多功能摩擦磨损实验机的研制.pdf

设计与研究!"#$%&()*#$#(+,-·./!·多功能摩擦磨损实验机的研制"李波吴来杰李鹏翔陈光华（中国地质大学（武汉）机电学院，湖北武汉.0112.）摘要：介绍了用于超硬材料工具性能参数检测分析的多功能摩擦磨损实验机的研制，该实验机通过分析金刚石工具在不同转速、压力、转矩下的磨损量，进行其工艺、配方的优化，为揭示超硬材料制品的工作机理和失效原因提供科学的实验数据，有助于开展更深层次的研究。关键词：摩擦磨损金刚石工具多功能试验机!"#"$%&"()%*)+",-$).3*-(/).%(0$12./).%(0(34"025"6)"24567，894(%:%#，45；#&<%(&，=>?AB(&-B(（C(,BDEF7GH#,-(%,(DI?D#,E+7%,?&%#+%&，=-%(9%J#+$%EF7GA#7$,%#,#$，8B-(.0112.，=>）!"#$%&$：K-%$L(L#+-($%E+7)B,#)E-#)#J#D7LM#E7GE-#MBDE%3GB,E%7(DG+%,E%7()N#(+E#$E#+，N-%,-%$7LOE%M%P#)M(BG(,EB+%&+7BE%&(),7ML7B)%&G7+MBD(7E-#Q($%$7G(DFP%&N#(+%&Q#,(B$#7G)%GOG#+#E+7E(E%7(D$L#)$，)+%DD%&L+#$B+#()E7+RB#SK-#$#:7Q$(+#-#DLGBDE7+#$#(+,-)#LDF，%E-#$(M#E%M#，E7G%)%$(QD#)+#($7$7GBDE+(-(+)M(E#+%(DL+7)B,E$S()*+,%-#：C+%,E%7()8#(+；"%(M7)K77D$；HBDE%3GB,E%7(DK#$E#+T1世纪U1年代初，人造金刚石的应用大大推动了金刚石钻探技术的发展，引起了勘探领域的一场革命。然而在人造金刚石制品检测方面，还没有对人造金刚石制品进行性能检测的相关手段。目前，人造金刚石制品都是根据经验进行研究与生产，制品品质到底怎样，往往是现场实际使用过程中通过人的观察得到一个大致的结果，在不能满足需要时，重新设计配方和烧结工艺，而缺乏科学的量化指标作为设计的依据。为了更深入地研究人造金刚石制品的失效机理，提高其品质，我们研制了用于人造金刚石制品性能检测的多功能摩擦磨损实验机。.机械执行部分设计.S.设计原则与思路由于摩擦磨损现象受到多种因素的影响，因此非常复杂。本摩擦磨损实验机主要目的是为了对磨损现象及其本质进行研究，应能保证：（V）实验所得数据可比性较好，重现性较高；（T）实验条件的可选范围较宽，并可在较短时间内进行多种参数、多个试样的实验。.S/试验系统设计参数及功能依据目前金刚石工具所采用的推荐工作参数并适当扩大，确定本试验系统的主要设计参数和基本功能如下。（V）要技术参数：!工作转速1W0111+XM%；"最大推进力1WV0Y；#额定功率1W0Y8；$试验样品尺寸为T11MMZT11MMZT11MM。（T）功能要求：!可以实现钻、锯、磨三种功能，在各种石材上进行实验；"可以在!、"、#轴上往复运动；#能够检测超硬材料工具（例如钻头）的转速、钻进压力、转矩，通过计算机处理不同转速、钻进压力、转矩与磨损量的关系，并将结果显示、输出。.$0实验机结构摩擦磨损实验机结构见图V。动力头通过油缸带动可在立柱上进行上下移动，其转速根据需要可以实现1W0111+XM%范围内的无级调节。工作台左右往复移动由油缸控制，前后往复移动根据需要则可由油缸驱动或由丝杠螺母手动控制。/液压控制系统设计与机械、电力等传动相比，液压传动有如下优点：（V）能方便地进行无级调速，且调速范围大。"中国地质大学（武汉）优秀青年教师资助计划项目（=9A410T）!"#$%&&()"#"*+,-设计与研究·./-·（0）功率质量比大。（1）调节、控制简单，方便，省力，容易实现自动化控制和过载保护。（.）可采用大推力的液压缸和大转矩的液压马达直接带动负载，从而省去了中间的减速装置，使传动简化。（2）液压元件实现了标准化、系列化，便于设计制造和推广使用。考虑到以上因素，本摩擦磨损实验机采用液压控制，系统原理图见图0。通过电液比例换向阀3和电液比例溢流阀4组合，控制工作台和立柱的往复移动、运动速度和进给压力；通过电液比例换向阀5和电液比例溢流阀4组合，控制动力头的转速。由于采用了电液比例控制，简化了液压系统，系统能够实现较精确的压力和转速调节，控制简单。!机电控制系统设计!6"硬件设计系统由上位机和下位机两部分组成，组成框图见图1。下位机部分包括可检测转速、钻进压力、温度、转矩等通道数据的硬件电路，以及对其进行相应数据处理、转存并传输数据到上位机的单片机系统。放大电路采用7810.芯片进行放大，用9!:；<；/进行9=!转换，单片机部分采用带.>)?8的9</:25，数据存储器使用10>的30023，并采用了A97器件译码和进行基本的运算，传输部分用89B010进行协议转换。上位机部分是基于C:机用D$#EFG#$+开发的接收数据程序，采用串口与单片机进行通讯，使用)HI010:协议。可实现手动控制单片机的运行，设置单片机采集数据长度、滤波长度、采样间隔等参数，并且可以通过设置时间或采集数据长度来自动控制单片机的运行。!6#软件设计软件采用D:编写，界面友好，操作简单、直观、方便，工作可靠，功能模块易于扩展。软件的功能主要是从硬件端口读取信号值，通过计算得出有关被测对象（如钻压、扭矩、转速等）的真实值，并在界面窗口中显示出来。同时，通过响应界面窗口的操作，完成钻进参数（如钻压、转速）的设定工作，并执行钻进、提钻及开、停机等操作。软件除上述功能外，还能够对实验过程中的实时数据进行保存及打印输出，以便更好地满足摩擦磨损试验的需要。见图.。设计与研究!"#$%&()*#$#(+,-·./!·!结语本实验机实现了对各种不同类型金刚石工具的摩擦磨损性能测试，结构简单，控制稳定可靠，该实验机的研制对以下几个方面具有重要作用：（0）为从摩擦磨损的角度揭示超硬材料制品的工作机理和失效原因提供了保证，能够彻底摆脱目前在研制金刚石、立方氮化硼等超硬材料制品时，完全依靠经验摸索的现状，为更深层次的研究提供科学的实验依据。（1）为研究超硬材料工具的新工艺、新配方，提供科学的试验基础。（2）为相关设备（如钻机、切割机等）的研制提供更准确可靠的设计参数，同时根据实验数据，为使用者提供最优的设备运行指标。（3）可为岩石可钻性研究提供实验平台。参考文献0夏宏南，蔡镜仑等4钻进模拟实验装置及应用4岩土钻掘矿业工程，0556（2）：3073218(-9#:；<，=+%#>#*<，?%$A4B$%CD#ED#+%C#F(C#F-9)G9+$FH):%&F-#%CD(,FI#(+9GC(F#+%($4J#(+，0563（56）：K5L6K2张利平4现代液压技术应用11/例4北京：化学工业出版社，1/343杨伟光，张人佶，李晨等4金刚石工具磨损形式的观测与分析4粉末冶金技术，055.（02）：03710.8%#+"，M(B4A-#I#(+9G)%(C9)%CD+#&(F#)%(C9)N%F)+%O%&4J#(+，0550（030）：200L212PJ%,-#Q<，R#:$Q，*9N#+F$BJ4BN+($%9I#(+F#$F#+G9+NHS$9%)$-()%&(DD%,(F%9$4J#(+，1/.（1.6）：1.0L1.KKT9F-<T，89+%$=<，J(+#*4"#$%&($D#,F$9G(#IC(F#+%(I#(+F#$F#+4U%&-V#+G9+C(,#QF+H,FH+#$()8(F#+%($，1/3（P）：022L031（编辑蔡云生）!（收稿日期：1/KL/5L01）!文章编号：600P如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置!。·二手设备·00P/R（0P/W13C）刨齿机，德国，6成。1K.RU（6/W1/）刨齿机，德国，6成。28M"100/端面内圆磨，无锡，0553年，6成。3<X2RL2/T数控冲空压力机，济南，0556年，少用。.沙迪克小孔电火花，日本，6成。PR=VQ1./中频感应透热炉，上海华一，055.年，6成。K钻削组合机床，大连，0556年，未用。6TTY1/流动光饰机，大连，0565年，6成。5XJP06/W04.C车床，沈阳，0553年，少用。0/XJP00/W1C车床，天水，0566年，少用。00XP2/W2C车床，沈阳，05K6年，少用。0104PZ14.Z241Z.ZP42C立式车床，国产Z俄罗斯，KL6成。02.1RZ.2RZP2J铣床，北京，05K2Z63，KL6成。03龙门铣Z镗铣，041.W3CZ1WKCZ14.W6CZ241W03C，国外产，详情见资料。0.落地镗铣，主轴直径0P/71./各种。立柱行程、加工高度各异，国外产，详情见资料。0P卧式镗床，主轴直径01.Z0P/，俄罗斯，056/年，KL6成。0KK021B磨齿机，秦川，0565年，5成。06；T?QP2/磨齿机，德国，0560年，5成。058B=?P/"磨齿机，瑞士，05P5年，5成。1/；_Z；BZMK/蜗杆砂轮磨齿机，瑞士莱斯豪尔，05P5年，6成。10.1.Z.16弧齿铣，俄罗斯，05K/7056/年，6成。11531/齿轮倒棱机，重庆，0556年，未用。128.0./插齿机，长江，0553年，6成。138Y02./W1C外圆磨，上海，0560年，6成。1.X30L3/Z0/空气锤，廊房，0563年，少用。1PX30L.P/空气锤，上海，K成。1K1F锻造操作机，无锡，055K年，少用。16<PKL1_Z1./压砖摩擦压力机，辽锻，P成。1516L./双动薄板拉伸机，天津，0551年，未用。2/<B20L20.闭式单点压力机，济南，05K/年，K成。20<B2PL6/闭式双点压力机，济南，05K6年，6成。212W0/C铣边机，英国，6成。22格里森；_00P弧齿铣，美国，05KK年，6成。23格里森；_3P2弧齿磨，美国，05P5年，6成。2.8VXL6./三坐标测量机，德国蔡司，055/年，少用。2PA30P2X坐标镗，昆明，056.年，6成。2KA313/ZA31P2ZA316/坐标镗，昆明，6成。26"K.坐标镗，瑞士，05K/年，6成。北京市鸿森佳科贸有限公司地址：北京市广渠东路0号邮编：0/11，联系人：贾先生电话：/0/LPKK5K226025/0/K3/K102/.01K/51/邮箱：-9&$#L%(a$9-H4,9C公司网页：-$4$-#N#%4,本公司大量收购各厂矿闲置的各种设备。为调剂余缺提供信息，为您服务。