一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备的制作方法

本发明涉及冲蚀磨损试验设备技术领域，尤其涉及一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备。

背景技术：

冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象，冲蚀磨损是现代工业生产中广泛存在的一种磨损形式，如物料输送管道、热能装置、飞行器等，是造成机器设备及其零部件损坏报废的重要原因之一，研究如何防止设备冲蚀失效以及对设备抗冲蚀耐磨性能的测试和预测是一项十分重要的工程问题；

一般情况下，材料的冲蚀磨损程度与冲蚀颗粒的速度密切相关，随着冲击速度的增加，材料的动态响应特性会发生复杂的变化，冲蚀磨损程度急剧增长，为研究材料在高速冲蚀条件下的冲蚀磨损现象及其机理，需要一种冲蚀磨损试验装置，提供超高的冲蚀颗粒速度，接近声速甚至超越声速；

现有技术中，冲蚀磨损实验设备主要包括射流式、旋转臂式、真空自由落沙式、离心加速式等实验装置，但多有其局限性，尤其体现在冲蚀颗粒的速度较低，难以接近声速或者超越声速，因此，现存的冲蚀磨损试验设备就无法准确地测试材料在超音速冲蚀条件下的冲蚀磨损性能，难以揭示其冲蚀磨损的机理。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备，能够准确控制冲击角度和冲蚀温度，试验准确性高，适用于超音速条件下固体颗粒冲蚀磨损机理以及材料抗冲蚀磨损性能的研究。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备，包括：

螺旋输送单元，其一端通过储料斗加装冲蚀颗粒，其另一端布设有冲蚀颗粒能够排出的出料口，所述螺旋输送单元中部安装有通过第一电机驱动并螺旋输送冲蚀颗粒的螺杆；

旋转冲蚀单元，其包括试样底座，所述试样底座布设在所述螺旋输送单元下方、并通过能够与水平面产生夹角且铅锤平面上的轴线与所述出料口轴线重合在同一条竖直轴线上的夹具夹持试样，所述试样底座周向形成有缓冲层，所述试样底座下部装设有第二电机，用于驱动所述试样底座旋转；

用于加热试样的控温系统，所述控温系统设置的加热板安装于所述夹具和所述试样底座之间；

用于抽真空所述螺旋输送单元和所述旋转冲蚀单元的真空系统，所述真空系统包括真空泵，所述真空泵与所述旋转冲蚀单元和所述螺旋输送单元之间管路连通。

进一步的，所述螺旋输送单元和所述旋转冲蚀单元外部罩设有箱体；

所述箱体顶端开设有用于向所述储料斗投放冲蚀颗粒的开口，所述开口装设有能够打开或密封所述开口的压盖，所述箱体内壁固连有所述缓冲层，所述箱体侧部通过排气管连接有所述真空泵。

进一步的，所述箱体对应所述试样底座位置还安装有箱门，所述箱门开设有观察窗。

进一步的，所述箱体上部布设有控制器，用于控制所述第一电机、第二电机、加热板启动以及调节所述第一电机、第二电机转速参数和加热板温度参数。

进一步的，所述排气管上依次安装有除尘装置、真空阀门、真空计和所述真空泵。

进一步的，所述试样底座上表面周向阵列有四个所述夹具；

其中，两个相对的所述夹具为一组、并对称布设在所述试样底座上。

进一步的，所述夹具包括导轨和驱动所述夹具转动的旋转把手；

所述旋转把手沿所述导轨转动，所述导轨边缘布设有刻度线。

进一步的，所述试样底座、所述加热板、每组所述夹具的质心与所述第二电机驱动轴线重合。

进一步的，所述缓冲层为泡沫层。

进一步的，所述螺杆与所述储料斗端形成有光轴段。

在上述技术方案中，本发明提供的一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备，有益效果：

1、本发明设计的螺旋输单元，螺旋输单元设置的螺杆通过第一电机驱动能够稳定、精确地输送冲蚀颗粒；

2、本发明设计的旋转冲蚀单元，旋转冲蚀单元布设的试样底座通过第二电机驱动调节试样旋转速度，根据冲蚀颗粒与试样表面相对运动，产生冲击速度可调的冲蚀行为，能够精确地控制冲击速度和冲击角度；

其次，在试样底座周向布设缓冲层，通过缓冲层阻尼性能，避免冲蚀颗粒反弹后重复冲击试样，提高试验准确性，

另外，试样底座上安装有多个夹具，能够同时对多个试样进行试验，试验效率高；

3、本发明设计的控温系统，温控系统的加热板安装与试样底座和夹具之间，待测试样安装在可旋转的夹具上，加热板能模拟试样在不同温度条件下的冲蚀磨损过程；

4、本发明设计的箱体，箱体密封螺旋输单元和旋转冲蚀单元，并通过真空泵冲真空使箱体内产生负压，减小箱体内空气阻力，使第一电机和第二电机具有较高的电机转速，而且能够避免紊流的产生，进而避免影响冲蚀颗粒的冲击角度，尤其适于模拟给料量大、冲击速度快的冲蚀磨损工况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明公开的一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备的整体结构示意图；

图2是本发明公开的一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备的夹具示意图。

附图标记说明：

1、压盖；2、储料斗；3、控制器；4、第一电机；5、机筒；6、螺杆；7、出料口；8、箱体；9、缓冲层；10、夹具；11、加热板；12、试样底座；13、第二电机；14、箱门；15、观察窗；16、排气管；17、除尘装置；18、真空阀门；19、真空计；20、真空泵；21、导轨；22、旋转把手。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1所示；

发明一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备，包括：

螺旋输送单元，其一端通过储料斗2加装冲蚀颗粒，其另一端布设有冲蚀颗粒能够排出的出料口7，螺旋输送单元中部安装有通过第一电机4驱动并螺旋输送冲蚀颗粒的螺杆6；

旋转冲蚀单元，其包括试样底座12，试样底座12布设在螺旋输送单元下方、并通过能够与水平面产生夹角且铅锤平面上的轴线与出料口7轴线重合在同一条竖直轴线上的夹具10夹持试样，试样底座12周向形成有缓冲层9，试样底座12下部装设有第二电机13，用于驱动试样底座12旋转；

用于加热试样的控温系统，控温系统设置的加热板11安装于夹具10和试样底座12之间；

用于抽真空螺旋输送单元和旋转冲蚀单元的真空系统，真空系统包括真空泵20，真空泵20与旋转冲蚀单元和所述螺旋输送单元之间管路连通。

优选的，螺旋输送单元和旋转冲蚀单元外部罩设有箱体8，箱体8顶端开设有用于向储料斗2投放冲蚀颗粒的开口，开口装设有能够打开或密封开口的压盖1，箱体8内壁固连有缓冲层9，箱体8侧部通过排气管16连接有真空泵20。

具体的，参见图1所示，该结构包括螺旋输送单元、旋转冲蚀单元、控温系统和真空系统四部分，冲蚀颗粒为石英砂；

螺旋输送单元包括机筒5，机筒5上部通过金属管连接有储料斗2，机筒5底端开设有出料口7，机筒5内部竖直地安装有能够旋转的螺杆6，机筒5上方安装有驱动螺杆6旋转的第一电机4，在第一电机4的驱动下，冲蚀颗粒从机筒5的储料斗2端经由螺杆6旋转定向输送到出料口7，出料口7的下部设置有旋转冲蚀单元；优选的，螺杆6与储料斗2端形成有光轴段。用于减小阻力，便于冲蚀颗粒快速进入机筒5内。

旋转冲蚀单元包括试样底座12，试样底座12上表面安装有多个夹具10，夹具10位于出料口7下部，并且第一电机4、机筒5、螺杆6、出料口7、夹具10安装在同一条竖直轴线上，保证冲蚀颗粒稳定地冲击在待测试样表面，试样底座12下表面安装有第二电机13，第二电机13驱动试样底座12旋转，进而实现出料口7对应不同的夹具10，夹具10夹持试样、并且能够带动试样与水平面产生0°～90°夹角，试样底座12和夹具10之间嵌有加热板11，用于加热试样；

箱体8罩设在螺旋输送单元和旋转冲蚀单元外部，箱体8对应储料斗2上方开设有开口，方便向储料斗2中添加冲蚀颗粒，开口安装有压盖1，压盖1通过密封圈与开口密封接触，箱体8位于螺旋输送单元侧部安装有控制器3，控制器3、第一电机4、第二电机13、加热板11电路连通并控制第一电机4、第二电机13、加热板11启动，第一电机4、第二电机13的转速以及加热板11的温度等参数均通过控制器3调节，第一电机4采用步进电动机、第二电机13采用伺服电机，通过控制器3分别调节冲蚀颗粒的加料速度和冲击速度；

箱体8位于螺旋输送单元下部装设有旋转冲蚀单元，并且箱体8内壁固连缓冲层9，优选的，缓冲层9为泡沫层。利用泡沫层阻尼性能能够阻挡冲蚀颗粒反弹，避免冲蚀颗粒反弹后重复冲击试样，提高试验准确性；箱体8位于旋转冲蚀单元的侧部的上方安装有排气管16，避免冲蚀颗粒堵塞排气管16入口；

优选的实施例中，排气管16上依次安装有除尘装置17、真空阀门18、真空计19和真空泵20，通过除尘装置17将箱体8内冲蚀过程中产生的灰尘过滤，防止灰尘阻塞真空泵20和污染空气，有利于环保，通过控制真空阀18调节试验箱体8的真空度，真空泵20工作时，抽真空箱体8，螺旋输送单元和冲蚀试验单元处在相同的真空环境中；

优选的实施例中，箱体8对应试样底座12位置还安装有箱门14，箱门14开设有观察窗15，通过观察窗15实时观察冲蚀试验的过程，以及时调整试验参数。

优选的实施例中，试样底座12上表面周向阵列有四个夹具10；

其中，两个相对的夹具10为一组、并对称布设在试样底座12上。

具体的，试样底座11为半径为20cm，试样底座11边缘周向阵列有四个夹具10，四个夹具10形状、大小均相同，且两个相对的夹具10为一组对称布设在试样底座12上，试样底座11与夹具10之间嵌装有加热板11，试样底座11的下表面中心位置安装有第二电机13，优选的，试样底座12、加热板11、每组夹具10的质心与第二电机13驱动轴线重合，避免高速旋转过程中力矩不平衡产生振动；

优选的实施例中，夹具10包括导轨21和驱动夹具10转动的旋转把手22；旋转把手22沿导轨21转动，导轨21边缘布设有刻度线。参见图1所示，具体的实施方式，试样底座12上表面安装有夹具10，参见图2所示，夹具10包括导轨21和旋转把手22，旋转把手22沿导轨21转动使夹具10与水平面产生0°～90°夹角，导轨21布设有刻度线，便于标记旋转把手22旋转角度。

在上述技术方案中，本发明提供的一种可实现超音速冲击的旋臂式冲蚀磨损试验设备；

工作过程如下：

试验前，将四个试样或者两个试样对称地安装在试样底座12的夹具10上，根据测试要求，转动旋转把手22调节冲击角度，待测试样与水平面的倾斜角度，倾斜角度可以分别为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°等任意角度；

根据试验要求，在控制器13中输入相应的参数，调节第一电机4、第二电机13的转速和加热板11的温度，首先打开加热板11的温度控制器，预热到测试需要的温度，冲击速度在30～400m/s之间可调，第二电机13采用的伺服电机，最大转速20000rpm，额定扭矩200nm，打开压盖1，在储料斗2加入足量的冲蚀颗粒，所用的冲蚀颗粒为石英砂，打开真空泵20，调节真空阀18，观察真空计19的示数，使设备内形成负压；

试验时，通过控制器3先启动伺服电机13，待转速达到设定值并稳定后，启动第一电机4，螺杆6开始转动，带动机筒5内的冲蚀颗粒按照确定的速度向出料口7运动，将冲蚀颗粒送到旋转冲蚀试验单元，冲蚀颗粒自由落体，以很小的速度冲击在待测试样上，两者相对运动，冲击的速度和角度与试样旋转的线速度和倾斜角度一致，由于冲蚀试验单元中负压的作用，试样底座旋转不会生成明显的紊流，导致冲蚀颗粒的运动路径发生改变现象；

试验过程中，真空泵20持续运行，维持试验设备的负压状态，除尘装置17过滤在冲蚀过程中产生的粉尘，将干净的空气排放入大气，通过观察窗15实时观察冲蚀试验的过程，及时调整试验参数；

试验结束后，依次关闭第一电机4、加热板11和第二电机13，待试样底座12停止转动后，关闭真空泵20，整个箱体8恢复常压后，打开箱门14，取出试样，按照要求测定冲蚀磨损率，并清理累积的冲蚀颗粒。

有益效果：

1、本发明设计的螺旋输单元，螺旋输单元设置的螺杆通过第一电机驱动能够稳定、精确地输送冲蚀颗粒；

2、本发明设计的旋转冲蚀单元，旋转冲蚀单元布设的试样底座通过第二电机驱动调节试样旋转速度，根据冲蚀颗粒与试样表面相对运动，产生冲击速度可调的冲蚀行为，能够精确地控制冲击速度和冲击角度；

其次，在试样底座周向布设缓冲层，通过缓冲层阻尼性能，避免冲蚀颗粒反弹后重复冲击试样，提高试验准确性，

另外，试样底座上安装有多个夹具，能够同时对多个试样进行试验，试验效率高；

3、本发明设计的控温系统，温控系统的加热板安装与试样底座和夹具之间，待测试样安装在可旋转的夹具上，加热板能模拟试样在不同温度条件下的冲蚀磨损过程；

4、本发明设计的箱体，箱体密封螺旋输单元和旋转冲蚀单元，并通过真空泵冲真空使箱体内产生负压，减小箱体内空气阻力，使第一电机和第二电机具有较高的电机转速，而且能够避免紊流的产生，进而避免影响冲蚀颗粒的冲击角度，尤其适于模拟给料量大、冲击速度快的冲蚀磨损工况。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。