[实用新型]一种重载荷压力条件下材料耐磨性的定量测试装置

说明书

本实用新型公开了一种重载荷压力条件下材料耐磨性的定量测试装置，该装置包括旋转台体，固定有多个测试样品销的样品旋转卡盘通过齿轮与旋转台体的旋转轴下方啮合，测试样品销底部接触对磨岩石盘，对磨岩石盘置于对磨岩石卡盘内；压力传感器安装于对磨岩石卡盘与对磨岩石盘之间，对磨岩石卡盘固定在能够上下垂直运动的10‑100kN级液压装置上部，测试过程中通过10‑100kN级液压装置的向上运动为测试样品销提供压力载荷；系统自动控制装置通过实时测量的压力值为输入信号控制10‑100kN级液压装置的移动及旋转台体的旋转轴的转速；可在模拟工况下对实现盾构、钻探、及采矿领域掘进设备刀具材料等重载下的耐磨性能进行有效的评价。

技术领域

本实用新型涉及一种用于盾构、钻探、及采矿领域掘进设备刀具材料在重载荷压力条件下材料耐磨性的定量测试装置。

背景技术

在盾构、钻探及采矿机械领域，掘进装备的刀具在极高的压力载荷下与硬质的岩石发生摩擦，由于高应力摩擦引起的严重磨损是此类工况下刀具失效的重要形式。目前常规的刀具在掘进高硬度岩石(石灰岩、火山岩等)地层时由于严重的磨损普遍存在服役寿命较短，刀具需要频繁更换的问题。频繁的更换刀具不仅会增加运行成本还会显著降低掘进效率，拖缓工期。开发新的刀具材料以适应高硬度的地质条件是延长刀具使用寿命及机械工作效率的重要途径，具有重要的经济价值和社会价值。在新材料的开发过程中，需要在测试条件下首先对新材料的耐磨性能进行充分检验验证。与常规机械磨损发生在较低的压力载荷下不同的是：盾构、钻探及采矿领域掘进设备刀具的磨损时的压力载荷要高出两个数量级以上。以盾构机的滚刀为例，掘进作业时单个刀圈的最大载荷可达300kN以上，稳定后的平均接触应力高达100MPa以上。分析认为，高硬度岩石底层内工作的盾构、钻探及采矿领域掘进设备刀具的磨损以与岩石的两体摩擦磨损为主，同时还存在一定量极小尺寸岩石碎屑及砂石造成的磨粒磨损。然而，目前几乎所有的商用两体摩擦磨损试验测试设备的最大工作载荷集中在100-5000N的水平，最大平均接触应力仅为10MPa量级，远低于上述高达100MPa以上的应力水平，试验测试条件与实际工况严重不符。实验室规模的耐磨性测试往往不能对实际工况下的材料磨损行为进行有效预测和评价，采用常规商用摩擦磨损试验设备优化的工程材料在实际工况下通常不具备良好的服役性能。高载荷压力条件下的摩擦磨损试验装置的缺失已成为制约盾构、钻探及采矿领域掘进设备刀具新材料开发效率的瓶颈之一。

发明内容

本实用新型的目的在于解决目前商用摩擦磨损设备载荷及应力水平较低，难以对盾构、钻探、及采矿领域掘进设备刀具的耐磨性进行有效评价的问题，提供一种重载荷压力条件下材料耐磨性的定量测试装置。

为达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种重载荷压力条件下材料耐磨性的定量测试装置，包括旋转台体1，固定有多个测试样品销3的样品旋转卡盘2通过齿轮与旋转台体1的旋转轴下方啮合，测试样品销3底部接触对磨岩石盘4，对磨岩石盘4置于对磨岩石卡盘5内；压力传感器6安装于对磨岩石卡盘5与对磨岩石盘4之间，通过对磨岩石卡盘5侧面的通孔引出信号线以实时测试实验压力，信号线连接系统自动控制装置9，对磨岩石卡盘5固定在能够上下垂直运动的10-100kN级液压装置7上部，测试过程中通过10-100kN级液压装置7的向上运动为测试样品销3提供压力载荷；系统自动控制装置9通过实时测量的压力值为输入信号控制10-100kN级液压装置7的移动及旋转台体1的旋转轴的转速。

所述测试样品销3通过插入与螺丝固定的方式固定在样品旋转卡盘2的沉孔内。

所述样品旋转卡盘2、测试样品销3、对磨岩石盘4、对磨岩石卡盘5、压力传感器6和10-100kN级液压装置7置于透明材质的安全防护罩8内，通过安全防护罩8防止测试样品销3或对磨岩石盘4 崩裂可能造成设备及人员安全。

所述对磨岩石盘4表面放置磨料颗粒或冷却介质。

所述的重载荷压力条件下材料耐磨性的定量测试装置的测量方法，包括如下步骤：