[發明專利]一種電磁軌道發射器用滑動接觸和摩擦磨損特性測試平臺

在審

• 申請號: 202110060652.4
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112881223A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 杜佩佩;魯軍勇;李開;李湘平;柳應全;馮軍紅;朱博峰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02;G01R31/00;G01R31/68
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

本發明公開了一種電磁軌道發射器用滑動接觸和摩擦磨損特性測試平臺，該測試平臺包括：動力系統、機械加載系統、電源系統、測試系統、控制保護系統和摩擦副；動力系統包括高速三相異步電機，高速三相異步電機的輸出軸通過聯軸器與所述摩擦副連接，用以將高速三相異步電機的扭矩輸出給所述摩擦副；機械加載系統用以對所述摩擦副進行機械加載；所述測試系統用以對所述摩擦副滑動電接觸過程中各參數的在線測試；所述控制保護系統用以對全系統進行協同控制，確保試驗機的電加載和機械加載可同時作用于所述摩擦副。本發明實現了超大載流密度、超大接觸壓力、高速條件下的摩擦磨損試驗，可模擬實際電磁發射直線電機設備的電接觸特性和摩擦磨損特性。

技術領域

本申請涉及電磁發射技術領域，具體涉及一種電磁軌道發射器用滑動接觸和摩擦磨損特性測試平臺。

背景技術

電磁軌道發射器電樞在動態發射過程中強大的電磁排斥力，會轉化為樞軌摩擦熱和電樞融化能量，電樞在動態發射過程中處于邊磨損邊擴張狀態。因此，一體化彈丸集成前，必須對電樞材料進行及時、頻繁的磨損性能測試，以保證發射過程安全性。導軌作為發射裝置的關鍵重要組件，在壽命試驗過程中及時采取措施或研制新型導軌材料、電樞材料來提高導軌壽命是提高發射裝置壽命的重要工作。電樞、軌道作為電磁力的載體工作于電磁、結構、熱、相變強耦合的復雜環境，目前試驗中發現多次連續發射后軌道會存在磨損現象。對于材料磨損問題，宏觀的動力學控制方程、材料失效模型已經不再適用，尤其是對于電磁軌道炮帶來的超大載流條件下磨損問題，必須開展等效模擬實驗平臺開展電樞、軌道材料摩擦磨損特性研究。

電磁軌道發射器實際工作過程中，電流密度達10⁹A/m²級、線速度達1000m/s級、接觸壓力達100MPa級；由于實際系統測試條件受限，傳統試驗機指標、工作形式與實際存在巨大差異，且超大載流、速度等極端條件下載流磨損基礎問題存在理論無法揭示的盲區。而新型導軌、電樞材料的磨損性能評估，材料覆層、燒蝕等復雜現象分析，亟待開展超大載流、超大接觸壓力、高速摩擦磨損測試系統研制。

發明內容

為了解決上述問題，本申請實施例提供了一種電磁軌道發射器用滑動接觸和摩擦磨損特性測試平臺。本申請提供的測試平臺能夠適用于電流密度達10⁹A/m²級以上的超大載流、線速度達1000m/s級以上的高速、接觸壓力達100MPa級的超大接觸壓力條件下的摩擦磨損特性測試，滿足電磁軌道發射器的極端條件測試需求。

第一方面，本申請實施例提供了一種電磁軌道發射器用滑動接觸和摩擦磨損特性測試平臺，所述測試平臺包括：動力系統、機械加載系統、電源系統、測試系統、控制保護系統和摩擦副；所述動力系統包括高速三相異步電機，所述高速三相異步電機的輸出軸通過聯軸器與所述摩擦副連接，用以將所述高速三相異步電機的扭矩輸出給所述摩擦副；所述機械加載系統用以對所述摩擦副進行機械加載；所述電源系統通過電纜和電極對所述摩擦副進行供電；所述測試系統用以對所述摩擦副滑動電接觸過程中各參數的在線測試；所述控制保護系統用以對全系統進行協同控制，確保試驗機的電加載和機械加載可同時作用于所述摩擦副。

具體的，動力系統提供摩擦副相對運動的能量，克服摩擦副之間的摩擦阻力，并帶動摩擦副高速旋轉，采用輸出扭矩11N·m、轉速達20000rpm的三相異步電機，電機輸出軸通過聯軸器與摩擦盤軸向剛性連接，并采用變頻器、編碼器來實現矢量閉環控制，摩擦副轉速精度可達±0.02％。通過高效將電機扭矩輸出給摩擦副，大大提升了系統動平衡指標。在工作過程中，將通過水冷機組對電機進行冷卻。

其中，摩擦副、電纜、電極將結合實際工況，采用有限元設計理論，通過多輪結構設計優化、有限元計算迭代，突破國際限制，設計出了截面積小、重量輕、滿足實際需求的電纜和電極，在電纜截面積500mm²的條件下，3s、15kA工作條件下電纜最大升溫小于65℃。按國標要求電纜截面積需要2500mm²，大大壓縮了加載系統結構設計空間，提高了摩擦力測試精度。