【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電樞損失研究領域，尤其涉及一種電樞表面磨損評估方法及系統。
技術介紹
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術相關的
技術介紹
信息，不必然構成在先技術。
2、電磁發射裝置利用強磁場驅動載荷，在不需要傳統燃料的情況下實現高速推進，具有環保、初速度高、射程遠等優勢，在衛星發射、高速列車、空間站清理等方面應用前景廣闊。電樞是電磁發射裝置的關鍵部件，通常采用c型實心結構以改善電接觸性能。一個不可避免的挑戰是電樞與緊固的導軌相對滑動時容易發生磨損，其磨損狀況直接影響著樞軌間的電接觸狀態。接觸失效可能導致轉捩燒蝕，嚴重影響裝置的服役壽命。同時，磨損也會削弱電樞本體的機械性能，影響發射安全性。
3、協同考慮強度、導電性等性能，電磁發射裝置通常采用鋁合金電樞和鋼軌，已經證實了發射過程中的磨損主要發生在電樞表面而不是鋼軌中。由于在密閉的軌道內運行，在線實時測量磨損過程比較困難，當前對于電樞磨損機理的研究主要依賴于發射后的形貌觀察與建模分析。archard磨損模型表明電樞表面的鑿孔等缺陷會引發材料的熔化和損失，并可在鋼軌上清楚地看到鋁碎屑沉積。測量顯示鋁沉積層厚度約為3-10μm，最大侵蝕深度出現在電樞表面的頂部和底部邊緣，但并未給出具體的磨損深度，對電樞照片的分析也局限于簡單的定性評估。通過圖像處理算法和精密儀器測量對電樞表面輪廓起伏作曲線定量表征，可以更精確地判定磨損狀態，這是當前研究所欠缺的。
4、對于典型的發射，主要的熱源是焦耳熱和摩擦熱。分析了不同形狀電樞焦耳熱的三維特性、干摩擦加熱對樞軌接
5、電樞與導軌實際的接觸面是由多個微小的導電斑點構成，有效接觸面積僅為名義接觸面積的1%左右。摩擦實驗表明，接觸面積和磨損直徑隨電流增加而增大。（采用脈沖功率電源，調節充電電壓可以控制通入的電流。）表面粗糙度不僅是評價接觸質量的重要實驗指標，也是影響樞軌接觸狀態的關鍵實驗條件。人們普遍關注紋理表面，因其具有改變接觸面積、阻滯或潤滑等良好的摩擦學特性。在模型中設定了不同的電樞表面初始粗糙度量級，發現其與材料熔化速度和厚度密切相關，但未開展實驗驗證。為了厘清不同電流和初始紋理表面的電樞的磨損特性，還有很多工作要做。特別是，探究電樞表面宏觀形貌、微觀結構和組織成分演化，分析不同工況下的電樞磨損機理，提出預防電樞失效并延長裝置壽命的理論基礎成為迫切需要。
技術實現思路
1、為了解決上述
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中存在的技術問題，本專利技術提供一種電樞表面磨損評估方法及系統，本專利技術通過建立電樞磨損的數值模型，提高了電樞表面磨損評估的全面性和準確性。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、本專利技術的第一個方面提供一種電樞表面磨損評估方法。
4、一種電樞表面磨損評估方法，包括：
5、分別控制充電電壓和初始粗糙度作為單一變量，在電磁導軌發射實驗平臺上進行電樞磨損實驗，計算每次實驗的磨損率，測量磨損后的表面粗糙度；
6、基于充電電壓、初始粗糙度、磨損率和磨損后的表面粗糙度，建立電樞磨損的數值模型；
7、將充電電壓和初始粗糙度輸入電樞磨損的數值模型，預測磨損率和磨損后的表面粗糙度。
8、進一步地，所述電樞磨損的數值模型，采用以下公式表示：
9、
10、
11、其中， wr表示磨損率， sa表示磨損后的電樞表面粗糙度， u表示充電電壓， sa0表示初始粗糙度。
12、進一步地，所述電磁導軌發射實驗平臺，包括：充電回路、發射器和檢測設備；
13、充電回路包括：充電機、電源模塊、調波電感l和二極管d2，充電機與升壓變壓器相連，經硅堆整流后為脈沖電源模塊充電，電源模塊采用電容器產生脈沖大電流，通過半導體開關組件d1向發射器放電，半導體開關組件d1配置動態脈沖吸收回路及脈沖觸發回路，調波電感l用于調整電容器輸出的脈沖寬度和峰值，以展寬波形并減緩大電流沖擊；放電后通過續流二極管d2泄能；
14、發射器設計成矩形口徑，包括導軌和電樞；
15、檢測設備包括電流傳感器ct、高壓探頭、數字示波器、分壓器、數字儀表測量、熱場發射掃描電鏡和電子能譜、激光光譜共聚焦顯微鏡，使用電流傳感器ct和高壓探頭分別檢測軌道電流和膛口電壓，所測波形接入數字示波器；使用分壓器和數字儀表測量充電電壓；使用熱場發射掃描電鏡結合電子能譜檢測發射后的電樞表面微觀形貌及局部微區成分；使用激光光譜共聚焦顯微鏡進行三維輪廓測量，獲取電樞磨痕高度和粗糙度數據。
16、進一步地，所述計算每次實驗的磨損率，方法包括：分別測量每次發射前后電樞質量，根據發射前電樞質量與發射后電樞質量之間的差值，計算質量損失；根據質量損失與發射前電樞質量之間的比值，得到磨損率。
17、進一步地，所述測量磨損后的表面粗糙度，方法包括：在每次實驗后，獲取電樞表面磨損形貌圖像，定位磨損區域；采用激光光譜共聚焦顯微鏡對磨損區域進行測量，得到磨損后的表面粗糙度。
18、更進一步地，所述獲取電樞表面磨損形貌圖像，定位磨損區域；方法包括：采用攝像頭采集電樞表面磨損形貌圖像，對電樞表面磨損形貌圖像進行高斯去噪、空域增強與閾值分割處理，將連通區域標記出來，即為磨損區域。
19、更進一步地，在每次實驗后，采用電子能譜對磨損區域進行分析，得到磨損區域的元素含量變化。
20、進一步地，在每次實驗后，計算發射過程中焦耳熱的熱流密度峰值隨時間的變化與摩擦熱的熱流密度峰值隨時間的變化，驗證電樞磨損的數值模型。
21、更進一步地，所述初始粗糙度由不同的砂紙目數打磨電樞表面決定。
22、本專利技術的第二個方面提供一種電樞表面磨損評估系統。
23、一種電樞表面磨損評估系統，包括：
24、實驗模塊，用于分別控制充電電壓和初始粗糙度作為單一變量，在電磁導軌發射實驗平臺上進行電樞磨損實驗，計算每次實驗的磨損率，測量磨損后的表面粗糙度；
25、模型構建模塊，用于基于充電電壓、初始粗糙度、磨損率和磨損后的表面粗糙度，建立電樞磨損的數值模型；
26、輸出模塊，用于將充電電壓和初始粗糙度輸入電樞磨損的數值模型，預測磨損率和磨損后的表面粗糙度。
27、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
28、本專利技術的主要目的是通過定量檢測，獲得不同充電電壓和初始表面粗糙度工況下電樞磨損的演變規律，以從源頭上抑制材料失效的發生，通過建立電樞磨損的數值模型，提高了電樞表面磨損評估的全面性和準確本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電樞表面磨損評估方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述電樞磨損的數值模型，采用以下公式表示：
3.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述電磁導軌發射實驗平臺，包括：充電回路、發射器和檢測設備；
4.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述計算每次實驗的磨損率，方法包括：分別測量每次發射前后電樞質量，根據發射前電樞質量與發射后電樞質量之間的差值，計算質量損失；根據質量損失與發射前電樞質量之間的比值，得到磨損率。
5.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述測量磨損后的表面粗糙度，方法包括：在每次實驗后，獲取電樞表面磨損形貌圖像，定位磨損區域；采用激光光譜共聚焦顯微鏡對磨損區域進行測量，得到磨損后的表面粗糙度。
6.根據權利要求5所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述獲取電樞表面磨損形貌圖像，定位磨損區域；方法包括：采用攝像頭采集電樞表面磨損形貌圖像，對電樞表面磨損形貌圖像進行高斯去噪、空域增強與閾值分割處
7.根據權利要求5所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，在每次實驗后，采用電子能譜對磨損區域進行分析，得到磨損區域的元素含量變化。
8.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，在每次實驗后，計算發射過程中焦耳熱的熱流密度峰值隨時間的變化與摩擦熱的熱流密度峰值隨時間的變化，驗證電樞磨損的數值模型。
9.根據權利要求1-8任一項所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述初始粗糙度由不同的砂紙目數打磨電樞表面決定。
10.一種電樞表面磨損評估系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種電樞表面磨損評估方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述電樞磨損的數值模型，采用以下公式表示：
3.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述電磁導軌發射實驗平臺，包括：充電回路、發射器和檢測設備；
4.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述計算每次實驗的磨損率，方法包括：分別測量每次發射前后電樞質量，根據發射前電樞質量與發射后電樞質量之間的差值，計算質量損失；根據質量損失與發射前電樞質量之間的比值，得到磨損率。
5.根據權利要求1所述的電樞表面磨損評估方法，其特征在于，所述測量磨損后的表面粗糙度，方法包括：在每次實驗后，獲取電樞表面磨損形貌圖像，定位磨損區域；采用激光光譜共聚焦顯微鏡對磨損區域進行測量，得到磨損后的表面粗糙度。
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉洪順，劉路遙，張黎，李清泉，何東欣，王冠，任富強，趙彤，王曉龍，孫瀅，路鵬飛，馮景桐，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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