Le dispositif de test d'indice d'usure des particules est utilisé pour évaluer la résistance à l'usure d'un matériau sous l'action d'un milieu granulaire et l'une de ses fonctions principales est de mesurer avec précision la force de frottement à l'aide d'une machine de test d'usure pour quantifier le degré d'usure du matériau. Voici les méthodes détaillées et les points techniques pour la mesure des forces de frottement dans cet appareil:
I. principe de mesure de la force de frottement
Dans les essais d'abrasion des particules, les forces de frottement proviennent principalement des deux aspects suivants:
Frottement glissant des particules contre la surface du matériau: les particules glissent relativement contre la surface de l'échantillon pendant le mouvement, créant une force de frottement tangentielle.
Impact des particules sur le matériau et action de coupe: lorsque les particules en mouvement à grande vitesse frappent la surface du matériau, elles créent une force tangentielle (c'est - à - dire une composante de force de frottement) en plus de la force d'impact normale.
La mesure de la force de frottement nécessite la conversion du signal mécanique en signal électrique par un capteur, puis le traitement du système d'acquisition de données produit les résultats.
II. Principales méthodes et techniques de mesure
1. Méthode de mesure directe: capteur de force de haute précision
Type de capteur:
Capteur de force à lame contrainte: détecte la force de frottement par variation de résistance de la lame contrainte, adapté aux essais d'usure à basse vitesse et à l'état stable.
Capteur de force piézoélectrique: mesure de la force de frottement dynamique à l'aide de l'effet piézoélectrique avec une fréquence de réponse élevée (jusqu'à la classe kHz), adapté aux essais d'impact de particules à grande vitesse.
Capteur de force capacitif: mesure sans contact, idéal pour les températures élevées ou les environnements corrosifs, mais la précision est fortement influencée par le milieu.
Position d'installation:
Extrémité de la pince de l'échantillon: le capteur relie directement l'échantillon pour mesurer la force de frottement totale des particules sur l'échantillon (l'impact de la rigidité de la pince doit être pris en compte).
À l'intérieur du canal d'écoulement des particules: des capteurs sont installés sur des tuyaux de transport de particules ou des disques rotatifs qui mesurent la force tangentielle du fluide particulaire (l'uniformité de la distribution des particules doit être calibrée).
Exigences d'étalonnage:
Le capteur est étalonné statiquement à l'aide d'un poids standard ou d'un dispositif d'étalonnage de force tel qu'une machine de traction avec un écart ≤ ± 0,5% FS (pleine échelle).
L'étalonnage dynamique doit simuler les conditions d'usure réelles (par exemple, la fréquence d'impact des particules, la vitesse) pour assurer la correspondance des caractéristiques de bruit de fréquence.
3. Méthode de mesure couplée multiparamètre
En combinaison avec la Force normale et le coefficient de frottement:
Mesurer simultanément la Force normale.
Convient pour l'étude de l'influence de la forme et de la taille des particules sur le comportement au frottement (par exemple, les particules sphériques par rapport aux particules angulaires).
Analyse assistée du signal d'émission acoustique:
Surveiller les ondes élastiques générées par l'impact des particules à l'aide de capteurs d'émission acoustique, en combinaison avec des données sur les forces de frottement pour juger des mécanismes d'usure (tels que l'usure en fatigue ou l'usure en coupe).
Caméra haute vitesse et traitement d'image:
Photographier les trajectoires de mouvement des particules, établir un modèle de la relation vitesse - force de frottement des particules en combinaison avec les données de force de frottement, optimiser les paramètres d'essai (par exemple, le débit de particules, la concentration).
Iii. Composition du système de mesure de la force de frottement
Module de capteur:
Choisissez la gamme de couverture pour tester la force de frottement maximale (généralement 20% - 50% de la Force normale), la fonction de protection contre les surcharges est obligatoire.
Degré de protection ≥ ip65 pour empêcher l'intrusion de particules de poussière de provoquer une dérive du signal.
Module de conditionnement du signal:
Le gain de l'amplificateur est réglable, adapté à différents capteurs de gamme.
Fréquence de coupure du filtre passe - Bas ≥ 10 fois la fréquence la plus élevée de l'essai (si la fréquence d'impact des particules est de 100 Hz, la fréquence de coupure du filtre est ≥ 1 kHz).
Module d'acquisition de données:
Taux d'échantillonnage ≥ 1 kHz, assurez - vous de capturer les pics de force de frottement dynamique.
Prise en charge de l'acquisition synchrone multicanal (comme la mesure simultanée de paramètres tels que la Force normale, la force tangentielle, la température, etc.).
Module d'analyse logicielle:
Affiche les courbes de force de frottement en temps réel, prend en charge l'exportation de données (par exemple, au format CSV, Excel).
Calculez automatiquement l'indice d'usure (par exemple, le travail de frottement unitaire, le taux d'usure, etc.), générez un rapport d'essai.
Iv. Contrôle des erreurs et mesures d'optimisation
Erreur d'installation du capteur:
Assurez - vous que l'axe du capteur est aligné sur la direction de la force de frottement avec un écart ≤ ± 1° (peut être calibré par laser - centromètre).
La rigidité de la pince nécessite ≥ 10 fois la rigidité de l'échantillon pour éviter la perte de transmission de force due à la déformation élastique.
Perturbations environnementales:
Fluctuation de la température de la Chambre d'essai ≤ ± 2 ° C, humidité ≤ 60% HR (protection contre la dérive du capteur).
Blindage électromagnétique: le câble de capteur adopte des paires Torsadées et une couche tressée métallique extérieure, résistance à la terre ≤ 1Ω.
Influence du milieu particulaire:
Uniformité de la distribution de la taille des particules: écart D50 ≤ ± 10% (détecté par granulomètre laser).
Contrôle de la forme des particules: Évitez les fluctuations des mesures de force de frottement causées par des particules en forme de bande ou de feuille.
Optimisation dynamique de la réponse:
Fréquence propre du capteur ≥ 5 fois la fréquence la plus élevée de l'essai (si la fréquence d'impact des particules est de 100 Hz, la fréquence propre du capteur est ≥ 500 Hz).
La fréquence de coupure du filtre anti - repliement du système d'acquisition de données correspond au taux d'échantillonnage (suivant le théorème de Nyquist).
V. cas d'application typiques
1. Essai de matériel résistant à l'usure mécanique de mine
Conditions d'essai:
Granulés: silice (granulométrie 0,5 - 1,0 mm, dureté 7 sur l'échelle de Mohs).
Échantillon: plaque de revêtement en fonte à haute teneur en chrome (dureté HRC ≥ 58).
Mesure de la force de frottement: capteur de force à lame de déformation (gamme 0 - 1000n), monté à l'extrémité de la pince de l'échantillon.
Analyse des résultats:
Les forces de frottement fluctuent périodiquement au fil du temps (en fonction de la fréquence d'impact des particules) et les forces de frottement maximales sont proportionnelles à l'énergie cinétique des particules.
2. Essai d'usure de flux biphasé de particules d'air de pale de moteur d'aviation
Conditions d'essai:
Particules: microparticules de céramique alumine (granulométrie 10 - 20 µm, densité 3,9 G / cm³).
Échantillon: aubes de turbine en alliage haute température à base de nickel (revêtement de surface en revêtement de barrière thermique YSZ).
Mesure de la force de frottement: capteur de force piézoélectrique (gamme 0 - 50n, sonnerie 0 - 10khz), monté sur le bord du disque rotatif.
Analyse des résultats:
Lorsque le flux d'air à grande vitesse transporte des particules qui frappent la lame, le signal de force de frottement présente des caractéristiques de bruit à haute fréquence (il doit être débruité par transformation en ondelettes).
Seuil d'écaillage du revêtement: lorsque le pic de force de frottement dépasse 20 N, le revêtement commence à présenter des microfissures.
Vi. Tendances du développement technologique
Miniaturisation et intégration:
Développement de capteurs de force MEMS (microsystèmes électromécaniques) permettant des mesures in situ des forces de frottement (par exemple, encastrées à l'intérieur d'un échantillon).
Contrôle intelligent et adaptatif:
En combinaison avec des algorithmes d'apprentissage automatique, le débit de particules ou la charge sont automatiquement ajustés en fonction des variations de la force de frottement, optimisant ainsi l'efficacité de l'essai.
Test de couplage de champs multiphysiques:
Mesure synchrone de la force de frottement, de la température, de la déformation et d'autres paramètres pour étudier l'effet de couplage chaleur - force lors de l'usure.
résumé
Dans l'appareil d'essai d'indice d'usure des particules, la mesure de la force de frottement doit combiner la méthode directe (capteur de force) avec la méthode indirecte (méthode couple / puissance) et améliorer la fiabilité des données grâce à l'analyse de couplage multiparamétrique. Les technologies clés comprennent la sélection de capteurs de haute précision, le contrôle dynamique des erreurs, la suppression des interférences environnementales, etc. Dans les applications pratiques, le Protocole de mesure approprié doit être sélectionné en fonction des conditions d'essai (par exemple, type de particules, vitesse, charge) et les spécifications d'étalonnage et de maintenance doivent être strictement respectées pour garantir la précision de l'évaluation de l'indice d'usure.