Eine der Kernfunktionen eines Prüfgerätes für den Verschleißindex von Partikeln, das zur Bewertung der Verschleißbeständigkeit von Materialien unter Einwirkung von Partikelmedien verwendet wird, ist die präzise Messung der Reibung durch eine Verschleißprüfmaschine, um den Verschleißgrad des Materials zu quantifizieren. Im Folgenden finden Sie detaillierte Methoden und technische Punkte zur Reibungsmessung in diesem Gerät:
Prinzip der Reibungsmessung
Bei Partikelverschleißtests stammt die Reibung hauptsächlich aus zwei Aspekten:
Gleitreibung von Partikeln und Materialoberflächen: Die Partikel gleiten während der Bewegung relativ zur Probenoberfläche und erzeugen eine Schnittreibung.
Stoß und Schnittwirkung von Partikeln auf das Material: Wenn Partikeln mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Materials stoßen, wird neben der Abteilung der Richtungsschlagkraft auch die Schnittdifferenzkraft (d. h. die Reibkraftkomponente) erzeugt.
Die Reibungsmessung muss ein mechanisches Signal über einen Sensor in ein elektrisches Signal umwandeln und anschließend durch ein Datenerfassungssystem ausgeben.
Schlüsselmessmethoden und Technologien
Direkte Messmethode: Hochpräziser Kraftsensor
Sensortyp:
Spannungskraftsensor: Erfassung der Reibung durch Veränderungen des Spannungswiderstands, geeignet für den Verschleißtest mit niedriger Geschwindigkeit und stabilem Zustand.
Pressoelektrischer Kraftsensor: Messung der dynamischen Reibung mittels des Pressoelektrischen Effekts mit hoher Reaktionsfrequenz (bis zu kHz), geeignet für Hochgeschwindigkeits-Partikelstoßtests.
Kapazitiver Kraftsensor: Berührungslose Messung, geeignet für hohe Temperaturen oder korrosive Umgebungen, aber die Genauigkeit ist stark vom Medium beeinflusst.
Installationsort:
Probenbeschlagendes: Der Sensor verbindet die Probe direkt, um die Gesamtreibung der Partikel auf die Probe zu messen (der Einfluss auf die Steifigkeit der Klemme muss berücksichtigt werden).
Innerhalb der Partikelströmung: Einen Sensor auf einer Partikelförderleitung oder einer Drehscheibe installieren, um die Schnittkraft der Partikelflüssigkeit zu messen (die Gleichmäßigkeit der Partikelverteilung muss kalibriert werden).
Kalibrierungsanforderungen:
Statische Kalibrierung des Sensors mithilfe einer Standard-Weighing- oder Kraftkalibrierungseinrichtung (z. B. Zugmaschine) mit Abweichung ≤ ± 0,5% FS (Vollbereich).
Die dynamische Kalibrierung erfordert die Simulation tatsächlicher Verschleißbedingungen (z. B. Partikelstoßfrequenz, Geschwindigkeit), um sicherzustellen, dass die Frequenz-und-Reaktionseigenschaften übereinstimmen.
3. Mehrparametrische Kupplungsmessmethode
Kombination von Drehkraft und Reibungskoeffizienten:
Gleichzeitig wird die Kraft gemessen.
Geeignet für die Untersuchung der Auswirkungen von Partikelformen und -größen auf das Reibungsverhalten (z. B. im Vergleich zu kugelförmigen und kantigen Partikeln).
Schallsignalunterstützte Analyse:
Überwachen Sie die elastischen Wellen, die durch Partikelstöße erzeugt werden, mit Schallsensoren, um den Verschleißmechanismus (z. B. Müdigkeitsverleiß oder Schneidverschleiß) in Kombination mit Reibungsdaten zu beurteilen.
Hochgeschwindigkeitskamera und Bildverarbeitung:
Aufnahme der Partikelbewegungsbahn, Kombination von Reibdaten zur Erstellung eines Modells der Partikelgeschwindigkeit-Reibungsverhältnis und Optimierung der Testparameter (z. B. Partikeldurchflussgeschwindigkeit, Konzentration).
Zusammensetzung des Reibungsmesssystems
Sensormodul:
Wählen Sie die maximale Reibung (in der Regel 20% -50% der Richtungskraft) für die Messabdeckung, die Überlastschutzfunktion ist notwendig.
Schutzklasse ≥IP65, verhindert, dass Partikelstaub eindringt und Signalriff verursacht.
Signalkonditionierungsmodule:
Verstärkerverstärkung verstellbar für unterschiedliche Messbereichssensoren.
Low-Pass-Filterabschnittsfrequenz ≥ 10 mal die Testhöchstfrequenz (wenn die Partikelstoßfrequenz 100 Hz ist, ist die Filterabschnittsfrequenz ≥ 1 kHz).
Datenerfassungsmodule:
Abtastrate ≥1kHz, um sicherzustellen, dass dynamische Reibungsspitzen erfasst werden.
Unterstützt die synchrone Erfassung mehrerer Kanäle (z. B. Parameter zur gleichzeitigen Messung von Richtung, Schnittkraft, Temperatur usw.).
Software-Analysemodule:
Reibungskurven in Echtzeit anzeigen und Datenexport unterstützen (z. B. CSV, Excel).
Berechnen Sie automatisch den Verschleißindex (z. B. Reibungskraft, Verschleißrate usw.) und erstellen Sie einen Testbericht.
Fehlerkontrolle und Optimierungsmaßnahmen
Fehler bei der Installation des Sensors:
Stellen Sie sicher, dass die Sensorachse in der Reibungsrichtung mit einer Abweichung von ≤ ± 1° übereinstimmt (mit dem Laser-Mittelmesser kalibriert werden kann).
Die Steifigkeit der Befestigung muss ≥ 10 Mal die Steifigkeit der Probe sein, um eine elastische Verformung zu vermeiden, die zu Kraftübertragungsverlusten führt.
Umweltstörungen:
Labortemperaturschwankungen ≤ ± 2 ° C, Luftfeuchtigkeit ≤ 60% RH (verhindern Sie die Drift des Sensors).
Elektromagnetische Abschirmung: Das Sensorkabel ist mit einem zweigewinkleten Draht und einer metallischen Gewebeschicht mit einem Erdungswiderstand von ≤1Ω versehen.
Partikelmedienwirkungen:
Gleichmäßigkeit der Partikelgrößenverteilung: D50-Abweichung ≤ ± 10% (durch Laser-Partikelgrößenmeter erkannt).
Partikelformkontrolle: Vermeiden Sie, dass lange Streifen oder Scheibenpartikel zu Schwankungen der Reibungsmesswerte führen.
Dynamische Reaktionsoptimierung:
Sensoreigenfrequenz ≥ 5 mal die Testhöchstfrequenz (wenn die Partikelstoßfrequenz 100 Hz ist, ist die Sensoreigenfrequenz ≥ 500 Hz).
Die Schnittfrequenz des Anti-Mixing-Filters des Datenerfassungssystems entspricht der Abtastrate (nach dem Nyquister-Theorem).
V. Typische Anwendungsfälle
1. Abnutzungsbeständigkeitsprüfung von Bergbaumaschinen
Testbedingungen:
Partikel: Quarzsand (Partikelgröße 0,5-1,0 mm, Mohs-Härte 7).
Probe: Hochchrom-Gusseisenplatte (Härte HRC≥58).
Reibungskraftmessung: Spannungskraftsensor (Messbereich 0-1000N) am Ende der Probenklemme.
Ergebnisanalyse:
Die Reibungskraft schwankt periodisch im Laufe der Zeit (abhängig von der Partikelschlagfrequenz), und die Spitzenreibungskraft ist proportional zur kinetischen Energie der Partikel.
2. Zwei-Phasen-Verschleißprüfung von Luftfahrtmotorblättern
Testbedingungen:
Partikel: Aluminiumoxid-Keramikpartikel (Partikelgröße 10-20 μm, Dichte 3,9 g / cm³).
Probe: Nickelbasige Hochtemperatur-Legierung Turbinenblatt (Oberflächenbeschichtung YSZ Wärmebarriere Beschichtung).
Reibungsmessung: Pressoelektrischer Kraftsensor (Reichweite 0-50N, Frequenz 0-10kHz), am Rand der Drehscheibe montiert.
Ergebnisanalyse:
Bei hoher Geschwindigkeit Luftströmung, die Partikel-Aufprallblatt trägt, zeigt das Reibsignal eine hohe Frequenz-Rausch-Eigenschaft (durch kleine Wellen-Transformation ist es notwendig, Rausch zu entfernen).
Schwelle für das Abziehen der Beschichtung: Wenn der Reibungsspitz über 20N liegt, beginnt die Beschichtung zu mikrorissen.
6. Technologieentwicklungen
Miniaturisierung und Integration:
Entwicklung von Kraftsensoren MEMS (Mikroelektromechanische Systeme) zur Messung der Reibung in situ (z. B. in die Probe eingebettet).
Intelligente und adaptive Steuerung:
In Kombination mit maschinellen Lernalgorithmen wird die Partikeldurchflussgeschwindigkeit oder -last automatisch an die Reibungsänderungen angepasst, um die Testeffizienz zu optimieren.
Multi-Physik-Feld-Kopplungstests:
Synchron Messung von Reibung, Temperatur, Dehnung und anderen Parametern zur Untersuchung der Wärme-Kraft-Kopplung während des Verschleißprozesses.
Zusammenfassung
Die Messung der Reibungskraft in einer Teilchenverschleißindex-Prüfanlage erfordert eine Kombination von direkten Methoden (Kraftsensor) und indirekten Methoden (Drehmoment/Leistungsmethode) und erhöht die Datenzuverlässigkeit durch eine multiparametrische Kopplungsanalyse. Schlüsseltechnologien umfassen die hochpräzise Sensorauswahl, die dynamische Fehlersteuerung und die Unterdrückung von Umweltstörungen. In praktischen Anwendungen ist es notwendig, entsprechend den Prüfbedingungen (z. B. Partikeltyp, Geschwindigkeit, Last) ein geeignetes Messprogramm zu wählen und die Kalibrierungs- und Wartungsvorschriften streng einzuhalten, um die Genauigkeit der Verschleißindex-Bewertung zu gewährleisten.