[发明专利]一种气动式微颗粒发射实验装置

说明书

本发明公开了一种气动式微颗粒发射实验装置，包括微颗粒发射机构、可旋转实验台和高速摄像机构；微颗粒发射机构包括高压气罐、高压气室以及发射管；高压气室内设有一个动压通道，动压通道的气压入口处设有密封垫，通过对密封垫施加外部冲击力实现密封垫的上下移动进而控制是否向动压通道内通入高压气流，动压通道的气压出口与发射管相连通；发射管临近高压气室的一端设有颗粒托块，发射管远离高压气室的一端设有弹簧I；颗粒托块受脉冲动压作用在发射管中滑动，当颗粒托块接触弹簧I开始减速时，微颗粒脱离颗粒托块射至可旋转实验台上；通过调整微颗粒的冲击角度、速度和距离，最终得到冲击速度、角度和方位等参数对微颗粒冲击特性的影响机理。

技术领域

本发明涉及冲击磨损技术领域，尤其是涉及一种气动式微颗粒发射实验装置。

背景技术

冲蚀磨损是指气体、液体等流体中包含的固体微颗粒冲击结构或材料表面，使其表面发生磨损破坏的现象。这是一种常见的磨损现象，普遍存在于现代工业生产中，是造成某些机械设备及其零部件损坏报废的重要原因之一。气体、液体流所携带的微颗粒以一定速度冲击零件表面材料时，被冲击的结构表面发生材料弹塑性变形与断裂、冲击磨粒破碎和反弹，所消耗的动能主要以热能的形式释放。

磨损实验方法是磨损研究中的一个复杂的问题，实验室冲蚀设备根据粒子获得速度或使它达到与靶材相对速度可以分为真空中自由落体式、气流喷砂式、旋转臂式、离心加速式四类；根据工况环境的不同，分为喷射式，旋转式和管道式。国外很早就设计了各种类型的冲蚀设备，气流喷砂式设备是目前最常用的实验方法，其中最具代表性的是加州大伯克利分校Lawrence实验室设计的立式喷砂式冲蚀设备。国内对于冲蚀实验开展较早，进展较快的有中国石油大学，中国科学院金属研究所等。现阶段大多实验装置均着眼于大量颗粒的冲击过程，通过宏观消耗量来评估冲蚀磨损性能，并不利于冲蚀机理的研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种气动式微颗粒发射实验装置，该微颗粒发射实验装置利用气压提供冲击所需的冲击力，可以发射单个微颗粒冲击靶体表面，并使用高速摄像机记录冲击动态过程，通过对单个微颗粒的冲击速度、冲击距离进行有效调节，实现研究变量调整，进而得到冲击速度、距离等参数对微颗粒冲击特性的影响机理。

本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种气动式微颗粒发射实验装置，包括用于发射微颗粒的微颗粒发射机构、用于接收发射出的微颗粒的可旋转实验台以及用于捕捉微颗粒瞬态运动轨迹的高速摄像机构；所述微颗粒发射机构包括高压气罐、与高压气罐管道连接的高压气室以及与高压气室连通的水平设置的发射管；高压气室内设有一个直角形的动压通道，动压通道的气压入口处设有起密封作用的密封垫，通过对密封垫施加竖直方向的外部冲击力实现密封垫的上下移动进而控制是否向动压通道内通入高压气流，动压通道的气压出口与发射管相连通；发射管临近高压气室的一端设有能够放置微颗粒的颗粒托块，发射管远离高压气室的一端连接有能够使在气压作用下沿发射管运动的颗粒托块减速至停止运动的弹簧I；当带有微颗粒的颗粒托块在高压气流的作用下沿发射管滑动至接触弹簧I开始减速后，微颗粒能够脱离颗粒托块并穿出发射管射至可旋转实验台上；所述可旋转实验台包括两个支架以及位于两个支架中间的与两支架螺纹连接的的槽板，所述槽板临近发射管的侧面上可拆卸连接有用于接收微颗粒的靶体。

进一步地，高压气室内还设有弹簧II，弹簧II的一端与高压气室的顶部相连接，另一端与密封垫的上端连接，密封垫的下端设有触发杆，触发杆远离密封垫的一端穿过动压通道延伸至高压气室的外部，通过移动触发杆带动密封垫上下移动进而控制高压气室内的气流是否进入动压通道内。

进一步地，所述颗粒托块中部远离高压气室的一端设有用于放置微颗粒的凹孔，所述发射管远离高压气室的一端设有供微颗粒射出的通孔，所述弹簧I临近颗粒托块的一端与环形片相连接，颗粒托块与环形片接触进而开始压缩弹簧I减速，脱离颗粒托块的微颗粒依次穿过环形片、弹簧I以及通孔后射至可旋转实验台上。