专利名称：软摩擦模拟试验装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种模拟试验仪器，尤其有关于一种用于模拟石油天然气领域的铺管船用张紧器管道铺设过程中弹性材料与刚性材料或者弹性材料与弹性材料之间的摩擦过程的软摩擦模拟试验装置。
背景技术：
全球石油产量的1/3以上来自海洋，中国拥有300多万平方公里海域，海洋油气资源量约占油气资源总量的1/4。近几年，中国海洋石油、天然气开发不断取得新进展，油气产量逐年增加。海上开采出的石油天然气主要靠管道进行输送，海底管道成为深水油气田开发工程建设的一个重要组成部分，海洋管道铺设技术在油气集输中的作用越来越重要。由于铺管船的适用性强，且施工工艺已十分成熟，是目前世界上使用最广泛的一种海洋管道
铺设方法，在近几年得到了大力发展。在深水管道的铺管过程中，管道从船体到海底有一段比较长的悬空段，由于铺管船受海风、波浪等因素的影响而上下垂荡，管线从甲板到海底之间的距离不断变化，这就使得悬空管段的长度与管线应力也随着变化。如果将管线固定在船上，当船上升时，管线将承受很大的拉力，这个拉力可能使管线超过应力极限，造成管道断裂或铺管船的走锚事故；当船下降或将管线无约束的放置在船上，管线受自身重力和波流力的作用，将承受很大弯曲应力，该应力将超过管线材料的屈服极限，从而使管线产生塑性变形。为解决这一问题，铺管船设有一个特殊装置——张紧器，以保证管道被铺设时始终处于受外部张力状态，通过张紧器与管道间的摩擦力可实现管线的恒张力控制与铺设。因此，张紧器铺管过程不是一个稳态过程而是一个非稳态过程。张紧器铺管过程是一个复杂问题，不仅要铺设双层钢管、单层混凝土配重管道、脐带缆等多种管道，还要克服波浪非稳态载荷、海流与海冰等海况因素的影响。双层钢管、单层混凝土配重管道属于硬质管道，而脐带缆属于软质管道。由于张紧器与管道产生摩擦的履带垫块是由非金属的弹性材料制成，因此张紧器铺管过程包含不同类型的软接触(包括软/硬和软/软两种方式)，是名副其实的发生在复杂环境下的软摩擦过程。而深水铺管设备例如张紧器的国产化设计和制造，暂处于概念设计阶段，但是细节的非稳态软摩擦学理论研究，决定了我国自主研制张紧器等深水铺管设备的成败。因此，应对软摩擦试验进行系统的研究。此外，由于工作环境复杂，张紧器铺管过程是一个非稳态过程，这更增加了软摩擦试验的难度。现有的往复式摩擦试验仪器，例如市场上的MFT-R4000往复摩擦磨损试验仪，又如市场上的14FW往复摩擦试验装置、HSR-2M型往复/环块摩擦磨损试验装置，均属于稳态的摩擦试验装置，均无法模拟张紧器铺管过程中复杂的工作环境。因此，有必要提供一种新的软摩擦模拟试验装置，来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种软摩擦模拟试验装置，该装置能够模拟石油天然气领域铺管船用张紧器管道铺设过程中的现场实际情况，以进行张紧器与管道之间的摩擦性能试验研究，其结构简单、制作容易、拆装方便且经久耐用。本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现本发明提供一种软摩擦模拟试验装置，所述软摩擦模拟试验装置包括基座；下试样组件，其设置在所述基座上，所述下试样组件包括直线导轨和下试样样品台，所述直线导轨固定连接在所述基座的上端，所述下试样样品台与一非稳态驱动机构相连，所述下试样样品台通过所述非稳态驱动机构可水平移动地连接在所述直线导轨上；上试样组件，其包括上试样夹具，所述上试样夹具与一非稳态加载机构相连，所述上试样夹具通过所述非稳态加载机构可轴向移动地设置在所述下试样组件的上方。
在优选的实施方式中，所述直线导轨的两端分别连接有左挡块和右挡块，在所述左挡块与所述右挡块相对的侧面上分别设有行程开关，所述两个行程开关与所述非稳态驱动机构电连接。在优选的实施方式中，所述下试样组件还包括直线滑座，所述直线滑座固定连接在所述下试样样品台的下端，并可滑动地连接在所述直线导轨上，根据所述直线滑座的水平往复运动，所述直线滑座的两端分别与所述两个行程开关相接触或分离。在优选的实施方式中，所述非稳态加载机构包括外壳，其上端与一直线步进电机相连；动作杆，其可轴向移动地穿设在所述外壳内，所述动作杆的上端连接有丝母，所述丝母与所述直线步进电机相连，所述动作杆的下端穿出所述外壳并与所述上试样夹具相连。在优选的实施方式中，在所述动作杆与所述丝母之间设有压力传感器，所述压力传感器与所述直线步进电机电连接，所述动作杆的外侧套设有压力弹簧。在优选的实施方式中，所述上试样夹具的下端夹设有上试样，所述下试样样品台的上端设有样品槽，所述样品槽的底部设有多个凸柱，一下试样上开设有多个凹槽，所述下试样通过其多个凹槽套设在所述多个凸柱上而连接在所述样品槽中。在优选的实施方式中，所述下试样的上表面低于所述样品槽的槽口。在优选的实施方式中，所述上试样和所述下试样分别由非金属材料或金属材料制成，所述下试样的硬度值为25 85HRC，所述上试样的硬度值比所述下试样的硬度值大10 15HRC。在优选的实施方式中，所述基座上固定连接有支撑架，所述支撑架包括相连接的水平支架杆和竖直支架杆，所述非稳态加载机构连接在所述水平支架杆上，所述竖直支架杆的下端固定连接在所述基座上。在优选的实施方式中，所述非稳态驱动机构为直线电机，所述直线电机包括U型槽式直线电机定子和U型槽式直线电机动子，所述U型槽式直线电机动子与所述下试样样品台相连。本发明的软摩擦模拟试验装置的特点及优点是用于模拟铺管船用张紧器管道铺设过程中张紧器与管道之间的摩擦过程，在进行软摩擦模拟试验时，首先，在下试样样品台上放置下试样，上试样夹设在上试样夹具的下端，然后在下试样样品与上试样样品接触区人工添加清水、酸碱度不同的水溶液、模拟海水溶液或模拟固体粉末污物的微小固体颗粒等介质，此时，启动非稳态加载机构以驱动上试样夹具向下运动，上试样夹具带动上试样抵靠在下试样上，为进行软摩擦模拟试验提供准备工作。本发明通过非稳态驱动机构对下试样样品台的运动速度、运动加速度和运动频率进行控制，以使下试样样品台在直线导轨上做非稳态往复式水平运动；并且，通过非稳态加载机构对夹设在上试样夹具上的上试样施加在下试样上的加载载荷进行控制，使上试样施加在下试样上的加载载荷可模拟海管自重载荷、风浪载荷和/或波浪载荷等非稳态加载载荷。本发明的软摩擦模拟试验装置，可模拟真实海底实时变化的波浪非稳态载荷、海流与海水等海况因素，其可更加真实的模拟铺管船用张紧器在管道铺设过程中张紧器与管道之间的摩擦过程，同时也能模拟铺管船用张紧器在管道铺设过程中张紧器与管道接触区有清水或酸碱度不同的海水溶液或固体粉末污物等真实润滑环境，其试验数据参考性强，为提高石油天然气过程化深水铺管张紧器设备的质量与可靠性及张紧器作业的效果提供依据。另外，本发明结构简单、制作容易、拆装方便且经久耐用。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明的软摩擦模拟试验装置的立体图。图2为本发明的软摩擦模拟试验装置的下试样组件的分解示意图。图3为本发明的软摩擦模拟试验装置的上试样组件的结构示意图。图4为本发明的软摩擦模拟试验装置的非稳态驱动机构控制组件的控制原理框图。图5为本发明的软摩擦模拟试验装置的非稳态加载机构控制组件的控制原理框图。元件符号说明I……基座11……试验机机箱12......试验机控制面板13......光学平板2……下试样组件21……直线导轨211......卡扣槽22......下试样样品台221......样品槽222......凸柱223......下试样224......凹槽23......左挡块231......行程开关24......右挡块241......行程开关25……直线滑座251……滑槽252……卡扣凸棱26……样品台连接件261……水平连接部262……竖直连接部3......上试样组件31......上试样夹具
311......上试样312......容纳腔316......导向键32......紧定螺钉33……连接螺钉34……加载机构连接件4......非稳态驱动机构41......U型槽式直线电机定子42......U型槽式直线电机动子 5......非稳态加载机构51……外壳511……上容纳腔512......下容纳腔513......导向槽52……动作杆521……圆盘53……直线步进电机531……传动杆54......丝母541......螺纹通孔 55……压力传感器56……压力弹簧57……连接螺柱6……支撑架61……水平支架杆62……竖直支架杆63......连接件
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图I所示，本发明提供一种软摩擦模拟试验装置，其包括基座I、下试样组件2和上试样组件3。其中下试样组件2设置在所述基座I上，所述下试样组件2包括直线导轨21和下试样样品台22，所述直线导轨21固定连接在所述基座I的上端，所述下试样样品台22与一非稳态驱动机构4相连，所述下试样样品台22通过所述非稳态驱动机构4可水平移动地连接在所述直线导轨21上；上试样组件3包括上试样夹具31，所述上试样夹具31与一非稳态加载机构5相连,所述上试样夹具31通过所述非稳态加载机构5可轴向移动地设置在所述下试样组件2的上方。具体是，基座I包括试验机机箱11，试验机机箱11上设有试验机控制面板12，于试验机机箱11的上表面上安装有光学平板13。试验机控制面板12分别与非稳态驱动机构4和非稳态加载机构5电连接，以通过该试验机控制面板12控制非稳态驱动机构4和非稳态加载机构5的工作情况；光学平板13的表面经过精密剖光处理，其为安装在基座I的上试样组件3和下试样组件2提供安装基准表面。下试样组件2的直线导轨21固定在基座I的光学平板13上，非稳态驱动机构4位于直线导轨21的一侧，其也固定在光学平板13上，下试样样品台22连接在直线导轨21的上端，在非稳态驱动机构4的驱动下，下试样样品台22可在直线导轨21上进行非稳态往复式水平运动。在本发明中，该非稳态往复式水平运动是使下试样样品台22在非稳态驱动机构4的带动下以不同的运动速度、加速度以及运动频率在直线导轨21上进行水平往复移动。在本实施例中，请参阅图4所示,非稳态驱动机构4是通过非稳态驱动机构控制组件进行控制，该非稳态驱动机构控制组件包括设置在试验机机箱11上的试验机控制面板12、工控机以及数据采集卡，通过向试验机控制面板12上输入不同的运动速度、运动加速度和运动频率，使工控机控制非稳态驱动机构4实现非稳态直线运动，进而驱动下试样样品台22在直线导轨21上进行非稳态直线移动。上试样组件3的上试样夹具31位于下试样样品台22的上方,非稳态加载机构5连接在上试样夹具31的上端，在非稳态加载机构5的驱动下，上试样夹具31可在竖直方向上进行非稳态往复式轴向运动。在本发明中，该非稳态往复式轴向运动是使上试样夹具31所夹设的上试样，在非稳态加载机构5的带动下，以不同的加载载荷作用在下试样样品台22上的下试样上以对下试样进行非稳态加载，该非稳态加载的载荷可为海管自重载荷模拟、风浪载荷模拟和/或波浪载荷模拟。在本实 施例中，请参阅图5所示，非稳态加载机构5是通过非稳态加载机构控制组件进行控制，该非稳态加载机构控制组件包括设置在试验机机箱11上的试验机控制面板12、工控机以及数据采集卡，通过向试验机控制面板12上输入不同的模拟载荷，使工控机控制非稳态加载机构5实现上试样对下试样的非稳态加载，其中，海管自重载荷模拟是指输入海管自重，模拟张紧器铺管工作过程中的海管自重载荷的影响；风浪载荷载模拟是指输入风浪速度，模拟张紧器铺管工作过程中的风浪载荷的影响；波流载荷模拟是指输入波流速度，模拟张紧器铺管工作过程中的波流载荷的影响。本发明的软摩擦模拟试验装置，用于模拟铺管船用张紧器管道铺设过程中张紧器与管道之间的摩擦过程。在进行软摩擦模拟试验时，首先，在下试样样品台22上放置下试样，上试样夹设在上试样夹具31的下端，然后在下试样样品与上试样样品接触区人工添加清水、酸碱度不同的水溶液、模拟海水溶液或模拟固体粉末污物的微小固体颗粒等介质，此时，启动非稳态加载机构5以驱动上试样夹具31向下运动,上试样夹具31带动上试样抵靠在下试样上，为进行软摩擦模拟试验提供准备工作。本发明通过非稳态驱动机构4对下试样样品台22的运动速度、运动加速度和运动频率进行控制，以使下试样样品台22在直线导轨21上做非稳态往复式水平运动，并通过非稳态驱动机构控制组件和非稳态加载机构控制组件实时方便地改变上试样与下试样间的相对运动状态、以及上试样与下试样间的接触载荷，通过改变各种参数，进行不同条件下的摩擦模拟试验；并且，通过非稳态加载机构5对夹设在上试样夹具31上的上试样施加在下试样上的加载载荷进行控制，使上试样施加在下试样上的加载载荷可模拟海管自重载荷、风浪载荷和/或波浪载荷等非稳态加载载荷。本发明的软摩擦模拟试验装置，可模拟真实海底实时变化的波浪非稳态载荷、海流与海水等海况因素，其可更加真实的模拟铺管船用张紧器在管道铺设过程中张紧器与管道之间的摩擦过程，同时也能模拟铺管船用张紧器在管道铺设过程中张紧器与管道接触区有清水或酸碱度不同的海水溶液或固体粉末污物等真实润滑环境，其试验数据参考性强，为提高石油天然气过程化深水铺管张紧器设备的质量与可靠性及张紧器作业的效果提供依据。另外，本发明结构简单、制作容易、拆装方便且经久耐用。根据本发明的一个实施方式，请配合参阅图2所示，所述直线导轨21的两端分别连接有左挡块23和右挡块24，在所述左挡块23与所述右挡块24相对的侧面上分别设有行程开关231和行程开关241，所述行程开关231和行程开关241分别与所述非稳态驱动机构4电连接。进一步的，所述下试样组件2还包括直线滑座25，所述直线滑座25固定连接在所述下试样样品台22的下端，并可滑动地连接在所述直线导轨21上，根据所述直线滑座25的水平往复运动，所述直线滑座25的两端分别与所述行程开关231、行程开关241相接触或分离。具体是，直线滑座25的上端固定连接在下试样样品台22的下端，直线滑座25的下端设有滑槽251，滑槽251的两相对侧壁的相对面上分别设有一卡扣凸棱252 ;直线导轨21的两侧分别设有卡扣槽211，直线滑座25以其卡扣凸棱252卡设在卡扣槽211中而可滑动的连接在直线导轨21上。本发明的卡扣凸棱252和卡扣槽211的设计，可使直线滑座25在直线导轨21上水平滑动地更加顺畅，并能够防止直线滑座25在滑动的过程中脱离直线导轨21的情况发生。连接在直线导轨21两端的左挡块23和右挡块24，用以限制直线滑座25在直线导轨21上的滑动范围。请配合参阅图4所示，当直线滑座25与左挡块23上的行程开关231或右挡块24上的行程开关241相接触时，行程开关231或行程开关241产生一控制信号， 非稳态驱动机构控制组件的数据采集卡接收该控制信号，非稳态驱动机构控制组件的工控机通过该数据采集卡接收的控制信号控制非稳态驱动机构4，使非稳态驱动机构4驱动直线滑座25向相反的方向移动，行程开关231和行程开关241不仅可提供直线滑座25在直线导轨21上往复滑动的功能，其还可防止直线滑座25的运动超出设计范围而发生事故。根据本发明的一个实施方式，请配合参阅图3所示，所述非稳态加载机构5包括外壳51和动作杆52，其中外壳51的上端与一直线步进电机53相连；动作杆52可轴向移动地穿设在所述外壳51内，所述动作杆52的上端连接有丝母54，所述丝母54与所述直线步进电机53相连，所述动作杆52的下端穿出所述外壳51并与所述上试样夹具31相连。进一步的，在所述动作杆52与所述丝母54之间设有压力传感器55，所述压力传感器55与所述直线步进电机53电连接，所述动作杆52的外侧套设有压力弹簧56。具体是，外壳51为中空体结构，其具有相连通的上容纳腔511和下容纳腔512，上容纳腔511的内径大于下容纳腔512的内径；动作杆52设置在外壳51的下容纳腔512中，其上端径向向外延伸有圆盘521，圆盘521的外周壁与外壳的下容纳腔512周侧壁可轴向滑动地接触配合，动作杆52的下端穿出外壳51的底部并通过连接螺钉33连接在上试样夹具31的上端；安装在外壳51底部的导向键316与动作杆52上的导向槽可轴向滑动地接触配合；压力传感器55通过连接螺柱57连接在动作杆52上端的圆盘521上。丝母54大体呈“丄”形，其中部开设有螺纹通孔541，直线步进电机53通过其传动杆531螺纹连接在丝母54的螺纹通孔541中而与丝母54传动相连，丝母54的下端面顶抵在压力传感器55的上表面上，丝母54下部两侧的凸台与外壳51上容纳腔511周侧壁上的导向槽513轴向滑动地接触配合。本发明的非稳态加载机构5，其直线步进电机53的传动杆531、丝母54、连接压力传感器55与动作杆52的连接螺柱57、以及动作杆52的回转轴向共线，以使直线步进电机53的传动杆531通过正转与反转控制丝母54的上行程和下行程，丝母54将运动传递给压力传感器55和动作杆52,动作杆52带动上试样组件3的上试样夹具31轴向上下移动,使夹设在上试样夹具31上的上试样对固定在下试样样品台22上的下试样进行非稳态加载，而下试样受到的反作用力会传递给上试样夹具31，并通过动作杆52与套设在动作杆52上的压力弹簧56的压缩力一起施加到压力传感器55上。套设在动作杆52上的压力弹簧56用于调节上试样对下试样的加载力大小以及上试样的行程，并对整个非稳态加载机构5提供缓冲保护。在本发明中，上试样对下试样的实际加载力可通过以下力学计算公式得出F=F「kS其中，F为非稳态加载机构5的加载力；F1为压力传感器55测得的力；S为丝母54的位移，同时也是压力弹簧56的弹性变形量；S的数值大小可通过直线步进电机53直接获得或通过直线步进电机53中的旋转编码器计算而得；k为压力弹簧56的弹性系数。
整个非稳态加载机构5米用闭环控制原理,非稳态加载机构5的反馈信号来源于压力传感器55，请配合参阅图5所示，压力传感器55将测得的压力值通过数模转化模块直接传递给非稳态加载机构控制组件的数据采集卡，非稳态加载机构控制组件的工控机通过该数据采集卡接收的数据对直线步进电机53的传动杆531进行调整，进而控制丝母54的行程变化，重新调整压力值。根据本发明的一个实施方式，请参阅图2、3所示，所述上试样夹具31的下端夹设有上试样311，所述下试样样品台22设有样品槽221，所述样品槽221的底部设有多个凸柱222，一下试样223上开设有多个凹槽224，所述下试样223通过其多个凹槽224套设在所述多个凸柱222上而连接在所述样品槽221中。具体是，上试样夹具31的下端设有容纳腔312，上试样311容设在该容纳腔312中，并通过紧定螺钉32固定在上试样夹具31上。在本发明中，下试样样品台22的样品槽221内设有两个呈对角设置的凸柱222，下试样223的下表面上也设有两个呈对角设置的凹槽224，两个凹槽224与两个凸柱222相配合，以使下试样223固定在下试样样品台22上。凹槽224与凸柱222的设计，可使下试样223牢固、可靠地固定在下试样样品台22上。在其他的实施例中，开设在下试样223下表面上的凹槽224的数量与凸设在下试样样品台22的样品槽221底部的凸柱222的数量可任意选择，只要能使下试样223稳固定位在样品槽221中即可，在此不作限制。本发明的软摩擦模拟试验装置，通过上试样夹具31上的紧定螺钉32以及下试样样品台22上的凸柱222可实现快速更换试验试样的目的。进一步的，在本发明中，所述下试样223的顶部低于所述样品槽221的槽口，也即，下试样223在安装于下试样样品台22的样品槽221以后,下试样223的上表面比下试样样品台22的上表面低一定的尺寸，以形成一个可容置若干润滑介质，例如粘度不同的原油、清水、酸碱度不同的水溶液、模拟海水溶液或模拟粉末污物的微小固体颗粒等的空间，以便能够更接近模拟石油天然气领域铺管船用张紧器管道铺设过程中张紧器与管道接触区有清水或酸碱度不同的海水溶液或固体粉末污物等真实润滑环境，从而能够准确地评价不同弹性试样在摩擦磨损中的摩擦行为和作用规律，可提高石油天然气领域国产化深水铺管张紧器设备的质量与可靠性及张紧器作业的效率。根据本发明的一个实施方式，所述上试样311和所述下试样223分别由非金属材料或金属材料制成，所述下试样223的硬度值为25 85HRC，所述上试样311的硬度值比所述下试样223的硬度值大10 15HRC，这样能够更接近模拟石油天然气领域张紧器铺管作业。具体是，该金属材料包括常见的45钢、合金钢、X60、X65、X70、X80、X100、X120、铝等；该非金属材料可包括常见的橡胶、塑料高分子材料、混凝土材料、尼龙材料等，例如天然橡胶、丁苯橡胶、丁晴橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、尼龙66、尼龙6等。具体是，在本发明中，上试样311为一长方体结构，下试样223为一板状结构，二者之间形成非稳态面接触。当然，在其他的实施方式中，当上试样311的下表面为外圆柱面或球面时，上试样311与下试样223之间还可形成非稳态线接触或非稳态点接触，在此不对上试样311以及下试样223的形状进行限制。本发明可通过改变上试样311的形状以获得点接触、面接触等不同接触副状态下的摩擦实验数据。本发明的软摩擦模拟试验装置可通过不同外形和尺寸的上试样、不同载荷、不同滑动速度、不同加速度频率、不同润滑介质以及不同试样材料的上试样和下试样进行非稳态软摩擦模拟试验，模拟石油天然气领域张紧器铺管作业时的软摩擦过程，试验结束后利用其它设备可离线分析上试样311与下试样223接触表面的磨损情况，从而根据试验得到的参数和规律等，对深水铺管张紧器的运行速度，选择合适的张紧器履带板弹性材料，以提高石油天然气领域国产化深水铺管张紧器设备的质量与可靠性及张紧器作业的效率。·根据本发明的一个实施方式，请参阅图I所示，所述基座I上固定连接有支撑架6，所述支撑架6包括相连接的水平支架杆61和竖直支架杆62，所述非稳态加载机构5连接在所述水平支架杆61上，所述竖直支架杆62的下端固定连接在所述基座I上。具体是，水平支架杆61通过连接件63连接在竖直支架杆62上，连接件63具有竖直通孔和水平通孔，水平支架杆61穿设在连接件63的水平通孔中，竖直支架杆62穿设在连接件63的竖直通孔中，并通过紧定螺钉将水平支架杆61和竖直支架杆62锁紧在连接件63上，从而水平支架杆61可通过该连接件63调整其在竖直支架杆62上的高度位置；非稳态加载机构5的外壳51通过加载机构连接件34连接在水平支架杆61上，并通过加载机构连接件34的锁紧螺钉进行锁紧，非稳态加载机构5可通过加载机构连接件34调整其在水平支架杆61上的水平位置。根据本发明的一个实施方式，所述非稳态驱动机构4为直线电机，所述直线电机包括U型槽式直线电机定子41和U型槽式直线电机动子42，所述U型槽式直线电机动子42与所述下试样样品台22相连。具体是，下试样样品台22通过样品台连接件26与直线电机的U型槽式直线电机动子42相连，该样品台连接件26具有水平连接部261和竖直连接部262，该水平连接部261固定连接在直线滑座25与下试样样品台22之间，该竖直连接部262与U型槽式直线电机动子42相连。以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述软摩擦模拟试验装置包括 基座; 下试样组件，其设置在所述基座上，所述下试样组件包括直线导轨和下试样样品台，所述直线导轨固定连接在所述基座的上端，所述下试样样品台与一非稳态驱动机构相连，所述下试样样品台通过所述非稳态驱动机构可水平移动地连接在所述直线导轨上； 上试样组件，其包括上试样夹具，所述上试样夹具与一非稳态加载机构相连，所述上试样夹具通过所述非稳态加载机构可轴向移动地设置在所述下试样组件的上方。
2.如权利要求I所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述直线导轨的两端分别连接有左挡块和右挡块，在所述左挡块与所述右挡块相对的侧面上分别设有行程开关，所述两个行程开关与所述非稳态驱动机构电连接。
3.如权利要求2所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述下试样组件还包括直线滑座，所述直线滑座固定连接在所述下试样样品台的下端，并可滑动地连接在所述直线导轨上，根据所述直线滑座的水平往复运动，所述直线滑座的两端分别与所述两个行程开关相接触或分离。
4.如权利要求I所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述非稳态加载机构包括 外壳，其上端与一直线步进电机相连； 动作杆，其可轴向移动地穿设在所述外壳内，所述动作杆的上端连接有丝母，所述丝母与所述直线步进电机相连，所述动作杆的下端穿出所述外壳并与所述上试样夹具相连。
5.如权利要求4所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，在所述动作杆与所述丝母之间设有压力传感器，所述压力传感器与所述直线步进电机电连接，所述动作杆的外侧套设有压力弹簧。
6.如权利要求I所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述上试样夹具的下端夹设有上试样，所述下试样样品台的上端设有样品槽，所述样品槽的底部设有多个凸柱，一下试样上开设有多个凹槽，所述下试样通过其多个凹槽套设在所述多个凸柱上而连接在所述样品槽中。
7.如权利要求6所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述下试样的上表面低于所述样品槽的槽口。
8.如权利要求6所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述上试样和所述下试样分别由非金属材料或金属材料制成，所述下试样的硬度值为25 85HRC，所述上试样的硬度值比所述下试样的硬度值大10 15HRC。
9.如权利要求I所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述基座上固定连接有支撑架，所述支撑架包括相连接的水平支架杆和竖直支架杆，所述非稳态加载机构连接在所述水平支架杆上，所述竖直支架杆的下端固定连接在所述基座上。
10.如权利要求I所述的软摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述非稳态驱动机构为直线电机，所述直线电机包括U型槽式直线电机定子和U型槽式直线电机动子,所述U型槽式直线电机动子与所述下试样样品台相连。
全文摘要
本发明公开了一种软摩擦模拟试验装置，其包括基座；下试样组件设置在所述基座上，所述下试样组件包括直线导轨和下试样样品台，所述直线导轨固定连接在所述基座的上端，所述下试样样品台与一非稳态驱动机构相连，所述下试样样品台通过所述非稳态驱动机构可水平移动地连接在所述直线导轨上；上试样组件包括上试样夹具，所述上试样夹具与一非稳态加载机构相连，所述上试样夹具通过所述非稳态加载机构可轴向移动地设置在所述下试样组件的上方。本发明的软摩擦模拟试验装置，能够模拟石油天然气领域铺管船用张紧器管道铺设过程中的现场实际情况，以进行张紧器与管道之间的摩擦性能试验研究，其结构简单、制作容易、拆装方便且经久耐用。
文档编号G01N3/56GK102866075SQ20121032222
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者刘书海, 张凯, 王德国, 谭桂斌 申请人:中国石油大学(北京)