[發明專利]橡膠濕磨粒磨損試驗機

有效

• 申請號: 201510095539.4
• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號: CN104677763B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 呂曉仁;陳驥馳;王世杰
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司21101
• 代理人: 刁佩德

技術領域

本發明涉及一種摩擦磨損試驗機，特別是一種橡膠在含固體顆粒的液體介質中進行摩擦學性能研究的橡膠濕磨粒磨損試驗機。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試，可用來評定橡膠材料的摩擦機理和橡膠材料的選擇。

背景技術

隨著石油工業的發展，橡膠材料作為密封件在石油機械中的使用越來越多，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行過程中，一方面受到液體介質（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的磨損。橡膠在含固體顆粒的原油介質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。原油介質中的固體顆粒進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滑動，嵌入橡膠表面的固體顆粒使橡膠沿滑動方向被拉長。根據橡膠磨粒侵蝕磨損這些表面特征，發現其磨粒侵蝕磨損的機理主要是：1)具有一定動能的固體顆粒沖擊進入橡膠表面，對橡膠表層產生微切削作用而使其發生微觀撕裂和變形；2)橡膠表面在固體顆粒的反復作用下，不僅會受到“切削”作用，還會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程中不斷地形成和被磨損，當它變薄或被完全磨去時，橡膠表層繼續受到固體顆粒的微切削作用。液體介質中的固體顆粒對橡膠摩擦元件的危害極大，磨損系統中的被磨損材料通常被稱為第一體，與其配副的材料稱為第二體，第三體是指存在于第一體和第二體之間的磨料（固體顆粒）。這種液體介質中的固體顆粒對橡膠摩擦元件的三體濕磨粒磨損的危害，要遠遠大于兩體磨損，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械的使用壽命，優選橡膠摩擦元件是石油機械設計中重中之重。因此，就要結合實際工況，選用合適的摩擦磨損試驗機對橡膠材料進行三體濕磨粒磨損試驗。這是優選橡膠摩擦元件必不可少的環節，迄今為止還未見理想的三體濕磨粒磨損試驗機的報導。

據相關文獻報導，常規的摩擦磨損試驗機大部分都是針對金屬材料摩擦元件設計和制造的，具有粘彈性的橡膠摩擦元件無法在這些摩擦磨損試驗機上實現摩擦磨損測試，因此必須重新設計與制造磨損試驗機。如專利公開號為CN103267699A的“一種往復式摩擦磨損試驗機及其方式”，記載的技術方案可以進行常規的光滑與非光滑表面試件的摩擦學性能的研究，其包括曲柄盤、推拉桿、滑塊、磨頭、側板、導軌、連桿等結構，具有方向性可控、可連續往復運動的優點。但由于磨頭置于T形板的方孔內，磨頭不可拆，當磨頭磨損后更換困難。試件安裝在移動平臺上，移動平臺無凹槽，無法對橡膠材料進行三體濕磨粒磨損試驗，在往復運動的過程中只能進行兩體磨損試驗。另外，電機經由曲柄盤轉動帶動連桿移動，往復行程不可調整，試驗范圍具有局限性，又由于移動平臺通過滑塊在底座的導軌上滑動，底座的摩擦阻力大，在加載的過程中容易造成較大的試驗誤差。

本申請人曾在液體介質下進行摩擦環與塊狀試樣的摩擦磨損試驗，設計出專利公開號為CN103245582A的“一種速度智能調控的環塊摩擦磨損試驗機”，其結構特點為：摩擦環安裝在主軸上，隨著電機軸的旋轉從而帶動摩擦環旋轉，形成環-塊摩擦副，具有扭矩傳感器、頂桿、樣品臺、加熱裝置、料筒、主軸箱、主軸、聯軸器、傳動軸、電機軸等結構。并且主軸、傳動軸、電機軸的軸線保持在同一中心線上，具有延長聯軸器和設備的壽命以及使設備的運行具有平穩的運行情況等優點，扭矩傳感器可監測摩擦力大小，其主要是解決現有技術中存在的在試驗過程中速度無法智能調控的問題。該機雖然可以在液體介質下利用摩擦環與塊狀試樣進行兩體摩擦磨損試驗，但仍無法用于對橡膠材料進行三體濕磨粒磨損試驗。因受結構限制，在加入第三體后，采用摩擦環旋轉，塊狀試樣固定不動，旋轉的摩擦環容易使第三體脫離待測塊狀橡膠試樣表面，故只能進行兩體磨損試驗，無法進行三體濕磨粒磨損試驗研究。專利公開號為CN102770748?B的“橡膠磨損試驗方法、使用了該方法的輪胎的橡膠指數計算方法和裝置”，公開了具有圓盤狀的研磨輪和圓盤狀的樣品以及樣品按壓單元等結構。通過一邊使圓盤狀的樣品和圓盤狀的研磨輪分別獨立地以決定的轉速進行旋轉一邊將上述樣品按壓到上述研磨輪的外周面來進行試驗，使用與輪胎胎面相同的橡膠試驗片來預測輪胎的耐磨性，能夠通過樣品來高精度地再現輪胎所產生的磨損現象。上述結構的試驗機采用的對磨摩擦副，也無法進行橡膠的三體濕磨粒磨損試驗研究。