測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置的製作方法
2023-05-17 12:15:56
專利名稱：測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電物理裝置的低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐結構摩擦性能測試領域，具體涉及一種用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置。
背景技術：
為了進行科學研究和應對全球所面臨的能源危機等問題，近年來世界上許多國家以常規與超導電物理裝置積極開展生物、醫療、新材料、高能物理、磁約束核聚變等科學研究。可滑動的支撐作為電物理裝置冷卻介質與工作電源連接過渡段中的重要部件，不僅起到支撐冷質部件和承受電流傳輸母線產生的電磁力矩，還需通過滑動運動方式補償冷質部件熱脹冷縮產生的位移。與常溫狀態下的摩擦行為有所不同，通過在摩擦表面使用潤滑材料減小摩擦係數很難實現，而低溫、真空、強電磁環境下的摩擦屬於幹摩擦，沒有可靠、成熟的研究成果可以用來指導工程應用，因此，開展用於低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數測試設備的研製具有重要的科學意義。為了測試用於低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數，無現成的設備可以利用，這為該支撐的摩擦係數測試提出了一個難題，在國內相關研究領域中，難以找出可用於低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的測試設備。
發明內容
本發明的目的是提供一種用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，來解決低溫、真空狀態下由於溫度變化產生的位移補償問題。本發明的技術方案如下
一種測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，包括有端面為弧形曲面的工作檯，其特徵在於所述的工作檯上固定有真空容器，所述真空容器的底部設有抽真空口，所述的真空容器內設有二個滑軌，所述的二個滑軌上通過滑動配合安裝有滑板，所述的滑板與二個滑軌接觸的表面上固定有低摩擦係數的銅片，所述的滑板上固定連接有筒體，所述的筒體中間部位有冷屏支撐，所述的冷屏支撐上安裝有高熱導率的可滑動冷屏，所述的筒體上部固定安裝有瓦形塊，所述的瓦形塊上壓置有作為載荷的重物。所述真空容器的上端設有四個開孔，有二條冷卻管分別穿過所述的四個開孔並延伸到真空容器的上方，所述筒體中間部位的冷屏上表面與二條冷卻管水平段的管壁之間分別通過多組金屬柔性編織帶導熱；包括有前、後拉杆、波紋管、真空容器和V形塊的支撐座，所述真空容器一端的封蓋上設有小孔，圍繞小孔的四周在真空容器的外壁上焊接有波紋管，所述後拉杆的後端固定連接在瓦形塊的一端，所述後拉杆的前端依次從真空容器封蓋上的小孔和波紋管中穿出，所述波紋管的另一端與後拉杆的前端之間採用封蓋焊接密封；所述工作檯的一側設有支撐座，所述的支撐座上固定有V型塊，所述前拉杆的前端穿過V型塊的V型槽可沿V型槽前後移動，所述前拉杆的後端與後拉杆的前端之間固定連接有力傳感器。所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，其特徵在於所述的真空容器採用真空杜瓦。所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，其特徵在於所述抽真空口通過管道外接抽真空泵。所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，其特徵在於所述的二條冷卻管由漏熱較小的雙層杜瓦管和漏熱較大的單層冷卻管組成，每條冷卻管中均通有循環流動的製冷介質。 所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，其特徵在於所述的多組金屬柔性編織帶具有較高的導熱係數。所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，其特徵在於所述前拉杆的前端具有掛鈎，前拉杆的後端固定安裝有限位塊。所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，其特徵在於所述V型塊的高度可以調節。所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，其特徵在於所述V型塊的V型槽的槽壁上塗有潤滑材料。本發明的有益效果
本發明具有結構簡單、成本低的特點，以波紋管實現真空密封，還以V型塊定位實現前、後拉杆沿水平方向運動，保證了被測試工件受到的拉力沿著滑動導軌的方向；在卩型塊和力傳感器之間的限位塊能夠實現拉杆行程的限制，從而保證了波紋管處於安全的伸長範圍內；冷卻管採用漏熱較小的雙層杜瓦管和漏熱較大的單層管複合結構，不僅能夠實現被測試支撐的有效冷卻，還能夠減小冷卻介質的消耗，在低溫技術、真空技術、高能物理技術、聚變堆技術領域都有參考意義。
圖I為本發明總體結構示意圖。圖2為本發明結構分解示意圖。圖3為本發明實施例的結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1、2，一種用於測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐摩擦係數的裝置，包括有端面為弧形曲面的工作檯1，工作檯I上固定有真空杜瓦2，真空杜瓦2的底部設有抽真空口 3，真空杜瓦2內設有二個滑軌6，二個滑軌6上通過滑動配合安裝有滑板4，滑板4與滑軌6接觸的表面上固定有低摩擦係數的銅片，筒體19的上部固定安裝有瓦形塊5，瓦形塊5上壓置有作為垂直載荷的重物18，筒體19的中部有冷屏支撐7，冷屏支撐7上設有可沿其表面滑動的冷屏8。真空杜瓦2的上端設有四個開孔，有二條冷卻管10分別穿過四個開孔並延伸到真空杜瓦2的外部，冷屏8的表面與二條冷卻管10的水平段管壁之間分別通過二組銅編織帶9導熱；包括有前、後拉杆15、11和波紋管12，真空杜瓦2—端封蓋的外壁上設有小孔，波紋管12的一端通過焊接固定在真空杜瓦2外壁上的小孔周圍，後拉杆11的後端固定連接在瓦形塊5的一端，後拉杆11的前端依次從真空杜瓦2封蓋上的小孔和波紋管12中穿出，波紋管12的另一端與後拉杆11的前端之間採用封蓋焊接密封，波紋管12實現了真空杜瓦2在測試過程中的真空密封；工作檯I的一側設有支撐座14，支撐座14上固定有V型塊13，前拉杆15的前端穿過V型塊13的V型槽並能夠沿V型槽前後移動，前拉杆15的後端與後拉杆11的前端之間固定連接有力傳感器17，力傳感器17能夠精確的測出波紋管伸長和由滑板4、筒體19、冷屏支撐7和冷屏8組成的可滑動的支撐運動過程中受到的水平拉力，前、後拉杆15、11受到 拉力後能夠保持水平運動，可實現可滑動的支撐、瓦形塊5和重物18沿二個滑軌6作水平運動。抽真空口 3通過管道外接抽真空泵；二條冷卻管10分別由漏熱較小的雙層杜瓦管和漏熱較大的單層冷卻管組成，每條冷卻管中分別通有循環流動的製冷介質，雙層杜瓦管降低了冷卻介質的消耗量，而單層冷卻管能夠充分冷卻銅編織帶，從而實現冷屏8的充分冷卻；二組銅編織帶9具有較高的導熱係數，以柔性變形補償待測可滑動的支撐運動的位移，基本上不影響待測支撐的受力；前拉杆15的前端具有掛鈎20，以便與施力設備連接，前拉杆15的後端固定安裝有限位塊16 ;V型塊13的高度可以調節，以實現前、後拉杆15、11始終處於水平方向型塊13的V型槽的槽壁上塗有潤滑材料，能減小前拉杆15運動過程中由於和V型槽表面接觸產生的摩擦阻力。真空杜瓦2提供了測試摩擦係數的真空環境，二條冷卻管10提供了測試摩擦係數的低溫環境，支撐的滑板4及二個滑軌6接觸面之間處於低溫、真空的環境中，支撐的筒體19上部的瓦形塊5上的重物18是用來施加摩擦測試中的垂直載荷，固定在瓦形塊5上的後拉杆11與前拉杆15在水平拉力的作用下和支撐一起運動，後拉杆11與前拉杆15運動的過程中波紋管12隨著一起運動，波紋管12起到了真空杜瓦2的密封作用，根據摩擦係數的計算公式，當被測試工件的垂直載荷和作用在它上面的平行於導軌水平方向的拉力已知的情況下，摩擦係數可以被求出。以下結合附圖對本發明作進一步說明
參見圖1，在測量低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐中的滑板4與二個滑軌6之間接觸面間的摩擦係數的裝置中，滑板4及二個滑軌6被安裝在真空杜瓦2內，後拉杆11的一端連接到可滑動的支撐上部的瓦形塊5，後拉杆11的另一端穿過真空杜瓦2的端蓋和波紋管12的封蓋，後拉杆11與波紋管12通過焊接方式在波紋管12的封蓋處實現真空杜瓦的密封，二組具有高導熱係數的銅編織帶9實現了二條冷卻管10與冷屏8的連接，降低了冷屏與冷卻管連接過渡段產生的附加外力，支撐在V型塊13上的前拉杆15和與之接觸的部位有潤滑材料減小摩擦阻力，連接前、後拉杆15、11的力傳感器17實現了施加在前拉杆15末端的水平力的測量，前拉杆15上的限位塊16能夠對後拉杆11和波紋管12的行程起到限制作用，可保證波紋管12處於安全的伸長範圍之內。參見圖2，波紋管12的位移保證了測試過程中真空杜瓦2內部的真空度，實現了可滑動的支撐、瓦形塊5、冷屏支撐7、冷屏8和重物18處於真空環境，而連接二條冷卻管10和冷屏8的二組銅編織帶9產生的阻力對測量結果的影響可以忽略。真空杜瓦2能夠繞其中心軸線轉動以調整位置後重新固定在端面為弧形曲面的工作檯上，從而實現重力、垂直力和扭矩作用下的摩擦係數測量，達到測量用於低溫、真空、強電磁環境下可滑動的支撐中的滑板4與二個滑軌6接觸面之間摩擦係數的目的。參見圖3，給出了本發明應用的較佳實例。該實例是應用於超導磁體饋線系統的冷質部件支撐和與之配合的滑動軌道。為保證冷質部件支撐在水平方向能夠自由滑動和在電磁力產生的扭轉作用下的空間定位，冷質部件支撐的滑板與滑動軌道的配合採用了三角形截面的結構。在結構上，冷質部件的支撐上部採用了環形卡箍結構，它能安全、可靠的實現冷質部件在空間的定位。以上所述僅是本發明的較佳實例而已，並非對本發明的任何形式上的限制。事實上，只要是期望對用於低溫、真空、強電磁環境下的可滑動支撐摩擦係數與摩擦行為的測量與研究，都可以參考本發明的技術方案予以設計。但凡是未脫離本發明的技術方案的內容，僅是依據本發明的技術實質對所述用於低溫、真空、強電磁環境下的可滑動的支撐摩擦係數測量裝置的簡單修改，或是等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍之內。權利要求
1.一種測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，包括有端面為弧形曲面的工作檯，其特徵在於所述的工作檯上固定有真空容器，所述真空容器的底部設有抽真空口，所述的真空容器內設有二個滑軌，所述的二個滑軌上通過滑動配合安裝有滑板，所述的滑板與二個滑軌接觸的表面上固定有低摩擦係數的銅片，所述的滑板上固定連接有筒體，所述的筒體中間部位有冷屏支撐，所述的冷屏支撐上安裝有高熱導率的可滑動冷屏，所述的筒體上部固定安裝有瓦形塊，所述的瓦形塊上壓置有作為載荷的重物； 所述真空容器的上端設有四個開孔，有二條冷卻管分別穿過所述的四個開孔並延伸到真空容器的上方，所述筒體中間部位的冷屏上表面與二條冷卻管水平段的管壁之間分別通過多組金屬柔性編織帶導熱；包括有前、後拉杆、波紋管、真空容器和V形塊的支撐座，所述真空容器一端的封蓋上設有小孔，圍繞小孔的四周在真空容器的外壁上焊接有波紋管，所述後拉杆的後端固定連接在瓦形塊的一端，所述後拉杆的前端依次從真空容器封蓋上的小孔和波紋管中穿出，所述波紋管的另一端與後拉杆的前端之間採用封蓋焊接密封；所述工作檯的一側設有支撐座，所述的支撐座上固定有V型塊，所述前拉杆的前端穿過V型塊的V型槽可沿V型槽前後移動，所述前拉杆的後端與後拉杆的前端之間固定連接有力傳感器。
2.根據權利要求I所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，其特徵在於所述的真空容器採用真空杜瓦。
3.根據權利要求I所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，其特徵在於所述抽真空口通過管道外接抽真空泵。
4.根據權利要求I所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，其特徵在於所述的二條冷卻管由漏熱較小的雙層杜瓦管和漏熱較大的單層冷卻管組成，每條冷卻管中均通有循環流動的製冷介質。
5.根據權利要求I所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，其特徵在於所述的多組金屬柔性編織帶具有較高的導熱係數。
6.根據權利要求I所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，其特徵在於所述前拉杆的前端具有掛鈎，前拉杆的後端固定安裝有限位塊。
7.根據權利要求I所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，其特徵在於所述V型塊的高度可以調節。
8.根據權利要求I所述的用於測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，其特徵在於所述V型塊的V型槽的槽壁上塗有潤滑材料。
全文摘要
本發明公開了一種測量低溫、真空、強電磁環境下摩擦係數的裝置，使用伸縮性和密封性較好的波紋管，冷屏的冷卻使用了導熱係數較大的金屬柔性編織帶，減小了滑板的運動阻力，在通過拉杆中心軸線水平拉力、波紋管伸長所需拉力以及力傳感器的共同作用下，實現被測工件在低溫、真空狀態下摩擦力的測量，從而進一步計算出低溫、真空狀態下被測試的可滑動的支撐中滑板與滑動軌道之間的摩擦係數，解決了低溫、真空狀態下幹摩擦行為下的摩擦性能的測試。
文檔編號G01N19/02GK102645403SQ201210111550
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月16日 優先權日2012年4月16日
發明者周挺志, 朱銀鋒, 王忠偉, 程勇, 陸坤 申請人:中國科學院等離子體物理研究所