或对磨盘的转动圈数的计数机构。

优选的，所述计数机构包括电子计数器。

本实用新型实施例还提供了一种基于轮盘式摩擦副模拟不同工况评估材料磨耗行为的方法，其包括：

提供所述的轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置，

将待评估材料、对磨材料分别固定在试样轮、对磨盘上；以及

使试样轮和对磨盘分别独立的以一定的转速转动，通过调整试样轮和对磨盘的运动状态，从而实现不同工况条件下材料磨耗行为的评估。

优选的，所述的方法包括：以浇筑、喷涂或黏附中的任意一种方式将对磨材料固定于对磨盘一侧的凹槽内。

优选的，所述的方法还包括：通过负荷机构对摩擦副施加不同的载荷。

优选的，所述的方法还包括：通过调速机构对调整对磨盘和/或试样轮的转速。

优选的，所述的方法还包括：通过角度调节机构改变试样轮和对磨盘之间的摩擦角度。

优选的，所述的方法还包括：在试样轮和对磨盘转动之前或者在试样轮和对磨盘转动的过程中，向摩擦副接触区域添加或不添加固体和/或液体，从而实现干湿磨耗条件的变换。

优选的，所述的方法还包括：在摩擦结束后收集摩擦副输出的磨屑和/或废液，并清理试样轮、对磨盘上的磨屑，再对磨屑和待评估材料表面的磨痕进行后续的分析和评价。

如下将结合附图以及具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

请参阅图1-图3，一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置，其包括：机架箱体10，机架箱体10一侧设置有操控平台8，另一侧安装有摩擦副、负荷机构、角度调节机构、驱动机构和集料机构；负荷机构和驱动机构经数据传输线5与中控系统机构7连接；

摩擦副，包括试样轮15和对磨盘9，试样轮15上固定有待评估材料，在对磨盘9上固定有对磨材料，试样轮和对磨盘通过所述待评估材料和对磨材料之间的摩擦作用相配合；其中所述试样轮15和对磨盘9的直径相同或不同，试样轮15的轮轴与对磨盘的轮轴相互垂直(即试样轮和对磨盘相互垂直)；其中对磨盘9水平设置于机架箱体10上；对磨盘9的一侧盘面设置有环状凹槽91，对磨材料20被容置于环状凹槽91内；

驱动机构，其包括试样轮驱动电机(即第一驱动机构)13和对磨盘驱动电机(即第二机构)3；试样轮驱动电机13经试样轮传动轴14与试样轮15传动连接，对磨盘驱动电机3经液压托盘2与对磨盘9传动连接，试样轮驱动电机13和对磨盘驱动电机3分别对试样轮15、对磨盘9独立驱动；其中，对磨盘驱动电机3与液压托盘2传动连接，对磨盘9安置于液压托盘2上方；试样轮驱动电机13和对磨盘驱动电机3还连接有电机调速器，所述的电机调速器与中控系统机构连接，并至少用以调节试样轮和对磨盘的转速；

负荷机构，其包括安装于机架箱体10内的液压加载机构，液压加载机构包括设置于液压托盘下方的电动液压机(即液压机构)4，电动液压机4与液压拖盘的下部连接；在液压托盘与对磨盘之间还设置有压力传感器1，以监测电动液压机4对摩擦副施加压力的大小；

角度调节机构，其包括沿对磨盘设置的角度调节轨道11、以及能够沿角度调节轨道11移动的试样轮驱动电机拖架(即所述支撑架)6，所述试样轮驱动电机拖架6与试样轮驱动电机13连接，从而带动所述试样轮沿所述角度调节轨道移动，以在所述试样轮和对磨盘之间形成不同的摩擦角度，以及在试样轮驱动电机拖架6上还设置有托架紧固螺丝(即角度固定机构)12，其至少用以固定试样轮驱动电机拖架6；其中角度调节轨道为沿所述对磨盘边缘设置的弧形轨道，其角度调节范围为0-180°；

集料机构，其包括清扫机构，所述清扫机构包括磨屑刷固定架16以及可拆卸连接于所述磨屑刷固定架一端的磨屑刷17，磨屑刷固定架16固定于机架箱体10上；其中在磨屑刷固定架16的底部和磨屑刷17的顶部均设置有磁铁，磨屑刷固定架16的底部和磨屑刷17以磁力结合的方式可拆卸固定连接，磨屑刷17的具体结构根据不同的工况条件确定；

以及，所述中空系统机构还包括计数机构，所述计数机构至少用以测定试样轮和/或对磨盘的转数。

具体的，一种基于轮盘式摩擦副模拟不同工况评估材料磨耗行为的方法，其包括：

提供所述的轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置，

将待评估材料、对磨材料分别固定在试样轮、对磨盘上；以及

通过驱动机构和电极调速器使试样轮和对磨盘分别独立的以一定的转速转动；

通过电动液压机实现对对磨盘施加不同的载荷；

通过角度调节机构以改变试样轮和对磨盘之间的摩擦角度；

在试样轮和对磨盘转动之前或者在试样轮和对磨盘转动的过程中，向摩擦副接触区域添加或不添加固体和/或液体，从而实现干湿磨耗条件的变换；

通过更换对磨盘内的对磨材料以改变工况；

摩擦结束后通过集料机构收集摩擦副输出的磨屑和/或废液，并清理试样轮、对磨盘上的磨屑，再对磨屑和待评估材料表面的磨痕进行后续的分析和评价。

优选的，以浇筑、喷涂或黏附中的任意一种方式将对磨材料固定于对磨盘一侧的凹槽内。

实施例1

采用本实用新型实施例提供的一种轮盘式摩擦副评估材料磨耗行为的装置和方法针对轮胎胎面胶与沥青混凝土及水泥混凝土对磨时的磨耗性能进行评价，即模拟胎面胶与水泥及柏油路面工况下的磨损性能。

试验步骤如下：

表1水泥路面和柏油路面配合比(单位：质量份)

路面模拟盘片(即对磨盘)及水泥、柏油路面模拟盘片实物图见图4，将按表1配比的水泥砂浆浇筑在盘片凹槽内，用刮片刮平，静置3-7天，即可得水泥路面模拟盘片。同理，将按表1配比搅拌好的热拌合沥青砂浇筑在盘片凹槽内，用液压机压实、压平，放置在干燥阴凉处3-7天，即可得柏油路面模拟盘片。

将1-3号胎面胶在模拟水泥、柏油路面工况下摩擦磨损试验，所有测试过程均在室内温度20℃-25℃、空气相对湿度为10％-15％、转数6836转(1.61km)、工作载荷：500g的条件下进行。各胎面胶待测样品在测试前经无水酒精超声清洗、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，分别计为m3和m4，根据式(1)计算体积磨损率，其中ρ是胎面硫化胶密度；每组实验重复三次。

结果与讨论：

胎面胶模拟不同路面工况(水泥、柏油路面工况)下体积磨损量见图5。由图5可知胎面胶在水泥路面上磨损率高于在柏油路面上的磨损率。这是因为水泥地面的粗糙度低于柏油路面，在相同压力下，表面相对平坦的水泥地面与胎面胶实际接触面积大于与柏油路面上的实际接触面积，因而在水泥路面上的磨损量较大。此外，无论是水泥还是柏油路面，不同胎面胶磨损量变化规律一致，即1号胎面胶磨损量最大，2号胎面胶次之，3号胎面胶磨损量最小。

图6a-图6c分别为柏油路面工况下1-3号胎面胶磨损后表面形貌；图6d-图6f分别为水泥路面工况下1-3号胎面胶磨损后表面形貌。由图6a-6f可知，在水泥路面工况下，1号胎面胶磨损表面出现较大撕裂、沟槽和剥落坑，2号胎面胶和3号表面均出现不同程度平行于滑动方向的划痕和剥落坑，表面皆附着块状、片状磨屑。研究表明水泥路面工况下的磨损机理属于磨粒磨损主导；在柏油路面工况下，1号胎面胶磨损表面出现大的撕裂、剥落且表面附着块状磨屑，此时为磨粒磨损，2号胎面胶和3号胎面胶表面出现诸多微凸体及少许剥落坑，表面附着少许块团状磨屑，此时磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损耦合主导。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。