低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方法及箱體的制作方法
【專利摘要】一種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方法及箱體，其特征是：首先，利用抽風(fēng)機(jī)將安裝低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的低溫箱體中的空氣排出，同時(shí)向低溫箱體中通入不含水分的氮?dú)?，使得低溫箱體中的氣氛不含水蒸氣；其次，向低溫箱體中液入液氮，使低溫箱體中的溫度快速下降到低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)所需的工作溫度；第三，在位于低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上方的低溫箱體上設(shè)置冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口的一側(cè)設(shè)置出風(fēng)口，通過該冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口向低溫箱體內(nèi)送入冷風(fēng)，使低溫箱體內(nèi)的保持在設(shè)定的工作溫度范圍內(nèi)；第四，在低溫箱體側(cè)面安裝用于調(diào)節(jié)局部高溫區(qū)的閥控矢量冷風(fēng)噴嘴；第五，在低溫箱體上安裝紅外熱像儀進(jìn)行控溫。本發(fā)明方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造控制方便，實(shí)驗(yàn)成本低，效果好。
【專利說明】
低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方法及箱體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明提供一種低溫加工技術(shù)，尤其是一種低溫加工中低溫環(huán)境實(shí)現(xiàn)技術(shù)，具體 地說是一種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方法及箱體。
【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是一種用于測(cè)定材料在特定環(huán)境條件下摩擦磨損性能的機(jī)器，其 基本原理是:在載荷作用下，待磨試樣與摩擦體在規(guī)定的速度下相互摩擦，通過計(jì)算機(jī)軟件 系統(tǒng)測(cè)定待磨試樣的摩擦磨損特性。在航空航天工業(yè)中，材料摩擦磨損的環(huán)境基本是在高 壓、低溫乃至真空的條件下，因此創(chuàng)造出類似的低溫環(huán)境是進(jìn)行低溫摩擦磨損實(shí)驗(yàn)的前提， 從而才能對(duì)其耐磨性等摩擦磨損特性進(jìn)行評(píng)測(cè)，運(yùn)對(duì)航空航天發(fā)展具有重大意義。目前，大 部分的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)都是針對(duì)高溫實(shí)驗(yàn)條件而設(shè)計(jì)的，本方法區(qū)別于W往的高溫控制， 可W實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低溫控制。
[0003] 環(huán)境溫度作為影響摩擦磨損性能的一個(gè)主要因素，需要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定的控制，方 可對(duì)其他影響因素進(jìn)行研究。因此，創(chuàng)造出一個(gè)穩(wěn)定的高、低溫環(huán)境，對(duì)磨擦磨損性能的研 究有重要意義。當(dāng)下主流的低溫控制方法是在摩擦磨損區(qū)域放置冷源，或?qū)⒃囼?yàn)機(jī)放入制 冷箱體中等。
[0004] 在摩擦磨損區(qū)放置冷源的方法，其制冷速度快，但是整體低溫環(huán)境的穩(wěn)定性差，受 摩擦所產(chǎn)生熱量影響較大，所W不可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的摩擦磨損實(shí)驗(yàn);置試驗(yàn)機(jī)于制冷箱體中 的方法，其低溫環(huán)境的穩(wěn)定性強(qiáng)，但是制冷箱體耗時(shí)較長(zhǎng)，無法快速進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。
[0005] 力傳感器正常工作是有條件的，通常會(huì)有一個(gè)工作溫度范圍。而目前用于測(cè)量摩 擦力的低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求的低溫條件來購(gòu)置相應(yīng)的力傳感器，運(yùn)種 方法雖然耗成本、耗時(shí)，但是可W保證力傳感器能夠正常工作。
[0006] 在航天領(lǐng)域，太空中的溫度可W低至零下一百多攝氏度，若需要進(jìn)行運(yùn)類極低溫 度下的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，對(duì)傳感器的要求是相當(dāng)高的。當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M的溫度極低，而且在市場(chǎng)中 無法購(gòu)買到滿足該溫度條件的傳感器時(shí)，實(shí)驗(yàn)便難W進(jìn)行，運(yùn)大大限制了外太空探索的進(jìn) 展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的工作環(huán)境溫度可控性差，不能實(shí)現(xiàn) 恒溫實(shí)驗(yàn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的問題，發(fā)明一種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方 法，同時(shí)提供一種相配的低溫實(shí)驗(yàn)用箱體。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案之一是： 一種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方法，其特征是： 首先，利用抽風(fēng)機(jī)將安裝低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的低溫箱體中的空氣排出，同時(shí)向低溫 箱體中通入不含水分的氮?dú)?，使得低溫箱體中的氣氛不含水蒸氣； 其次，向低溫箱體中液入液氮，使低溫箱體中的溫度快速下降到低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 所需的工作溫度； 第=，在位于低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上方的低溫箱體上設(shè)置冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口的 一側(cè)設(shè)置出風(fēng)口，通過該冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口向低溫箱體內(nèi)送入冷風(fēng)，使低溫箱體內(nèi)的保持在設(shè)定 的工作溫度范圍內(nèi)； 第四，在低溫箱體側(cè)面安裝用于調(diào)節(jié)局部高溫區(qū)的閥控矢量冷風(fēng)噴嘴； 第五，在低溫箱體上安裝紅外熱像儀，紅外熱像儀采集的信號(hào)輸入溫度控制系統(tǒng)，當(dāng)紅 外熱像儀監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度下降到實(shí)驗(yàn)所需溫度時(shí)，溫度控制系統(tǒng)減小冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口冷風(fēng)的 送入量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度高于實(shí)驗(yàn)溫度，溫度控制系統(tǒng)增大冷風(fēng)的送入量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度穩(wěn)定 在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)時(shí)，保持冷風(fēng)的送入量，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低溫環(huán)境;紅外熱像儀同時(shí)監(jiān)測(cè) 實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度場(chǎng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度大于實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定值時(shí)，控制閥控矢量冷風(fēng)噴嘴直接向 實(shí)驗(yàn)區(qū)局部高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)，使局部高溫區(qū)快速降溫至設(shè)定值，如此循環(huán)，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束； 為了防止實(shí)驗(yàn)過程中注入的冷風(fēng)和閥控矢量冷風(fēng)噴嘴噴出的補(bǔ)充冷風(fēng)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)力元件造 成影響，應(yīng)將實(shí)驗(yàn)測(cè)力元件罩裝在一個(gè)罩殼中。
[0009] 所述的液氮從低溫箱體四個(gè)角部區(qū)域注入，液氮的注入量與所需的低溫工作溫度 的關(guān)系為：
式中：Vn2為所需氮的體積，Q為交換的熱量，Ta為低溫箱初始溫度，T為所需的低溫工作 溫度，Cn2為氮的比熱容，Pn勸氮的密度。
[0010] 所述的冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口位于低溫箱體內(nèi)部的風(fēng)口采用可調(diào)節(jié)式導(dǎo)風(fēng)葉片，W使冷風(fēng)分 布均勻，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境快速分布于整個(gè)低溫箱體。
[0011] 所述的閥控矢量冷風(fēng)噴嘴包括一個(gè)可繞圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的伸縮式圓柱桿、擺動(dòng)范圍為 120°的圓盤和噴嘴;通過伸縮式圓柱桿的伸縮初步對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)，再利用圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)和 噴嘴的擺動(dòng)再次定位并對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)。
[0012] 所述的低溫箱體采用保溫材料制作，連接測(cè)力元件的測(cè)力梁采用導(dǎo)熱性差的尼龍 材料制造，冷風(fēng)的送風(fēng)和出風(fēng)管道外面包裹有保溫材料。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案之二是： 一種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)低溫實(shí)驗(yàn)用箱體，它包括用于安裝磨盤9及測(cè)力梁5的低溫箱 體1，其特征是所述的低溫箱體1的頂部設(shè)有冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口 4和出風(fēng)口 2,在低溫箱體1的四周設(shè) 有至少一個(gè)液氮充入?yún)^(qū)15W便使低溫箱體內(nèi)的溫度快速下降到設(shè)定值;在低溫箱體1的側(cè) 面安裝有向高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)的閥控矢量噴嘴16,在低溫箱體1的上部安裝有紅外熱像儀3， 紅外熱像儀討良據(jù)檢測(cè)到的溫度控制冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口 4的進(jìn)風(fēng)量及閥控矢量噴嘴16的補(bǔ)風(fēng)量，從 而使低溫箱體1的內(nèi)部環(huán)境溫度及試驗(yàn)區(qū)的局部溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)，為低溫摩擦磨損 試驗(yàn)提供所需的工作溫度。
[0014] 所述的閥控矢量冷風(fēng)噴嘴包括一個(gè)可繞圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的伸縮式圓柱桿6、擺動(dòng)范圍為 120°的圓盤7和噴嘴8;通過伸縮式圓柱桿6的伸縮初步對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)，再利用圓盤7的轉(zhuǎn) 動(dòng)和噴嘴8的擺動(dòng)再次定位并對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)。
[0015] 所述的液氮充入?yún)^(qū)15的數(shù)量為四個(gè)。
[0016] 所述的閥控矢量噴嘴16的數(shù)量為2個(gè)，它對(duì)稱安裝在磨盤9及試驗(yàn)機(jī)支承體14連線 的兩側(cè)。
[0017]所述的測(cè)力梁5上安裝的力傳感器11罩裝有罩殼10中。
[001引本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明通過氮?dú)馀潘畾?、液氮快速制冷、合理布置通風(fēng)口并直送冷風(fēng)的制冷方式，所達(dá) 到的制冷效果快速、均勻、穩(wěn)定，且在實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)產(chǎn)生覆蓋在試樣上的冰層;紅外檢測(cè) 儀和閥控矢量噴嘴的使用，對(duì)溫度場(chǎng)的反饋控制迅速準(zhǔn)確，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低溫環(huán)境箱內(nèi)溫度 場(chǎng)的同時(shí)，對(duì)局部高溫區(qū)能夠通過噴嘴輔助降溫;通過測(cè)力梁上放置小箱體的方式，可W讓 傳感器的工作溫度不受實(shí)驗(yàn)要求溫度的限制，節(jié)省購(gòu)買相應(yīng)傳感器的成本和時(shí)間；小箱體 中熱電偶及電熱絲同時(shí)工作，可W便捷地觀察并調(diào)節(jié)小箱體中的環(huán)境溫度，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 與控制。
[0019] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造控制方便，實(shí)驗(yàn)成本低，效果好。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的低溫實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2是液氮快速制冷部分液氮送入的A/B/C/D區(qū)域的示意圖。
[0022] 圖3是通風(fēng)口固定、送入冷風(fēng)后低溫環(huán)境箱中冷風(fēng)流場(chǎng)分布仿真圖。
[0023] 圖中：1低溫箱體;2出風(fēng)口（如箭頭所示）；3紅外熱像儀;4進(jìn)風(fēng)口（如箭頭所示）；5 巧切梁I ;6伸縮式圓柱桿;7圓盤;8冷風(fēng)噴嘴;9磨盤;10罩殼；U力傳感器;12電熱絲；13測(cè)力 梁II; 14試驗(yàn)機(jī)支承體;15液氮充入口； 16閥控矢量噴嘴;17液氮充入?yún)^(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[00巧]實(shí)施例一。
[0026] -種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方法，它包括W下步驟： 首先，利用抽風(fēng)機(jī)將安裝低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的低溫箱體中的空氣排出，同時(shí)向低溫 箱體中通入不含水分的氮?dú)猓沟玫蜏叵潴w中的氣氛不含水蒸氣； 其次，從低溫箱體的四個(gè)液氮注入?yún)^(qū)17向低溫箱體中液入液氮，如圖2所示，使低溫箱 體中的溫度快速下降到低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)所需的工作溫度;液氮的注入量與所需的低溫 工作溫度的關(guān)系為：
式中：Vn2為所需氮的體積，Q為交換的熱量，Ta為低溫箱初始溫度，T為所需的低溫工作 溫度，Cn2為氮的比熱容，Pn勸氮的密度。
[0027] 第=，在位于低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上方的低溫箱體上設(shè)置冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，冷風(fēng)進(jìn)風(fēng) 口的一側(cè)設(shè)置出風(fēng)口，通過該冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口向低溫箱體內(nèi)送入冷風(fēng)，使低溫箱體內(nèi)的保持在 設(shè)定的工作溫度范圍內(nèi)；所述的冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口位于低溫箱體內(nèi)部的風(fēng)口最好采用可調(diào)節(jié)式導(dǎo) 風(fēng)葉片，W使冷風(fēng)分布均勻，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境快速分布于整個(gè)低溫箱體。如圖1所示。
[0028] 第四，在低溫箱體側(cè)面安裝用于調(diào)節(jié)局部高溫區(qū)的閥控矢量冷風(fēng)噴嘴;所述的閥 控矢量冷風(fēng)噴嘴包括一個(gè)可繞圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的伸縮式圓柱桿、擺動(dòng)范圍為120°的圓盤和噴嘴； 通過伸縮式圓柱桿的伸縮初步對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)，再利用圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)和噴嘴的擺動(dòng)再次定位 并對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)。所述的低溫箱體采用保溫材料制作，連接測(cè)力元件的測(cè)力梁采用導(dǎo)熱 性差的尼龍材料制造，冷風(fēng)的送風(fēng)和出風(fēng)管道外面包裹有保溫材料。
[0029] 第五，在低溫箱體上安裝紅外熱像儀，紅外熱像儀采集的信號(hào)輸入溫度控制系統(tǒng)， 當(dāng)紅外熱像儀監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度下降到實(shí)驗(yàn)所需溫度時(shí)，溫度控制系統(tǒng)減小冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口冷 風(fēng)的送入量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度高于實(shí)驗(yàn)溫度，溫度控制系統(tǒng)增大冷風(fēng)的送入量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度 穩(wěn)定在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)時(shí)，保持冷風(fēng)的送入量，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低溫環(huán)境;紅外熱像儀同時(shí) 監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度場(chǎng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度大于實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定值時(shí)，控制閥控矢量冷風(fēng)噴嘴直 接向?qū)嶒?yàn)區(qū)局部高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)，使局部高溫區(qū)快速降溫至設(shè)定值，如此循環(huán)，直到實(shí)驗(yàn)結(jié) 束;為了防止實(shí)驗(yàn)過程中注入的冷風(fēng)和閥控矢量冷風(fēng)噴嘴噴出的補(bǔ)充冷風(fēng)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)力元件 造成影響，應(yīng)將實(shí)驗(yàn)測(cè)力元件罩裝在一個(gè)罩殼中。閥控矢量冷風(fēng)噴嘴16的移動(dòng)及送風(fēng)閥控 開關(guān)的控制系統(tǒng)與溫度控制系統(tǒng)一起可通過控制軟件來實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)送入和對(duì)局部高溫區(qū)的 定位及降溫。液氮快速制冷結(jié)束后，軟件開關(guān)打開送風(fēng)閥控開關(guān)，開始冷風(fēng)送入，均勻溫度 場(chǎng)。根據(jù)紅外熱像儀所示的局部高溫區(qū)的坐標(biāo)，軟件控制閥控矢量冷風(fēng)噴嘴的轉(zhuǎn)動(dòng)與擺動(dòng) 定位，然后通過軟件開關(guān)打開矢量噴嘴的閥口，向高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)輔助降溫。
[0030] 實(shí)施例二。
[0031] 如圖1所示。
[0032] -種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方法，氮?dú)馀懦魵夂?，向低溫環(huán)境箱 中充入-197°C液氮快速制冷，低溫環(huán)境箱體1的尺寸為1300mmX750mmX750mm，所選用力傳 感器11的工作溫度范圍為-10°C~40°C，進(jìn)風(fēng)口4、出風(fēng)口 2用于外接管道的伸出段直徑為巫 61mm，控制制冷機(jī)降溫至-10°C，向箱體中輸送氮?dú)?，初始降溫風(fēng)速設(shè)置為50m/s，同時(shí)調(diào)整 導(dǎo)風(fēng)葉片正對(duì)對(duì)磨區(qū)域，向箱體中送入液氮、氮?dú)獾娜肟陂y和矢量噴嘴的閥口均通過軟件 中的開關(guān)進(jìn)行控制。
[0033] 開始送入冷風(fēng)過程中，經(jīng)保溫材料包裹并且髓緊的管道及其與低溫環(huán)境箱體連接 處沒有漏風(fēng)現(xiàn)象，亦沒有凝霜現(xiàn)象。低溫環(huán)境箱體內(nèi)溫度通過紅外熱像儀檢測(cè)并反饋信號(hào)。 通過=個(gè)電機(jī)分別控制閥控矢量噴嘴的伸縮、轉(zhuǎn)動(dòng)與擺動(dòng)定位功能，能夠?qū)崿F(xiàn)箱體內(nèi)=維 空間定位。
[0034] 制冷結(jié)束，打開低溫環(huán)境箱體1，觀察對(duì)磨區(qū)域，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的冰層。利用本方法 進(jìn)行制冷快速穩(wěn)定，而且對(duì)磨區(qū)域幾乎不會(huì)產(chǎn)生冰層。
[00；35] 實(shí)施例S。
[0036] 如圖1、3所示。
[0037] -種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)溫度控制的方法，氮?dú)馀懦魵夂?，向低溫環(huán)境箱中 充入-197°C液氮快速制冷，低溫環(huán)境箱體1尺寸為1300mmX750mmX750mm，所選用力傳感器 11的工作溫度范圍為-10°C~40°C，進(jìn)風(fēng)口4、出風(fēng)口 2用于外接管道的伸出段直徑為〇61mm， 控制制冷機(jī)降溫至-30°C，向箱體中輸送氮?dú)?，初始降溫風(fēng)速設(shè)置為50m/s，同時(shí)調(diào)整導(dǎo)風(fēng)葉 片正對(duì)對(duì)磨區(qū)域。向箱體中送入液氮、氮?dú)獾娜肟陂yW及矢量噴嘴的閥口均通過軟件中的 開關(guān)進(jìn)行控制。
[0038] 低溫環(huán)境箱體內(nèi)溫度通過紅外熱像儀檢測(cè)并反饋信號(hào)，采用電機(jī)控制閥控矢量噴 嘴對(duì)局部高溫區(qū)的定位。經(jīng)過3小時(shí)，經(jīng)用于測(cè)量放置力傳感器小箱體10內(nèi)溫度的熱電偶檢 ，小箱體10內(nèi)溫度維持在力傳感器11的溫度范圍內(nèi)。由通風(fēng)口 4進(jìn)入的冷風(fēng)，入口時(shí)風(fēng)速 最快;進(jìn)入低溫環(huán)境箱體1后，冷風(fēng)下沉，風(fēng)速降低；冷風(fēng)經(jīng)由小箱體10與支撐座14之間流 過;后從出風(fēng)口 2流出，風(fēng)速增快。冷風(fēng)流場(chǎng)仿真如圖3所示。
[0039] 實(shí)施例四。
[0040] 如圖1-2所示。
[0041] 本發(fā)明的技術(shù)方案之二是： 一種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)低溫實(shí)驗(yàn)用箱體，它包括用于安裝磨盤9及測(cè)力梁5的低溫箱 體1，低溫箱體1采用保溫材料制作，連接測(cè)力元件的測(cè)力梁5采用導(dǎo)熱性差的尼龍材料制 造，所述的低溫箱體1的頂部設(shè)有冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口 4和出風(fēng)口 2,冷風(fēng)的送風(fēng)和出風(fēng)管道外面包裹 有保溫材料;在低溫箱體1的四周各設(shè)有一個(gè)共四個(gè)液氮充入?yún)^(qū)15(如圖2)W便使低溫箱體 內(nèi)的溫度快速下降到設(shè)定值;在低溫箱體1的側(cè)面安裝有向高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)的閥控矢量噴 嘴16,在低溫箱體1的上部安裝有紅外熱像儀3,紅外熱像儀討良據(jù)檢測(cè)到的溫度控制冷風(fēng)進(jìn) 風(fēng)口 4的進(jìn)風(fēng)量及閥控矢量噴嘴16的補(bǔ)風(fēng)量，從而使低溫箱體1的內(nèi)部環(huán)境溫度及試驗(yàn)區(qū)的 局部溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)，為低溫摩擦磨損試驗(yàn)提供所需的工作溫度。所述的閥控矢量 冷風(fēng)噴嘴包括一個(gè)可繞圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的伸縮式圓柱桿6、擺動(dòng)范圍為120°的圓盤7和噴嘴8;通過 伸縮式圓柱桿6的伸縮初步對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)，再利用圓盤7的轉(zhuǎn)動(dòng)和噴嘴8的擺動(dòng)再次定位 并對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)。所述的閥控矢量噴嘴16的數(shù)量為2個(gè)，它對(duì)稱安裝在磨盤9及試驗(yàn)機(jī)支 承體14連線的兩側(cè)。所述的測(cè)力梁5上安裝的力傳感器11罩裝有罩殼10中。如圖1所示，長(zhǎng)方 形低溫箱體1的頂部分布左右兩個(gè)通風(fēng)口（一個(gè)送風(fēng)，另一個(gè)出風(fēng)），箱體內(nèi)部風(fēng)口的設(shè)計(jì)采 用可調(diào)節(jié)式導(dǎo)風(fēng)葉片，使冷風(fēng)分布均勻，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境快速分布于整個(gè)箱體。送入冷風(fēng)至箱 體內(nèi)時(shí)，上方的送風(fēng)口應(yīng)正對(duì)對(duì)磨區(qū)域，優(yōu)先冷卻對(duì)磨區(qū)可盡快進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；同時(shí)在低溫環(huán)境 箱的兩側(cè)安裝兩個(gè)閥控矢量冷風(fēng)噴嘴，冷風(fēng)噴嘴在實(shí)驗(yàn)區(qū)局部溫度場(chǎng)不均勻時(shí)向局部高溫 區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)，使實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度快速冷卻均勻。低溫環(huán)境箱頂部安裝紅外熱像儀，紅外熱像儀采 集的信號(hào)輸入溫度控制系統(tǒng)，當(dāng)紅外熱像儀監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度下降到實(shí)驗(yàn)所需溫度時(shí)，溫 度控制系統(tǒng)減小冷風(fēng)的送入量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度高于實(shí)驗(yàn)溫度，溫度控制系統(tǒng)增大冷風(fēng)的送 入量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度穩(wěn)定在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)時(shí)，保持冷風(fēng)的送入量，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低溫環(huán) 境;紅外熱像儀同時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度場(chǎng)，通過溫度場(chǎng)能夠快速監(jiān)測(cè)局部高溫區(qū)位置，為冷 風(fēng)噴嘴向?qū)嶒?yàn)區(qū)局部高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)定位。閥控矢量冷風(fēng)噴嘴16的移動(dòng)及送風(fēng)閥控開關(guān)的 控制系統(tǒng)與溫度控制系統(tǒng)一起可通過常規(guī)控制軟件來實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)送入和對(duì)局部高溫區(qū)的定 位及降溫。液氮快速制冷結(jié)束后，軟件開關(guān)打開送風(fēng)閥控開關(guān)，開始冷風(fēng)送入，均勻溫度場(chǎng)。 根據(jù)紅外熱像儀所示的局部高溫區(qū)的坐標(biāo)，軟件控制閥控矢量冷風(fēng)噴嘴的轉(zhuǎn)動(dòng)與擺動(dòng)定 位，然后通過軟件開關(guān)打開矢量噴嘴的閥口，向高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)輔助降溫。
[0042] 本發(fā)明未設(shè)及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加 W實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作溫度控制方法，其特征是： 首先，利用抽風(fēng)機(jī)將安裝低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的低溫箱體中的空氣排出，同時(shí)向低溫 箱體中通入不含水分的氮?dú)?，使得低溫箱體中的氣氛不含水蒸氣； 其次，向低溫箱體中液入液氮，使低溫箱體中的溫度快速下降到低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 所需的工作溫度； 第三，在位于低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上方的低溫箱體上設(shè)置冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口的 一側(cè)設(shè)置出風(fēng)口，通過該冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口向低溫箱體內(nèi)送入冷風(fēng)，使低溫箱體內(nèi)的保持在設(shè)定 的工作溫度范圍內(nèi)； 第四，在低溫箱體側(cè)面安裝用于調(diào)節(jié)局部高溫區(qū)的閥控矢量冷風(fēng)噴嘴； 第五，在低溫箱體上安裝紅外熱像儀，紅外熱像儀采集的信號(hào)輸入溫度控制系統(tǒng)，當(dāng)紅 外熱像儀監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度下降到實(shí)驗(yàn)所需溫度時(shí)，溫度控制系統(tǒng)減小冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口冷風(fēng)的 送入量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度高于實(shí)驗(yàn)溫度，溫度控制系統(tǒng)增大冷風(fēng)的送入量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)溫度穩(wěn)定 在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)時(shí)，保持冷風(fēng)的送入量，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低溫環(huán)境;紅外熱像儀同時(shí)監(jiān)測(cè) 實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度場(chǎng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度大于實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定值時(shí)，控制閥控矢量冷風(fēng)噴嘴直接向 實(shí)驗(yàn)區(qū)局部高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)，使局部高溫區(qū)快速降溫至設(shè)定值，如此循環(huán)，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束； 為了防止實(shí)驗(yàn)過程中注入的冷風(fēng)和閥控矢量冷風(fēng)噴嘴噴出的補(bǔ)充冷風(fēng)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)力元件造 成影響，應(yīng)將實(shí)驗(yàn)測(cè)力元件罩裝在一個(gè)罩殼中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的液氮從低溫箱體四個(gè)角部區(qū)域注入，液 氮的注入量與所需的低淵工作溫度的關(guān)系為：式中：Vn2為所需氮的體積，Q為交換的熱量，Ta為低溫箱初始溫度，T為所需的低溫工作 溫度，CN2為氮的比熱容，PN2為氮的密度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口位于低溫箱體內(nèi)部的風(fēng)口 采用可調(diào)節(jié)式導(dǎo)風(fēng)葉片，以使冷風(fēng)分布均勻，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境快速分布于整個(gè)低溫箱體。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的閥控矢量冷風(fēng)噴嘴包括一個(gè)可繞圓周 轉(zhuǎn)動(dòng)的伸縮式圓柱桿、擺動(dòng)范圍為120°的圓盤和噴嘴;通過伸縮式圓柱桿的伸縮初步對(duì)準(zhǔn) 局部高溫區(qū)，再利用圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)和噴嘴的擺動(dòng)再次定位并對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的低溫箱體采用保溫材料制作，連接測(cè)力 元件的測(cè)力梁采用導(dǎo)熱性差的尼龍材料制造，冷風(fēng)的送風(fēng)和出風(fēng)管道外面包裹有保溫材 料。6. -種低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)低溫實(shí)驗(yàn)用箱體，它包括用于安裝磨盤(9)及測(cè)力梁(5)的 低溫箱體（1)，其特征是所述的低溫箱體（1)的頂部設(shè)有冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口（4)和出風(fēng)口（2)，在低 溫箱體（1)的四周設(shè)有至少一個(gè)液氮充入?yún)^(qū)（15)以便使低溫箱體內(nèi)的溫度快速下降到設(shè)定 值;在低溫箱體（1)的側(cè)面安裝有向高溫區(qū)補(bǔ)充冷風(fēng)的閥控矢量噴嘴（16)，在低溫箱體（1) 的上部安裝有紅外熱像儀(3)，紅外熱像儀(3)根據(jù)檢測(cè)到的溫度控制冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口（4)的進(jìn) 風(fēng)量及閥控矢量噴嘴（16)的補(bǔ)風(fēng)量，從而使低溫箱體（1)的內(nèi)部環(huán)境溫度及試驗(yàn)區(qū)的局部 溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)，為低溫摩擦磨損試驗(yàn)提供所需的工作溫度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的低溫實(shí)驗(yàn)用箱體，其特征是所述的閥控矢量冷風(fēng)噴嘴包括一 個(gè)可繞圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的伸縮式圓柱桿(6)、擺動(dòng)范圍為120°的圓盤(7)和噴嘴(8);通過伸縮式圓 柱桿(6)的伸縮初步對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)，再利用圓盤(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)和噴嘴(8)的擺動(dòng)再次定位并 對(duì)準(zhǔn)局部高溫區(qū)。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的低溫實(shí)驗(yàn)用箱體，其特征是所述的液氮充入?yún)^(qū)（15)的數(shù)量為 四個(gè)。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的低溫實(shí)驗(yàn)用箱體，其特征是所述的閥控矢量噴嘴（16)的數(shù)量 為2個(gè)，它對(duì)稱安裝在磨盤(9)及試驗(yàn)機(jī)支承體(14)連線的兩側(cè)。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的低溫實(shí)驗(yàn)用箱體，其特征是所述的測(cè)力梁（5)上安裝的力傳 感器(11)罩裝有罩殼(10)中。
【文檔編號(hào)】G01N3/56GK106020277SQ201610341000
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】盧文壯, 劉巍, 劉志剛, 孫玉利, 潘天宇
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)