一種摩擦磨損試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是關(guān)于一種疲勞磨損失效情況的測量試驗(yàn)裝置，尤其涉及一種用于模擬高分子材料彈性墊塊在復(fù)雜剪切應(yīng)力和交變應(yīng)力作用下的摩擦磨損試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在海上石油輸送管道，尤其是深海管道的鋪設(shè)過程中，張緊器作為直接與管道接觸的機(jī)械系統(tǒng)，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在正常的管道鋪設(shè)程序中，張緊器上的高分子材料彈性墊塊與管道外壁之間緊密接觸，不產(chǎn)生相對(duì)位移，張緊器夾緊并依靠高分子材料彈性墊塊與管道外壁間的靜摩擦力平衡鋪設(shè)管道自身的重力，在履帶機(jī)構(gòu)的勻速拖動(dòng)下，將管道以設(shè)定好的速度下放到海底。
[0003]在連續(xù)管道鋪設(shè)過程中，固定在履帶結(jié)構(gòu)上的每一塊高分子材料彈性墊塊與管道外壁之間都經(jīng)歷了開始接觸一接觸面積擴(kuò)大一完全接觸一接觸面積減小一分離一再次開始接觸這一循環(huán)往復(fù)的過程?？梢钥吹?，鋪設(shè)管道自身的重力處在一個(gè)穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，所需的與之相平衡的接觸摩擦力也需要保持相對(duì)恒定，在接觸面積不斷變化的情況下，高分子材料彈性墊塊所受到的局部應(yīng)力是在不斷變化的，若鋪管速度設(shè)定較快，或張緊器上安放的高分子材料彈性墊塊數(shù)量較少，則這一變化周期時(shí)間很短，頻率很快，且變化范圍很大，在運(yùn)行一段時(shí)間后，極容易達(dá)到疲勞極限，引起高分子材料彈性墊塊的失效。
[0004]另一方面，高分子材料彈性墊塊與管道外壁之間的接觸摩擦狀態(tài)不是典型的滑動(dòng)摩擦磨損，而是無相對(duì)位移變化的靜摩擦磨損，根據(jù)以往的科學(xué)研宄顯示，物體間的最大靜接觸摩擦系數(shù)要大于滑動(dòng)接觸摩擦系數(shù)，因此在工程實(shí)例中，復(fù)雜的工況容易造成張緊器與管道之間摩擦力快速增加，在高分子材料彈性墊塊接觸表面產(chǎn)生粘著磨損，造成失效。
[0005]綜上所述，高分子材料彈性墊塊在鋪管過程中呈現(xiàn)出與滑動(dòng)磨損截然不同的接觸摩擦磨損狀態(tài)，尤其是在于管道外壁開始接觸和分離的兩個(gè)特殊階段，高分子材料彈性墊塊受剪切應(yīng)力和交變應(yīng)力作用明顯，長期運(yùn)行，嚴(yán)重影響張緊器工作狀態(tài)的穩(wěn)定，對(duì)安全生產(chǎn)造成重大隱患。
[0006]現(xiàn)有的摩擦磨損試驗(yàn)裝置可分為直動(dòng)往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)對(duì)磨式以及對(duì)滾式三大類。其中直動(dòng)往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)對(duì)磨式摩擦磨損試驗(yàn)裝置主要應(yīng)用于滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)研宄，代表型號(hào)分別有MFT-R4000往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)儀，HSR-2M型往復(fù)/環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)裝置，這類試驗(yàn)裝置所模擬的工作狀態(tài)與高分子材料彈性墊塊與管道外壁間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸摩擦狀態(tài)不符；對(duì)滾式摩擦磨損試驗(yàn)裝置雖能夠模擬真實(shí)的接觸摩擦狀態(tài)，但無法模擬鋪管狀態(tài)下載荷、速度等參數(shù)，也無法模擬不同尺寸管道與高分子材料彈性墊塊相接觸的變化趨勢(shì)。
[0007]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種摩擦磨損試驗(yàn)裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種摩擦磨損試驗(yàn)裝置，其采用連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)接觸式摩擦的形式，能夠真實(shí)可靠地等效模擬鋪管過程中，高分子材料彈性墊塊受復(fù)雜剪切應(yīng)力和交變應(yīng)力條件下的摩擦磨損情況，試驗(yàn)結(jié)果便于觀察。
[0009]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種摩擦磨損試驗(yàn)裝置，采用模塊化設(shè)計(jì)，方便試驗(yàn)參數(shù)調(diào)整，拆裝方便，便于維護(hù)。
[0010]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種摩擦磨損試驗(yàn)裝置，包括一基座；在所述基座的四角處分別固定有一向上延伸的立柱；一下復(fù)合曲面試樣組件能上下滑動(dòng)的與所述四個(gè)立柱連接，所述下復(fù)合曲面試樣組件包括一下組件支撐平臺(tái)、一下復(fù)合曲面試樣和一下旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)測量裝置；所述下組件支撐平臺(tái)與所述四個(gè)立柱滑動(dòng)連接，所述下復(fù)合曲面試樣與所述下旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)測量裝置同軸相連，并一起固定在所述下組件支撐平臺(tái)上；一上滾輪試樣組件固定在所述立柱上并位于所述下復(fù)合曲面試樣組件上面，該上滾輪試樣組件包括一上組件支撐平臺(tái)、一上滾輪試樣以及一上滾輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)測量裝置；所述上組件支撐平臺(tái)與所述四個(gè)立柱固定連接，所述上滾輪試樣與所述上滾輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)測量裝置同軸相連，并一起固定在所述上組件支撐平臺(tái)上；一徑向加載裝置固定在所述基座中心，所述徑向加載裝置頂部與所述下復(fù)合曲面試樣組件相連，所述徑向加載裝置包括一錐齒輪內(nèi)螺紋傳動(dòng)裝置和一支撐架，所述錐齒輪內(nèi)螺紋傳動(dòng)裝置固定在所述基座中心，所述支撐架底部與該錐齒輪內(nèi)螺紋傳動(dòng)裝置相連，該支撐架頂部與所述下組件支撐平臺(tái)相連。
[0011 ] 在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，下復(fù)合曲面試樣包括一對(duì)下滾輪輪轂、一下轉(zhuǎn)軸、多個(gè)試樣塊；所述下滾輪輪轂為圓臺(tái)形，該一對(duì)下滾輪輪轂小直徑端相對(duì)并間距可調(diào)的同軸固定在所述下轉(zhuǎn)軸上，所述多個(gè)試樣塊均勻固定在所述下滾輪輪轂錐形圓周側(cè)面上；所述下旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)測量裝置包括一下驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一下動(dòng)態(tài)扭矩傳感器；所述下驅(qū)動(dòng)電機(jī)和下動(dòng)態(tài)扭矩傳感器與所述下轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置，該下動(dòng)態(tài)扭矩傳感器一端與所述下轉(zhuǎn)軸連接，另一端與所述下驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。
[0012]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，試樣塊的上端面為一復(fù)合曲面，所述試樣塊的下端面為與所述下滾輪輪轂錐形圓周側(cè)面匹配的曲面；該試樣塊上設(shè)有沉頭螺釘孔，所述下滾輪輪轂錐形圓周側(cè)面上設(shè)有通孔，所述試樣塊通過沉頭螺釘固定在所述下滾輪輪轂錐形圓周側(cè)面的通孔上；所述多個(gè)試樣塊之間間隔均勻的設(shè)置。
[0013]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，復(fù)合曲面由與所述下滾輪輪轂錐形圓周側(cè)面匹配的曲面以及與一定半徑的管道外壁匹配的曲面復(fù)合而成。
[0014]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，上滾輪試樣包括一上滾輪、一上轉(zhuǎn)軸；所述上滾輪固定在該上轉(zhuǎn)軸上，且該上滾輪的滾動(dòng)面為向外凸出的鼓形面，該鼓形面的半徑與模擬的管道半徑相同；所述上滾輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)測量裝置包括一上驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一上動(dòng)態(tài)扭矩傳感器；所述上驅(qū)動(dòng)電機(jī)和上動(dòng)態(tài)扭矩傳感器與所述上轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置，該上動(dòng)態(tài)扭矩傳感器一端與所述上轉(zhuǎn)軸連接，另一端與所述上驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。
[0015]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，錐齒輪內(nèi)螺紋傳動(dòng)裝置包括一加載驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一小錐齒輪、一大錐齒輪、一加載軸；所述小錐齒輪固定在該加載驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上，所述大錐齒輪通過一滾動(dòng)軸承水平轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述基座上并與所述小錐齒輪嚙合，該大錐齒輪的中央設(shè)有一軸孔，該軸孔設(shè)有內(nèi)螺紋，所述加載軸的下部同軸設(shè)置在所述軸孔中，且該加載軸外部設(shè)有外螺紋與所述軸孔的內(nèi)螺紋配合，該加載軸的上端安裝一壓力傳感器，所述壓力傳感器的上端與所述支撐架底部接觸。
[0016]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，上驅(qū)動(dòng)電機(jī)、下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上動(dòng)態(tài)扭矩傳感器、下動(dòng)態(tài)扭矩傳感器、加載驅(qū)動(dòng)電機(jī)和壓力傳感器分別與控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。
[0017]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，下轉(zhuǎn)軸通過一對(duì)下滾動(dòng)軸承固定在所述下組件支撐平臺(tái)的上表面，所述下滾動(dòng)軸承帶有軸承座并固定在所述下組件支撐平臺(tái)的上表面；所述下驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在所述下組件支撐平臺(tái)的上表面。
[0018]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，上轉(zhuǎn)軸通過一對(duì)上滾動(dòng)軸承固定在所述上組件支撐平臺(tái)的下表面，所述上滾動(dòng)軸承帶有軸承座并固定在所述上組件支撐平臺(tái)的下表面；所述上驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在所述上組件支撐平臺(tái)的下表面。
[0019]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，基座的中心設(shè)有一滾動(dòng)軸承座，所述滾動(dòng)軸承水平設(shè)置在該滾動(dòng)軸承座上；所述基座的四角分別設(shè)有一立柱固定孔，所述立柱固定在該立柱固定孔內(nèi)；所述加載驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在該基座上。
[0020]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，下組件支撐平臺(tái)與所述四個(gè)立柱對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有第一穿孔，所述下組件支撐平臺(tái)上與所述第一穿孔同軸的位置均固定一直線軸承，所述下組件支撐平臺(tái)通過所述直線軸承與所述立柱滑動(dòng)連接；所述每個(gè)立柱的上部在同一高度均設(shè)有一凸臺(tái)，所述上組件支撐平臺(tái)與所述四個(gè)立柱對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有第二穿孔，該上組件支撐平臺(tái)支撐在所述凸臺(tái)上，所述每個(gè)立柱在所述凸臺(tái)以上的部分設(shè)有螺紋，所述上組件支撐平臺(tái)通過螺栓固定連接在所述立柱的凸臺(tái)上。
[0021]由上所述，本實(shí)用新型的摩擦磨損試驗(yàn)裝置能夠真實(shí)有效地模擬張緊器上高分子材料墊塊與管道外壁在鋪管過程中無相對(duì)位移變化的接觸摩擦行為，連續(xù)監(jiān)測高分子材料