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係統減震器試驗台的基礎上，針對中國市場開發製造的係列產(chan) 品。該試驗台采用“單元化、模塊化、標準化”開發理念，伺服控製器采用全數字單通道伺服控製器，關(guan) 鍵的配套元件選用國際、國內(nei) 同類產(chan) 品品牌產(chan) 品。

         大大提高了係統的穩定性和可靠性，係統的關(guan) 鍵單元和元件均采用當今國際較先進技術製造，整個(ge) 試驗係統的整體(ti) 性能與(yu) 國際動態試驗台公司產(chan) 品技術水平相當。

　　1.1、 試驗目的：

　　用於(yu) 多種塗層或材料表麵的摩擦磨損試驗，可以模擬高/低溫、高真空、惰性氣體(ti) 、室溫高真空，以及上述各種工況的複合情況。

　　1.2、 試驗標準及設計依據:

　　QC/T545-1999 汽車筒式減振器台架試驗方法;

　　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力校準

　　GB2611 試驗機通用技術要求。

　　1.3、工作條件：

　　a、環境溫度：(20±5)℃;

　　b、相對濕度：<60% RH;

　　c、電源：三相五線製，380V、50Hz，電源波動±10%;

　　d、在穩固基礎上水平安裝;

　　e、周邊無強電磁幹擾環境。

　　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、水冷卻係統、泥水噴淋係統、全數字單通道加載伺服控製器和相關(guan) 試驗軟件以及其它必要附件等組成。作動器在控製器的控製下，驅動被測試樣按照設定參數運動，傳(chuan) 感器采集試驗負荷、位移等相關(guan) 參數，並形成相關(guan) 曲線及報表，液壓係統提供試驗機工作所需動力。

　　2.1主機：主機為(wei) 四立柱(電鍍)框架式結構，伺服直線作動器上置於(yu) 主機橫梁上部。主機橫梁調整采用液壓升降、液壓夾緊、彈性鬆開式結構，保證試驗過程中橫梁穩固可靠，同時保證在非試驗狀態時橫梁保持鎖止不動。立柱外表麵采用電鍍硬鉻處理，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，並可配備各種夾具和環境試驗裝置以擴展試驗功能。

　　結構特點：

　　高強度一體(ti) 化鑄造平台，四立柱框架式結構，橫梁采用液壓升降、液壓夾緊、彈性鬆開式結構，保證試驗穩固可靠，同時保證在非試驗狀態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(zhuan) 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。

　　四立柱外表麵采用電鍍硬鉻處理，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(zhuan) 用零泄露液壓元件製造，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(nei) 置進口美國Schaevitz Sensors公司位移傳(chuan) 感器LVDT，外置由電液伺服閥、精度不大於(yu) 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(chuan) 感器。

　　伺服閥采用609所F113係列兩(liang) 級伺服閥。

　　作動器振幅極限位置設計液壓緩衝(chong) 區，避免運行失控產(chan) 生損傷(shang) 。

　　負荷傳(chuan) 感器與(yu) 連接螺杆處設計預應力環，進一步提高動態響應性能。

　　主機工作台前方設計試樣裝夾、橫梁運動和急停操作按鈕，便於(yu) 試驗員方便操作。橫梁運動控製模塊液壓控製閥全部采用德國HAWE公司產(chan) 品，保證試驗可靠性。

　　配置雙負荷傳(chuan) 感器，其中：20kN傳(chuan) 感器用於(yu) 測量壓縮阻力、複原阻力等參數，高精度5kN傳(chuan) 感器用於(yu) 測量內(nei) 摩擦阻力試驗。

　　配置2KN荷傳(chuan) 感器用於(yu) 測量側(ce) 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(guan) 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製造，由作動器主體(ti) 、液壓控製模塊和傳(chuan) 感器組成。

　　作動器參照國際*動態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、標準化開發理念設計製造，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(yu) 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，活塞杆密封采用斯特封+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(zhuan) 用高速密封元件。伺服直線作動器活塞杆的支撐打破傳(chuan) 統設計，采用非金屬支撐、大間隙設計、高抗側(ce) 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(nei) 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於(yu) 75Hz。

　　伺服直線作動器振幅極限位置設計液壓緩衝(chong) 區，避免運行失控產(chan) 生損傷(shang) 。

　　伺服直線作動器位移傳(chuan) 感器內(nei) 置於(yu) 活塞杆內(nei) 采用美國Schaevitz公司LVDT位移傳(chuan) 感器，運動靈活不受外來幹擾，活塞杆采用超精加工，表麵鍍絡拋光達Rα0.4u。

　　2.4技術參數

　　真空部分：

　　腔體(ti) 尺寸：480mm×430mm×380mm (長×寬×高)

　　腔體(ti) 材質：電化學拋光不鏽鋼

　　腔體(ti) 結構：1.具有觀察窗

　　2.配置LED光源，便於(yu) 觀察及操作

　　3.具有控製用接口，工藝氣體(ti) 接口，抽氣係統接口及觀察、照明窗

　　變溫單元：

　　二級泵工作狀態下(真空度10-3-10-5Pa)，變溫控製室溫到+400℃連續可控，控製精度± 2°C

　　變溫速率：0.1 - 80 °C/min

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

　　溫度範圍：-180℃到+400℃

　　傳(chuan) 感器熱電偶顯示溫度低於(yu) -180℃，且實時記錄溫度曲線，超低溫保持時間大於(yu) 1小時。

　　摩擦試驗機單元：

　　差分式摩擦力測量結構設計，兩(liang) 個(ge) 摩擦力傳(chuan) 感器，加載係統和摩擦力測量為(wei) 獨立的加載或測試傳(chuan) 感單元

　　，通過兩(liang) 個(ge) 摩擦力傳(chuan) 感器的差分值實時扣除溫度帶來的摩擦力變化偽(wei) 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)

　　線性往複模式較大線速度10-100mm/sec

　　載荷精度：空載摩擦試驗摩擦力噪音≤5 mN

　　2.5伺服控製器主要技術指標

　　係統是基於(yu) TI 32 Bit DSP 150 MIPS核心開發的全數字通用控製器

　　主要技術指標

　　1 處理器 TI 32 Bit DSP。

　　2 頻率範圍：0.01—50Hz。

　　3 通道數量：單通道。

　　4 多通道協調加載。

　　5 閉環控製數據刷新頻率為(wei) 5kHz。

　　6 控製器A/D、D/A分辨率為(wei) 16位。

　　7 支持試驗力，位移閉環，支持控製模式間無擾平滑切換

　　8 信號發生器波形 正弦波、三角波、方波等、多通道協調加載。

　　9 載荷測量精度 ±0.5% 量程自定義(yi) 。

　　10 位移示值精度 ±0.5% 量程自定義(yi) 。

　　11 兩(liang) 級伺服閥驅動單元。

　　12 遠程液壓泵站控製功能。

　　13 軟件主要按照設定的試驗波形，進行疲勞試驗，可以在傳(chuan) 感器測量範圍內(nei) 設置，上下限值保護，和試驗波形的峰穀值保護，設置試驗次數保護等。

　　2.6控製係統及附件

　　工作站1套，主機：≥6核、主頻≥3.0G Hz，≥2G獨顯，≥6G 內(nei) 存，硬盤容量≥1T，容量≥64G的固態硬盤做係統盤，DVD刻錄機，主板上安裝網卡，預裝摩擦試驗機控製軟件 (Win 10、11)、鍵盤、鼠標。

　　顯示器：≥24”LED背光液晶屏;分辨率不低於(yu) 1920×1200

　　真空獲得係統

　　我們(men) 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(ge) 分鍾內(nei) 能抽到真空度：9.3x10-5PA;算上泄露率的情況預計5個(ge) 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境的設備，它又分成預抽係統和主抽係統兩(liang) 個(ge) 部分，預抽係統將真空室抽成低真空，而後，主抽係統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(wei) 確保極限真空度≤9.3×10-5Pa(空載)的要求，以做到防止試件受汙染。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、無汙染、無振動。低真空的抽速與(yu) 低真空泵的抽速和被抽容器的容積有關(guan) ;高真空的抽氣時間與(yu) 高真空泵的抽速和真空容器內(nei) 所有東(dong) 西的出氣量有關(guan) 。此設備要求無油環境，所以選用清潔無油的泵組來實現對真空係統的保障。

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

　　3. 粗抽管路上預留1個(ge) DN25檢漏專(zhuan) 用接口, 響應時間小於(yu) 3s

　　4. 真空獲得係統配置：

　　分子泵1個(ge) ;

　　機械泵1個(ge) ;

　　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(guan) 閉);

　　閥門位置指示：實時閉環反饋控製閥門實際位置，避免因閥門失效導致的事故。

　　真空係統具有三級安全防護係統設計

　　—級：硬件機械控製。雙保險控製閥門會(hui) 在電源或壓縮空氣供給突然斷掉的情況下自動封閉，保證高真空係統的密封性。閥門的位置反饋係統保證係統與(yu) 用戶獲得閥門的真實情況，杜絕誤操作;

　　二級：係統內(nei) 置自動邏輯控製係統(PAC)。自動確保各個(ge) 部件的運作順序符合安全程序。自動甄別並拒絕執行錯誤指令(例如高真空下突然將所有閥門打開)。與(yu) 上層電腦控製隔離使得係統不受電腦錯誤(例如死機、電腦病毒等)幹擾，杜絕安全事故;

　　三級：電腦軟件控製。操作係統為(wei) Windows 10、11，是操作者與(yu) 底層控製係統的媒介。操作者通過此層麵與(yu) 測試係統進行交流，並分析試驗數據，追蹤係統錯誤日誌等。

　　真空保障係統

　　1. 真空係統包括：真空泵、真空測量、薄膜規#1：全壓強低真空測量，範圍105Pa~102Pa，上海振太儀(yi) 器儀(yi) 表公司產(chan) 品。

　　2. 電阻規：用於(yu) 測量真空室的低真空度，範圍105Pa~100Pa，成都正華儀(yi) 器儀(yi) 表公司產(chan) 品。

　　3. 電離規：用於(yu) 測量真空室的高真空度，範圍100Pa~10-5Pa，成都儀(yi) 器儀(yi) 表公司產(chan) 品。

　　4. B-A規：用於(yu) 測量真空室的超高真空度，範圍10-2Pa~10-7Pa，北京大學無線電係的產(chan) 品。

　　5. 底架：將真空容器與(yu) 其連成一體(ti) ，直接固定在地麵上，並與(yu) 其他係統進行合理連接。

　　6. 采用2台陶瓷軸承脂潤滑複合分子泵作為(wei) 主泵，總抽速>4000L/S。

　　7. 采用1台羅茨泵，總抽速>70L/S。

　　8. 1台旋片泵，總抽速>15L/S。

　　泵體(ti) 對密閉容器抽真空時，容器內(nei) 部真空度的提高與(yu) 抽氣時間的函數關(guan) 係如下：式中：P為(wei) 容器內(nei) 的壓力(即：*真空度);t為(wei) 自變量，是抽氣時間;K 3 為(wei) 泵的極限真空度值，K 1 、K 2 為(wei) 與(yu) 泵、容器大小、環境壓力等相關(guan) 的常數。 函數曲線示意圖如下：

　　由此可以看出，在抽氣初期，容器內(nei) 壓力下降(即：真空度的提高)很快，而後呈指數關(guan) 係衰減，越來越慢，並無限逼近泵的極限真空度值。

　　如果您想知道經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(jin) 供參考!

　　特別說明：根據我公司產(chan) 品，計算公式作了簡化，若用於(yu) 計算其它品牌的真空泵出現的錯誤我們(men) 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(wei) 真空泵抽氣量(L/s)。V為(wei) 真空室容積，單位為(wei) 升(L)。T為(wei) 達到要求*壓強所需時間，單位為(wei) 秒(S)。P0為(wei) 被抽容積內(nei) 部的初始壓強。P1為(wei) 要求達到的*壓強，單位為(wei) 帕(Pa)。

　　抽氣量即為(wei) 抽氣速度，是真空泵的重要參數之一。單位一般式L/S或m^3/h。選型時，若選抽氣量太小的泵，會(hui) 因為(wei) 漏氣等係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濟。因此，合理選擇真空泵的抽泣量非常重要。下麵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(wei) 真空泵抽氣量(L/s)。

　　V為(wei) 真空室容積，單位為(wei) 升(L)。

　　T為(wei) 達到要求*壓強所需時間，單位為(wei) 秒(S)。

　　P0為(wei) 被抽容積內(nei) 部的初始壓強，即一個(ge) 大氣壓強。

　　計算時應根據當地海拔值(點此查看不同海拔地區的大氣壓值)計算，沿海地區一般都取101325。單位為(wei) 帕(Pa)，也可以為(wei) 托或毫米汞柱。

　　P1為(wei) 要求達到的*壓強，單位為(wei) 帕(Pa)，也可以為(wei) 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(wei) 101325帕，就是大氣的*壓強。當密封腔內(nei) 部被抽走部分氣體(ti) 後，這個(ge) 數值會(hui) 下降，其反映出設備內(nei) 壓強的實際數值。水環式真空泵的*壓強值為(wei) 3300Pa，旋片式真空泵高為(wei) 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(如循環水溫度、海拔、供電電壓、工作範圍值等)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。