1、 简介：

　　低温真空摩擦试验机(以下简称试验机)是在充分研究美国MTS公司MTS850系统减震器试验台的基础上，针对中国市场开发制造的系列产品。该试验台采用“单元化、模块化、标准化”开发理念，伺服控制器采用全数字单通道伺服控制器，关键的配套元件选用国际、国内同类产品品牌产品。

         大大提高了系统的稳定性和可靠性，系统的关键单元和元件均采用当今国际较先进技术制造，整个试验系统的整体性能与国际动态试验台公司产品技术水平相当。

　　1.1、 试验目的：

　　用于多种涂层或材料表面的摩擦磨损试验，可以模拟高/低温、高真空、惰性气体、室温高真空，以及上述各种工况的复合情况。

　　1.2、 试验标准及设计依据:

　　QC/T545-1999 汽车筒式减振器台架试验方法;

　　QC/T63-1993 摩托车减振器试验方法。

　　JB/T9397 拉压疲劳试验机技术条件

　　JB/T8286 轴向加荷疲劳试验机动态力校准

　　GB2611 试验机通用技术要求。

　　1.3、工作条件：

　　a、环境温度：(20±5)℃;

　　b、相对湿度：<60% RH;

　　c、电源：三相五线制，380V、50Hz，电源波动±10%;

　　d、在稳固基础上水平安装;

　　e、周边无强电磁干扰环境。

　　2. 方案描述：

　　试验机主要由主机(上置伺服直线作动器)、440L/min恒压伺服泵、水冷却系统、泥水喷淋系统、全数字单通道加载伺服控制器和相关试验软件以及其它必要附件等组成。作动器在控制器的控制下，驱动被测试样按照设定参数运动，传感器采集试验负荷、位移等相关参数，并形成相关曲线及报表，液压系统提供试验机工作所需动力。

　　2.1主机：主机为四立柱(电镀)框架式结构，伺服直线作动器上置于主机横梁上部。主机横梁调整采用液压升降、液压夹紧、弹性松开式结构，保证试验过程中横梁稳固可靠，同时保证在非试验状态时横梁保持锁止不动。立柱外表面采用电镀硬铬处理，可有效增加立柱抗磨损能力，提高防腐蚀能力，同时增加主机外形的美观程度。

　　试验机主机具有结构紧凑、横梁升降自如、机架刚度高、试件夹持可靠、对中性好、装夹方便等特点，并可配备各种夹具和环境试验装置以扩展试验功能。

　　结构特点：

　　高强度一体化铸造平台，四立柱框架式结构，横梁采用液压升降、液压夹紧、弹性松开式结构，保证试验稳固可靠，同时保证在非试验状态时横梁保持锁止不动。

　　单元化、标准化、模块化设计横梁夹紧油缸，密封元件采用德国Busak+Shamban专用密封元件。

　　横梁升降采用液压油缸升降，外形美观、质量可靠、自动化程度高。

　　四立柱外表面采用电镀硬铬处理，进一步提高外形的美观程度，同时提高防腐蚀能力。

　　横梁运动(升降、夹紧)驱动模块采用专用零泄露液压元件制造，其中换向阀采用手动转阀方式，保证高频试验时具有较高的可靠性。

　　内置进口美国Schaevitz Sensors公司位移传感器LVDT，外置由电液伺服阀、精度不大于3u精密滤油器以及具有消脉、蓄能功能的进回油路蓄能器组成的伺服模块。配置美国世铨高精度负荷传感器。

　　伺服阀采用609所F113系列两级伺服阀。

　　作动器振幅极限位置设计液压缓冲区，避免运行失控产生损伤。

　　负荷传感器与连接螺杆处设计预应力环，进一步提高动态响应性能。

　　主机工作台前方设计试样装夹、横梁运动和急停操作按钮，便于试验员方便操作。横梁运动控制模块液压控制阀全部采用德国HAWE公司产品，保证试验可靠性。

　　配置双负荷传感器，其中：20kN传感器用于测量压缩阻力、复原阻力等参数，高精度5kN传感器用于测量内摩擦阻力试验。

　　配置2KN荷传感器用于测量侧向加载力。

　　2.2、作动器：作动器是试验机动力输出机构，是试验机工作的关键部件。伺服直线作动器是试验机的核心部件，通过作动器输出试验力。试验机作动器采用自有技术自行设计制造，由作动器主体、液压控制模块和传感器组成。

　　作动器参照国际*动态试验机公司的伺服直线作动器结构特点，采用对称四通伺服阀控对称作动器原理设计。采用单元化、模块化、标准化开发理念设计制造，采用多级柔支撑组合导向机构，具有低阻尼、高响应、高寿命、大间隙设计的特点。设计理念与MTS公司Series 244 Linear Actuators 完全等同。

　　作动器活塞密封采用格莱圈+导向带密封方式，活塞杆密封采用斯特封+导向带+防尘圈密封方式，所有密封元件全部采用进口德国Busak+Shamban伺服作动器专用高速密封元件。伺服直线作动器活塞杆的支撑打破传统设计，采用非金属支撑、大间隙设计、高抗侧向力，具有高速不烧结自润滑的特点。组合密封，高压密封，低压密封及间隙漏管，作动器总成作到无渗漏油。组合密封结构具有良好的互换性，方便维修，具有高速不烧结、自润滑的特点。以上密封方式可有效降低作动器的内摩擦阻力，提高试验机测试精度和作动器的使用寿命。伺服直线作动器频率响应不小于75Hz。

　　伺服直线作动器振幅极限位置设计液压缓冲区，避免运行失控产生损伤。

　　伺服直线作动器位移传感器内置于活塞杆内采用美国Schaevitz公司LVDT位移传感器，运动灵活不受外来干扰，活塞杆采用超精加工，表面镀络抛光达Rα0.4u。

　　2.4技术参数

　　真空部分：

　　腔体尺寸：480mm×430mm×380mm (长×宽×高)

　　腔体材质：电化学抛光不锈钢

　　腔体结构：1.具有观察窗

　　2.配置LED光源，便于观察及操作

　　3.具有控制用接口，工艺气体接口，抽气系统接口及观察、照明窗

　　变温单元：

　　二级泵工作状态下(真空度10-3-10-5Pa)，变温控制室温到+400℃连续可控，控制精度± 2°C

　　变温速率：0.1 - 80 °C/min

　　在-180℃到+400℃之间的任一温度，实现高真空模式下的线性往复摩擦学实验：较大线速度：10-100 mm/sec; 线性往复频率：较大10Hz;

　　温度范围：-180℃到+400℃

　　传感器热电偶显示温度低于-180℃，且实时记录温度曲线，超低温保持时间大于1小时。

　　摩擦试验机单元：

　　差分式摩擦力测量结构设计，两个摩擦力传感器，加载系统和摩擦力测量为独立的加载或测试传感单元

　　，通过两个摩擦力传感器的差分值实时扣除温度带来的摩擦力变化伪信号;

　　样品尺寸：φ20-50mm的圆形试样。配球夹具和销夹具

　　法向载荷：≥40N

　　摩擦力测量：≥20N

　　旋转模式转速：1-1500rpm(旋转模式支持高真空下运行)

　　线性往复模式较大线速度10-100mm/sec

　　载荷精度：空载摩擦试验摩擦力噪音≤5 mN

　　2.5伺服控制器主要技术指标

　　系统是基于TI 32 Bit DSP 150 MIPS核心开发的全数字通用控制器

　　主要技术指标

　　1 处理器 TI 32 Bit DSP。

　　2 频率范围：0.01—50Hz。

　　3 通道数量：单通道。

　　4 多通道协调加载。

　　5 闭环控制数据刷新频率为5kHz。

　　6 控制器A/D、D/A分辨率为16位。

　　7 支持试验力，位移闭环，支持控制模式间无扰平滑切换

　　8 信号发生器波形 正弦波、三角波、方波等、多通道协调加载。

　　9 载荷测量精度 ±0.5% 量程自定义。

　　10 位移示值精度 ±0.5% 量程自定义。

　　11 两级伺服阀驱动单元。

　　12 远程液压泵站控制功能。

　　13 软件主要按照设定的试验波形，进行疲劳试验，可以在传感器测量范围内设置，上下限值保护，和试验波形的峰谷值保护，设置试验次数保护等。

　　2.6控制系统及附件

　　工作站1套，主机：≥6核、主频≥3.0G Hz，≥2G独显，≥6G 内存，硬盘容量≥1T，容量≥64G的固态硬盘做系统盘，DVD刻录机，主板上安装网卡，预装摩擦试验机控制软件 (Win 10、11)、键盘、鼠标。

　　显示器：≥24”LED背光液晶屏;分辨率不低于1920×1200

　　真空获得系统

　　我们配置采用真空泵采用 初级泵，抽气速度≥20m3/h;涡轮分子泵：抽气速度 ≥700 l/s;配置2套真空泵，总排气速度320升/s，不算泄漏率的情况30个分钟内能抽到真空度：9.3x10-5PA;算上泄露率的情况预计5个小时左右能达到真空度：9.3x10-5PA;

　　它是把真空容器抽成真空环境的设备，它又分成预抽系统和主抽系统两个部分，预抽系统将真空室抽成低真空，而后，主抽系统将真空室抽成高真空。它由真空泵、真空阀门和真空管道等组成。

　　1.为确保极限真空度≤9.3×10-5Pa(空载)的要求，以做到防止试件受污染。采用无油真空抽气设备，机械泵+分子泵。特点是抽气快、真空度高、无污染、无振动。低真空的抽速与低真空泵的抽速和被抽容器的容积有关;高真空的抽气时间与高真空泵的抽速和真空容器内所有东西的出气量有关。此设备要求无油环境，所以选用清洁无油的泵组来实现对真空系统的保障。

　　2. 机械泵、分子泵与真空容器之间采用电驱动的双面密封形式的超高真空插板阀连接。

　　3. 粗抽管路上预留1个DN25检漏专用接口, 响应时间小于3s

　　4. 真空获得系统配置：

　　分子泵1个;

　　机械泵1个;

　　抽气管路，含粗抽管路、再生管路、分子泵前级管路;

　　电气真空阀门

　　具有双重安全设计(阀门在断电或压缩空气供给失效情况下自动关闭);

　　阀门位置指示：实时闭环反馈控制阀门实际位置，避免因阀门失效导致的事故。

　　真空系统具有三级安全防护系统设计

　　—级：硬件机械控制。双保险控制阀门会在电源或压缩空气供给突然断掉的情况下自动封闭，保证高真空系统的密封性。阀门的位置反馈系统保证系统与用户获得阀门的真实情况，杜绝误操作;

　　二级：系统内置自动逻辑控制系统(PAC)。自动确保各个部件的运作顺序符合安全程序。自动甄别并拒绝执行错误指令(例如高真空下突然将所有阀门打开)。与上层电脑控制隔离使得系统不受电脑错误(例如死机、电脑病毒等)干扰，杜绝安全事故;

　　三级：电脑软件控制。操作系统为Windows 10、11，是操作者与底层控制系统的媒介。操作者通过此层面与测试系统进行交流，并分析试验数据，追踪系统错误日志等。

　　真空保障系统

　　1. 真空系统包括：真空泵、真空测量、薄膜规#1：全压强低真空测量，范围105Pa~102Pa，上海振太仪器仪表公司产品。

　　2. 电阻规：用于测量真空室的低真空度，范围105Pa~100Pa，成都正华仪器仪表公司产品。

　　3. 电离规：用于测量真空室的高真空度，范围100Pa~10-5Pa，成都仪器仪表公司产品。

　　4. B-A规：用于测量真空室的超高真空度，范围10-2Pa~10-7Pa，北京大学无线电系的产品。

　　5. 底架：将真空容器与其连成一体，直接固定在地面上，并与其他系统进行合理连接。

　　6. 采用2台陶瓷轴承脂润滑复合分子泵作为主泵，总抽速>4000L/S。

　　7. 采用1台罗茨泵，总抽速>70L/S。

　　8. 1台旋片泵，总抽速>15L/S。

　　泵体对密闭容器抽真空时，容器内部真空度的提高与抽气时间的函数关系如下：式中：P为容器内的压力(即：*真空度);t为自变量，是抽气时间;K 3 为泵的极限真空度值，K 1 、K 2 为与泵、容器大小、环境压力等相关的常数。 函数曲线示意图如下：

　　由此可以看出，在抽气初期，容器内压力下降(即：真空度的提高)很快，而后呈指数关系衰减，越来越慢，并无限逼近泵的极限真空度值。

　　如果您想知道经过多长的抽气时间才能达到您指定的真空度值，可以点击 计算工具 帮您作理论计算。理论计算值仅供参考!

　　特别说明：根据我公司产品，计算公式作了简化，若用于计算其它品牌的真空泵出现的错误我们不负任何责任。

　　真空泵抽气量/抽气速度粗略计算公式

　　Q=(V/T)×ln(P0/P1)其中：Q为真空泵抽气量(L/s)。V为真空室容积，单位为升(L)。T为达到要求*压强所需时间，单位为秒(S)。P0为被抽容积内部的初始压强。P1为要求达到的*压强，单位为帕(Pa)。

　　抽气量即为抽气速度，是真空泵的重要参数之一。单位一般式L/S或m^3/h。选型时，若选抽气量太小的泵，会因为漏气等系列因素导致无法达到预期的真空度;若抽气量选择太大又因功耗太大不经济。因此，合理选择真空泵的抽泣量非常重要。下面简单介绍真空泵抽气量粗略计算公式：

　　Q=(V/T)×ln(P0/P1)

　　其中：Q为真空泵抽气量(L/s)。

　　V为真空室容积，单位为升(L)。

　　T为达到要求*压强所需时间，单位为秒(S)。

　　P0为被抽容积内部的初始压强，即一个大气压强。

　　计算时应根据当地海拔值(点此查看不同海拔地区的大气压值)计算，沿海地区一般都取101325。单位为帕(Pa)，也可以为托或毫米汞柱。

　　P1为要求达到的*压强，单位为帕(Pa)，也可以为托或毫米汞柱。所谓*压强是以*零压作起点所计算的压强称*压强，通常所指的大气压强为101325帕，就是大气的*压强。当密封腔内部被抽走部分气体后，这个数值会下降，其反映出设备内压强的实际数值。水环式真空泵的*压强值为3300Pa，旋片式真空泵高为0.06-10Pa之间。

　　以上公式都是粗略计算的，一般都忽略了外界因素(如循环水温度、海拔、供电电压、工作范围值等)对真空泵的效率。实际选型时要在以上计算出的抽气量的基础上加一定的安全值。附：真空泵常见单位换算公式。