一种摩擦磨损试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种疲劳磨损失效情况的测量试验装置，尤其涉及一种用于模拟高分子材料弹性垫块在复杂剪切应力和交变应力作用下的摩擦磨损试验装置。
【背景技术】
[0002]在海上石油输送管道，尤其是深海管道的铺设过程中，张紧器作为直接与管道接触的机械系统，发挥着至关重要的作用。在正常的管道铺设程序中，张紧器上的高分子材料弹性垫块与管道外壁之间紧密接触，不产生相对位移，张紧器夹紧并依靠高分子材料弹性垫块与管道外壁间的静摩擦力平衡铺设管道自身的重力，在履带机构的匀速拖动下，将管道以设定好的速度下放到海底。
[0003]在连续管道铺设过程中，固定在履带结构上的每一块高分子材料弹性垫块与管道外壁之间都经历了开始接触一接触面积扩大一完全接触一接触面积减小一分离一再次开始接触这一循环往复的过程。可以看到，铺设管道自身的重力处在一个稳定的范围之内，所需的与之相平衡的接触摩擦力也需要保持相对恒定，在接触面积不断变化的情况下，高分子材料弹性垫块所受到的局部应力是在不断变化的，若铺管速度设定较快，或张紧器上安放的高分子材料弹性垫块数量较少，则这一变化周期时间很短，频率很快，且变化范围很大，在运行一段时间后，极容易达到疲劳极限，引起高分子材料弹性垫块的失效。
[0004]另一方面，高分子材料弹性垫块与管道外壁之间的接触摩擦状态不是典型的滑动摩擦磨损，而是无相对位移变化的静摩擦磨损，根据以往的科学研宄显示，物体间的最大静接触摩擦系数要大于滑动接触摩擦系数，因此在工程实例中，复杂的工况容易造成张紧器与管道之间摩擦力快速增加，在高分子材料弹性垫块接触表面产生粘着磨损，造成失效。
[0005]综上所述，高分子材料弹性垫块在铺管过程中呈现出与滑动磨损截然不同的接触摩擦磨损状态，尤其是在于管道外壁开始接触和分离的两个特殊阶段，高分子材料弹性垫块受剪切应力和交变应力作用明显，长期运行，严重影响张紧器工作状态的稳定，对安全生产造成重大隐患。
[0006]现有的摩擦磨损试验装置可分为直动往复式、旋转对磨式以及对滚式三大类。其中直动往复式和旋转对磨式摩擦磨损试验装置主要应用于滑动摩擦磨损试验研宄，代表型号分别有MFT-R4000往复摩擦磨损试验仪，HSR-2M型往复/环块摩擦磨损试验装置，这类试验装置所模拟的工作状态与高分子材料弹性垫块与管道外壁间无相对运动的接触摩擦状态不符；对滚式摩擦磨损试验装置虽能够模拟真实的接触摩擦状态，但无法模拟铺管状态下载荷、速度等参数，也无法模拟不同尺寸管道与高分子材料弹性垫块相接触的变化趋势。
[0007]由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种摩擦磨损试验装置，以克服现有技术的缺陷。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种摩擦磨损试验装置，其采用连续转动循环接触式摩擦的形式，能够真实可靠地等效模拟铺管过程中，高分子材料弹性垫块受复杂剪切应力和交变应力条件下的摩擦磨损情况，试验结果便于观察。
[0009]本发明的另一目的在于提供一种摩擦磨损试验装置，采用模块化设计，方便试验参数调整，拆装方便，便于维护。
[0010]本发明的目的是这样实现的，一种摩擦磨损试验装置，包括一基座；在所述基座的四角处分别固定有一向上延伸的立柱；一下复合曲面试样组件能上下滑动的与所述四个立柱连接，所述下复合曲面试样组件包括一下组件支撑平台、一下复合曲面试样和一下旋转驱动测量装置；所述下组件支撑平台与所述四个立柱滑动连接，所述下复合曲面试样与所述下旋转驱动测量装置同轴相连，并一起固定在所述下组件支撑平台上；一上滚轮试样组件固定在所述立柱上并位于所述下复合曲面试样组件上面，该上滚轮试样组件包括一上组件支撑平台、一上滚轮试样以及一上滚轮旋转驱动测量装置；所述上组件支撑平台与所述四个立柱固定连接，所述上滚轮试样与所述上滚轮旋转驱动测量装置同轴相连，并一起固定在所述上组件支撑平台上；一径向加载装置固定在所述基座中心，所述径向加载装置顶部与所述下复合曲面试样组件相连，所述径向加载装置包括一锥齿轮内螺纹传动装置和一支撑架，所述锥齿轮内螺纹传动装置固定在所述基座中心，所述支撑架底部与该锥齿轮内螺纹传动装置相连，该支撑架顶部与所述下组件支撑平台相连。
[0011 ] 在本发明的一较佳实施方式中，下复合曲面试样包括一对下滚轮轮毂、一下转轴、多个试样块；所述下滚轮轮毂为圆台形，该一对下滚轮轮毂小直径端相对并间距可调的同轴固定在所述下转轴上，所述多个试样块均匀固定在所述下滚轮轮毂锥形圆周侧面上；所述下旋转驱动测量装置包括一下驱动电机和一下动态扭矩传感器；所述下驱动电机和下动态扭矩传感器与所述下转轴同轴设置，该下动态扭矩传感器一端与所述下转轴连接，另一端与所述下驱动电机连接。
[0012]在本发明的一较佳实施方式中，试样块的上端面为一复合曲面，所述试样块的下端面为与所述下滚轮轮毂锥形圆周侧面匹配的曲面；该试样块上设有沉头螺钉孔，所述下滚轮轮毂锥形圆周侧面上设有通孔，所述试样块通过沉头螺钉固定在所述下滚轮轮毂锥形圆周侧面的通孔上；所述多个试样块之间间隔均匀的设置。
[0013]在本发明的一较佳实施方式中，复合曲面由与所述下滚轮轮毂锥形圆周侧面匹配的曲面以及与一定半径的管道外壁匹配的曲面复合而成。
[0014]在本发明的一较佳实施方式中，上滚轮试样包括一上滚轮、一上转轴；所述上滚轮固定在该上转轴上，且该上滚轮的滚动面为向外凸出的鼓形面，该鼓形面的半径与模拟的管道半径相同；所述上滚轮旋转驱动测量装置包括一上驱动电机和一上动态扭矩传感器；所述上驱动电机和上动态扭矩传感器与所述上转轴同轴设置，该上动态扭矩传感器一端与所述上转轴连接，另一端与所述上驱动电机连接。
[0015]在本发明的一较佳实施方式中，锥齿轮内螺纹传动装置包括一加载驱动电机、一小锥齿轮、一大锥齿轮、一加载轴；所述小锥齿轮固定在该加载驱动电机的输出轴上，所述大锥齿轮通过一滚动轴承水平转动连接在所述基座上并与所述小锥齿轮啮合，该大锥齿轮的中央设有一轴孔，该轴孔设有内螺纹，所述加载轴的下部同轴设置在所述轴孔中，且该加载轴外部设有外螺纹与所述轴孔的内螺纹配合，该加载轴的上端安装一压力传感器，所述压力传感器的上端与所述支撑架底部接触。
[0016]在本发明的一较佳实施方式中，上驱动电机、下驱动电机、上动态扭矩传感器、下动态扭矩传感器、加载驱动电机和压力传感器分别与控制及数据采集系统电连接。
[0017]在本发明的一较佳实施方式中，下转轴通过一对下滚动轴承固定在所述下组件支撑平台的上表面，所述下滚动轴承带有轴承座并固定在所述下组件支撑平台的上表面；所述下驱动电机固定在所述下组件支撑平台的上表面。
[0018]在本发明的一较佳实施方式中，上转轴通过一对上滚动轴承固定在所述上组件支撑平台的下表面，所述上滚动轴承带有轴承座并固定在所述上组件支撑平台的下表面；所述上驱动电机固定在所述上组件支撑平台的下表面。
[0019]在本发明的一较佳实施方式中，基座的中心设有一滚动轴承座，所述滚动轴承水平设置在该滚动轴承座上；所述基座的四角分别设有一立柱固定孔，所述立柱固定在该立柱固定孔内；所述加载驱动电机固定在该基座上。
[0020]在本发明的一较佳实施方式中，下组件支撑平台与所述四个立柱对应的位置分别设有第一穿孔，所述下组件支撑平台上与所述第一穿孔同轴的位置均固定一直线轴承，所述下组件支撑平台通过所述直线轴承与所述立柱滑动连接；所述每个立柱的上部在同一高度均设有一凸台，所述上组件支撑平台与所述四个立柱对应的位置分别设有第二穿孔，该上组件支撑平台支撑在所述凸台上，所述每个立柱在所述凸台以上的部分设有螺纹，所述上组件支撑平台通过螺栓固定连接在所述立柱的凸台上。
[0021]由上所述，本发明的摩擦磨损试验装置能够真实有效地模拟张紧器上高分子材料垫块与管道外壁在铺管过程中无相对位移变化的接触摩擦行为，连续监测高分子材料垫块与管道外壁接触