一种静摩擦模拟试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种静摩擦模拟试验装置，其基座上设有竖直的立柱；管道试样组件固定在立柱上，管道试样被水平夹持在管道试样组件上并能沿轴向滑动。橡胶试样组件位于管道试样组件上方；橡胶试样组件滑动设置在立柱上；橡胶试样被夹持在橡胶试样组件上，橡胶试样沿与管道试样外壁一致的圆弧方向排列。压力加载测试组件与橡胶试样组件连接，用于将橡胶试样压紧在管道试样的外壁上并测量压力值。拉力加载测试组件与管道试样组件连接，用于对管道试样施加轴向拉力并测量拉力值。本实用新型专利技术能模拟不同数量橡胶块，不同夹持角度下与管道接触产生弹性变形对静摩擦系数的影响，以及模拟在压力载荷和拉力载荷同时增加时，静摩擦系数从小到大的变化趋势。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及橡胶材料与钢之间受同时增大的拉力和压力作用时静摩擦力的测量，尤其涉及一种静摩擦模拟试验装置。
技术介绍
橡胶材料广泛应用于海洋石油装备中，例如密封件、铺管船上的对中器、张紧器、托管架上的滚轮等，橡胶材料相对于钢结构件硬度较低，弹性模量较小，在相互接触配合过程中不会产生塑性损伤，作为易损件便于生产、加工、更换，有效保护了金属部件的稳定长久运行，性能稳定。橡胶材料在不同装备中的工作形式也有所区别，从摩擦形式角度进行分类，主要有滑动摩擦与静摩擦两种工作形式，半潜式螺杆泵橡胶定子，而在管道铺设中，橡胶材料构成的部件主要承担夹持、限制的作用，通常与其它零件相互接触，无相对位移。例如铺管船上的对中器，其工作原理是在钢制管道吊起塔至铺管塔顶部，多级橡胶圈以两侧夹持管道，依靠橡胶与管道外壁之间的静摩擦力使管道在预设位置固定，无位移变化，等到管段焊接完成，对中器张开，管道由张紧器夹持，匀速下放至水下。张紧器上橡胶块与钢制管道挤压接触，利用静摩擦力拉住管道，并随着张紧器履带移动，将管道匀速下放过程中，这一接触是一个十分复杂的过程，橡胶材料作为弹性体，在与钢制管道接触过程中受挤压变形，它的实际接触区面积是随载荷变化而变化的，实际接触面积是影响摩擦力大小的主要因素之一，摩擦力随面积增大而增大。然而，随着载荷继续增大，实际接触面积与宏观接触面积相同。此时，继续增加载荷，摩擦力不会继续增加。因此，摩擦力与载荷之间的关系是有适用范围的。双履带张紧器的橡胶块与管道接触时，压力接触面法向方向，有效载荷即为法向压力载荷。而在大多数四履带张紧器上，无论是十字分布还是大字分布。块与管道间有效载荷与正压力之间存在角度差，接触面存在弹性变形分量。在常规的张紧器设计过程中，设计人员选取摩擦系数仅仅采用标准试验下静摩擦系数，这与实际工作状态下的接触形态并不一致，相差较大。另外履带之间所夹角度仅仅考虑不同管径通用的范围，来考虑不同夹持角度下，接触面橡胶复合弹性变形情况不同引起的摩擦系数的变化，以致设计的角度缺乏基础，未能发挥出张紧器的最大工作效能，也无法对波浪等突发状况环境工况做出有效保护，这方面的问题亟需解决。现有摩擦试验机无法模拟不同数量橡胶块，不同夹持角度下与管道接触产生弹性变形对物相对位移变化的静摩擦系数的影响，也无法模拟在压力载荷和拉力载荷同时增加时，静摩擦系数从小到大的变化趋势。由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种静摩擦模拟试验装置，以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种静摩擦模拟试验装置，能模拟不同数量橡胶块，不同夹持角度下与管道接触产生弹性变形对静摩擦系数的影响。本技术的另一目的在于提供一种静摩擦模拟试验装置，能模拟在压力载荷和拉力载荷同时增加时，静摩擦系数从小到大的变化趋势。本技术的目的是这样实现的，一种静摩擦模拟试验装置，所述静摩擦模拟试验装置包括：基座，所述基座上设有竖直向上延伸的立柱；管道试样组件，所述管道试样组件固定在所述立柱上，管道试样被水平夹持在所述管道试样组件上，所述管道试样组件能使所述管道试样沿轴向滑动；橡胶试样组件，所述橡胶试样组件位于所述管道试样组件的上方；所述橡胶试样组件滑动设置在所述立柱上，能沿所述立柱上下移动；橡胶试样被夹持在所述橡胶试样组件上，所述橡胶试样沿与所述管道试样外壁一致的圆弧方向排列设置；压力加载测试组件，所述压力加载测试组件与所述橡胶试样组件连接，用于将所述橡胶试样压紧在所述管道试样的外壁上并测量压力值；拉力加载测试组件，所述拉力加载测试组件与所述管道试样组件连接，用于对所述管道试样施加轴向拉力并测量拉力值。在本技术的一较佳实施方式中，所述管道试样组件包括管道试样支撑台、直线导轨及管道试样夹具；所述管道试样支撑台固定在所述立柱上；所述直线导轨固定在所述管道试样支撑台上；所述管道试样夹具滑动设置在所述直线导轨上，所述管道试样被夹持在所述管道试样夹具上，且所述直线导轨的延伸方向与所述管道试样的轴向一致。在本技术的一较佳实施方式中，所述管道试样夹具包括两块挡板、两块圆柱状定位块、连接螺栓和滑块；所述滑块滑动设置在所述直线导轨上；所述挡板分别固定在所述滑块的两端；所述管道试样的两端均设有内螺纹；所述圆柱状定位块设有外螺纹，分别螺纹连接在所述管道试样的两端；所述圆柱状定位块的中央设有螺纹孔，所述挡板上设有中心通孔，所述连接螺栓穿过所述中心通孔与所述螺纹孔螺纹连接，所述挡板的两侧分别设有螺母将所述连接螺栓固定在所述中心通孔中；所述管道试样通过所述圆柱状定位块和连接螺栓被固定在两块所述挡板之间。在本技术的一较佳实施方式中，所述橡胶试样组件包括橡胶试样支撑台、橡胶试样安装架及橡胶试样夹具；所述橡胶试样支撑台滑动套设在所述立柱上；所述橡胶试样安装架固定在所述橡胶试样支撑台上；所述橡胶试样安装架具有半圆形装夹部，所述半圆形装夹部横跨在所述管道试样两侧，与所述管道试样外壁的圆弧方向一致；所述橡胶试样夹具安装在所述半圆形装夹部上，所述橡胶试样被夹持在所述橡胶试样夹具上并朝向所述管道试样。在本技术的一较佳实施方式中，所述半圆形装夹部上沿着半圆弧的方向开设有一条通槽，所述橡胶试样夹具固定在所述通槽内；所述半圆形装夹部的两端分别设有水平直线延伸的横臂，所述横臂固定在所述橡胶试样支撑台上。在本技术的一较佳实施方式中，所述橡胶试样夹具设有夹头、连接螺杆和固定螺母；所述夹头的一端设有与所述橡胶试样形状相配的夹持孔，所述橡胶试样被夹持在所述夹持孔中；所述夹头的另一端与所述连接螺杆固定；所述连接螺杆穿过所述通槽且所述夹持孔朝向所述管道试样；所述固定螺母螺纹连接在所述连接螺杆上将所述橡胶试样夹具固定在所述通槽内的任一位置。在本技术的一较佳实施方式中，所述压力加载测试组件包括加载吊架和压力传感器；所述加载吊架固定在所述橡胶试样组件的底部，所述加载吊架上固定有压力加载部，用于向所述橡胶试样组件施加向下的力，使所述橡胶试样压紧在所述管道试样的外壁上；所述压力传感器设置在所述橡胶试样组件上用于测量所述橡胶试样上的压力值。在本技术的一较佳实施方式中，所述拉力加载测试组件包括拉力传感器、拉绳和加载电机组件；所述加载电机组件设置在所述基座上；所述拉力传感器连接在所述管道试样组件上并位于所述管道试样的轴线上；所述拉绳一端连接所述拉力传感器，另一端连接所述加载电机组件；所述加载电机组件通过所述拉绳对所述管道试样施加轴向拉力，所述拉力传感器测量拉力值。在本技术的一较佳实施方式中，所述压力加载测试组件包括加载吊架、第一定滑轮、第二定滑轮和压力传感器；所述加载吊架固定在所述橡胶试样支撑台的底部；所述第一定滑轮支撑在所述加载吊架底部并位于正中的位置；所述第二定滑轮设置在所述第一定滑轮的一侧并支撑在所述加载吊架上；所述压力传感器设置在所述夹持孔的底部与所述橡胶试样之间。在本技术的一较佳实施方式中，所述拉力加载测试组件包括拉力传感器、第三定滑轮、拉绳和加载电机组件；所述管道试样组件包括管道试样支撑台、直线导轨及管道试样夹具；所述管道试样支撑台固定在所述立柱上；所述直线导轨固定在所述管道试样支撑台上；所述管道试样夹具滑动设置在所述直线导轨上，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述静摩擦模拟试验装置包括：基座，所述基座上设有竖直向上延伸的立柱；管道试样组件，所述管道试样组件固定在所述立柱上，管道试样被水平夹持在所述管道试样组件上，所述管道试样组件能使所述管道试样沿轴向滑动；橡胶试样组件，所述橡胶试样组件位于所述管道试样组件的上方；所述橡胶试样组件滑动设置在所述立柱上，能沿所述立柱上下移动；橡胶试样被夹持在所述橡胶试样组件上，所述橡胶试样沿与所述管道试样外壁一致的圆弧方向排列设置；压力加载测试组件，所述压力加载测试组件与所述橡胶试样组件连接，用于将所述橡胶试样压紧在所述管道试样的外壁上并测量压力值；拉力加载测试组件，所述拉力加载测试组件与所述管道试样组件连接，用于对所述管道试样施加轴向拉力并测量拉力值。

【技术特征摘要】
1.一种静摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述静摩擦模拟试验装置包括：基座，所述基座上设有竖直向上延伸的立柱；管道试样组件，所述管道试样组件固定在所述立柱上，管道试样被水平夹持在所述管道试样组件上，所述管道试样组件能使所述管道试样沿轴向滑动；橡胶试样组件，所述橡胶试样组件位于所述管道试样组件的上方；所述橡胶试样组件滑动设置在所述立柱上，能沿所述立柱上下移动；橡胶试样被夹持在所述橡胶试样组件上，所述橡胶试样沿与所述管道试样外壁一致的圆弧方向排列设置；压力加载测试组件，所述压力加载测试组件与所述橡胶试样组件连接，用于将所述橡胶试样压紧在所述管道试样的外壁上并测量压力值；拉力加载测试组件，所述拉力加载测试组件与所述管道试样组件连接，用于对所述管道试样施加轴向拉力并测量拉力值。2.如权利要求1所述的静摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述管道试样组件包括管道试样支撑台、直线导轨及管道试样夹具；所述管道试样支撑台固定在所述立柱上；所述直线导轨固定在所述管道试样支撑台上；所述管道试样夹具滑动设置在所述直线导轨上，所述管道试样被夹持在所述管道试样夹具上，且所述直线导轨的延伸方向与所述管道试样的轴向一致。3.如权利要求2所述的静摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述管道试样夹具包括两块挡板、两块圆柱状定位块、连接螺栓和滑块；所述滑块滑动设置在所述直线导轨上；所述挡板分别固定在所述滑块的两端；所述管道试样的两端均设有内螺纹；所述圆柱状定位块设有外螺纹，分别螺纹连接在所述管道试样的两端；所述圆柱状定位块的中央设有螺纹孔，所述挡板上设有中心通孔，所述连接螺栓穿过所述中心通孔与所述螺纹孔螺纹连接，所述挡板的两侧分别设有螺母将所述连接螺栓固定在所述中心通孔中；所述管道试样通过所述圆柱状定位块和连接螺栓被固定在两块所述挡板之间。4.如权利要求1所述的静摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述橡胶试样组件包括橡胶试样支撑台、橡胶试样安装架及橡胶试样夹具；所述橡胶试样支撑台滑动套设在所述立柱上；所述橡胶试样安装架固定在所述橡胶试样支撑台上；所述橡胶试样安装架具有半圆形装夹部，所述半圆形装夹部横跨在所述管道试样两侧，与所述管道试样外壁的圆弧方向一致；所述橡胶试样夹具安装在所述半圆形装夹部上，所述橡胶试样被夹持在所述橡胶试样夹具上并朝向所述管道试样。5.如权利要求4所述的静摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述半圆形装夹部上沿着半圆弧的方向开设有一条通槽，所述橡胶试样夹具固定在所述通槽内；所述半圆形装夹部的两端分别设有水平直线延伸的横臂，所述横臂固定在所述橡胶试样支撑台上。6.如权利要求5所述的静摩擦模拟试验装置，其特征在于，所述橡胶试样夹具设有夹头、连接螺杆和固定螺母；所述夹头的一端设有与所述橡胶试样形状相配的夹持孔，所述橡胶试样被夹持在所述夹持孔中；所述夹头的另一端与所述连接螺杆固定；所述连接螺杆穿过所述通槽且所述夹持孔朝向所述管道试样；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周永杰，张锐超，张默，谭海，杨培诚，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，张锐超，张默，
类型：新型
国别省市：北京;11