[发明专利]管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，包括：支架系统、径向压力测试系统和滑动摩擦力测试系统；其特征在于：支架系统包括基座支架和摩擦轴支架两部分，分别用于固定和支撑其余两个系统；径向压力测试系统包括“C形”基座、“C形”卡块和压力传感器，用于固定待测试的橡胶密封盘并测试密封盘上的径向压力，所述橡胶密封盘与压力传感器接触，输出密封盘所受的径向压力；滑动摩擦力测试系统由一个与电动机相连的“腰鼓形”摩擦轴和若干个“马鞍形”摩擦块组成，用于模拟橡胶密封盘在管道内的运行并测试运行中的滑动摩擦力。

2.根据权利要求1所述的管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，其特征在于：支架系统包括：基座支架系统、摩擦轴支架系统，其中基座支架系统包括基座支架底座、两个基座支架、两根基座支撑杆和两个清管器支撑架；基座支架底座和摩擦轴支架底座固定在地面上，两者相隔一段距离放置，且两者的形心处于同一条水平直线上；基座支架共有两个，对称设置于基座支架底座四边形的两个直角上并与底座垂直，基座支架通过两根相互平行的基座支撑杆进行连接；清管器支撑架共有两个，其上分别加工有支撑架连接孔；清管器支撑架安装于基座支架底座四边形的两条边上，并分别与两个基座支架平行；摩擦轴支架系统包括摩擦轴支架底座、摩擦轴支架和两个螺杆滑动轨道；摩擦轴支架设置于摩擦轴支架底座四边形右侧边的中心位置；螺杆滑动轨道共有两根，垂直安装于摩擦轴支架上，且两者互相平行。

3.根据权利要求1所述的管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，其特征在于：径向压力测试系统，包括：一个“C形”基座、若干个“C形”卡块、若干个楔形砌块、三个压力传感器和两个固定插销；其中，“C形”基座的顶面、底面和左侧面上分别加工有压力传感器插槽，压力传感器插槽为变径圆柱形，整体呈上宽下窄的阶梯式结构，其中上部较宽部分的内侧设置有内螺纹；“C形”基座安装在基座支架之间的基座支撑杆上，支架基座的底面与支架底座平行；清管器支撑架连接孔的圆心与“C形”基座的圆心为同轴心状态。

4.根据权利要求3所述的管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，其特征在于：“C形”卡块安装在“C形”基座的内侧，在“C形”基座的内侧加工两个楔形的凹槽，同时在“C形”卡块的外侧加工两个楔形的凸块；在安装过程中，楔形凹槽和凸块形成配合以防止在实验过程中由于摩擦和震动引起的相互错动；固定插销安装在“C形”卡块上楔形凸块较宽的一面，用于限制“C形”卡块的轴向运动，增加稳定性；通过改变“C形”卡块的数量，可以测试多种密封盘过盈量的工况；当测试过盈量较小的橡胶密封盘即使用直径较大的“C形”卡块时，两个楔形砌块用来填补密封盘和“C形”卡块之间的楔形空隙，以实现对密封盘的完全密封。

5.根据权利要求3或4所述的管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，其特征在于：压力传感器与压力传感器插槽通过内螺纹连接，可实现固定和调节高度的作用，以满足测量不同过盈量情况的需求。

6.根据权利要求1所述的管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，其特征在于：滑动摩擦力测试系统，包括：一个“腰鼓形”摩擦轴、若干个“马鞍形”摩擦块、两根转动轴、两根滑动螺杆和两个滑动杆固定螺母；“腰鼓形”摩擦轴两端对称连接有转动轴，转动轴端部上设置有轴承，并在轴承内侧加工内螺纹；滑动螺杆穿过螺杆滑动轨道，与轴承内螺纹相连接；滑动螺杆另一端与滑动杆固定螺母通过螺纹连接；安装完成后，固定螺母与螺杆滑动轨道紧密贴合完成对“腰鼓形”摩擦轴的固定。

7.根据权利要求6所述的管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，其特征在于：“马鞍形”摩擦块安装在“腰鼓形”摩擦轴的外侧，两块“马鞍形”摩擦块可以组合成一个“腰鼓形”；通过改变“马鞍形”摩擦块的数量，可以测试多种密封盘过盈量的工况。

8.根据权利要求6或7所述的管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，其特征在于：“马鞍形”摩擦块与“腰鼓形”摩擦轴的材质可根据测试需要进行选择，通过选择不同材质的摩擦副可以实现对多种材料间摩擦系数的测试。

9.一种管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试方法，采用权利要求1-8之一所述的管道清管器密封橡胶盘摩擦系数测试装置，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将基座支架底座和摩擦轴支架底座相隔一段距离固定于水平地面上，在基座支架底座上安装两个基座支架，两个基座支架相互平行，且均垂直于基座底座平面，在摩擦轴支架底座上安装摩擦轴支架，并使摩擦轴支架垂直于摩擦轴支架底座平面，在摩擦轴支架上安装两个螺杆滑动轨道，且两者之间的距离应大于“腰鼓形”的长度，两根轨道相互平行且均垂直于摩擦轴支架；

(2)将加工有压力传感器插槽的“C形”基座安装于两根基座支撑杆上，使基座支撑杆穿过“C形”基座，在“腰鼓形”摩擦轴两端的转动轴上安装滑动螺杆，转动轴末端设置轴承，滑动螺杆和轴承通过螺纹相连接，滑动螺杆的另一端穿过螺杆滑动轨道与滑动杆固定螺母相连接，通过调整滑动杆固定螺母可以实现固定“腰鼓形”摩擦轴的作用；

(3)在测试过盈量较小的工况时不需安装“C形”卡块和“马鞍形”摩擦块，将三个压力传感器分别插入压力传感器插槽中，通过调节螺纹的圈数使传感器触头的探测面与“C形”基座的内表面处于同一平面，将待测清管器推入“C形”基座内，使橡胶密封盘充分与三个压力传感器的触头接触，安装完成后，将清管器连接杆的两端固定于清管器支撑架上，将滑动螺杆向靠近“C形”基座的方向推动，直至“C形”基座和“腰鼓形”摩擦轴形成一个闭合的圆环，旋转固定螺母对“腰鼓形”摩擦轴进行固定，将压力传感器与计算机相连接，将电动机、扭矩测试仪分别与转动轴相连接，扭矩测试仪和计算机连接，打开电动机，在电动机的驱动下，“腰鼓形”摩擦轴匀速旋转，对待测密封元盘进行摩擦测试，从计算机中读取稳定状态下，压力传感器和扭矩测试仪测量的数值；

(4)在测试过盈量较大的工况时，可以根据所需过盈量的大小，选择不同数量的“C形”卡块和“马鞍形”摩擦块，将“C形”卡块按顺序插入“C形”基座内，并用固定插销进行固定，将三个压力传感器分别插入压力传感器插槽中，通过调节螺纹的圈数使传感器触头的探测面与“C形”卡块的内表面处于同一平面，将待测清管器推入“C形”卡块内，使橡胶密封盘充分与三个压力传感器的触头接触，安装完成后，将清管器连接杆的两端固定于清管器支撑架上，根据所需的过盈量选择不同数量的“马鞍形”摩擦块并安装于“腰鼓形”摩擦轴上，安装完成后，将滑动螺杆向靠近“C形”卡块的方向推动，直至“C形”卡块和由“马鞍形”摩擦块组合成的“腰鼓形”摩擦轴形成一个闭合的圆环，旋转固定螺母对“腰鼓形”摩擦轴进行固定，将压力传感器与计算机相连接，将电动机、扭矩测试仪分别与转动轴相连接，扭矩测试仪和计算机连接，打开电动机，在电动机的驱动下，“腰鼓形”摩擦轴匀速旋转，对待测密封盘进行摩擦测试，从计算机中读取稳定状态下，压力传感器和扭矩测试仪测量的数值并记录；

(5)测试橡胶密封盘与不同材质管道间的摩擦系数时，只需要选择与管道同材质的“C形”卡块和“马鞍形”摩擦块进行安装即可，实验方法与上述方法相同；

(6)通过调整电动机的转动频率来改变“腰鼓形”摩擦轴的转动速度，从而得到橡胶密封盘的径向压力和摩擦系数随运行速度的变化关系，具体实验方法与上述方法相同；

(7)从计算机中的记录数据可以得到：径向压力P(MPa)、扭矩M(N·m)，通过测量可以得到：压力传感器的触头接触面面积A(m²)和转动轴半径R(m)，由计算公式：可计算得到摩擦系数。