毕业设计（论文）-立式锌锅摩擦磨损装置设计说明书.doc

目 录第一章 总论.31-1-1 热镀锌工业现状.31-1-2 带钢镀锌现状41-1-3 目前国内外的解决办法.61-2 课题引入的意义.71-2-1 课题的内容.71-2-2 本课题的意义.7第二章 立式锌锅装置的设计.9 2-1 锌锅设计总体概述.9 2-1-1 锌锅的设计要求.9 2-1-2 锌锅装置的设计准则.9 2-2 锌锅装置的设计方案10 2-2-1 锌锅锌用量的计算11 2-2-2 锌锅内层材料的选择.11 2-2-3 锌锅加热方式的选择12 2-2-4 锌锅结构设计介绍12 2-3 锌锅装置设计总结.12第三章 液压缸的选择与设计13 3-1 液压缸的设计概述.13 3-2 液压缸及其液压活塞杆的设计准则.13 3-2-1 液压杆的设计.13 3-2-2 液压缸的设计.17 3-2-2-1 液压缸的设计准则.17 3-2-2-2 液压缸的设计.17 3-2-3 液压缸的技术要求19 3-3 液压缸及其液压活塞杆的设计总结.19第四章 电动机的选择及其圆柱试样支撑杆的设计21 4-1 电动机及其圆柱试样支撑杆的设计概述.21 4-2 圆柱试样件支撑杆的设计.21 4-3 电动机的选择.24 4-4 电动机的选择及其圆柱试样支撑杆的设计小结25第五章 设备工作原理.26第六章 试验方法29 6-1 材料在锌液中的腐蚀性试验.29 6-2 材料在锌液中的腐蚀磨损性试验.29 6-3 腐蚀磨损试验步骤.29 6-4 试验分析30 6-5 本章小结31第七章 总结.32致谢.33参考文献.34第一章 总论1-1-1 热镀锌工业现状 从1931 年世界上第一条带钢连续镀锌生产线的建成, 热镀锌工艺得到了不断的发展, 形成了如森吉米尔法、美钢联法等多种工艺形式, 特别是其核心设备的新技术在镀锌生产线的运用, 使热镀锌板的质量及热镀锌生产能力有了极大提高, 已成为广泛应用的金属防锈方法之一。目前,热镀锌板已广泛应用于汽车和家电行业, 国际市场上需求持续增长。包钢应市场需求, 于2003 年通过国际招标, 技术引进, 新建了冷轧、镀锌生产线。镀锌线于2005年12月进入试生产阶段。带钢热镀锌线影响产品质量的核心设备主要是退火炉、锌锅、气刀、沉没辊及稳定辊。本文针对关键设备锌锅沉没辊系统进行长寿化研究。由于锌液对部件的腐蚀以及生产过程中部件的磨损, 锌锅中会产生腐蚀形成的产物( Fe- Zn 系金属间化合物) ,降低了各部件的使用寿命, 同时也影响产品的质量;这种定期和不定期的停产维修会造成非常严重经济损失。沉没辊系统的维修是非常重要的, 有效改善沉没辊及前后稳定辊表面的耐锌腐蚀和抗磨损能力, 是确保镀锌板表面质量的一个非常重要的条件。因此沉没辊、稳定辊必须具备耐热、耐锌液腐蚀、抗粘锌、耐腐蚀磨损与耐金属间磨损等性能要求。如何修复并延长其在线的使用寿命, 有效改善其在锌液中的耐腐蚀性能, 提高带钢表面质量, 有效提高镀锌线的生产效率, 降低因辊面质量或频繁换辊造成的板带及原材料等生产成本浪费。金属与周围介质由于化学或电化学作用而遭到破坏，这种现象称为腐蚀。当前社会普遍使用以钢铁为基体的金属结构材料，在实际应用中钢铁材料不可避免的与其他介质（如潮湿空气、其他潮湿气体、水或电解质溶液等）相接触而形成原电池，从而发生电化学腐蚀，使材料性能下降、状态变差，直至损坏变质。由于金属腐蚀而遭受的损失是非常严重的，据统计全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料的量约为金属年产量的 2030。目前对钢铁的腐蚀普遍采用热镀锌保护的方法。热镀锌工艺仍是目前世界上钢铁防腐蚀方法中最基本、最古老、最广泛、最普遍、最有效的方法之一，至今它在钢铁材料防蚀涂层中仍占有重要的地位。热镀锌工艺使得钢铁表面生成一层镀锌层，镀锌层能对钢铁作牺牲阳极保护。当耐腐蚀的镀锌层十分致密时，能有效地将易腐蚀的钢铁基体与外界电解质隔离开，使工件免受电解质的腐蚀；当镀锌层出现钢铁暴露点或因腐蚀或机械损伤暴露出钢铁基体时，锌和铁以及周围的电解质构成微电池，此时锌仍为阳极，铁为阴极，所以锌充当微电池的阳极被腐蚀，使得铁基体受到保护。钢丝经过热镀锌后，其耐蚀性可以提高 1128 倍。用于热镀锌的钢铁材料品种较多，其中主要有板、管、丝和线材。此外有些铸件和机械部件也采用热镀锌涂层防蚀。目前热镀锌防护已广泛应用于冶金、建材、电力、通讯、交通等国民经济各个领域。在全世界锌的总产量中 40的锌被应用于热镀锌防护工业中。在一些工业发达国家中，热镀锌的金属制品率已达 50以上，而我国则不足 6。市场对热镀锌制品的需求量的增加速度是十分惊人的，十年间仅欧洲市场对热镀锌钢板的需求就从 1974 年的 42 万吨增加到 1984 年的 154.5 万吨。随着我国国民经济的快速发展，我国对热镀锌制品的需求必将逐年增加。2002 年我国镀锌钢板产量约为12 万吨，用锌量约 12 万吨；其他镀锌钢材（包括钢管、丝网等）约 200 万吨，用锌量约 12 万吨；路桥、电力等基础设施建设工程镀锌结构用锌量约 15 万吨；其他各种镀锌产品用锌量约 10 万吨。随着汽车工业的发展，尤其是以奥运会为代表的各项现代化建筑工厂的启动，将直接或间接的促进镀锌板的整体消费上升，因此热镀锌技术潜在的市场空间是非常巨大的。镀锌已成为我国最主要的锌消费领域。热镀锌在金属的使用上起了很大的作用，避免了很大的浪费，节省了很多的材料，在国民生产中占有很大的作用。1-1-2 钢带镀锌现状由于熔融锌的腐蚀作用，给锌冶炼和镀锌行业带来很大的资源浪费，使长期在液态锌中工作的部件如锌锅、搅拌器、沉没辊、稳定辊以及轴套和臂套因受到极为严重的腐蚀或磨蚀而过早失效。本文即是设计一套装置对沉没辊臂试样件进行摩擦磨损性能的测试。带钢连续热镀锌生产过程中，带钢通过浸在锌液（温度为 4605，含铝 0.12%-0.15%）中的沉没辊而改变运动方向，即由进锌锅变为出锌锅，镀锌层凝固冷却。沉没辊是一个被动的转向辊，靠带钢与辊表面的摩擦力驱动，起到张紧带钢的作用。现代的宽带钢连续热浸镀锌机组的沉没辊直径在 500700mm 之间。随钢带运动而转动的沉没辊通过两侧的轴套支撑固定在固定架上，轴套起到滑动轴承的作用。沉没辊、稳定辊及轴套是带钢连续热镀锌生产线中的重要消耗部件。因受到液态锌的侵蚀以及与带钢表面的滑动摩擦磨损，辊面和轴套会很快受腐蚀磨损而失效，直接影响镀锌板的质量和产量。国内外采用的沉没辊现在一般用高铬镍的不锈钢制造，一般需要 1015 天更换一次，而沉没辊的轴颈以及轴瓦由于接触应力较大，损坏更快。轴套属滑动摩擦，接触应力也较大，液锌腐蚀磨损条件对其材质的要求更为苛刻。目前使用的耐热钢或钴基合金的轴套使用寿命一般在 20 天以下。图 1.1 实际生产中失效的沉没辊和轴套图 1.2 热镀锌板生产线的工作过程示意图从图中得知，沉没辊和稳定辊的轴套与支撑它们的臂套相互滑动摩擦，其中臂套不动，轴套转动，所以臂套受磨蚀较重。多年来，镀锌行业已经投入大量的科研经费研究轴套和臂套的新材料，但是都没有达到预期的效果。每次更换沉没辊、轴套及其稳定辊时，整条生产线停机大约 8 小时，加上开机停机前后的生产调整时间，对热镀锌生产影响甚大。同时由于采用钢铁材料的沉没辊及其支撑装置被锌液腐蚀磨损后，溶入锌液中生成含锌约 94的固体锌渣，沉入锌池底部，造成大量的锌损耗（约占热镀锌全部用锌量的 2025）。由于锌渣的存在，必须在设备上安置刮刀，使设备复杂化。锌渣过多时，还会影响沉没辊的转动和镀锌板的质量，必须定期从锌池中捞除，为此需要配置专业设备。如果同时考虑这些因素的影响，造成的经济损失相当巨大。据初步估算，若能将沉没辊和轴套的使用寿命提高一倍，该生产线每年可以增加几千万的产值。因机械零部件间有相对运动的存在，致使摩擦磨损与液态合金腐蚀同时并存且相互作用，更缩短了零件的使用寿命，严重影响实际生产，于是耐锌液腐蚀磨损材料及其制成的沉没辊的摩擦磨损性能的研究提上日程。研究沉没辊轴套材料的腐蚀磨损失效问题很复杂：材料首先要耐锌腐蚀，国内外许多研究表明耐锌腐蚀是各种材料耐磨的前提；并且零件的实际工作环境要求材料要有优良的机械性能，其次材料的摩擦磨损性能是整个摩擦体系的性能，有很多复杂影响因素，因此摩擦副的选配是关键，也是难点所在。但一旦成功研制出合适的摩擦副材料，应用于热镀锌设备上，必将推动热镀锌行业的快速发展，为此，国内外部分学者对此已进行了研究。由Fe- Zn 相图可知, Fe 和Zn 是互溶的, 当铁与锌液接触后表面的铁原子就会扩散至锌液中, 宏观表现为表面的铁被锌液溶解。同样, 锌原子也可以扩散至铁的表面, 形成多孔、疏松的低熔点合金,即FeZn7( 俗称锌渣) , 并漂移到锌液中。沉没辊的腐蚀, 主要是因为锌液作用于其表面的微观缺陷而致,材料的韧性对耐蚀寿命有重要的影响。锌液在缺陷处、成分不均匀处产生选择性优先腐蚀, 韧性材料发增刊 热镀锌沉没辊系统长寿化研究 35生孔蚀, 脆性材料同时发生裂纹腐蚀, 溶解腐蚀。因此, 均化材料表面、减少缺陷、增加材料的韧性, 都会大大提高材料的耐锌蚀寿命。从实际使用情况来看, 沉没辊的使用主要存在以下几个问题:(1) 因受锌液侵蚀在辊面形成的腐蚀点或金属化合物以及粘附在辊面的锌渣( 杂质及浮渣) 都会破坏辊面的平洁度, 从而影响镀锌板的表面质量;(2) 带钢在锌液附着的同时, 也受锌液浸蚀, 形成大量Fe- Zn 化合物熔入锌液, 影响锌液的纯净度, 间接影响镀锌质量;(3) 沉没辊辊面、轴套在锌液中高速转动, 受锌液浸蚀而加速磨损。由于这些原因, 沉没辊装置的使用寿命一般很短, 约7 11 天。沉没辊的频繁更换或维修, 不仅降低了成品率、作业率, 而且劳动强度高, 给生产和操作带来诸多不便。以每7 天换辊一次, 去掉检修日和换辊所用时间, 工作天数以280 天为计, 一个生产线每年要换辊40 次, 严重制约了镀锌成材率的提高。如何提高沉没辊抗熔融锌腐蚀的性能, 是熔融镀锌生产线中的一项技术难题。如果能提高沉没辊的寿命就能节约成本, 提高生产效率。为此, 就沉没辊使用技术开展了大量的研究工作, 不断改善表面质量, 提高使用寿命。1-1-3 目前国内外的解决办法沉没辊基体材料主要是不锈钢, 辊面的防腐蚀及延长寿命技术的发展主要是在表面改性技术方面拓展。*各种表面改性技术的对比表面改性技术是在不改变基体材料的前提下,运用现代技术改变材料表面的成分、结构和性能的处理技术。目前所采用的耐熔锌材料表面改性的方法主要包括下述几种:(1) 渗镀法。通过热扩散渗硼的方法, 工艺成熟, 且由于硼原子为小原子容易渗入, 耐熔锌腐蚀效果好。但是, 利用渗镀的方法所获得的渗层都很薄,难于长期抵抗锌液的浸蚀, 其耐蚀寿命都很有限, 不能彻底解决锌液的腐蚀问题。(2) 热喷焊。热喷焊方法可以解决热喷涂层与基体结合力差, 涂层易剥落的缺陷。因为耐熔锌腐蚀性能好的材料一般焊接性能较差、脆性大, 难以喷焊成均匀平滑的涂层, 即使是形成喷焊层也会在冷却过程中产生裂纹而丧失耐蚀性能。因此此种方法应用几乎没有。(3) 热喷涂 2- 3 。热喷涂技术主要以等离子喷涂( 大气等离子喷涂APS、低压等离子喷涂LPPS、真空等离子喷涂VPS) 、爆炸喷涂( Denotat ion Spraying) 、火焰喷涂( Flame Spraying ) 为主; 热喷涂是利用某种热源将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态, 同时借助于焰流或高速气流将其雾化, 并推动这些雾化后的粒子喷射到基体表面, 沉积成具有某种功能的涂层。目前用于耐熔锌腐蚀涂层的材料主要有: WC/Co、3 % 9 % B + Mo、Cr + W + Mo 。由于这些材料构成的喷涂层本身具有较好的耐融锌腐蚀性能, 因此用在无温差变化的静态工况条件下收到了较好的效果。热喷涂方法也有其不足之处, 如涂层与基体间具有不同的膨胀系数, 使得结合力差, 易脱落。因此目前各镀锌线均使用热喷涂技术处理沉没辊表面。为降低涂层与基体间不同的膨胀系数差值, 日本已开始选择新的沉没辊基材, 采用马氏体不锈钢( DCH- 23) 制作辊体, 既耐腐蚀又与喷涂面层材料的热膨胀系数比较匹配。涂层采用双涂层系统, 底层采用硬度较高的带材堆焊, 以大幅度提高面层涂层的抗挤压凹坑能力及耐剥蚀性; 面层采用超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层, 具有优异的耐融锌腐蚀的能力和极好的耐磨性。这种新型的沉没辊, 其使用寿命可比原用的沉没辊提高2 8 倍。1-2 课题引入的意义1-2-1 课题的内容本课题为历史新国摩擦磨损装置的设计，意在设计一个装置，可以在实验室范围内测试沉没辊轴套，衬瓦试样件的摩擦磨损及其耐腐蚀性能，装置一共分为三个模块：锌锅，电动机和液压缸。锌锅由内带的电加热棒给锅内的锌加热，至液态锌，温度控制在475到485之间（用数控系统进行控制），电动机和液压缸均是斜向下朝向锌锅口固定在支架上，电动机夹持试样件深入液态锌，并以高于工况五倍到六倍的速度旋转，液压缸则夹持推杆适当的挤压试样件伸入锌锅内的部分，由此来对沉没辊轴套，衬瓦试样件的摩擦磨损及其耐腐蚀性能进行测试。本课题就是设计这样一个装置，其中包括锌锅的设计，电动机选择，液压缸的设计。1-2-2 本课题的意义在热镀锌线的生产当中，磨损率以及腐蚀率最高的就是沉没辊的各个组件了，其中沉没辊轴套以及衬瓦的摩擦磨损及其腐蚀最为严重。沉没辊因此也很容易损坏，常常替换，但是沉没辊一旦替换，就意味着要进行一到两天的拉钢使沉没辊能够适应工况，所以沉没辊的寿命问题直接影响了热镀锌生产线的生产效率。另外一方面，对沉没辊摩擦磨损耐腐性性能的研究，可以适当延长沉没辊的寿命，使工厂不必比较频繁的更换沉没辊组件，大大降低了热镀锌线工厂的生产效率，同时，也为整套设备的稳定运行提供了保障。在钢带连续热镀锌过程中,轴套浸入到锌液中,同时受到很大的应力,腐蚀和磨损,对材料的要求特别高。国内外采用的沉没辊、稳定辊的材质一般是高铬镍耐热钢或较耐锌蚀的不锈钢,为保证产品质量,辊面一般每隔10一巧天以内就要更换,与其连接的腐蚀磨损更严重的辊端轴套使用服役情况更严重。这些钢铁材料被锌液腐蚀磨损后,其产物溶入锌液中,产生含锌约94%的固体锌渣,沉入锌池底部,造成的锌损耗约占热镀锌全部用锌量的20一350,01,。锌渣过多和沉没辊轴套被腐蚀磨损破坏后的表面质量还会影响设备运转和镀锌板的质量,所以锌渣需定期从锌池中捞出,沉没辊和轴套也需要定期更换,既费锌又费力,使得热镀锌生产及经济效益受到极大影响。这一问题已经是热镀锌行业迫在眉睫的事。如能解决此问题不仅可以节省每次更换沉没辊、稳定辊及其轴套,和开机停机前后的生产调整时间。还可以减少每次停产造成的带钢废品,成本和锌耗,从而提高热镀锌生产的经济效益。目前为止,世界上研究此方面课题的人还为数不多,国内有中科院和河北理工学院在做此方面的研究,国外有加拿大和日本也在做相关研究,但都未得到满意结果。原因主要是:材料的磨损不仅受载荷、速度、工况温度、腐蚀状况等多种工矿条件的影响,还受到其对磨材料相互间的影响,磨损是一个很复杂的问题,影响因素很多。所以应研究具体环境卜的磨损状况和主要失效机理,对耐磨损材料进行优化选择。对于本课题来说,在选材时不仅要寻找耐锌蚀材料,还要选择合适的摩擦副。而且还要求材料一有足够的力学性能,且具有良好的导热性能、可加性、成本低、有优良的性能价格比。所以这一问题仍需业界人士进一步研究,如能圆满解决这个问题,那将是热镀锌行业及热镀锌研究领域一个新的里程。本课题即是为对沉没辊的研究提供了设备支持。第二章立式锌锅装置的设计2-1 锌锅设计总体概述2-1-1 锌锅的设计要求（1） 试样件要伸入液态锌液面以下20mm处，这样才能保证试样件周围温度相对恒定（2） 试样件尽量保证足够靠近热电偶，这样才能保证试样件周围温度偏差不至于太大（3） 由于电动机，液压缸和锌锅之间要相互配合工作，所以锌锅设计的尺寸要足够大，以满足装置各组件之间的位置关系（4） 锌锅不能过大，以至于需要过多的锌和过长的加热时间导致不必要的锌浪费和多余耗电 2-1-2 锌锅装置设计原则（1） 各部分结构的可靠性（2） 各部分性能的可靠性，锌锅的工作温度大致为475度到485度，锌锅材料及其其他各部分材料需要拥有较高的耐热性能（3） 各部分需要拥有较好的耐腐蚀性，由于锌液具有很强的腐蚀性，所以为了保证实验的顺利进行，需要锌锅各部分组件拥有较高的耐腐蚀性能（4） 锌锅内层材料需要具有良好的导热性能，实验需要将锌锅内的锌块尽可能快的融化，所以需要导热性能良好的材料做锌锅材料，以达到省时省电的目的（5） 成本不能过高，耐高温耐腐蚀材料有很多，但是本课题所提供的仅仅是用于实验的装置，并非用于生产，定向研究沉没辊组件的摩擦磨损耐腐蚀性能，所以从成本出发，锌锅内层材料选择性价比较高的石墨坩埚（6） 锌锅的选材不能对锌锅内的锌液造成污染，本课题提供的装置仅仅考虑的腐蚀为锌液的腐蚀，若是有其他杂质进入锌液，使锌液污染，最终造成的腐蚀会极大的影响实验结果，所以锌锅的选材要尽可能的避免锌液收到污染（石墨坩埚的优秀性能：良好的热导性和耐高温性，热膨胀系数小，对急热、急冷具有一定抗应变性能对酸，碱性溶液的抗腐蚀性较强，具有优良的化学稳定性冶金、铸造、机械、化工等工业部门的生产原料，坩埚的生产原料，可概括为三大类型。一是结晶质的天然石墨，二是可塑性的耐火粘土，三是经过煅烧的硬质高岭土类骨架熟料。近年来，开始采用耐高温的合成材料，如：碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁等做坩埚的骨架熟料。这种熟料对提高坩埚产品质量，增强坩埚密度和机械强度有着显著效果。坩埚的成型，有三种方法，较原始古老的成型方法是手塑成型。第二种是旋塑成型法第三种是压型成型法）2-2 锌锅装置的设计方案锌锅设计方案2-2-1 锌锅锌用量的计算锌锅用锌量计算如下：因此，本课题设计的锌锅用锌量大致为230Kg2-2-2 锌锅内层材料选择为了减少其他材料对本课题锌锅中锌液的污染，也因为石墨坩埚拥有良好的热导性和耐高温性，热膨胀系数小，对急热、急冷具有一定抗应变性能对酸，碱性溶液的抗腐蚀性较强等优秀性能，所以本课题锌锅内层选用石墨坩埚2-2-3 锌锅加热方式选择加热方式选择外加热，经试验证明，24KW功率的加热设施可以将锌块在半天内加热融化为锌液，所以选用12根2的加热管为新国内部的锌块加热，在坩埚四周上中下三层呈环形摆放。温度控制采用数控表进行控温，在刚开始加热时，根加热管满功率全开，加热至度左右时关掉一半的加热管，也就是剩下根加热管加热，锌液融化后，大概在度时，要求温度稳定在这个值左右，数控加热管数量进行加热，大致为根，视散热情况及锌锅内锌液情况而定。2-2-4 锌锅结构设计介绍锌锅内层为石墨坩埚，直接盛装锌液，石墨坩埚外壁上中下三层环形摆放12根加热棒，使锌锅内的锌液加热均匀。为了不使加热棒过于直接的接触保温层，在保温层和加热棒区域之间，加了一层厚达60mm的陶瓷衬层。陶瓷衬层外面包裹着保温层，保温层厚度50mm，完全包裹陶瓷衬层，将温度散失最小化，保温层的材料选择可以是比较不易燃的石棉或者不易燃的泡沫。最外层是不锈钢制成的锌锅锅壁框架，不锈钢的耐腐性能相当优秀，且结构的强度刚度都符合本课题的要求。2-3 锌锅设计总结（1） 锌锅结构强度刚度要合乎课题相关实验的要求（2） 锌锅要求耐腐蚀性较强（3） 锌锅的选材要求很高，要求耐高温，耐强腐蚀，导热性能良好，且对锌液不会造成污染（4） 锌锅结构合理，对加热装置的摆放，稳控措施的选择，保温措施的设计，都有很高的要求（5） 锌锅结构应该在合理的基础上相对简单，有利于安装和拆卸，也有利于在试验中排查故障的所在（6） 锌锅不宜过大也不宜过小，过大导致锌浪费，过小不能满足于电动机和液压缸相对位置的需求，所以对锌锅锅口开的角度也有一定的要求第三章液压缸的选择与设计3-1液压缸的设计概述由于本课题设计的液压缸是针对锌锅沉没辊各个组件摩擦磨损及其腐蚀性能的研究的，所以最关键的部分，应该是液压杆，因为液压杆不仅要与液压缸配合，还要与连接件配合，更重要的是距离锌液液面可能会很近，所以要承受很高的温度，故对液压杆的选材和设计师整个液压缸设计的关键。3-2 液压缸及其液压活塞杆的设计准则（1） 液压缸选择不能过大，本课题设计的装置用于实验，过大的话会额外的增加液压缸支撑架的规格，而且会造成不必要的浪费（2） 液压缸的选择要符合实验要求，液压缸需要能够对外提供相应足够的拉压力，已符合实验的要求，如果过小，则会造成液压缸的规格不够，导致实验出现很大的误差，实验无法正常进行，甚至是液压缸内部结构的损坏（3） 液压杆的选材需要耐高温，耐腐蚀的材料（4） 液压杆需要有足够的结构强度和结构刚度，故直径需要满足实验所要求的结构强度和刚度，需要进行液压活塞杆的强度校核（5） 液压活塞杆的选择设计要满足亮点，一是要满足液压缸的连接件直径，第二是要满嘴实验过程中液压活塞杆需要承受的力3-2-1 液压杆的设计（1） 液压杆设计计算液压杆的选择一要根据液压缸的连接件直径 二要根据实验过程中需要承受的力故：为了满足实验需求，本课题此处液压杆选材为45钢，从机械手册中查询，的值45号钢的许用应力值为785MPa，可以得知D必须满足D不可以小于3mm。根据实际情况和实验需求，我们可以将液压杆的直径设为20mm，液压杆的具体尺寸如下图所示。同时，为了不使液压缸受力不均，或者是受力过大或者震荡过大而被损坏，本课题在液压缸的液压杆设计上，增加设计了液压活塞杆的支撑环，如下图所示。液压活塞杆支撑环另外，方式杨建在液压活塞杆上安装还需要一个零件，此零件是通过其上的M20的螺纹与液压活塞杆相连接的，方试样件与此零件通过M10的螺钉安装在一起，此零件就叫做方试样件安装零件，具体结构如下图所示。方试样件的安装零件3-2-2 液压缸的设计 3-2-2-1 液压缸的设计准则（1） 液压缸的规格要足够，要能够提供实验过程要求的力，满足实验要求（2） 液压缸体积适中，不能过大，导致额外增加支撑架的结构强度而造成成本浪费，不能过小，导致安装出现不便（3） 液压缸的行程要足够，要能够使液压活塞杆顺利的将连接件伸入锌液中3-2-2-2 液压缸的设计液压缸的选择设计具体如下图所示上图为液压缸的半剖视图液压缸未工作时候的全长可以在2000mm到3000mm之间选择液压缸的行程为1250mm，理论上满足了实验的要求液压缸的液缸直径为100mm液压活塞杆直径为55mm试验压力测量值为21MPa工作压力测量值为16MPa工作压力小于试验压力，这保证了液压缸在试验过程的安全性，可靠性和结构强度与刚度的可靠性。3-2-3 液压缸的技术要求（1） 装配式应该符合油气缸装配规程（2） 紧定螺钉M5*12的装配应该符合油气刚活塞与活塞杆螺纹连接装配技术要求3-3 液压缸及其液压活塞杆的设计总结液压活塞杆方面：首先，液压缸选择不能过大，本课题设计的装置用于实验，过大的话会额外的增加液压缸支撑架的规格，而且会造成不必要的浪费。液压缸的选择要符合实验要求，液压缸需要能够对外提供相应足够的拉压力，已符合实验的要求，如果过小，则会造成液压缸的规格不够，导致实验出现很大的误差，实验无法正常进行，甚至是液压缸内部结构的损坏。液压杆的选材需要耐高温，耐腐蚀的材料。液压杆需要有足够的结构强度和结构刚度，故直径需要满足实验所要求的结构强度和刚度，需要进行液压活塞杆的强度校核。液压活塞杆的选择设计要满足亮点，一是要满足液压缸的连接件直径，第二是要满嘴实验过程中液压活塞杆需要承受的力。为了满足实验需求，本课题此处液压杆选材为45钢，从机械手册中查询，的值45号钢的许用应力值为785MPa，可以得知D必须满足D不可以小于3mm。根据实际情况和实验需求，我们可以将液压杆的直径设为20mm。同时，为了不使液压缸受力不均，或者是受力过大或者震荡过大而被损坏，本课题在液压缸的液压杆设计上，增加设计了液压活塞杆的支撑环。液压缸设计选择方面：液压缸的规格要足够，要能够提供实验过程要求的力，满足实验要求。液压缸体积适中，不能过大，导致额外增加支撑架的结构强度而造成成本浪费，不能过小，导致安装出现不便。液压缸的行程要足够，要能够使液压活塞杆顺利的将连接件伸入锌液中。液压缸装配时所需要满足的技术要求：装配式应该符合油气缸装配规程。紧定螺钉M5*12的装配应该符合油气刚活塞与活塞杆螺纹连接装配技术要求。第四章电动机的选择及其圆柱试样支撑杆的设计4-1电动机选择及其圆柱试样支撑杆的设计概述（1） 电动机的选择依据主要有一下三点：一是根据试样件直径以及连接件直径确定电动机伸出轴直径二是根据转速来确定电动机的型号三是根据电动机的工作条件以及安装的工作位置来确定电动机的型号（2） 圆柱试样支撑杆的设计有以下几个注意事项第一， 支撑杆直径需要综合电动机的转速和支撑杆所承受的载荷来确定。第二， 实验要求的是过载荷测试沉没辊各组件的摩擦磨损及其耐腐蚀性能，所以，连接的试样件转速需要是工作时的五到六倍第三， 直径足够大，支撑杆不能过短，也不能过长第四， 由于电动机的选择很大程度上收到原住址杨建支撑杆尺寸的限制，所以应该先从圆柱试样间支撑杆的设计开始做起4-2圆柱试样件支撑杆的设计根据实验装置的设计结构，支撑杆传动轴的直径设为36mm，其尺寸如下图所示由实际工作情况计算得到沉没辊套及其其他组件的工作转速为40 r/min，本实验的装置中的试样件直径为55mm，有实际转速转换，得到试验中的此轴的转速为90r/min，但是实验室不允许太长时间的试验，而且，本实验是沉没辊及其各个组件的摩擦磨损及其抗腐蚀能力的抗压实验，所以我们将转速调大，调到原来的五到六倍，可以将其设定为600r/min，此转速为实际工作转速的五倍多与实际失效情况对比此时应该考虑此时转速的影响，对圆柱试样件支撑杆的受力进行如下校核：4-3电动机的选择（1） 电动机的选择与其安装工作位置有关，安装的工作位置可以作为电动机选择的准则之一本课题的电动机的工作位置是立式安装，伸出轴斜45向下（2） 电动机的转速由上面的支撑杆计算可知，转速为600r/min左右，由于要给转速留出一定的可调节范围，同时又不能过大，所以转速可定为1000r/min（3） 电动机选择的结构要便于安装由上述三个条件，通过查阅机械设计手册，可以将电动机选择为Y90L-6该电动机的额定功率为1,1kW，满载转速为910r/min，重量为25kg，伸出轴的直径为24mm，电动机全长为340mm。电动机基本结构为不带底脚，端盖有凸缘，安装方式为立式安装，机座不带底脚，伸出轴方向向下。基本满足本课题相关实验所提出的要求。该型电动机简图如下：4-4电动机的选择及其圆柱试样支撑杆的设计小结根据试样件直径以及连接件直径确定电动机。伸出轴直径根据转速来确定电动机的型号。根据电动机的工作条件以及安装的工作位置来确定电动机的型号。支撑杆直径需要综合电动机的转速和支撑杆所承受的载荷来确定。实验要求的是过载荷测试沉没辊各组件的摩擦磨损及其耐腐蚀性能，所以，连接的试样件转速需要是工作时的五到六倍。直径足够大，支撑杆不能过短，也不能过长由于电动机的选择很大程度上收到原住址杨建支撑杆尺寸的限制，所以应该先从圆柱试样间支撑杆的设计开始做起。电动机的选择与其安装工作位置有关，安装的工作位置可以作为电动机选择的准则之一。本课题的电动机的工作位置是立式安装，伸出轴斜45向下电动机的转速由上面的支撑杆计算可知，转速为600r/min左右，由于要给转速留出一定的可调节范围，同时又不能过大，所以转速可定为1000r/min左右。电动机选择的结构要便于安装。由上述三个条件，通过查阅机械设计手册，可以将电动机选择为Y90L-6。第五章设备工作原理耐锌腐蚀磨损试验机的结构如图所示,锌锅中存有锌液并通过测温热电偶进行控温,精度为士5。方试样和圆试样分别为固定和转动状态,圆试样安装在右侧的圆柱试样支撑轴上,方试样安装在左侧的活塞杆端部的方试样支撑轴上,其工作状态如图所示。试样安装完毕后,转动右侧的手轮(如图2.12实物图中所示)将试样浸入锌液中。开动调速电机,带动圆柱试样转动,将速度调至试验速度,然后通电打开气泵给气缸压力,气缸通过活塞杆和方试样的安装零件将载荷传到方试样,对圆试样加载,试验过程中观察并记下摩擦扭矩。摩擦学试验参数的侧量主要由传感器测量,在摩擦过程中,主轴与传感器中贴有电阻应变片的弹性体轴相连,由于摩擦力的作用使弹性体轴发生显微扭转,电阻应变片经惠斯通电桥由应变信号转化为电信号输入智能扭矩测试仪。由此仪器读取摩擦扭矩值,进而计算摩擦系数。本传感器与智能数字扭矩显示仪的总体测量精度为0.2%,分辨率为10的3次方次/秒。耐腐蚀磨损试验装置的实物图第六章试验方法6-1材料在锌液中的腐蚀性试验用线切割的方法将材料切割成3x10x巧(mm)的纯腐蚀试样。用10kw箱式电阻炉做热源,热电偶进行控温,将锌锭放入电炉中的石墨柑竭中,待锌锭熔化后,将炉内温度设定并控制在460士5,将试样浸入熔化的锌液中,分别做48小时,60小时,70小时的试验,并分别计算每个时间腐蚀后的年腐蚀速率,所有腐蚀速率取平均值,以尽量减小由于腐蚀时间和测量误差造成的数据不精确度。在浸锌腐蚀试验过程中,注意及时清除增锅中的锌渣并更换锌液。用腐蚀深度法评定材料的腐蚀量,即根据腐蚀前后基体厚度差计算材料不同时间的腐蚀量,计算公式如下:其中R为腐蚀的线速度(mm/y);d!、d:分别为腐蚀前后的厚度(mm);t为腐蚀时间(h)。试样腐蚀前的厚度用游标卡尺测量三次取平均值,腐蚀后做材料的腐蚀截面,用OsM一216490型测微尺在OLYMPUS一BMH型显微镜测量腐蚀后基体的厚度,测二次取平均值,计算材料的腐蚀量和年腐蚀速率。并用PHL工PSXL扫描电子显微镜(SEM)和PHOENIXEDS能谱仪(EMPA)对材料的腐蚀截面进行显微组织结构分析。6-2材料在锌液中的腐蚀磨损性试验由于硬度是耐磨损性的重要影响因素，因此还必须测量材料的硬度,包括宏观硬度和显微硬度。宏观硬度的测量：砂轮锵试样打磨咭除表面氧化皮，用HR-150A型的洛氏硬度计测定，三次取平均值；显微硬度的测量：将试样制成金相试样，在上海泰明光学仪器有限公司生产的Digital microhardness tester上测每个相的硬度，且都测三次取平均值。将选出的耐锌腐蚀性能较好且有一定硬度的材率,;i故成磨损试称组成摩擦副御用研制的耐锌腐蚀磨损试验装置在锌液中做腐蚀磨损试妞所有试样献寸衅卿口工而成。且试验前需做一定准备工作,试验前用400号砂纸将试样打磨、使其表面相糙度不超过0.4.在装到试验装置之前用丙酮清洗磨擦表面。6-3腐蚀磨损实验步骤（1） 预热试验前将锌液和试样预热,为减少锌液的氧化,预热时用绝缘材料(石墨粉)覆盖锌液表面。在此期间使试样降到锌锅液面处利用辐射热使试样预热。（2） 试验照试验装置的工作原理将试样放入锌锅进行试验,每半个小时记录一次摩擦扭矩。并随时观察锌液中锌渣情况,及时予以清除和更换。（3） 试验完毕后很快减小载荷,方试样升离圆柱试样。（4） 将试样移出锌液,振荡试样使锌液流入锌锅,趁锌液还未凝固快速拆卸零件。6-4实验分析腐蚀磨损试验完毕后测量并计算腐蚀磨损体积,从而得到材料的腐蚀磨损率,腐蚀磨损率=磨损体积/圆试样转的距离。将记录下来的正常摩擦阶段的摩擦扭矩取平均值,并计算摩擦系数,比较各对摩擦副的摩擦性能,计算公式为:为了比较腐蚀磨损过程中,腐蚀和磨损哪个占主导地位,分别测量同一摩擦副材料的动态腐蚀量和腐蚀磨损量,动态腐蚀量即零件上不参加磨损的部分腐蚀前与腐蚀后零件的厚度差的一半(mm),腐蚀磨损量为试样磨损前与磨损后的长度差(mm)。将腐蚀磨损试验后的固定试样和转动试样沿磨损表面垂直方向割开,做扫描电镜试样,切割样式如如图所示。将线切割后的试样分别做磨损截面的金相观察和磨损表面形貌分析,磨损表面试样在“10%一20%(15%25%)盐酸+1%(0.5一2%)六次甲基四胺”水溶液中浸泡,待锌层完全洗掉后取出,在水中浸蘸洗去酸液,然后在20%三乙醇氨+20%亚硝酸钠水溶液蘸少许,取出并干燥,以防表面被氧化,影响试验结果分析。将切割好的不同的合金试样磨平抛光,并用2%、5%硝酸酒精溶液或Fecl3液腐蚀。在PHLIPSXL扫描电子显微镜(ESM)和PHOEMXEDS能谱仪(EMPA)下对材料的原始组织,腐蚀截面以及腐蚀磨损截面进行微观组织观察和相成分分析;并观察试样的腐蚀磨损表面的形貌,分析其腐蚀磨损机理。根据分析的需要,用PH工L工PSXpertMDF型X射线衍射仪(XRD)对材料进行物相分析。6-5本章小结（1） 试验装置可近似模拟实际工况条件,转速可在年1000印m内进行调节。（2） 试验装置可测量摩擦副的摩擦扭矩,并有一定的测量精度,为.02%。（3） 试验装置的可操作性强。第