El dispositivo de prueba del índice de desgaste de partículas se utiliza para evaluar la resistencia al desgaste del material bajo la acción del medio de partículas, y una de sus funciones centrales es medir con precisión la fricción a través de la máquina de prueba de desgaste para cuantificar el grado de desgaste del material. Los siguientes son los métodos detallados y los puntos técnicos para la medición de la fricción en este dispositivo:
I. principios de medición de la fricción
En el ensayo de desgaste de partículas, la fricción proviene principalmente de los siguientes dos aspectos:
Fricción deslizante entre las partículas y la superficie del material: las partículas se deslizan relativamente con la superficie de la muestra durante el movimiento, produciendo fricción radial.
El impacto y el corte de las partículas en el material: cuando las partículas que se mueven a alta velocidad impactan en la superficie del material, además de la fuerza de impacto normal, también producen componentes transversales (es decir, componentes de fricción).
La medición de la fricción requiere convertir la señal mecánica en una señal eléctrica a través de un sensor, y luego procesar el sistema de adquisición de datos y exportar los resultados.
II. métodos y tecnologías clave de medición
1. método de medición directa: sensor de fuerza de alta precisión
Tipo de sensor:
Sensor de fuerza de ancho de tensión: detecta la fricción a través del cambio de Resistencia del ancho de tensión, que es adecuado para pruebas de desgaste a baja velocidad y en estado estable.
Sensor de fuerza piezoeléctrica: utiliza el efecto piezoeléctrico para medir la fricción dinámica, con una alta frecuencia de respuesta (hasta el nivel de khz), adecuado para la prueba de impacto de partículas de alta velocidad.
Sensor de fuerza capacitiva: medición sin contacto, adecuada para ambientes de alta temperatura o corrosivos, pero la precisión se ve muy afectada por el medio.
Posición de instalación:
Extremo de la plantilla de la muestra: el sensor conecta directamente la muestra y mide la fricción total de las partículas en la muestra (se debe considerar la influencia de la rigidez de la plantilla).
Dentro del canal de flujo de partículas: instale un sensor en la tubería de transporte de partículas o en el disco giratorio para medir la fuerza de corte del fluido de partículas (es necesario calibrar la uniformidad de la distribución de partículas).
Requisitos de calibración:
Calibrar estáticamente el sensor con un peso estándar o un dispositivo de calibración de fuerza (como una máquina de tracción), con una desviación ≤ 0,5% FS (rango completo).
La calibración dinámica debe simular las condiciones reales de desgaste (como la frecuencia y velocidad de impacto de las partículas) para garantizar que las características de respuesta de frecuencia coincidan.
3. método de medición de acoplamiento multiparamétrico
Combinando la Fuerza normal y el coeficiente de fricción:
Al mismo tiempo, se mide la fuerza normal.
Adecuado para estudiar la influencia de la forma y el tamaño de las partículas en el comportamiento de fricción (como el contraste entre partículas esféricas y partículas prismáticas).
Análisis asistido por señales de emisión acústica:
Las ondas elásticas producidas por el impacto de las partículas se monitorean a través de sensores de emisiones acústicas, y los datos de fricción se combinan para juzgar el mecanismo de desgaste (como el desgaste por fatiga o el desgaste de corte).
Cámaras de alta velocidad y procesamiento de imágenes:
Tomar la trayectoria de movimiento de las partículas, combinar los datos de fricción para establecer un modelo de relación velocidad - fricción de las partículas y optimizar los parámetros de prueba (como la velocidad de flujo de las partículas y la concentración).
III. composición del sistema de medición de la fricción
Módulo de sensores:
Elija la fricción máxima de la prueba de cobertura de rango (generalmente entre el 20% y el 50% de la fuerza normal), y la función de protección contra sobrecarga es necesaria.
El nivel de protección es ≥ ip65 para evitar la deriva de la señal causada por la intrusión de partículas y polvo.
Módulo de acondicionamiento de señales:
La ganancia del amplificador es ajustable y se adapta a diferentes sensores de rango.
La frecuencia de corte del filtro de paso bajo es ≥ 10 veces la frecuencia más alta de la prueba (si la frecuencia de impacto de partículas es de 100 hz, la frecuencia de corte del filtro es ≥ 1 khz).
Módulo de adquisición de datos:
La tasa de muestreo es ≥ 1 khz, lo que garantiza la captura del pico de fricción dinámica.
Soporte para la adquisición simultánea multicanal (como la medición simultánea de la fuerza normal, la fuerza de corte, la temperatura y otros parámetros).
Módulo de análisis de software:
Muestra la curva de fricción en tiempo real y admite la exportación de datos (como csv, formato microsoft).
Calcular automáticamente el índice de desgaste (como el trabajo de fricción por unidad, la tasa de desgaste, etc.) y generar el informe de prueba.
IV. medidas de control y optimización de errores
Error de instalación del sensor:
Asegúrese de que el eje del sensor coincide con la dirección de fricción, con una desviación ≤ 1 ° (se puede calibrar el medidor central a través del láser).
La rigidez de la plantilla debe ser ≥ 10 veces la rigidez de la muestra para evitar la pérdida de transmisión de fuerza causada por la deformación elástica.
Interferencia ambiental:
Fluctuación de la temperatura de la Cámara ≤ 2 ° C y humedad ≤ 60% RH (para evitar la deriva del sensor).
Blindaje electromagnético: el cable del sensor adopta un cable de par trenzado y está cubierto con una capa tejida de metal, con una resistencia a la tierra ≤ 1 omega.
Efectos del medio de partículas:
Uniformidad de la distribución del tamaño de las partículas: desviación D50 ≤ ± 10% (detectada por un granulador láser).
Control de la forma de las partículas: evite que las partículas largas o en forma de escamas causen fluctuaciones en las mediciones de fricción.
Optimización de la respuesta dinámica:
Frecuencia natural del sensor ≥ 5 veces la frecuencia máxima de prueba (si la frecuencia de impacto de partículas es de 100 hz, la frecuencia natural del sensor es ≥ 500 hz).
La frecuencia de corte del filtro anti - aliasing del sistema de adquisición de datos coincide con la tasa de muestreo (siguiendo el Teorema de nyquist).
V. casos típicos de aplicación
1. prueba de materiales resistentes al desgaste de maquinaria minera
Condiciones de ensayo:
Partículas: grava (tamaño de partícula 0,5 - 1,0 mm, dureza de Mohs 7).
Muestra: revestimiento de hierro fundido de alto cromo (dureza HRC ≥ 58).
Medición de la fricción: sensor de fuerza de ancho de tensión (rango de medición 0 - 1000n), instalado en el extremo de la pinza de la muestra.
Análisis de los resultados:
La fricción fluctúa periódicamente con el tiempo (relacionada con la frecuencia de impacto de las partículas), y la fricción máxima es proporcional a la energía cinética de las partículas.
2. prueba de desgaste del flujo de dos fases de partículas de aire en la hoja del aeromotor
Condiciones de ensayo:
Partículas: partículas cerámicas de alúmina (tamaño de partícula 10 - 20 micras, densidad 3,9 G / CM cúbico).
Muestra: hoja de turbina de aleación de alta temperatura a base de níquel (el recubrimiento superficial es el recubrimiento de barrera térmica ysz).
Medición de fricción: sensor de fuerza piezoeléctrico (rango de medición 0 - 50n, respuesta de frecuencia 0 - 10khz), instalado en el borde del disco giratorio.
Análisis de los resultados:
Cuando el flujo de aire de alta velocidad lleva partículas que impactan en la hoja, la señal de fricción presenta características de ruido de alta frecuencia (es necesario eliminar el ruido a través de la transformación de ondas).
Umbral de desprendimiento del recubrimiento: cuando el pico de fricción supera el 20n, el recubrimiento comienza a aparecer microcracks.
VI. tendencias en el desarrollo tecnológico
Miniaturización e integración:
Desarrollar sensores de fuerza microelectromecánicos (sistema microelectromecánico) para realizar la medición in situ de la fricción (como incrustar el interior de la muestra).
Control inteligente y adaptativo:
En combinación con el algoritmo de aprendizaje automático, la velocidad de flujo o la carga de las partículas se ajustan automáticamente de acuerdo con los cambios de fricción para optimizar la eficiencia de la prueba.
Prueba de acoplamiento de campo físico múltiple:
Medir simultáneamente la fricción, la temperatura, la tensión y otros parámetros para estudiar el efecto de acoplamiento térmico - mecánico durante el desgaste.
Resumen
En el dispositivo de prueba del índice de desgaste de partículas, la medición de la fricción debe combinarse con el método directo (sensor de fuerza) y el método indirecto (método de par / potencia), y mejorar la fiabilidad de los datos a través del análisis de acoplamiento multiparamétrico. Las tecnologías clave incluyen la selección de sensores de alta precisión, el control dinámico de errores y la supresión de interferencias ambientales. En la aplicación práctica, es necesario seleccionar el plan de medición adecuado de acuerdo con las condiciones de prueba (como el tipo de partícula, la velocidad, la carga) y seguir estrictamente las especificaciones de calibración y mantenimiento para garantizar la precisión de la evaluación del índice de desgaste.