專利名稱：高速軋制界面軋輥磨損量及摩擦系數(shù)的測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種軋輥材質(zhì)摩擦磨損性能的測定裝置，尤其是涉及一種高速軋制界面軋輥磨損量及摩擦系數(shù)的測定裝置，屬于摩擦磨損技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軋輥是軋制機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵部件，其磨損量大，工況條件惡劣。據(jù)調(diào)查，我國每年因磨損消耗的軋輥材料近20萬t，價(jià)值數(shù)十億元，給國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。軋輥的使用壽命已成為決定生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率、勞動(dòng)強(qiáng)度及社會可持續(xù)性發(fā)展的重要因素之一。在影響軋輥使用壽命的所有因素中，軋輥的耐磨性是最為關(guān)鍵的因素，所以對軋輥耐磨性的研究一直受到人們的重視，當(dāng)前所用研究方法及裝置也多種多樣，從總體上看，主要有兩類一是利用各種磨損試驗(yàn)機(jī)，二是利用專門設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行研究。 長期以來，在磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行材質(zhì)磨損性能測定簡便易行，所以此類裝置應(yīng)用比較普遍。但是高速軋制條件下，軋輥的磨損在物理和幾何條件上與一般磨損有重大差別，如周期性接觸；軋件上的氧化皮可作為磨粒進(jìn)入輥縫；伴有冷卻液和潤滑液的作用；受熱的影響等等?？梢娷堓佋趯?shí)際工作的條件下，影響磨損的因素特別復(fù)雜，一般的磨損試驗(yàn)機(jī)是反映不出這些復(fù)雜因素的影響的。而根據(jù)軋輥工作的實(shí)際工況而設(shè)計(jì)的測定裝置就可以真實(shí)地反映出軋輥的磨損性能及磨損過程。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高速軋制界面軋輥磨損量及摩擦系數(shù)的測定裝置。高速軋制界面軋輥磨損量及摩擦系數(shù)的測定裝置，由動(dòng)力系統(tǒng)、加力系統(tǒng)、軋制系統(tǒng)、工件支撐系統(tǒng)、被軋工件、測力和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。所述的動(dòng)力系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速器組成；減速器的輸入軸水平放置，輸出軸垂直向上與軋輥動(dòng)力軸連接，電動(dòng)機(jī)和減速器之間以及減速器和軋輥動(dòng)力軸之間分別用萬向聯(lián)軸器和彈性套筒聯(lián)接。所述的加力系統(tǒng)由伺服電機(jī)、加力螺桿、彈簧、絲杠、絲杠支架、左壓板、右壓板、左壓板上的絲杠螺母組成；在左壓板、右壓板固定有套筒，彈簧安裝在固定套筒上；加力螺桿穿過左壓板、右壓板上的套筒，右端同加壓軸承座相連；絲杠支架是固定在支架上的，絲杠一端安裝在絲杠支架上，絲杠和絲杠支架之間安裝有軸承；絲杠具有自鎖功能，絲杠與左壓板上的絲杠螺母螺紋配合；伺服電機(jī)和絲杠之間安裝有減速器。所述的軋制系統(tǒng)由動(dòng)力軋輥、加壓軋輥組成；動(dòng)力軋輥、加壓軋輥的結(jié)構(gòu)相似，均由輥軸及輥套組成，輥軸及輥套之間由螺釘連接；動(dòng)力軋輥上的輥套由要測定的軋輥的材料組成，輥套為對開式；加壓軋輥的輥套為整體式。所述的工件支撐系統(tǒng)由加壓軸承座、動(dòng)力軸承座、支架、工作臺、工件托輥、立柱組成；在工件托輥上安裝有兩個(gè)軸承支撐工件，工件托輥用螺母安裝在立柱上，立柱固定在支架，工件托輥和立柱之間套有彈簧；工作臺上有燕尾槽和滑塊，滑塊安裝在工作臺的燕尾槽內(nèi)并可以沿燕尾槽滑移，右壓板固定在滑塊上，左壓板和加壓軸承座安裝在滑塊的燕尾槽內(nèi)，可沿燕尾槽滑動(dòng)；動(dòng)力軸承座固定安裝在支架上；動(dòng)力軋輥和加壓軋輥分別安裝在動(dòng)力軸承座和加壓軸承座上。所述的被軋工件是呈圓筒狀，安裝在工件托輥上，并由工件托輥的軸承支撐。所述的測力和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由扭矩傳感器、壓力傳感器、扭矩測量儀、測壓應(yīng)變儀、計(jì)算機(jī)、電機(jī)控制器組成；扭矩傳感器安裝在動(dòng)力軋輥軸和減速器輸出軸之間，動(dòng)力軋輥軸與減速器輸出軸之間采用彈性套筒連接；扭矩傳感器與扭矩測量儀相連，扭矩值由測量儀直接讀出；壓力傳感器的輸出端與測壓應(yīng)變儀相連，測壓應(yīng)變儀將各種被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)輸出接口與計(jì)算機(jī)相連；計(jì)算機(jī)與電機(jī)控制器相連，當(dāng)壓力傳感器測得的壓力值達(dá)到計(jì)算機(jī)設(shè)定的值時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出信號，通過電機(jī)控制器使得伺服電機(jī)停止工作，進(jìn)而停止加壓。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型提出的測定裝置是根據(jù)軋輥工作的實(shí)際工況設(shè)計(jì)的，該裝置能夠準(zhǔn)確地測定軋輥磨損量及摩擦系數(shù)，從而為軋輥的選材及實(shí)際應(yīng)用提·供有力的參考依據(jù)。

圖I是測定裝置的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2是工件托輥的結(jié)構(gòu)圖；圖3是動(dòng)力軋輥和加壓軋輥圖；圖4是動(dòng)力軋輥和加壓軋輥的結(jié)構(gòu)安裝圖；I、伺服電機(jī)2、減速器3、絲杠支架 4、絲杠螺母5、左壓板6、絲杠 7、加力螺桿8、右壓板 9、套筒 10、加壓軸承座 11、加壓軋輥 12、被扎工件及工件托輥13、動(dòng)力軋輥 14、動(dòng)力軸承座 15、支架 16、工作臺17、驅(qū)動(dòng)電機(jī)18、萬向聯(lián)軸器19、減速器20、彈性套筒21、扭矩傳感器22、扭矩測量儀23、滑塊24、測壓應(yīng)變儀25、壓力傳感器26、電機(jī)控制器27、計(jì)算機(jī)28、軸承 29、通信電纜30、軸承 31、工件托輥32、彈簧33、墊圈34、螺母35、立柱36、螺釘37、輥軸38、輥套。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖I所示的測定裝置的整體結(jié)構(gòu)圖，動(dòng)力系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)17、減速器19組成。減速器的輸入軸水平放置，輸出軸垂直向上與軋輥動(dòng)力軸連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)17和減速器19之間用萬向聯(lián)軸器18聯(lián)接，這樣可以防止軸與軸之間同軸度低時(shí)，軸發(fā)生扭斷；扭矩傳感器21安裝時(shí)的同軸度要求較高，為解決同軸度不高的問題，減速器19和扭矩傳感器21之間用彈性套筒20聯(lián)接；加力系統(tǒng)由伺服電機(jī)I、減速器2、加力螺桿7、彈簧32、絲杠6、絲杠支架3、左壓板5、右壓板8及左壓板上的絲杠螺母4組成。彈簧32安裝在固定套筒9上，為防止彈簧32在加力螺桿7上徑向移動(dòng)太大，在左壓板5和右壓板6上固定套筒9，加力螺桿7穿過左壓板5和右壓板6上的套筒，右端同加壓軸承座10相連；絲杠6的一端由絲杠支架3支撐，絲杠和絲杠支架之間有軸承28，絲杠6具有自鎖功能，以防開動(dòng)機(jī)器后絲杠后退；伺服電機(jī)I和絲杠6之間安裝有減速器2。軋制系統(tǒng)由動(dòng)力軋輥13、加壓軋輥11組成。如圖3和圖4所示，動(dòng)力軋輥13、力口壓軋輥11的結(jié)構(gòu)相同，均由輥軸37及輥套38組成，輥軸及輥套之間由螺釘36連接；動(dòng)力軋輥上的輥套由要測定的軋輥的材料組成，為了便于更換，輥套為對開式；加壓軋輥的輥套由于不需經(jīng)常更換，輥套為整體式。工件支撐系統(tǒng)由加壓軸承座10、動(dòng)力軸承座14、支架15、工作臺16、工件托輥31組成。如圖2所示，被軋工件12安裝在工件托輥31上，在工件托輥31上安裝有兩個(gè)軸承30支撐工件，一方面可以減小由于工件內(nèi)外圈線速度不同所造成的干擾，另一方面，軸承和工件之間屬于滾動(dòng)摩擦,磨損量小,這樣可以延長軸承和工件的使用壽命。工件托輥31安裝在用螺母34安裝在立柱35上，工件托輥和立柱之間有彈簧32，螺母34和工件托輥31之間有墊圈33，這樣當(dāng)工件震動(dòng)大時(shí)，1 可以通過彈簧的緩沖作用減少對軸承的沖擊，又可以在一定程度上調(diào)整工件的平行度，以保證工件的穩(wěn)定運(yùn)行；工作臺16上有燕尾槽和滑塊23，滑塊23安裝在工作臺的燕尾槽內(nèi)并可以沿燕尾槽滑移，右壓板固定在滑塊上，左壓板和加壓軸承座安裝在滑塊23的燕尾槽內(nèi)，可沿燕尾槽滑動(dòng)。被軋工件安裝在工件托輥上，并由工件托輥的軸承支撐。工件托輥安裝在支架上。測力和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由扭矩傳感器21、壓力傳感器25、扭矩測量儀22、測壓應(yīng)變儀24、計(jì)算機(jī)27、電機(jī)控制器26組成。扭矩傳感器21安裝在動(dòng)力軋輥軸和減速器輸出軸之間，由于扭矩傳感器安裝時(shí)的同軸度要求較高，所以動(dòng)力軋輥軸和減速器輸出軸之間采用彈性套筒連接，以解決同軸度不高的問題；扭矩傳感器21與扭矩測量儀22用通信電纜29相連，扭矩值由測量儀直接讀出，根據(jù)扭矩、軋輥半徑及軋制壓力值推算出摩擦系數(shù)；壓力傳感器25的輸出端與測壓應(yīng)變儀24用通信電纜29相連，測壓應(yīng)變儀24將各種被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)輸出接口與計(jì)算機(jī)相連。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以以數(shù)據(jù)、表格、曲線或擬合公式的形式通過外圍設(shè)備(打印機(jī)、繪圖儀)輸出。計(jì)算機(jī)27與電機(jī)控制器26用通信電纜29相連，當(dāng)壓力傳感器測得的壓力值達(dá)到計(jì)算機(jī)設(shè)定的值時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出信號，通過電機(jī)控制器使得伺服電機(jī)停止工作，進(jìn)而停止加壓。該裝置進(jìn)行工作時(shí)，如圖I所示的測定裝置的整體結(jié)構(gòu)圖，將結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示的動(dòng)力軋輥和加壓軋輥分別安裝在動(dòng)力軸承座和加壓軸承座上，將被軋工件安裝在工件托輥上。首先接通電源，驅(qū)動(dòng)電機(jī)17經(jīng)萬向聯(lián)軸器18帶動(dòng)減速器2及扭矩傳感器21及動(dòng)力軋輥13開始轉(zhuǎn)動(dòng)。然后根據(jù)加壓軋輥11所要施加的軋制力，通過計(jì)算機(jī)26和電機(jī)控制器27設(shè)定伺服電機(jī)I所帶動(dòng)絲杠6的行程，使得當(dāng)壓力傳感器25檢測到軋制力達(dá)到設(shè)定值時(shí)伺服電機(jī)I停止轉(zhuǎn)動(dòng)。接通伺服電機(jī)I的電源，伺服電機(jī)及減速器帶動(dòng)絲杠6 —起在絲杠螺母4中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使左壓板5和右壓板8及彈簧32 —起沿加力螺桿7向前移動(dòng)，當(dāng)右壓板8上的壓力傳感器25與加壓軸承座10相接觸時(shí)，整個(gè)加力系統(tǒng)推動(dòng)加壓軸承座10，使加壓軸承座10通過與其固定在一起的滑塊23在工作臺16上的燕尾槽內(nèi)向前移動(dòng)。當(dāng)加壓軋輥11與被軋工件12相接觸時(shí)，加壓軸承座10座停止移動(dòng)。伺服電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)絲杠6轉(zhuǎn)動(dòng)，左壓板5開始壓縮彈簧32，彈簧32的彈力通過右壓板8、壓力傳感器25、力口壓軸承座10及加壓軋輥11，施加在被軋工件12和動(dòng)力軋輥13上，當(dāng)彈簧的壓力達(dá)到一定值時(shí)，在摩擦力的帶動(dòng)下，工件開始轉(zhuǎn)動(dòng)。扭矩?cái)?shù)值由數(shù)字式扭矩測量儀22讀出，壓力數(shù)值經(jīng)應(yīng)變儀24及計(jì)算機(jī)27的處理由計(jì)算機(jī)輸出。[0025]例如可以利用45鋼作為軋輥材料(即動(dòng)力軋輥的輥套材料為45鋼)，軋制壓力分別為9kN及7kN，每種壓力下分別軋制兩個(gè)試樣，軋制時(shí)間全部為10h，軋制后用精度為Img的電子天平稱量動(dòng)力軋輥13的磨損量，將結(jié)果記錄在表格中。在兩種軋制力作用下，由數(shù)字式扭矩儀讀出扭矩值，進(jìn)而求解得到摩擦力的大 小，經(jīng)過計(jì)算得出摩擦系數(shù)。
權(quán)利要求1.高速軋制界面軋輥磨損量及摩擦系數(shù)的測定裝置，由動(dòng)カ系統(tǒng)、加カ系統(tǒng)、軋制系統(tǒng)、エ件支撐系統(tǒng)、被軋エ件、測カ和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，其特征在干 所述的動(dòng)カ系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速器組成；減速器的輸入軸水平放置，輸出軸垂直向上與軋輥動(dòng)力軸連接，電動(dòng)機(jī)和減速器之間以及減速器和軋輥動(dòng)力軸之間分別用萬向聯(lián)軸器和弾性套筒聯(lián)接； 所述的加力系統(tǒng)由伺服電機(jī)、加カ螺桿、彈簧、絲杠、絲杠支架、左壓板、右壓板、左壓板上的絲杠螺母組成；在左壓板、右壓板固定有套筒，彈簧安裝在固定套筒上；加カ螺桿穿過左壓板、右壓板上的套筒，右端同加壓軸承座相連；絲杠支架是固定在支架上的，絲杠一端安裝在絲杠支架上，絲杠和絲杠支架之間安裝有軸承；絲杠具有自鎖功能，絲杠與左壓板上的絲杠螺母螺紋配合；伺服電機(jī)和絲杠之間安裝有減速器； 所述的軋制系統(tǒng)由動(dòng)カ軋輥、加壓軋輥組成；動(dòng)カ軋輥、加壓軋輥的結(jié)構(gòu)相似，均由輥軸及輥套組成，輥軸及輥套之間由螺釘連接；動(dòng)力軋輥上的輥套由要測定的軋輥的材料組成，輥套為對開式；加壓軋輥的輥套為整體式； 所述的エ件支撐系統(tǒng)由加壓軸承座、動(dòng)カ軸承座、支架、工作臺、エ件托輥、立柱組成；在エ件托輥上安裝有兩個(gè)軸承支撐エ件，エ件托輥用螺母安裝在立柱上，立柱固定在支架，エ件托輥和立柱之間套有彈簧；工作臺上有燕尾槽和滑塊，滑塊安裝在工作臺的燕尾槽內(nèi)并可以沿燕尾槽滑移，右壓板固定在滑塊上，左壓板和加壓軸承座安裝在滑塊的燕尾槽內(nèi)，可沿燕尾槽滑動(dòng)；動(dòng)カ軸承座固定安裝在支架上；動(dòng)力軋輥和加壓軋輥分別安裝在動(dòng)カ軸承座和加壓軸承座上； 所述的被軋エ件是呈圓筒狀，安裝在エ件托輥上，并由エ件托輥的軸承支撐； 所述的測力和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由扭矩傳感器、壓カ傳感器、扭矩測量儀、測壓應(yīng)變儀、計(jì)算機(jī)、電機(jī)控制器組成；扭矩傳感器安裝在動(dòng)カ軋輥軸和減速器輸出軸之間，動(dòng)カ軋輥軸與減速器輸出軸之間采用弾性套筒連接；扭矩傳感器與扭矩測量儀相連，扭矩值由測量儀直接讀出；壓カ傳感器的輸出端與測壓應(yīng)變儀相連，測壓應(yīng)變儀將各種被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)輸出接ロ與計(jì)算機(jī)相連；計(jì)算機(jī)與電機(jī)控制器相連，當(dāng)壓カ傳感器測得的壓カ值達(dá)到計(jì)算機(jī)設(shè)定的值時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出信號，通過電機(jī)控制器使得伺服電機(jī)停止工作，進(jìn)而停止加壓。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高速軋制界面軋輥磨損量及摩擦系數(shù)的測定裝置，包括動(dòng)力系統(tǒng)、加力系統(tǒng)、軋制系統(tǒng)、測力和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、被軋工件、工件支撐系統(tǒng)和工作臺。動(dòng)力系統(tǒng)包電動(dòng)機(jī)、減速器，其中電動(dòng)機(jī)和減速器之間以及減速器和軋輥動(dòng)力軸之間用萬向聯(lián)軸器聯(lián)接；加力系統(tǒng)包括伺服電機(jī)、加力螺桿、彈簧、絲杠、左壓板、右壓板及左壓板上的絲杠螺母；軋制系統(tǒng)包括兩軸承座、動(dòng)力軋輥、加壓軋輥；測力和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括扭矩傳感器、壓力傳感器、扭矩測量儀、測壓應(yīng)變儀、計(jì)算機(jī)、電機(jī)控制器。本裝置能夠準(zhǔn)確地測定軋輥磨損量及摩擦系數(shù)，從而判斷軋輥材質(zhì)摩擦磨損性能，為軋輥的選材及實(shí)際應(yīng)用提供有力的參考依據(jù)。
文檔編號G01N3/56GK202471536SQ20122006788
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者朱瑤, 王橋醫(yī), 高瑞進(jìn) 申請人:杭州電子科技大學(xué)