橡膠濕磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，特別是一種橡膠在含固體顆粒的液體介質(zhì)中進(jìn)行摩擦學(xué)性能研宄的橡膠濕磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)。它適用于橡膠材料在多種摩擦工況下的三體濕磨粒磨損測(cè)試，可用來(lái)評(píng)定橡膠材料的摩擦機(jī)理和橡膠材料的選擇。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油工業(yè)的發(fā)展，橡膠材料作為密封件在石油機(jī)械中的使用越來(lái)越多，例如螺桿泵中的定子、螺桿鉆具中的定子、蝸輪鉆具中的止推軸承等。這些橡膠摩擦元件在運(yùn)行過(guò)程中，一方面受到液體介質(zhì)(原油、泥漿等)的溶脹侵蝕老化，另一方面還受到金屬摩擦副攜帶含固體顆粒的液體介質(zhì)的磨損。橡膠在含固體顆粒的原油介質(zhì)中的磨損有濕磨粒磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損，其中濕磨粒磨損占主要部分。原油介質(zhì)中的固體顆粒進(jìn)入橡膠與金屬摩擦副的接觸界面，在法向載荷作用下，固體顆粒被嵌入橡膠表面，隨著摩擦界面的相對(duì)滑動(dòng)，嵌入橡膠表面的固體顆粒使橡膠沿滑動(dòng)方向被拉長(zhǎng)。根據(jù)橡膠磨粒侵蝕磨損這些表面特征，發(fā)現(xiàn)其磨粒侵蝕磨損的機(jī)理主要是:1)具有一定動(dòng)能的固體顆粒沖擊進(jìn)入橡膠表面，對(duì)橡膠表層產(chǎn)生微切削作用而使其發(fā)生微觀(guān)撕裂和變形；2)橡膠表面在固體顆粒的反復(fù)作用下，不僅會(huì)受到“切削”作用，還會(huì)由于其高滯后性的原因，形成大量的熱積累，降解后在橡膠表面形成一層膠粘層；3)這層膠粘層在磨損過(guò)程中不斷地形成和被磨損，當(dāng)它變薄或被完全磨去時(shí)，橡膠表層繼續(xù)受到固體顆粒的微切削作用。液體介質(zhì)中的固體顆粒對(duì)橡膠摩擦元件的危害極大，磨損系統(tǒng)中的被磨損材料通常被稱(chēng)為第一體，與其配副的材料稱(chēng)為第二體，第三體是指存在于第一體和第二體之間的磨料(固體顆粒)。這種液體介質(zhì)中的固體顆粒對(duì)橡膠摩擦元件的三體濕磨粒磨損的危害，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩體磨損，在溶脹老化和濕磨粒磨損的共同作用下橡膠摩擦元件成為石油機(jī)械中的易損件。為了提高橡膠摩擦元件的耐磨性能和石油機(jī)械的使用壽命，優(yōu)選橡膠摩擦元件是石油機(jī)械設(shè)計(jì)中重中之重。因此，就要結(jié)合實(shí)際工況，選用合適的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)橡膠材料進(jìn)行三體濕磨粒磨損試驗(yàn)。這是優(yōu)選橡膠摩擦元件必不可少的環(huán)節(jié)，迄今為止還未見(jiàn)理想的三體濕磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)的報(bào)導(dǎo)。
[0003]據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，常規(guī)的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)大部分都是針對(duì)金屬材料摩擦元件設(shè)計(jì)和制造的，具有粘彈性的橡膠摩擦元件無(wú)法在這些摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)摩擦磨損測(cè)試，因此必須重新設(shè)計(jì)與制造磨損試驗(yàn)機(jī)。如專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN103267699A的“一種往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及其方式”，記載的技術(shù)方案可以進(jìn)行常規(guī)的光滑與非光滑表面試件的摩擦學(xué)性能的研宄，其包括曲柄盤(pán)、推拉桿、滑塊、磨頭、側(cè)板、導(dǎo)軌、連桿等結(jié)構(gòu)，具有方向性可控、可連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。但由于磨頭置于T形板的方孔內(nèi)，磨頭不可拆，當(dāng)磨頭磨損后更換困難。試件安裝在移動(dòng)平臺(tái)上，移動(dòng)平臺(tái)無(wú)凹槽，無(wú)法對(duì)橡膠材料進(jìn)行三體濕磨粒磨損試驗(yàn)，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中只能進(jìn)行兩體磨損試驗(yàn)。另外，電機(jī)經(jīng)由曲柄盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿移動(dòng)，往復(fù)行程不可調(diào)整，試驗(yàn)范圍具有局限性，又由于移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)滑塊在底座的導(dǎo)軌上滑動(dòng)，底座的摩擦阻力大，在加載的過(guò)程中容易造成較大的試驗(yàn)誤差。
[0004]本申請(qǐng)人曾在液體介質(zhì)下進(jìn)行摩擦環(huán)與塊狀試樣的摩擦磨損試驗(yàn)，設(shè)計(jì)出專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN103245582A的“一種速度智能調(diào)控的環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)”，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:摩擦環(huán)安裝在主軸上，隨著電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)摩擦環(huán)旋轉(zhuǎn)，形成環(huán)-塊摩擦副，具有扭矩傳感器、頂桿、樣品臺(tái)、加熱裝置、料筒、主軸箱、主軸、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、電機(jī)軸等結(jié)構(gòu)。并且主軸、傳動(dòng)軸、電機(jī)軸的軸線(xiàn)保持在同一中心線(xiàn)上，具有延長(zhǎng)聯(lián)軸器和設(shè)備的壽命以及使設(shè)備的運(yùn)行具有平穩(wěn)的運(yùn)行情況等優(yōu)點(diǎn)，扭矩傳感器可監(jiān)測(cè)摩擦力大小，其主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的在試驗(yàn)過(guò)程中速度無(wú)法智能調(diào)控的問(wèn)題。該機(jī)雖然可以在液體介質(zhì)下利用摩擦環(huán)與塊狀試樣進(jìn)行兩體摩擦磨損試驗(yàn)，但仍無(wú)法用于對(duì)橡膠材料進(jìn)行三體濕磨粒磨損試驗(yàn)。因受結(jié)構(gòu)限制，在加入第三體后，采用摩擦環(huán)旋轉(zhuǎn)，塊狀試樣固定不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的摩擦環(huán)容易使第三體脫離待測(cè)塊狀橡膠試樣表面，故只能進(jìn)行兩體磨損試驗(yàn)，無(wú)法進(jìn)行三體濕磨粒磨損試驗(yàn)研宄。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN102770748 B的“橡膠磨損試驗(yàn)方法、使用了該方法的輪胎的橡膠指數(shù)計(jì)算方法和裝置”，公開(kāi)了具有圓盤(pán)狀的研磨輪和圓盤(pán)狀的樣品以及樣品按壓?jiǎn)卧冉Y(jié)構(gòu)。通過(guò)一邊使圓盤(pán)狀的樣品和圓盤(pán)狀的研磨輪分別獨(dú)立地以決定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)一邊將上述樣品按壓到上述研磨輪的外周面來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，使用與輪胎胎面相同的橡膠試驗(yàn)片來(lái)預(yù)測(cè)輪胎的耐磨性，能夠通過(guò)樣品來(lái)高精度地再現(xiàn)輪胎所產(chǎn)生的磨損現(xiàn)象。上述結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)機(jī)采用的對(duì)磨摩擦副，也無(wú)法進(jìn)行橡膠的三體濕磨粒磨損試驗(yàn)研宄。
[0005]綜上所述，利用傳統(tǒng)的往復(fù)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行橡膠的濕磨粒磨損試驗(yàn)研宄，結(jié)果表明橡膠并沒(méi)有磨損，反而是嵌入砂粒的橡膠去磨損金屬，與試驗(yàn)?zāi)康恼孟喾?，無(wú)法研宄橡膠的三體濕磨料磨損的特性。因此，有必要提供一種針對(duì)橡膠在含固體顆粒的液體介質(zhì)中進(jìn)行的三體濕磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種橡膠濕磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)，解決了現(xiàn)有磨損試驗(yàn)機(jī)無(wú)法進(jìn)行三體濕磨粒磨損研宄等問(wèn)題，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，零部件調(diào)整容易，試驗(yàn)范圍廣，具有圓柱面摩擦頭和試樣裝卸更換方便，不易損壞，液體介質(zhì)中的固體顆粒分布均勻，加載平穩(wěn)，受力均勻；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:該橡膠濕磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)包括機(jī)座，組裝在機(jī)座上的加載機(jī)構(gòu)、試驗(yàn)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和測(cè)量控制回路，其技術(shù)要點(diǎn)是:所述試驗(yàn)機(jī)構(gòu)采用由圓柱面摩擦頭與橡膠試樣構(gòu)成的線(xiàn)接觸摩擦副，圓柱面摩擦頭通過(guò)緊固螺釘與緊固壓板組裝在夾具底部，夾具與加載機(jī)構(gòu)的加載桿連接在一起，加載桿插接在加載機(jī)構(gòu)保持架的加載橫梁的導(dǎo)向滑道內(nèi)，夾具隨加載桿沿導(dǎo)向滑道的軸向移動(dòng)帶動(dòng)夾具上的圓柱面摩擦頭同步運(yùn)動(dòng)；橡膠試樣固定在試驗(yàn)凹槽的底部，橡膠試樣的上方浸有含固體顆粒液體介質(zhì)，試驗(yàn)凹槽利用鎖緊塊固定在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)座中，并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)及調(diào)整滑塊的同步旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)曲柄盤(pán)帶動(dòng)連桿和鉸接桿一起移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)座底部沿光滑導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)，光滑導(dǎo)軌固定在機(jī)座的導(dǎo)軌基座上；加載機(jī)構(gòu)的保持架由加載橫梁、立柱、隔離架和連接架相互連接構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)，保持架的連接架通過(guò)測(cè)量控制回路中的扭矩傳感器與固定在機(jī)座上的支架相連接。
[0008]所述加載機(jī)構(gòu)包括保持架、加載桿和載有砝碼的加載盤(pán)，插接在保持架的加載橫梁導(dǎo)向滑道內(nèi)的加載桿上端與加載盤(pán)底部連接，加載桿下端與夾具頂部連接。
[0009]加載機(jī)構(gòu)保持架的所述隔離架底部通過(guò)支撐輪與機(jī)座相接觸。
[0010]所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括組裝在機(jī)座上的電機(jī)、轉(zhuǎn)盤(pán)、調(diào)整滑塊、曲柄盤(pán)、連桿、鉸接桿和滑動(dòng)座；電機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)盤(pán)上的同一中心線(xiàn)上轉(zhuǎn)軸連接，調(diào)整滑塊的一端通過(guò)壓板、導(dǎo)向桿和插接在條形調(diào)整孔內(nèi)的調(diào)節(jié)螺栓組裝在轉(zhuǎn)盤(pán)的滑道上，調(diào)整滑塊的另一端利用緊定螺釘和軸承連接帶有連桿的曲柄盤(pán)，固定在曲柄盤(pán)上的連桿與組裝在滑動(dòng)座上的鉸接桿相互連接，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)及調(diào)整滑塊的同步旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)曲柄盤(pán)帶動(dòng)連桿和鉸接桿一起移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)座沿光滑導(dǎo)軌的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；曲柄盤(pán)在調(diào)整滑塊的帶動(dòng)下沿轉(zhuǎn)盤(pán)的滑道方向移動(dòng)，改變曲柄盤(pán)與轉(zhuǎn)盤(pán)的相對(duì)位置，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)軸中心與曲柄盤(pán)中心的間距，完成滑動(dòng)座往復(fù)行程的調(diào)整。
[0011]轉(zhuǎn)盤(pán)上標(biāo)注有條形調(diào)整孔長(zhǎng)度方向的刻度，以顯示調(diào)節(jié)螺栓在孔中的位置。
[0012]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果是:由于本實(shí)用新型采用了由圓柱面摩擦頭與橡膠試樣構(gòu)成的線(xiàn)接觸摩擦副，通過(guò)緊固螺釘與緊固壓板組裝在夾具底部的圓柱面摩擦頭，及利用鎖緊塊固定在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)座中的上方浸有含固體顆粒液體介質(zhì)的橡膠試樣，可使固體顆粒(砂粒)能夠比較均勻地分布在液體介質(zhì)中，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，零部件調(diào)整容易，試驗(yàn)范圍廣，具有摩擦頭和試樣裝卸更換方便，不易損壞的優(yōu)點(diǎn)。另外，夾具與加載機(jī)構(gòu)的加載桿連接在一起，加載桿插接在加載機(jī)構(gòu)保持架的加載橫梁的導(dǎo)向滑道內(nèi)，因加載機(jī)構(gòu)的保持架由加載橫梁、立柱、隔離架和連接架相互連接構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)，夾具隨加載桿沿導(dǎo)向滑道的軸向移動(dòng)帶動(dòng)夾具上的圓柱面摩擦頭同步運(yùn)動(dòng)，砝碼加載在加載盤(pán)上，保證了加載平穩(wěn)，受力均勻。保持架的連接架通過(guò)測(cè)量控制回路中的扭矩傳感器與固定在機(jī)座上的支座相連接，通過(guò)扭矩傳感器測(cè)量到摩擦力和摩擦系數(shù)，通過(guò)常用的測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)可以根據(jù)實(shí)際需要，更換加載砝碼實(shí)現(xiàn)載荷的改變，隨時(shí)調(diào)整試驗(yàn)凹槽的往復(fù)頻率，以實(shí)現(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)。與此同時(shí)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)及調(diào)整滑塊的同步旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)曲柄盤(pán)帶動(dòng)連桿和鉸接桿一起移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)座底部沿光滑導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)改變調(diào)整滑塊在轉(zhuǎn)盤(pán)上與曲柄盤(pán)的相對(duì)位置，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)軸中心與曲柄盤(pán)中心的間距，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)座往復(fù)行程的調(diào)整。
[0013]綜上所述，本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有磨損試驗(yàn)機(jī)中第三體(固體顆粒)被推離第一體(試驗(yàn)橡膠)與第二體(金屬摩擦副)之間，無(wú)法進(jìn)行三體濕磨粒磨損研宄，以及嵌入第三體(固體顆粒)的第一體(試驗(yàn)橡膠)去磨損第二體(金屬摩擦副)等問(wèn)題，因此，它適用于橡膠材料在多種摩擦工況下的三體濕磨粒磨損測(cè)試，可用來(lái)評(píng)定橡膠材料的摩擦機(jī)理和橡膠材料的選擇。
[0014]如果保持架的隔離架底部通過(guò)支撐輪與機(jī)座相接觸，那么就能進(jìn)一步減小隔離架的外部干擾影響，可使加載更加平穩(wěn)，受力更加均勻。
[0015]經(jīng)檢測(cè)，該橡膠濕磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)如下:
[0016](I)往復(fù)頻率:0.5 ?15Hz.
[0017](2)加載范圍:0 ?300N.
[0018](3)往復(fù)行程:0 ?50mm.
[0019](4)信號(hào)采集:在用戶(hù)界面上實(shí)時(shí)顯示摩擦力和摩擦系數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一