[发明专利]低温摩擦磨损试验机工作温度控制方法及箱体

说明书

技术领域

本发明提供一种低温加工技术，尤其是一种低温加工中低温环境实现技术，具体地说是一种低温摩擦磨损试验机工作温度控制方法及箱体。

背景技术

摩擦磨损试验机是一种用于测定材料在特定环境条件下摩擦磨损性能的机器，其基本原理是：在载荷作用下，待磨试样与摩擦体在规定的速度下相互摩擦，通过计算机软件系统测定待磨试样的摩擦磨损特性。在航空航天工业中，材料摩擦磨损的环境基本是在高压、低温乃至真空的条件下，因此创造出类似的低温环境是进行低温摩擦磨损实验的前提，从而才能对其耐磨性等摩擦磨损特性进行评测，这对航空航天发展具有重大意义。目前，大部分的摩擦磨损试验机都是针对高温实验条件而设计的，本方法区别于以往的高温控制，可以实现稳定的低温控制。

环境温度作为影响摩擦磨损性能的一个主要因素，需要对其进行稳定的控制，方可对其他影响因素进行研究。因此，创造出一个稳定的高、低温环境，对磨擦磨损性能的研究有重要意义。当下主流的低温控制方法是在摩擦磨损区域放置冷源，或将试验机放入制冷箱体中等。

在摩擦磨损区放置冷源的方法，其制冷速度快，但是整体低温环境的稳定性差，受摩擦所产生热量影响较大，所以不可进行长时间的摩擦磨损实验；置试验机于制冷箱体中的方法，其低温环境的稳定性强，但是制冷箱体耗时较长，无法快速进行摩擦磨损实验。

力传感器正常工作是有条件的，通常会有一个工作温度范围。而目前用于测量摩擦力的低温摩擦磨损试验机主要是根据实验要求的低温条件来购置相应的力传感器，这种方法虽然耗成本、耗时，但是可以保证力传感器能够正常工作。

在航天领域，太空中的温度可以低至零下一百多摄氏度，若需要进行这类极低温度下的摩擦磨损实验，对传感器的要求是相当高的。当实验模拟的温度极低，而且在市场中无法购买到满足该温度条件的传感器时，实验便难以进行，这大大限制了外太空探索的进展。

发明内容

本发明的目的是针对现有的摩擦磨损试验机的工作环境温度可控性差，不能实现恒温实验而影响实验结果准确性的问题，发明一种低温摩擦磨损试验机工作温度控制方法，同时提供一种相配的低温实验用箱体。

本发明的技术方案之一是：

一种低温摩擦磨损试验机工作温度控制方法，其特征是：

首先，利用抽风机将安装低温摩擦磨损试验机的低温箱体中的空气排出，同时向低温箱体中通入不含水分的氮气，使得低温箱体中的气氛不含水蒸气；

其次，向低温箱体中液入液氮，使低温箱体中的温度快速下降到低温摩擦磨损试验机所需的工作温度；

第三，在位于低温摩擦磨损试验机上方的低温箱体上设置冷风进风口，冷风进风口的一侧设置出风口，通过该冷风进风口向低温箱体内送入冷风，使低温箱体内的保持在设定的工作温度范围内；

第四，在低温箱体侧面安装用于调节局部高温区的阀控矢量冷风喷嘴；

第五，在低温箱体上安装红外热像仪，红外热像仪采集的信号输入温度控制系统，当红外热像仪监测的实验区温度下降到实验所需温度时，温度控制系统减小冷风进风口冷风的送入量，当实验区温度高于实验温度，温度控制系统增大冷风的送入量，当实验区温度稳定在实验温度范围内时，保持冷风的送入量，从而实现稳定的低温环境；红外热像仪同时监测实验区的温度场，当实验区的温度大于实验温度设定值时，控制阀控矢量冷风喷嘴直接向实验区局部高温区补充冷风，使局部高温区快速降温至设定值，如此循环，直到实验结束；为了防止实验过程中注入的冷风和阀控矢量冷风喷嘴喷出的补充冷风对实验测力元件造成影响，应将实验测力元件罩装在一个罩壳中。

所述的液氮从低温箱体四个角部区域注入，液氮的注入量与所需的低温工作温度的关系为：

式中：V_N2为所需氮的体积，Q为交换的热量，T_A为低温箱初始温度，T为所需的低温工作温度，C_N2为氮的比热容，P_N2为氮的密度。

所述的冷风进风口位于低温箱体内部的风口采用可调节式导风叶片，以使冷风分布均匀，实现低温环境快速分布于整个低温箱体。

所述的阀控矢量冷风喷嘴包括一个可绕圆周转动的伸缩式圆柱杆、摆动范围为120°的圆盘和喷嘴；通过伸缩式圆柱杆的伸缩初步对准局部高温区，再利用圆盘的转动和喷嘴的摆动再次定位并对准局部高温区。

所述的低温箱体采用保温材料制作，连接测力元件的测力梁采用导热性差的尼龙材料制造，冷风的送风和出风管道外面包裹有保温材料。