1、 簡介：

　　低溫真空摩擦試驗機(以下簡稱試驗機)是在充分研究美國MTS公司MTS850系統(tǒng)減震器試驗臺的基礎上，針對中國市場開發(fā)制造的系列產(chǎn)品。該試驗臺采用“單元化、模塊化、標準化”開發(fā)理念，伺服控制器采用全數(shù)字單通道伺服控制器，關鍵的配套元件選用國際、國內同類產(chǎn)品品牌產(chǎn)品。

         大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，系統(tǒng)的關鍵單元和元件均采用當今國際較先進技術制造，整個試驗系統(tǒng)的整體性能與國際動態(tài)試驗臺公司產(chǎn)品技術水平相當。

　　1.1、 試驗目的：

　　用于多種涂層或材料表面的摩擦磨損試驗，可以模擬高/低溫、高真空、惰性氣體、室溫高真空，以及上述各種工況的復合情況。

　　1.2、 試驗標準及設計依據(jù):

　　QC/T545-1999 汽車筒式減振器臺架試驗方法;

　　QC/T63-1993 摩托車減振器試驗方法。

　　JB/T9397 拉壓疲勞試驗機技術條件

　　JB/T8286 軸向加荷疲勞試驗機動態(tài)力校準

　　GB2611 試驗機通用技術要求。

　　1.3、工作條件：

　　a、環(huán)境溫度：(20±5)℃;

　　b、相對濕度：<60% RH;

　　c、電源：三相五線制，380V、50Hz，電源波動±10%;

　　d、在穩(wěn)固基礎上水平安裝;

　　e、周邊無強電磁干擾環(huán)境。

　　2. 方案描述：

　　試驗機主要由主機(上置伺服直線作動器)、440L/min恒壓伺服泵、水冷卻系統(tǒng)、泥水噴淋系統(tǒng)、全數(shù)字單通道加載伺服控制器和相關試驗軟件以及其它必要附件等組成。作動器在控制器的控制下，驅動被測試樣按照設定參數(shù)運動，傳感器采集試驗負荷、位移等相關參數(shù)，并形成相關曲線及報表，液壓系統(tǒng)提供試驗機工作所需動力。

　　2.1主機：主機為四立柱(電鍍)框架式結構，伺服直線作動器上置于主機橫梁上部。主機橫梁調整采用液壓升降、液壓夾緊、彈性松開式結構，保證試驗過程中橫梁穩(wěn)固可靠，同時保證在非試驗狀態(tài)時橫梁保持鎖止不動。立柱外表面采用電鍍硬鉻處理，可有效增加立柱抗磨損能力，提高防腐蝕能力，同時增加主機外形的美觀程度。

　　試驗機主機具有結構緊湊、橫梁升降自如、機架剛度高、試件夾持可靠、對中性好、裝夾方便等特點，并可配備各種夾具和環(huán)境試驗裝置以擴展試驗功能。

　　結構特點：

　　高強度一體化鑄造平臺，四立柱框架式結構，橫梁采用液壓升降、液壓夾緊、彈性松開式結構，保證試驗穩(wěn)固可靠，同時保證在非試驗狀態(tài)時橫梁保持鎖止不動。

　　單元化、標準化、模塊化設計橫梁夾緊油缸，密封元件采用德國Busak+Shamban專用密封元件。

　　橫梁升降采用液壓油缸升降，外形美觀、質量可靠、自動化程度高。

　　四立柱外表面采用電鍍硬鉻處理，進一步提高外形的美觀程度，同時提高防腐蝕能力。

　　橫梁運動(升降、夾緊)驅動模塊采用專用零泄露液壓元件制造，其中換向閥采用手動轉閥方式，保證高頻試驗時具有較高的可靠性。

　　內置進口美國Schaevitz Sensors公司位移傳感器LVDT，外置由電液伺服閥、精度不大于3u精密濾油器以及具有消脈、蓄能功能的進回油路蓄能器組成的伺服模塊。配置美國世銓高精度負荷傳感器。

　　伺服閥采用609所F113系列兩級伺服閥。

　　作動器振幅極限位置設計液壓緩沖區(qū)，避免運行失控產(chǎn)生損傷。

　　負荷傳感器與連接螺桿處設計預應力環(huán)，進一步提高動態(tài)響應性能。

　　主機工作臺前方設計試樣裝夾、橫梁運動和急停操作按鈕，便于試驗員方便操作。橫梁運動控制模塊液壓控制閥全部采用德國HAWE公司產(chǎn)品，保證試驗可靠性。

　　配置雙負荷傳感器，其中：20kN傳感器用于測量壓縮阻力、復原阻力等參數(shù)，高精度5kN傳感器用于測量內摩擦阻力試驗。

　　配置2KN荷傳感器用于測量側向加載力。

　　2.2、作動器：作動器是試驗機動力輸出機構，是試驗機工作的關鍵部件。伺服直線作動器是試驗機的核心部件，通過作動器輸出試驗力。試驗機作動器采用自有技術自行設計制造，由作動器主體、液壓控制模塊和傳感器組成。

　　作動器參照國際*動態(tài)試驗機公司的伺服直線作動器結構特點，采用對稱四通伺服閥控對稱作動器原理設計。采用單元化、模塊化、標準化開發(fā)理念設計制造，采用多級柔支撐組合導向機構，具有低阻尼、高響應、高壽命、大間隙設計的特點。設計理念與MTS公司Series 244 Linear Actuators 完全等同。

　　作動器活塞密封采用格萊圈+導向帶密封方式，活塞桿密封采用斯特封+導向帶+防塵圈密封方式，所有密封元件全部采用進口德國Busak+Shamban伺服作動器專用高速密封元件。伺服直線作動器活塞桿的支撐打破傳統(tǒng)設計，采用非金屬支撐、大間隙設計、高抗側向力，具有高速不燒結自潤滑的特點。組合密封，高壓密封，低壓密封及間隙漏管，作動器總成作到無滲漏油。組合密封結構具有良好的互換性，方便維修，具有高速不燒結、自潤滑的特點。以上密封方式可有效降低作動器的內摩擦阻力，提高試驗機測試精度和作動器的使用壽命。伺服直線作動器頻率響應不小于75Hz。

　　伺服直線作動器振幅極限位置設計液壓緩沖區(qū)，避免運行失控產(chǎn)生損傷。

　　伺服直線作動器位移傳感器內置于活塞桿內采用美國Schaevitz公司LVDT位移傳感器，運動靈活不受外來干擾，活塞桿采用超精加工，表面鍍絡拋光達Rα0.4u。

　　2.4技術參數(shù)

　　真空部分：

　　腔體尺寸：480mm×430mm×380mm (長×寬×高)

　　腔體材質：電化學拋光不銹鋼

　　腔體結構：1.具有觀察窗

　　2.配置LED光源，便于觀察及操作

　　3.具有控制用接口，工藝氣體接口，抽氣系統(tǒng)接口及觀察、照明窗

　　變溫單元：

　　二級泵工作狀態(tài)下(真空度10-3-10-5Pa)，變溫控制室溫到+400℃連續(xù)可控，控制精度± 2°C

　　變溫速率：0.1 - 80 °C/min

　　在-180℃到+400℃之間的任一溫度，實現(xiàn)高真空模式下的線性往復摩擦學實驗：較大線速度：10-100 mm/sec; 線性往復頻率：較大10Hz;

　　溫度范圍：-180℃到+400℃

　　傳感器熱電偶顯示溫度低于-180℃，且實時記錄溫度曲線，超低溫保持時間大于1小時。

　　摩擦試驗機單元：

　　差分式摩擦力測量結構設計，兩個摩擦力傳感器，加載系統(tǒng)和摩擦力測量為獨立的加載或測試傳感單元

　　，通過兩個摩擦力傳感器的差分值實時扣除溫度帶來的摩擦力變化偽信號;

　　樣品尺寸：φ20-50mm的圓形試樣。配球夾具和銷夾具

　　法向載荷：≥40N

　　摩擦力測量：≥20N

　　旋轉模式轉速：1-1500rpm(旋轉模式支持高真空下運行)

　　線性往復模式較大線速度10-100mm/sec

　　載荷精度：空載摩擦試驗摩擦力噪音≤5 mN

　　2.5伺服控制器主要技術指標

　　系統(tǒng)是基于TI 32 Bit DSP 150 MIPS核心開發(fā)的全數(shù)字通用控制器

　　主要技術指標

　　1 處理器 TI 32 Bit DSP。

　　2 頻率范圍：0.01—50Hz。

　　3 通道數(shù)量：單通道。

　　4 多通道協(xié)調加載。

　　5 閉環(huán)控制數(shù)據(jù)刷新頻率為5kHz。

　　6 控制器A/D、D/A分辨率為16位。

　　7 支持試驗力，位移閉環(huán)，支持控制模式間無擾平滑切換

　　8 信號發(fā)生器波形 正弦波、三角波、方波等、多通道協(xié)調加載。

　　9 載荷測量精度 ±0.5% 量程自定義。

　　10 位移示值精度 ±0.5% 量程自定義。

　　11 兩級伺服閥驅動單元。

　　12 遠程液壓泵站控制功能。

　　13 軟件主要按照設定的試驗波形，進行疲勞試驗，可以在傳感器測量范圍內設置，上下限值保護，和試驗波形的峰谷值保護，設置試驗次數(shù)保護等。

　　2.6控制系統(tǒng)及附件

　　工作站1套，主機：≥6核、主頻≥3.0G Hz，≥2G獨顯，≥6G 內存，硬盤容量≥1T，容量≥64G的固態(tài)硬盤做系統(tǒng)盤，DVD刻錄機，主板上安裝網(wǎng)卡，預裝摩擦試驗機控制軟件 (Win 10、11)、鍵盤、鼠標。

　　顯示器：≥24”LED背光液晶屏;分辨率不低于1920×1200

　　真空獲得系統(tǒng)

　　我們配置采用真空泵采用 初級泵，抽氣速度≥20m3/h;渦輪分子泵：抽氣速度 ≥700 l/s;配置2套真空泵，總排氣速度320升/s，不算泄漏率的情況30個分鐘內能抽到真空度：9.3x10-5PA;算上泄露率的情況預計5個小時左右能達到真空度：9.3x10-5PA;

　　它是把真空容器抽成真空環(huán)境的設備，它又分成預抽系統(tǒng)和主抽系統(tǒng)兩個部分，預抽系統(tǒng)將真空室抽成低真空，而后，主抽系統(tǒng)將真空室抽成高真空。它由真空泵、真空閥門和真空管道等組成。

　　1.為確保極限真空度≤9.3×10-5Pa(空載)的要求，以做到防止試件受污染。采用無油真空抽氣設備，機械泵+分子泵。特點是抽氣快、真空度高、無污染、無振動。低真空的抽速與低真空泵的抽速和被抽容器的容積有關;高真空的抽氣時間與高真空泵的抽速和真空容器內所有東西的出氣量有關。此設備要求無油環(huán)境，所以選用清潔無油的泵組來實現(xiàn)對真空系統(tǒng)的保障。

　　2. 機械泵、分子泵與真空容器之間采用電驅動的雙面密封形式的超高真空插板閥連接。

　　3. 粗抽管路上預留1個DN25檢漏專用接口, 響應時間小于3s

　　4. 真空獲得系統(tǒng)配置：

　　分子泵1個;

　　機械泵1個;

　　抽氣管路，含粗抽管路、再生管路、分子泵前級管路;

　　電氣真空閥門

　　具有雙重安全設計(閥門在斷電或壓縮空氣供給失效情況下自動關閉);

　　閥門位置指示：實時閉環(huán)反饋控制閥門實際位置，避免因閥門失效導致的事故。

　　真空系統(tǒng)具有三級安全防護系統(tǒng)設計

　　—級：硬件機械控制。雙保險控制閥門會在電源或壓縮空氣供給突然斷掉的情況下自動封閉，保證高真空系統(tǒng)的密封性。閥門的位置反饋系統(tǒng)保證系統(tǒng)與用戶獲得閥門的真實情況，杜絕誤操作;

　　二級：系統(tǒng)內置自動邏輯控制系統(tǒng)(PAC)。自動確保各個部件的運作順序符合安全程序。自動甄別并拒絕執(zhí)行錯誤指令(例如高真空下突然將所有閥門打開)。與上層電腦控制隔離使得系統(tǒng)不受電腦錯誤(例如死機、電腦病毒等)干擾，杜絕安全事故;

　　三級：電腦軟件控制。操作系統(tǒng)為Windows 10、11，是操作者與底層控制系統(tǒng)的媒介。操作者通過此層面與測試系統(tǒng)進行交流，并分析試驗數(shù)據(jù)，追蹤系統(tǒng)錯誤日志等。

　　真空保障系統(tǒng)

　　1. 真空系統(tǒng)包括：真空泵、真空測量、薄膜規(guī)#1：全壓強低真空測量，范圍105Pa~102Pa，上海振太儀器儀表公司產(chǎn)品。

　　2. 電阻規(guī)：用于測量真空室的低真空度，范圍105Pa~100Pa，成都正華儀器儀表公司產(chǎn)品。

　　3. 電離規(guī)：用于測量真空室的高真空度，范圍100Pa~10-5Pa，成都儀器儀表公司產(chǎn)品。

　　4. B-A規(guī)：用于測量真空室的超高真空度，范圍10-2Pa~10-7Pa，北京大學無線電系的產(chǎn)品。

　　5. 底架：將真空容器與其連成一體，直接固定在地面上，并與其他系統(tǒng)進行合理連接。

　　6. 采用2臺陶瓷軸承脂潤滑復合分子泵作為主泵，總抽速>4000L/S。

　　7. 采用1臺羅茨泵，總抽速>70L/S。

　　8. 1臺旋片泵，總抽速>15L/S。

　　泵體對密閉容器抽真空時，容器內部真空度的提高與抽氣時間的函數(shù)關系如下：式中：P為容器內的壓力(即：*真空度);t為自變量，是抽氣時間;K 3 為泵的極限真空度值，K 1 、K 2 為與泵、容器大小、環(huán)境壓力等相關的常數(shù)。 函數(shù)曲線示意圖如下：

　　由此可以看出，在抽氣初期，容器內壓力下降(即：真空度的提高)很快，而后呈指數(shù)關系衰減，越來越慢，并無限逼近泵的極限真空度值。

　　如果您想知道經(jīng)過多長的抽氣時間才能達到您指定的真空度值，可以點擊 計算工具 幫您作理論計算。理論計算值僅供參考!

　　特別說明：根據(jù)我公司產(chǎn)品，計算公式作了簡化，若用于計算其它品牌的真空泵出現(xiàn)的錯誤我們不負任何責任。

　　真空泵抽氣量/抽氣速度粗略計算公式

　　Q=(V/T)×ln(P0/P1)其中：Q為真空泵抽氣量(L/s)。V為真空室容積，單位為升(L)。T為達到要求*壓強所需時間，單位為秒(S)。P0為被抽容積內部的初始壓強。P1為要求達到的*壓強，單位為帕(Pa)。

　　抽氣量即為抽氣速度，是真空泵的重要參數(shù)之一。單位一般式L/S或m^3/h。選型時，若選抽氣量太小的泵，會因為漏氣等系列因素導致無法達到預期的真空度;若抽氣量選擇太大又因功耗太大不經(jīng)濟。因此，合理選擇真空泵的抽泣量非常重要。下面簡單介紹真空泵抽氣量粗略計算公式：

　　Q=(V/T)×ln(P0/P1)

　　其中：Q為真空泵抽氣量(L/s)。

　　V為真空室容積，單位為升(L)。

　　T為達到要求*壓強所需時間，單位為秒(S)。

　　P0為被抽容積內部的初始壓強，即一個大氣壓強。

　　計算時應根據(jù)當?shù)睾０沃?點此查看不同海拔地區(qū)的大氣壓值)計算，沿海地區(qū)一般都取101325。單位為帕(Pa)，也可以為托或毫米汞柱。

　　P1為要求達到的*壓強，單位為帕(Pa)，也可以為托或毫米汞柱。所謂*壓強是以*零壓作起點所計算的壓強稱*壓強，通常所指的大氣壓強為101325帕，就是大氣的*壓強。當密封腔內部被抽走部分氣體后，這個數(shù)值會下降，其反映出設備內壓強的實際數(shù)值。水環(huán)式真空泵的*壓強值為3300Pa，旋片式真空泵高為0.06-10Pa之間。

　　以上公式都是粗略計算的，一般都忽略了外界因素(如循環(huán)水溫度、海拔、供電電壓、工作范圍值等)對真空泵的效率。實際選型時要在以上計算出的抽氣量的基礎上加一定的安全值。附：真空泵常見單位換算公式。