1、 簡(jiǎn)介：

　　低溫真空摩擦試驗(yàn)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)試驗(yàn)機(jī))是在充分研究美國(guó)MTS公司MTS850系統(tǒng)減震器試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)制造的系列產(chǎn)品。該試驗(yàn)臺(tái)采用“單元化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化”開(kāi)發(fā)理念，伺服控制器采用全數(shù)字單通道伺服控制器，關(guān)鍵的配套元件選用國(guó)際、國(guó)內(nèi)同類(lèi)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(guān)鍵單元和元件均采用當(dāng)今國(guó)際較先進(jìn)技術(shù)制造，整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的整體性能與國(guó)際動(dòng)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)公司產(chǎn)品技術(shù)水平相當(dāng)。

　　1.1、 試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

　　用于多種涂層或材料表面的摩擦磨損試驗(yàn)，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(fù)合情況。

　　1.2、 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)依據(jù):

　　QC/T545-1999 汽車(chē)筒式減振器臺(tái)架試驗(yàn)方法;

　　QC/T63-1993 摩托車(chē)減振器試驗(yàn)方法。

　　JB/T9397 拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件

　　JB/T8286 軸向加荷疲勞試驗(yàn)機(jī)動(dòng)態(tài)力校準(zhǔn)

　　GB2611 試驗(yàn)機(jī)通用技術(shù)要求。

　　1.3、工作條件：

　　a、環(huán)境溫度：(20±5)℃;

　　b、相對(duì)濕度：<60% RH;

　　c、電源：三相五線制，380V、50Hz，電源波動(dòng)±10%;

　　d、在穩(wěn)固基礎(chǔ)上水平安裝;

　　e、周邊無(wú)強(qiáng)電磁干擾環(huán)境。

　　2. 方案描述：

　　試驗(yàn)機(jī)主要由主機(jī)(上置伺服直線作動(dòng)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(guān)試驗(yàn)軟件以及其它必要附件等組成。作動(dòng)器在控制器的控制下，驅(qū)動(dòng)被測(cè)試樣按照設(shè)定參數(shù)運(yùn)動(dòng)，傳感器采集試驗(yàn)負(fù)荷、位移等相關(guān)參數(shù)，并形成相關(guān)曲線及報(bào)表，液壓系統(tǒng)提供試驗(yàn)機(jī)工作所需動(dòng)力。

　　2.1主機(jī)：主機(jī)為四立柱(電鍍)框架式結(jié)構(gòu)，伺服直線作動(dòng)器上置于主機(jī)橫梁上部。主機(jī)橫梁調(diào)整采用液壓升降、液壓夾緊、彈性松開(kāi)式結(jié)構(gòu)，保證試驗(yàn)過(guò)程中橫梁穩(wěn)固可靠，同時(shí)保證在非試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)橫梁保持鎖止不動(dòng)。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(shí)增加主機(jī)外形的美觀程度。

　　試驗(yàn)機(jī)主機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、橫梁升降自如、機(jī)架剛度高、試件夾持可靠、對(duì)中性好、裝夾方便等特點(diǎn)，并可配備各種夾具和環(huán)境試驗(yàn)裝置以擴(kuò)展試驗(yàn)功能。

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

　　高強(qiáng)度一體化鑄造平臺(tái)，四立柱框架式結(jié)構(gòu)，橫梁采用液壓升降、液壓夾緊、彈性松開(kāi)式結(jié)構(gòu)，保證試驗(yàn)穩(wěn)固可靠，同時(shí)保證在非試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)橫梁保持鎖止不動(dòng)。

　　單元化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)橫梁夾緊油缸，密封元件采用德國(guó)Busak+Shamban專(zhuān)用密封元件。

　　橫梁升降采用液壓油缸升降，外形美觀、質(zhì)量可靠、自動(dòng)化程度高。

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

　　橫梁運(yùn)動(dòng)(升降、夾緊)驅(qū)動(dòng)模塊采用專(zhuān)用零泄露液壓元件制造，其中換向閥采用手動(dòng)轉(zhuǎn)閥方式，保證高頻試驗(yàn)時(shí)具有較高的可靠性。

　　內(nèi)置進(jìn)口美國(guó)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(jìn)回油路蓄能器組成的伺服模塊。配置美國(guó)世銓高精度負(fù)荷傳感器。

　　伺服閥采用609所F113系列兩級(jí)伺服閥。

　　作動(dòng)器振幅極限位置設(shè)計(jì)液壓緩沖區(qū)，避免運(yùn)行失控產(chǎn)生損傷。

　　負(fù)荷傳感器與連接螺桿處設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力環(huán)，進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

　　主機(jī)工作臺(tái)前方設(shè)計(jì)試樣裝夾、橫梁運(yùn)動(dòng)和急停操作按鈕，便于試驗(yàn)員方便操作。橫梁運(yùn)動(dòng)控制模塊液壓控制閥全部采用德國(guó)HAWE公司產(chǎn)品，保證試驗(yàn)可靠性。

　　配置雙負(fù)荷傳感器，其中：20kN傳感器用于測(cè)量壓縮阻力、復(fù)原阻力等參數(shù)，高精度5kN傳感器用于測(cè)量?jī)?nèi)摩擦阻力試驗(yàn)。

　　配置2KN荷傳感器用于測(cè)量側(cè)向加載力。

　　2.2、作動(dòng)器：作動(dòng)器是試驗(yàn)機(jī)動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，是試驗(yàn)機(jī)工作的關(guān)鍵部件。伺服直線作動(dòng)器是試驗(yàn)機(jī)的核心部件，通過(guò)作動(dòng)器輸出試驗(yàn)力。試驗(yàn)機(jī)作動(dòng)器采用自有技術(shù)自行設(shè)計(jì)制造，由作動(dòng)器主體、液壓控制模塊和傳感器組成。

　　作動(dòng)器參照國(guó)際*動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)公司的伺服直線作動(dòng)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用對(duì)稱(chēng)四通伺服閥控對(duì)稱(chēng)作動(dòng)器原理設(shè)計(jì)。采用單元化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)發(fā)理念設(shè)計(jì)制造，采用多級(jí)柔支撐組合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，具有低阻尼、高響應(yīng)、高壽命、大間隙設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)理念與MTS公司Series 244 Linear Actuators 完全等同。

　　作動(dòng)器活塞密封采用格萊圈+導(dǎo)向帶密封方式，活塞桿密封采用斯特封+導(dǎo)向帶+防塵圈密封方式，所有密封元件全部采用進(jìn)口德國(guó)Busak+Shamban伺服作動(dòng)器專(zhuān)用高速密封元件。伺服直線作動(dòng)器活塞桿的支撐打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用非金屬支撐、大間隙設(shè)計(jì)、高抗側(cè)向力，具有高速不燒結(jié)自潤(rùn)滑的特點(diǎn)。組合密封，高壓密封，低壓密封及間隙漏管，作動(dòng)器總成作到無(wú)滲漏油。組合密封結(jié)構(gòu)具有良好的互換性，方便維修，具有高速不燒結(jié)、自潤(rùn)滑的特點(diǎn)。以上密封方式可有效降低作動(dòng)器的內(nèi)摩擦阻力，提高試驗(yàn)機(jī)測(cè)試精度和作動(dòng)器的使用壽命。伺服直線作動(dòng)器頻率響應(yīng)不小于75Hz。

　　伺服直線作動(dòng)器振幅極限位置設(shè)計(jì)液壓緩沖區(qū)，避免運(yùn)行失控產(chǎn)生損傷。

　　伺服直線作動(dòng)器位移傳感器內(nèi)置于活塞桿內(nèi)采用美國(guó)Schaevitz公司LVDT位移傳感器，運(yùn)動(dòng)靈活不受外來(lái)干擾，活塞桿采用超精加工，表面鍍絡(luò)拋光達(dá)Rα0.4u。

　　2.4技術(shù)參數(shù)

　　真空部分：

　　腔體尺寸：480mm×430mm×380mm (長(zhǎng)×寬×高)

　　腔體材質(zhì)：電化學(xué)拋光不銹鋼

　　腔體結(jié)構(gòu)：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(jí)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(shí)現(xiàn)高真空模式下的線性往復(fù)摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)：較大線速度：10-100 mm/sec; 線性往復(fù)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(shí)時(shí)記錄溫度曲線，超低溫保持時(shí)間大于1小時(shí)。

　　摩擦試驗(yàn)機(jī)單元：

　　差分式摩擦力測(cè)量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兩個(gè)摩擦力傳感器，加載系統(tǒng)和摩擦力測(cè)量為獨(dú)立的加載或測(cè)試傳感單元

　　，通過(guò)兩個(gè)摩擦力傳感器的差分值實(shí)時(shí)扣除溫度帶來(lái)的摩擦力變化偽信號(hào);

　　樣品尺寸：φ20-50mm的圓形試樣。配球夾具和銷(xiāo)夾具

　　法向載荷：≥40N

　　摩擦力測(cè)量：≥20N

　　旋轉(zhuǎn)模式轉(zhuǎn)速：1-1500rpm(旋轉(zhuǎn)模式支持高真空下運(yùn)行)

　　線性往復(fù)模式較大線速度10-100mm/sec

　　載荷精度：空載摩擦試驗(yàn)?zāi)Σ亮υ胍簟? mN

　　2.5伺服控制器主要技術(shù)指標(biāo)

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

　　主要技術(shù)指標(biāo)

　　1 處理器 TI 32 Bit DSP。

　　2 頻率范圍：0.01—50Hz。

　　3 通道數(shù)量：?jiǎn)瓮ǖ馈?/p>

　　4 多通道協(xié)調(diào)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(yàn)力，位移閉環(huán)，支持控制模式間無(wú)擾平滑切換

　　8 信號(hào)發(fā)生器波形 正弦波、三角波、方波等、多通道協(xié)調(diào)加載。

　　9 載荷測(cè)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(jí)伺服閥驅(qū)動(dòng)單元。

　　12 遠(yuǎn)程液壓泵站控制功能。

　　13 軟件主要按照設(shè)定的試驗(yàn)波形，進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，可以在傳感器測(cè)量范圍內(nèi)設(shè)置，上下限值保護(hù)，和試驗(yàn)波形的峰谷值保護(hù)，設(shè)置試驗(yàn)次數(shù)保護(hù)等。

　　2.6控制系統(tǒng)及附件

　　工作站1套，主機(jī)：≥6核、主頻≥3.0G Hz，≥2G獨(dú)顯，≥6G 內(nèi)存，硬盤(pán)容量≥1T，容量≥64G的固態(tài)硬盤(pán)做系統(tǒng)盤(pán)，DVD刻錄機(jī)，主板上安裝網(wǎng)卡，預(yù)裝摩擦試驗(yàn)機(jī)控制軟件 (Win 10、11)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)。

　　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(jí)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(gè)分鐘內(nèi)能抽到真空度：9.3x10-5PA;算上泄露率的情況預(yù)計(jì)5個(gè)小時(shí)左右能達(dá)到真空度：9.3x10-5PA;

　　它是把真空容器抽成真空環(huán)境的設(shè)備，它又分成預(yù)抽系統(tǒng)和主抽系統(tǒng)兩個(gè)部分，預(yù)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(mén)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(wú)油真空抽氣設(shè)備，機(jī)械泵+分子泵。特點(diǎn)是抽氣快、真空度高、無(wú)污染、無(wú)振動(dòng)。低真空的抽速與低真空泵的抽速和被抽容器的容積有關(guān);高真空的抽氣時(shí)間與高真空泵的抽速和真空容器內(nèi)所有東西的出氣量有關(guān)。此設(shè)備要求無(wú)油環(huán)境，所以選用清潔無(wú)油的泵組來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)真空系統(tǒng)的保障。

　　2. 機(jī)械泵、分子泵與真空容器之間采用電驅(qū)動(dòng)的雙面密封形式的超高真空插板閥連接。

　　3. 粗抽管路上預(yù)留1個(gè)DN25檢漏專(zhuān)用接口, 響應(yīng)時(shí)間小于3s

　　4. 真空獲得系統(tǒng)配置：

　　分子泵1個(gè);

　　機(jī)械泵1個(gè);

　　抽氣管路，含粗抽管路、再生管路、分子泵前級(jí)管路;

　　電氣真空閥門(mén)

　　具有雙重安全設(shè)計(jì)(閥門(mén)在斷電或壓縮空氣供給失效情況下自動(dòng)關(guān)閉);

　　閥門(mén)位置指示：實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋控制閥門(mén)實(shí)際位置，避免因閥門(mén)失效導(dǎo)致的事故。

　　真空系統(tǒng)具有三級(jí)安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

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

　　三級(jí)：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(guò)此層面與測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行交流，并分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，追蹤系統(tǒng)錯(cuò)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(cè)量、薄膜規(guī)#1：全壓強(qiáng)低真空測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量真空室的超高真空度，范圍10-2Pa~10-7Pa，北京大學(xué)無(wú)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(jìn)行合理連接。

　　6. 采用2臺(tái)陶瓷軸承脂潤(rùn)滑復(fù)合分子泵作為主泵，總抽速>4000L/S。

　　7. 采用1臺(tái)羅茨泵，總抽速>70L/S。

　　8. 1臺(tái)旋片泵，總抽速>15L/S。

　　泵體對(duì)密閉容器抽真空時(shí)，容器內(nèi)部真空度的提高與抽氣時(shí)間的函數(shù)關(guān)系如下：式中：P為容器內(nèi)的壓力(即：*真空度);t為自變量，是抽氣時(shí)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(guān)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(nèi)壓力下降(即：真空度的提高)很快，而后呈指數(shù)關(guān)系衰減，越來(lái)越慢，并無(wú)限逼近泵的極限真空度值。

　　如果您想知道經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)的抽氣時(shí)間才能達(dá)到您指定的真空度值，可以點(diǎn)擊 計(jì)算工具 幫您作理論計(jì)算。理論計(jì)算值僅供參考!

　　特別說(shuō)明：根據(jù)我公司產(chǎn)品，計(jì)算公式作了簡(jiǎn)化，若用于計(jì)算其它品牌的真空泵出現(xiàn)的錯(cuò)誤我們不負(fù)任何責(zé)任。

　　真空泵抽氣量/抽氣速度粗略計(jì)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(dá)到要求*壓強(qiáng)所需時(shí)間，單位為秒(S)。P0為被抽容積內(nèi)部的初始?jí)簭?qiáng)。P1為要求達(dá)到的*壓強(qiáng)，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(shí)，若選抽氣量太小的泵，會(huì)因?yàn)槁獾认盗幸蛩貙?dǎo)致無(wú)法達(dá)到預(yù)期的真空度;若抽氣量選擇太大又因功耗太大不經(jīng)濟(jì)。因此，合理選擇真空泵的抽泣量非常重要。下面簡(jiǎn)單介紹真空泵抽氣量粗略計(jì)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(dá)到要求*壓強(qiáng)所需時(shí)間，單位為秒(S)。

　　P0為被抽容積內(nèi)部的初始?jí)簭?qiáng)，即一個(gè)大氣壓強(qiáng)。

　　計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)睾０沃?點(diǎn)此查看不同海拔地區(qū)的大氣壓值)計(jì)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(dá)到的*壓強(qiáng)，單位為帕(Pa)，也可以為托或毫米汞柱。所謂*壓強(qiáng)是以*零壓作起點(diǎn)所計(jì)算的壓強(qiáng)稱(chēng)*壓強(qiáng)，通常所指的大氣壓強(qiáng)為101325帕，就是大氣的*壓強(qiáng)。當(dāng)密封腔內(nèi)部被抽走部分氣體后，這個(gè)數(shù)值會(huì)下降，其反映出設(shè)備內(nèi)壓強(qiáng)的實(shí)際數(shù)值。水環(huán)式真空泵的*壓強(qiáng)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(jì)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(duì)真空泵的效率。實(shí)際選型時(shí)要在以上計(jì)算出的抽氣量的基礎(chǔ)上加一定的安全值。附：真空泵常見(jiàn)單位換算公式。