低速冲击微动磨损试验台的研制及实验研究

发布时间：2017-08-29 15:05

  本文关键词：低速冲击微动磨损试验台的研制及实验研究

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【摘要】：冲击微动磨损所诱发的机械零部件失效广泛存在于电力系统、石化装备、矿山机械、海洋机械、航空航天等领域,给重大设备的安全运行带来较大的安全隐患,极大缩短其服役寿命。研制出可模拟冲击微动磨损工况的冲击微动磨损试验机具有十分重要的科研价值。本文所研制的冲击微动磨损试验台可为评价不同的材料结构和金属界面的抗冲击磨损性能、吸能特性研究以及寿命预估提供重要的实验依据。本文根据冲击微动磨损试验机的功能需求和技术指标,设计了开放性较高的多功能冲击微动磨损试验台。该试验台通过机械结构系统、运动控制系统、数据采集处理分析系统的协调运行,可实现力控制冲击微动磨损、能量控制冲击微动磨损两种试验功能。并实现对冲击接触力、冲击接触时间、冲击界面变形、冲击能量耗散、冲击速度等试验参数的测量。此外,以Zr-4合金管为研究对象,通过改变壁厚和管径两个途径改变合金管径厚比,考察其在恒定冲击能量作用下的动态响应、损伤行为,探索其损伤机理。本论文中冲击微动磨损试验机的主要研究工作如下：(1)冲击微动磨损试验台系统整体设计根据试验台需求分析结果,分别对伺服升降模块、力控制冲击微动磨损模块、能量控制冲击微动磨损模块进行系统原理设计、机械结构设计、外观设计,完成对系统核心部件的选型、校核、定制、标定。(2)试验台系统硬件电路设计首先完成对试验台电气系统的整体设计。接着对伺服升降电气系统、音圈电机控制系统、信号采集分析系统进行电路设计,并完成对伺服升降模块、音圈电机控制系统的运动控制程序设计。最后进行各系统模块的集成调试,并阐述了测试信号的采集、处理、分析方法。(3)试验台上位机软件设计首先对试验台软件系统进行需求分析和总体方案设计,接着完成对通讯连接模块、参数设置模块、位置调整模块、试验机启停模块、数据动态显示模块、数据采集存储模块等各子模块的程序设计。最后集成调试各子程序模块并设计出系统整体控制界面。本论文还研究了不同径厚比Zr-4合金管在恒定冲击能量下冲击微动磨损性能,得出以下主要结论：(1)冲击磨损的过程中,相同外径的合金管随着径厚比的增加,冲击接触时间将延长,冲击峰值力、能量吸收率、界面磨损程度将降低。(2)相同壁厚的合金管随着径厚比的增大,冲击接触时间将缩短,冲击峰值力、能量吸收率、磨痕深度将降低。(3)相同外径的合金管随着抗弯截面系数的增加,最大变形量将减小,能量吸收率、冲击峰值力、磨痕面积随着增大；相同壁厚的合金管随着抗弯截面系数的增加,最大变形量和能量吸收率都将随着减小。(4)在室温干态实验条件下,随着冲击循环次数的增加,Zr-4合金管的磨痕深度和磨痕面积不断增大,其磨损机制主要表现为氧化和接触疲劳剥落。
【关键词】：冲击磨损 试验机 测控系统 能量耗散 Zr-4合金管 径厚比
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH87;TH117.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 引言13-14
• 1.2 冲击磨损国内外相关研究现状14-25
• 1.2.1 冲击磨损研究现状14-15
• 1.2.2 蒸汽发生器包壳管材料研究现状15
• 1.2.3 冲击磨损试验机研究现状15-22
• 1.2.4 音圈电机发展现状22-25
• 1.2.5 运动控制器发展现状25
• 1.3 本论文的研究意义及内容25-27
• 第2章 冲击微动磨损试验台系统总体设计27-37
• 2.1 冲击微动磨损试验台需求分析27-28
• 2.1.1 试验台功能需求27-28
• 2.1.2 试验台技术指标28
• 2.2 伺服升降模块设计28-31
• 2.2.1 伺服升降模块系统原理28-29
• 2.2.2 伺服升降模块部件选型29-31
• 2.3 力控制冲击磨损模块设计31-33
• 2.3.1 力控制冲击磨损模块设计原理31-32
• 2.3.2 音圈电机选型32-33
• 2.4 能量控制冲击磨损模块设计33-36
• 2.4.1 能量控制冲击磨损模块系统原理33-34
• 2.4.2 运动控制器选型34-35
• 2.4.3 音圈电机驱动器选型35
• 2.4.4 力传感器选型35-36
• 2.4.5 位移传感器选型36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 冲击微动磨损试验台系统硬件电路设计37-50
• 3.1 冲击微动磨损试验台电气系统框架37
• 3.2 伺服升降模块电气系统设计37-40
• 3.2.1 伺服升降模块电路设计38-39
• 3.2.2 伺服升降模块运动控制程序设计39-40
• 3.2.3 系统调试40
• 3.3 音圈电机控制系统设计40-46
• 3.3.1 音圈电机控制电路设计41-42
• 3.3.2 音圈电机运动控制程序设计42-45
• 3.3.3 系统测试45-46
• 3.4 信号采集分析系统设计46-49
• 3.4.1 冲击力与温度测量46-47
• 3.4.2 冲击变形量测量47-48
• 3.4.3 冲击动能耗散量测量48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 冲击微动磨损试验台上位机软件设计50-58
• 4.1 冲击微动磨损试验台上位机软件开发需求分析50
• 4.2 软件总体设计方案50-51
• 4.2.1 试验台控制系统软件模块划分50-51
• 4.2.2 Labview软件开发平台简介51
• 4.3 试验机控制系统各程序模块设计51-56
• 4.3.1 通讯连接模块51-52
• 4.3.2 参数设置模块52-53
• 4.3.3 位置调整模块53-54
• 4.3.4 试验机启停模块54
• 4.3.5 数据动态显示模块54-55
• 4.3.6 数据采集存储模块55-56
• 4.4 系统界面设计56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 恒定冲击能量下不同径厚比的ZR-4合金管冲击微动磨损特性研究58-76
• 5.1 试验过程58-59
• 5.1.1 实验材料58-59
• 5.1.2 分析和测试59
• 5.2 不同壁厚的影响59-66
• 5.2.1 动力学数据分析59-63
• 5.2.2 冲击磨损形貌分析63-66
• 5.3 不同管径的影响66-69
• 5.3.1 动力学数据分析66-68
• 5.3.2 冲击磨损形貌分析68-69
• 5.4 抗弯截面系数的影响69-71
• 5.5 循环次数的影响71-74
• 5.6 本章小结74-76
• 结论及展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士期间发表专利及论文82

【参考文献】

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本文编号：753924