[发明专利]橡胶湿磨粒磨损试验机

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦磨损试验机，特别是一种橡胶在含固体颗粒的液体介质中进行摩擦学性能研究的橡胶湿磨粒磨损试验机。它适用于橡胶材料在多种摩擦工况下的三体湿磨粒磨损测试，可用来评定橡胶材料的摩擦机理和橡胶材料的选择。

背景技术

随着石油工业的发展，橡胶材料作为密封件在石油机械中的使用越来越多，例如螺杆泵中的定子、螺杆钻具中的定子、蜗轮钻具中的止推轴承等。这些橡胶摩擦元件在运行过程中，一方面受到液体介质（原油、泥浆等）的溶胀侵蚀老化，另一方面还受到金属摩擦副携带含固体颗粒的液体介质的磨损。橡胶在含固体颗粒的原油介质中的磨损有湿磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损，其中湿磨粒磨损占主要部分。原油介质中的固体颗粒进入橡胶与金属摩擦副的接触界面，在法向载荷作用下，固体颗粒被嵌入橡胶表面，随着摩擦界面的相对滑动，嵌入橡胶表面的固体颗粒使橡胶沿滑动方向被拉长。根据橡胶磨粒侵蚀磨损这些表面特征，发现其磨粒侵蚀磨损的机理主要是：1)具有一定动能的固体颗粒冲击进入橡胶表面，对橡胶表层产生微切削作用而使其发生微观撕裂和变形；2)橡胶表面在固体颗粒的反复作用下，不仅会受到“切削”作用，还会由于其高滞后性的原因，形成大量的热积累，降解后在橡胶表面形成一层胶粘层；3)这层胶粘层在磨损过程中不断地形成和被磨损，当它变薄或被完全磨去时，橡胶表层继续受到固体颗粒的微切削作用。液体介质中的固体颗粒对橡胶摩擦元件的危害极大，磨损系统中的被磨损材料通常被称为第一体，与其配副的材料称为第二体，第三体是指存在于第一体和第二体之间的磨料（固体颗粒）。这种液体介质中的固体颗粒对橡胶摩擦元件的三体湿磨粒磨损的危害，要远远大于两体磨损，在溶胀老化和湿磨粒磨损的共同作用下橡胶摩擦元件成为石油机械中的易损件。为了提高橡胶摩擦元件的耐磨性能和石油机械的使用寿命，优选橡胶摩擦元件是石油机械设计中重中之重。因此，就要结合实际工况，选用合适的摩擦磨损试验机对橡胶材料进行三体湿磨粒磨损试验。这是优选橡胶摩擦元件必不可少的环节，迄今为止还未见理想的三体湿磨粒磨损试验机的报导。

据相关文献报导，常规的摩擦磨损试验机大部分都是针对金属材料摩擦元件设计和制造的，具有粘弹性的橡胶摩擦元件无法在这些摩擦磨损试验机上实现摩擦磨损测试，因此必须重新设计与制造磨损试验机。如专利公开号为CN103267699A的“一种往复式摩擦磨损试验机及其方式”，记载的技术方案可以进行常规的光滑与非光滑表面试件的摩擦学性能的研究，其包括曲柄盘、推拉杆、滑块、磨头、侧板、导轨、连杆等结构，具有方向性可控、可连续往复运动的优点。但由于磨头置于T形板的方孔内，磨头不可拆，当磨头磨损后更换困难。试件安装在移动平台上，移动平台无凹槽，无法对橡胶材料进行三体湿磨粒磨损试验，在往复运动的过程中只能进行两体磨损试验。另外，电机经由曲柄盘转动带动连杆移动，往复行程不可调整，试验范围具有局限性，又由于移动平台通过滑块在底座的导轨上滑动，底座的摩擦阻力大，在加载的过程中容易造成较大的试验误差。

本申请人曾在液体介质下进行摩擦环与块状试样的摩擦磨损试验，设计出专利公开号为CN103245582A的“一种速度智能调控的环块摩擦磨损试验机”，其结构特点为：摩擦环安装在主轴上，随着电机轴的旋转从而带动摩擦环旋转，形成环-块摩擦副，具有扭矩传感器、顶杆、样品台、加热装置、料筒、主轴箱、主轴、联轴器、传动轴、电机轴等结构。并且主轴、传动轴、电机轴的轴线保持在同一中心线上，具有延长联轴器和设备的寿命以及使设备的运行具有平稳的运行情况等优点，扭矩传感器可监测摩擦力大小，其主要是解决现有技术中存在的在试验过程中速度无法智能调控的问题。该机虽然可以在液体介质下利用摩擦环与块状试样进行两体摩擦磨损试验，但仍无法用于对橡胶材料进行三体湿磨粒磨损试验。因受结构限制，在加入第三体后，采用摩擦环旋转，块状试样固定不动，旋转的摩擦环容易使第三体脱离待测块状橡胶试样表面，故只能进行两体磨损试验，无法进行三体湿磨粒磨损试验研究。专利公开号为CN102770748 B的“橡胶磨损试验方法、使用了该方法的轮胎的橡胶指数计算方法和装置”，公开了具有圆盘状的研磨轮和圆盘状的样品以及样品按压单元等结构。通过一边使圆盘状的样品和圆盘状的研磨轮分别独立地以决定的转速进行旋转一边将上述样品按压到上述研磨轮的外周面来进行试验，使用与轮胎胎面相同的橡胶试验片来预测轮胎的耐磨性，能够通过样品来高精度地再现轮胎所产生的磨损现象。上述结构的试验机采用的对磨摩擦副，也无法进行橡胶的三体湿磨粒磨损试验研究。