橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统，包括悬垂管子组件、透明管段、电液垂向注入组件、双绞挠性空心轴、电磁激振组件、图像采集组件、红外摄像组件、光学支撑平台和型材框架；悬垂管子组件安装于型材框架内，悬垂管子组件的外周面设有光纤传感网；透明管段与悬垂管子组件的下端通过卡扣连接，悬垂管子组件内壁和透明管段内壁敷设污垢介质；电液垂向注入组件安装于型材框架内顶部，电液垂向注入组件夹着双绞挠性空心轴的顶端。本发明专利技术可用于模拟机器人现场服役黑箱环境下“密封碗‑管内壁‑介质材料”三者组成的复杂密封摩擦系统动态试验装置。

【技术实现步骤摘要】
橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统
本专利技术涉及模拟了现场服役黑箱环境下的检测技术，尤其是一种橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统。
技术介绍
全世界约30％的一次能源消耗于摩擦，约50％以上设备系统恶性事故都是起因于润滑失效与密封故障，因此摩擦能耗与绿色节能研究是全球工业装备、能源设施、交通航运业高度关注的焦点之一。在能源、运输、石化、深海装备、国防等国民经济中占据重要地位的行业中，针对橡塑密封、高端液压件或精密轴承等核心基础件，摩擦能耗动态研究尚处于初步探索阶段，其本质与机理尚不清楚，并与摩擦过程瞬变信号的在线智能检测密切相关。所以，针对摩擦能耗理论、摩擦学系统设计方法、机械表面界面科学等基础研究，不断提升智能装备工作效率、延长服役寿命、减少事故发生，将为解决社会发展面临的能源短缺、资源枯竭、环境污染和健康问题提供有效方案。智能装备在流体密封压差驱动的稳定、安全、可靠服役过程，例如复杂结构活塞密封服役、特殊介质活塞密封、苛刻环境海洋悬链式系泊立管与深海立管系统等智能作业机器人领域。从摩擦学角度看，这属于“密封碗-管内壁-流体介质”三者组成的苛刻密封摩擦系统，密封摩擦界面也不是稳态行为，从运动方式可近似为非稳态的滑动密封副；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往复摩擦试验机、HSR-2M型往复/环块摩擦磨损试验机，均属于微小载荷的磨耗测量试验机，不能满足黑箱环境下智能装备密封摩擦测试需求。另外，商业市场常见的密封件台架试验机(如唇封台架、旋转油封台架、核级石墨密封垫片台架)不能实现密封摩擦实时原位检测与非稳态行为。虽然，申请号CN201110433260.4(公开号CN102519867A)的“一种直动式软摩擦试验装置”主要模拟管道内清管作业时弹性体擦除残余水的问题，进行所述的清管器清水和清管球擦除残余水等软摩擦试验，可以实时获取接触区的弹性材料表面形变图像和残存液体的分布图像，提高清管作业时弹性体擦除残余水的效率；申请号CN201210322227.9(公开号CN102866075A)的“软摩擦模拟试验装置”主要围绕模拟了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橡胶摩擦试验；此外，申请号201210195042.6(公开号CN102706879A)的“一种用于唇形密封件的唇部表面质量检测系统”公开了智能检测橡塑密封件表面的检测系统；申请号201310334316.X(公开号CN103411761A)的“一种用于研究唇封寿命的测试实验台”公开了旋转过程中密封件保压性能、寿命特征的实验台。但是，其均不能实现密封摩擦实时原位检测与非稳态行为。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统，可用于模拟机器人现场服役黑箱环境下“密封碗-管内壁-介质材料”三者组成的复杂密封摩擦系统动态试验装置。本专利技术解决上述技术问题的方案如下：橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统，包括悬垂管子组件、透明管段、电液垂向注入组件、双绞挠性空心轴、电磁激振组件、图像采集组件、红外摄像组件、光学支撑平台和型材框架；所述悬垂管子组件安装于型材框架内，悬垂管子组件的外周面设有光纤传感网；所述透明管段与悬垂管子组件的下端通过卡扣连接，悬垂管子组件内壁和透明管段内壁敷设污垢介质；所述电液垂向注入组件安装于型材框架内顶部，电液垂向注入组件夹着双绞挠性空心轴的顶端；所述双绞挠性空心轴位于悬垂管子组件、透明管段的轴心位置，双绞挠性空心轴顶部有空心轴夹具，双绞挠性空心轴与悬垂管子组件之间设有弹性扶正器，悬垂管子组件为弹性材料，双绞挠性空心轴的硬度大于悬垂管子组件的硬度；光纤传感网检测双绞挠性空心轴滑动时与悬垂管子组件内壁之间的非线性接触应力应变，双绞挠性空心轴的末端设有电磁检测组件，电磁检测组件外套有若干密封圈；电液垂向注入组件带动双绞挠性空心轴、电磁检测组件、密封圈在悬垂管子组件和透明管段内部来回滑动，构成橡胶柔软密封接触副；所述电磁激振组件安装在型材框架上，电磁激振组件包括两根水平的、互相垂直的伺服激振杆，两根伺服激振杆的振动头与悬垂管子组件外周面接触，两个振动头带动悬垂管子组件作径向悬垂摆动；所述图像采集组件水平垂直于透明管段，红外摄像组件纵向垂直于透明管段，红外摄像组件检测橡胶柔软密封接触副的摩擦变形区，图像采集组件通过导轨安装在光学支撑平台上，红外摄像组件固定安装在光学支撑平台上。所述图像采集组件包括高速摄像机、高速摄像连接部、遮光聚焦环、聚焦物镜和水平方向图像采集组件，高速摄像连接部通过螺纹连接或者铆接安装在光学支撑平台的导轨，高速摄像连接部一端接口位置连接高速摄像机，高速摄像机经由数据电缆连接至计算机系统，高速摄像连接部另一端接口位置设置为聚焦物镜，聚焦物镜外圆面设置有遮光聚焦环，水平方向图像采集组件设置于透明管段的末端。所述红外摄像组件包括管子连接部、凸座、传感器连接部、光源和红外传感器组件，凸座安放在光学支撑平台的顶部，管子连接部固定透明管段，凸座的顶部设置光源和传感器连接部，红外传感器组件竖向聚焦采集信息经由数据电缆连接至计算机系统。所述光学支撑平台的上表面覆盖一层绝缘垫。所述型材框架包括底座和底座上方的主框架，主框架后面设有一块方形面板，悬垂管子组件和电液垂向注入组件安装在方形面板上。所述污垢介质为钻井液化学药剂、压裂液化学剂、原油、胶质、沥青质、石蜡、天然气、水、沙粒、硫化氢、二氧化碳、铁屑、岩屑的至少2种混合物。所述电磁检测组件为机械臂接触探测阵列、声波探测阵列、磁记忆检测阵列、漏磁检测阵列、电磁检测阵列、光波检测阵列、超声导波探测阵列或者非接触式探测传感器。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点：本专利技术的装置可进行不同外形、不同尺寸、不同类型材料(悬垂管子、透明管段、双绞挠性空心轴、密封圈)的、不同污垢介质、不同密封圈滑动速度的密封摩擦动态试验，模拟智能机器人在调峰储库立管或煤田煤层气抽采立管或深海立管作业效率，包括了智能装备在深海等立管采用机械臂接触探测阵列、声波探测阵列、磁记忆检测阵列、漏磁检测阵列、电磁检测阵列、光波检测阵列、超声导波探测阵列或者非接触式探测传感器，从而在各种污垢介质(腐蚀性颗粒和淤积垢层)可真实模拟机器人作业时候机械构件和电子器件的机械和化学作用动态诱导的复合损伤失效，能实时获得密封摩擦过程的力学特性和动态实时图像，针对不同类型污垢介质去除、正交切削、淤积卡堵微观行为实时采集动态数据，可以选择合适的密封圈尺寸、弹性模量、表面粗糙度，采用合适的滑动速度和时间窗口周期，为提高智能装备密封摩擦效率及作业工艺参数优化研究提供依据，可以为新一代智能装备设计、制造、试验和安全维护提供全面的理论基础。智能装备现场服役黑箱环境下污垢介质存在复杂多相流动、振动、气蚀问题。由于非线性振动深海立管在海流、海冰、海浪、管外涡流等动态悬垂振动多变，而且非线性悬垂管道输送流体涵盖了钻井液化学药剂、压裂液化学剂、原油、胶质、沥青质、石蜡、天然气、水、沙粒、硫化氢、二氧化碳、铁屑、岩屑，非线性悬垂立管智能化作业时各种腐蚀性颗粒和淤积垢层会造成机械构件和电子器件的动态损伤失效，另外，高本文档来自技高网...

【技术保护点】
橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统，其特征在于：包括悬垂管子组件、透明管段、电液垂向注入组件、双绞挠性空心轴、电磁激振组件、图像采集组件、红外摄像组件、光学支撑平台和型材框架，所述悬垂管子组件安装于型材框架内，悬垂管子组件的外周面设有光纤传感网；所述透明管段与悬垂管子组件的下端通过卡扣连接，悬垂管子组件内壁和透明管段内壁敷设污垢介质；所述电液垂向注入组件安装于型材框架内顶部，电液垂向注入组件夹着双绞挠性空心轴的顶端；所述双绞挠性空心轴位于悬垂管子组件、透明管段的轴心位置，双绞挠性空心轴与悬垂管子组件之间设有弹性扶正器，悬垂管子组件为弹性材料，双绞挠性空心轴的硬度大于悬垂管子组件的硬度；光纤传感网检测双绞挠性空心轴滑动时与悬垂管子组件内壁之间的非线性接触应力应变，双绞挠性空心轴的末端设有电磁检测组件，电磁检测组件外套有若干密封圈；电液垂向注入组件带动双绞挠性空心轴、电磁检测组件、密封圈在悬垂管子组件和透明管段内部来回滑动，构成橡胶柔软密封接触副；所述电磁激振组件安装在型材框架上，电磁激振组件包括两根水平的、互相垂直的伺服激振杆，两根伺服激振杆的振动头与悬垂管子组件外周面接触，两个振动头带动悬垂管子组件作径向悬垂摆动；所述图像采集组件水平垂直于透明管段，红外摄像组件纵向垂直于透明管段，红外摄像组件检测橡胶柔软密封接触副的摩擦变形区，图像采集组件通过导轨安装在光学支撑平台上，红外摄像组件固定安装在光学支撑平台上。...

【技术特征摘要】
1.橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统，其特征在于：包括悬垂管子组件、透明管段、电液垂向注入组件、双绞挠性空心轴、电磁激振组件、图像采集组件、红外摄像组件、光学支撑平台和型材框架，所述悬垂管子组件安装于型材框架内，悬垂管子组件的外周面设有光纤传感网；所述透明管段与悬垂管子组件的下端通过卡扣连接，悬垂管子组件内壁和透明管段内壁敷设污垢介质；所述电液垂向注入组件安装于型材框架内顶部，电液垂向注入组件夹着双绞挠性空心轴的顶端；所述双绞挠性空心轴位于悬垂管子组件、透明管段的轴心位置，双绞挠性空心轴与悬垂管子组件之间设有弹性扶正器，悬垂管子组件为弹性材料，双绞挠性空心轴的硬度大于悬垂管子组件的硬度；光纤传感网检测双绞挠性空心轴滑动时与悬垂管子组件内壁之间的非线性接触应力应变，双绞挠性空心轴的末端设有电磁检测组件，电磁检测组件外套有若干密封圈；电液垂向注入组件带动双绞挠性空心轴、电磁检测组件、密封圈在悬垂管子组件和透明管段内部来回滑动，构成橡胶柔软密封接触副；所述电磁激振组件安装在型材框架上，电磁激振组件包括两根水平的、互相垂直的伺服激振杆，两根伺服激振杆的振动头与悬垂管子组件外周面接触，两个振动头带动悬垂管子组件作径向悬垂摆动；所述图像采集组件水平垂直于透明管段，红外摄像组件纵向垂直于透明管段，红外摄像组件检测橡胶柔软密封接触副的摩擦变形区，图像采集组件通过导轨安装在光学支撑平台上，红外摄像组件固定安装在光学支撑平台上。2.根据权利要求1所述的橡塑密封摩擦能耗与在线智能检测模拟系统，其特征在于：所述图像采集组件包括高速摄像机、高速摄像连...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭桂斌，黄兴，范清，
申请(专利权)人：国机智能科技有限公司，广州机械科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44