CN102519867A - 一种直动式软摩擦试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种直动式软摩擦试验装置，其包括：支撑台；下试样固定架，设置在所述支撑台的上部，并与驱动机构相连接，在所述驱动机构的带动下能在平面内进行直线移动；上试样组件，设置在所述下试样固定架的上部，与能施加向下压力的加载机构相连接；摩擦力检测机构，与所述上试样组件相连接；弹性模量不同的两种试样分别固定在所述上试样组件内和下试样固定架上，并通过所述加载机构使所述上试样抵接在所述下试样上。本发明结构简单，易于改变各项试验参数，当采用透明材料制成的下试样时，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，为优化复杂环境下的软摩擦材料选择提供解决方案。

Description

一种直动式软摩擦试验装置

技术领域

本发明涉及一种测量仪器，特别涉及一种模拟石油天然气领域弹性模量低于10GPa的弹性材料与刚性材料之间纯滑动的软摩擦试验装置。

背景技术

油气输送管道是国民经济的大动脉。保障油气管道安全运行，防止事故发生，是关系到国计民生的大事。清管器清洗技术目前已被广泛用于各种管道的清洗、维护及保养，从摩擦学角度看，清管器与管道内壁接触时其运动方式属于单向的滑动摩擦。但由于清管过程的复杂性，目前针对这种复杂环境下发生的单向的滑动软摩擦过程和规律的研究还很少。

长输油气管道在敷设完成之后和投产之前，必须依次完成清管、测径、试压、清管器清水或扫水、清管球擦除管内残余水、干燥、置换、引入石油或天然气，最终完成投产。例如，为提高管道干燥与投产效率，利用了清管器清理管内积水或清管球擦除管内残余水，管内的水由于重力而积聚在管道内底部，所以构成了水为润滑介质的“清管器的弹性材料与管内壁接触”的软摩擦。由于在清管作业时，人们无法直接了解到弹性材料与管道内壁之间的擦试、摩擦情况，即，无法得知材料、移动速度等对清管作业的影响，因此，为了提高对管内壁水的清管效率，选择恰当的清管材料和清管速度，应进行系统的软摩擦试验研究。此外，由于水的粘度很低，更增加了软摩擦试验的难度。

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，均属于微小载荷的摩擦试验机，当两试样作相对运动能够测量摩擦系数，试验结束后利用其它设备可离线分析接触表面的磨损情况。但是这些试验机均无法在试验过程中实时获取接触区的弹性材料表面形变和润滑介质分布规律。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的直动式软摩擦试验装置，模拟石油天然气领域管道清管作业时弹性材料对管道内壁的软摩擦过程，从而根据试验得到的参数和规律等，采用合理的清管器运行速度、选择合适的弹性材料，以提高石油天然气领域清管器作业等管道清洗维护的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种直动式软摩擦试验装置，尤其是适于模拟石油天然气行业管道内清管作业的软摩擦研究。

为此，本发明提出一种直动式软摩擦试验装置，其包括：支撑台；下试样固定架，设置在所述支撑台的上部，并与驱动机构相连接，在所述驱动机构的带动下能在平面内进行直线移动；上试样组件，设置在所述下试样固定架的上部，与能施加向下压力的加载机构相连接；摩擦力检测机构，设置在所述支撑台上，并与所述上试样组件相连接；弹性模量不同的两种试样分别固定在所述上试样组件内和下试样固定架上，并通过所述加载机构使所述上试样抵接在所述下试样上，由所述摩擦力检测机构检测上、下试样之间的摩擦力。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述驱动机构为螺母丝杠、齿轮齿条或液压驱动任一种直线驱动机构。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述驱动机构包括：由电机驱动的滚珠丝杠，所述下试样固定架上固定有螺母，所述螺母与所述滚珠丝杠相连接，能带动所述下试样固定架沿所述滚珠丝杠的长度方向进行直线移动；且在所述滚珠丝杠的侧边设有至少一个导轨，所述下试样固定架上设有与所述导轨相连接的滑块，所述导轨的端部设有限位开关。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述加载机构包括：加载梁，所述加载梁铰接在支柱上，所述加载梁的一端为延伸端，另一端为加载端，在所述延伸端设有平衡块，所述加载端的上端设有砝码，所述加载端的下端与所述上试样组件相连接。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述支柱具有固定在所述支撑台上的竖直轴承座，竖直旋转轴能转动地设置在所述竖直轴承座内，所述竖直旋转轴的顶部设有U形支架，通过水平轴将所述加载梁铰接在所述竖直旋转轴的顶部。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述的上试样组件包括开口向下的C形夹具，所述C形夹具与所述加载梁固定连接，所述上试样固定在所述C形夹具的开口内。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述C形夹具的内凹面设有至少一个弹性开缝，锁紧螺栓贯穿所述C形夹具相对应的两侧壁，将所述上试样固定在所述C形夹具的开口内。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述摩擦力检测机构包括拉压传感器和传感器连接杆，其中，所述拉压传感器的一个安装端面与所述上试样组件固定连接，所述拉压传感器另一个安装端面与所述传感器连接杆相固定，所述传感器连接杆固定在所述竖直轴承座上。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述上试样为弹性试样和，其弹性模量范围为0～5GPa，所述下试样为刚性试样，其弹性模量范围为10～300Gpa；在所述支撑台的下部设有图像采集装置，其图像采集部与所述上、下试样的接触区相对应。

如上所述的直动式软摩擦试验装置，其中，所述下试样固定架具有与所述驱动机构相连接的连接部，以及用于固定所述下试样的固定框架，所述固定框架设置在所述连接部的侧边；所述上试样为弹性试样，其弹性模量范围为0～5GPa，所述下试样为刚性试样，其弹性模量范围为10～300Gpa；优选所述下试样为透明玻璃，所述图像采集装置为倒置的显微镜，所述显微镜的物镜对准所述上试样和下试样的接触区。

与公知技术相比，本发明的特点和优点是：

本发明的直动式软摩擦试验装置，可快速更换下试样和上试样，进行不同条件的软摩擦试验。通过螺母丝杠驱动机构可方便地改变试样间的相对滑动速度，通过加载机构可容易地改变上、下试样之间的接触载荷。同时，摩擦力检测机构和倒置的显微镜图像采集装置可实时采集接触区摩擦力和图像信号，并且对弹性试样和刚性试样的表面粗糙度无高精度的加工要求；由于试验装置中下试样的上表面敷有润滑介质，也尽可能的模拟了清管作业时管道内底部的积水或残余水，能够准确地评价不同弹性试样在摩擦磨损中的软摩擦行为和作用规律，可提高石油天然气领域管道清洗维护的效率。

本发明的直动式软摩擦试验装置，可通过改变上试样的结构形状获得点接触、线接触、面接触等不同接触副状态下的摩擦实验数据。

并且，通过改变下试样的表面特性、改变驱动机构的直线速度、改变加载机构作用于下试样的正压力、改变润滑介质，能够评价材料在不同接触速度、载荷、润滑介质、接触副、材料特性的摩擦磨损行为，为软摩擦模型的建立提供可靠的实验数据，为优化复杂环境下的软摩擦材料选择提供解决方案。

本发明结构简单、试样的加工制备简便，易于改变各项试验参数，可模拟石油天然气管道内清管作业时扫除其内残存的流体，当采用透明材料制成的下试样时，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。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1是本发明的直动式软摩擦试验装置的立体结构示意图；

图2是本发明的直动式软摩擦试验装置的主视示意图；

图3是本发明的直动式软摩擦试验装置的俯视示意图；

图4是本发明的直动式软摩擦试验装置上试样组件结构示意图。

附图标号说明：

1、支撑台        2、驱动机构        211、电机支架         212、联轴器

213、导轨        214、滑块          215、螺母             216、滚珠丝杠

217、滚动轴承    218、轴承座        219、限位开关         22、下试样固定架

221、连接部      222、下试样        223、固定框架         3、加载机构

311、竖直轴承座  312、竖直旋转轴    313、U形支架          321、平衡块

322、延伸端      323、加载梁        324、水平轴           325、加载端

331、砝码        332、预紧弹簧      333、螺母             34、上试样组件

341、过渡杆      342、锁紧螺栓      343、C形夹具          3431、弹性开缝

344、上试样      4、摩擦力检测机构  41、传感器连接杆      42、拉压传感器

5、图像采集装置  51、显微镜         52、图像传感器        53、显微镜支架

54、物镜

具体实施方式

本发明提出的一种直动式软摩擦试验装置包括：支撑台；下试样固定架，设置在所述支撑台的上部，并与驱动机构相连接，在所述驱动机构的带动下能在平面内进行直线移动。上试样组件，设置在所述下试样固定架的上部，与能施加向下压力的加载机构相连接；摩擦力检测机构，设置在所述支撑台上，并与所述上试样组件相连接；弹性模量不同的两种试样分别固定在所述上试样组件内和下试样固定架上，并通过所述加载机构使所述上试样抵接在所述下试样上，由所述摩擦力检测机构检测上、下试样之间的摩擦力。

本发明通过将上试样抵压在下试样上，并使下试样进行直线移动，以模拟管道内清管作业时擦除残余水的基本操作过程，由摩擦力检测机构实时检测上、下试样之间的摩擦力数值，并可将检测到的数值传输到计算机进行分析、计算，从而获得清管器清水和清管球擦除残余水的软摩擦规律，以便能够选择合适的材料制成清管球，以合适的清管作业运行速度进行清管作业，提高作业效率。

进一步地，所述驱动机构为螺母丝杠、齿轮齿条或液压驱动任一种直线驱动机构。

在一个具体实施例中，所述驱动机构采用螺母丝杠结构，其包括：由电机驱动的滚珠丝杠，所述下试样固定架上固定有螺母，所述螺母与所述滚珠丝杠相连接，能带动所述下试样固定架沿所述滚珠丝杠的长度方向进行直线移动；且在所述滚珠丝杠的侧边设有至少一个导轨，所述下试样固定架上设有与所述导轨相连接的滑块，所述导轨的端部设有限位开关。

一个可行的技术方案是，所述加载机构包括：加载梁，所述加载梁铰接在支柱上，所述加载梁的一端为延伸端，另一端为加载端，在所述延伸端设有平衡块，所述加载端的上端设有砝码，所述加载端的下端与所述上试样组件相连接。

进一步地，所述支柱具有固定在所述支撑台上的竖直轴承座，竖直旋转轴能转动地设置在所述竖直轴承座内，所述竖直旋转轴的顶部设有U形支架，通过水平轴将所述加载梁铰接在所述竖直旋转轴的顶部。本发明可以通过转动设置在竖直旋转轴顶部的加载梁，可以方便地固定或拆卸上试样。

在一个优选实施例中，所述的上试样组件包括开口向下的C形夹具，所述C形夹具与所述加载梁固定连接，所述上试样固定在所述C形夹具的开口内。

进一步地，为了提高上试样的固定可靠性，可以在所述C形夹具的内凹面设有至少一个弹性开缝，锁紧螺栓贯穿所述C形夹具相对应的两侧壁，将所述上试样固定在所述C形夹具的开口内。

此外，所述摩擦力检测机构包括拉压传感器和传感器连接杆，其中，所述拉压传感器的一个安装端面与所述上试样组件固定连接，所述拉压传感器另一个安装端面与所述传感器连接杆相固定，所述传感器连接杆固定在所述竖直轴承座上。

所述上试样和下试样分别为弹性试样和刚性试样，所述弹性试样的弹性模量范围为0-5GPa，所述刚性试样的弹性模量范围为10-300Gpa；在所述支撑台的下部设有图像采集装置，其图像采集部与所述上、下试样的接触区相对应。

所述下试样固定架具有与所述驱动机构相连接的连接部，以及用于固定所述下试样的固定框架，所述固定框架设置在所述连接部的侧边；所述上试样为弹性试样，其弹性模量范围为0-5GPa，所述下试样为刚性试样，其弹性模量范围为10-300Gpa；优选所述下试样为透明玻璃，所述图像采集装置为倒置的显微镜，所述显微镜的物镜对准所述上试样和下试样的接触区。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的直动式软摩擦试验装置的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1是本发明的直动式软摩擦试验装置的立体结构示意图；图2是本发明的直动式软摩擦试验装置的主视示意图；图3是本发明的直动式软摩擦试验装置的俯视示意图；图4是本发明的直动式软摩擦试验装置上试样组件结构示意图。

如图所示，本发明提出的直动式软摩擦试验装置包括：支撑台1；下试样固定架22，设置在所述支撑台1的上部，并与驱动机构2相连接，在所述驱动机构2的带动下能在平面内进行直线移动。上试样组件34，设置在所述下试样固定架22的上部，与能施加向下压力的加载机构3相连接。摩擦力检测机构4，设置在所述支撑台1上，并与所述上试样组件34相连接。硬度不同的两种试样分别固定在所述上试样组件34内和下试样固定架22上，并通过所述加载机构3使所述上试样抵接在所述下试样上，由所述摩擦力检测机构4检测上、下试样之间的摩擦力。

其中，所述驱动机构2可以采用螺母丝杠、齿轮齿条或液压驱动任一种直线驱动机构。

如图1、图2、图3所示，在该实施例中所述驱动机构2采用的是螺母丝杠机构，其包括：由电机驱动的滚珠丝杠216，所述下试样固定架22上固定有螺母215，所述螺母215与所述滚珠丝杠216相连接，能带动所述下试样固定架22沿所述滚珠丝杠216的长度方向进行直线移动，且在所述滚珠丝杠216的侧边设有至少一个导轨213，所述下试样固定架22上设有与所述导轨213相连接的滑块214，所述导轨213的端部设有限位开关219。在本实施例中，为了使下试样固定架22的移动平稳，在滚珠丝杠216的两侧分别设置了一个导轨213，在其中一个导轨的端部设置限位开关219。

当采用其它结构的直线驱动机构时，只要使下试样固定架22与该直线驱动机构的驱动相连接，保证下试样固定架22在规定的平面内进行直线移动就可以，对驱动机构的设置位置不加以限制。

在一个可行的技术方案中，如图1至图3所示，所述加载机构3包括：加载梁323，所述加载梁323铰接在支柱上，所述加载梁323的一端为延伸端322，另一端为加载端325，在所述延伸端322设有平衡块321，所述加载端325的上端设有砝码331，所述加载端325的下端与所述上试样组件34相连接。

其中，所述支柱具有固定在所述支撑台1上的竖直轴承座311，竖直旋转轴312能转动地设置在所述竖直轴承座311内，所述竖直旋转轴312的顶部设有U形支架313，通过水平轴324将所述加载梁323铰接在所述竖直旋转轴312的顶部。

进一步地，所述的上试样组件34包括开口向下的C形夹具343，所述C形夹具343与所述加载梁323固定连接，所述上试样344固定在所述C形夹具343的开口内。

其中，所述C形夹具343的内凹面设有至少一个弹性开缝3431，锁紧螺栓342贯穿所述C形夹具343相对应的两侧壁，将所述上试样344固定在所述C形夹具343的开口内。

在一个具体实施例中，所述摩擦力检测机构4包括拉压传感器42和传感器连接杆41，其中，所述拉压传感器42的一个安装端面与所述C形夹具343固定连接，所述拉压传感器42另一个安装端面与所述传感器连接杆41相固定，所述传感器连接杆41固定在所述竖直轴承座311上。

此外，所述上试样344和下试样222分别为弹性试样和刚性试样，所述弹性试样的弹性模量范围为0～5GPa，所述刚性试样的弹性模量范围为10～300Gpa；在所述支撑台1的下部设有图像采集装置5，其图像采集部与所述上、下试样的接触区相对应。

所述下试样固定架22具有与所述驱动机构2相连接的连接部221，以及用于固定所述下试样222的固定框架223，所述固定框架223设置在所述连接部221的侧边。所述上试样344为弹性试样，其弹性模量范围为0～5GPa，所述下试样222为刚性试样，其弹性模量范围为10～300Gpa。优选所述下试样222为透明玻璃，所述图像采集装置5为倒置的显微镜51，所述显微镜51的图像采集部物镜54对准所述上试样344和下试样222的接触区。

本发明的直动式软摩擦试验装置能够模拟石油天然气管道清管的软摩擦，利用显微镜和图像采集技术，实时获取弹性试样(上试样344)与刚性试样(下试样222)接触区的弹性元件表面形变和润滑介质流动特性，可模拟清管球擦除管内残余液体(水)时的微观流动特点；根据软摩擦试验得到的参数和规律等，采用合理的清管器运行速度、选择合适的弹性材料，从而能够提高石油天然气领域清管器作业等管道清洗维护的效率。

下面结合一个具体实施例进一步说明本发明的直动式软摩擦试验装置的结构及工作原理：

如图2所示，本发明提出的直动式软摩擦试验装置，包括支撑台1，固定在支撑台上的能产生直线移动的驱动机构2，加载机构3，摩擦力检测机构4和倒置的图像采集装置5。下试样固定架22与所述驱动机构2相连接，上试样组件34设置在所述下试样固定架22的上部，与能施加向下压力的加载机构3相连接。

所述驱动机构2，包括固定在支撑台1上的电机支架211、直流电机，该直流电机通过联轴器212带动滚珠丝杠216转动，所述滚珠丝杠216通过轴承座218、滚动轴承217支撑在所述支撑台1上。如图1、3所示，在滚珠丝杠216的两侧分别设有一导轨213，导轨213的两端与所述轴承座218固定连接，在其中一个导轨213的端部设有限位开关219，以防止螺母215越出滚珠丝杠216的两端。

所述下试样固定架22具有连接部221和固定框架223，在所述连接部221的下部设有滑块214和螺母215，在本具体结构中，所述螺母215和滑块214是通过多个紧定螺钉固定在连接部221的下部，并分别与所述驱动机构2的滚珠丝杠216、导轨213相连接。在直流电机、滚珠丝杠216的驱动下，螺母215沿滚珠丝杠216的长度方向移动，所述导轨213起到导向作用，使下试样固定架22能平稳地进行水平移动。此外，通过控制机构控制电机的转速，从而可以改变滑块214的直线移动速度。由于滚珠丝杠216与螺母215、滑块214构成的螺旋传动为已有的技术，在此不再赘述。

另外，所述固定框架223设置在所述连接部221的侧边，形成一个四边形的中部为镂空的框体，为了便于固定下试样222，该框体的侧边具有内凹的凹槽，凹槽深度大于下试样222的厚度值，可以将四边形的下试样222配合嵌入该凹槽，进行固定与定位，从而将下试样222牢固地稳定在该下试样固定架22上，提高了安装的可靠性与稳定性。且由于凹槽深度大于下试样222的厚度值，因此固定框架223与下试样222的配合形成了以下试样222为底面的凹槽，在该凹槽内可容置若干润滑介质，如粘度不同的原油、酸碱度不同的水溶液等，便于实时研究上试样344和下试样222的摩擦规律。

所述的加载机构3包括通过螺钉固定在支撑台1上的竖直轴承座311，竖直旋转轴312能转动地设置在所述竖直轴承座311内，在竖直旋转轴312的顶部设有一U形支架313，通过水平轴324将加载梁323的大致中部铰接在竖直旋转轴312顶部的U形支架313内。砝码331通过预紧弹簧332、弹簧限位用螺母333固定在加载梁323的加载端325。所述加载梁323的一端为延伸端322，所述延伸端322形成为螺杆，平衡块321可以通过螺纹连接固定在所述延伸端322的端部，旋转平衡块321可调整其在延伸端上的位置，以实现砝码加载梁323的两端质量平衡。

如图4所示，所述上试样组件34包括C形夹具343，该C形夹具343由过渡杆341固定至所述砝码加载机构3的加载梁323加载端325的底部；上试样344通过锁紧螺栓342固定在C形夹具343内。为了提高上试样344的固定可靠性，可以在C形夹具343的内凹面上开设微小的弹性开缝3431，当旋紧锁紧螺栓342时，可以使C形夹具343产生较大的弹性变形，将上试样344牢固地夹持。

图4所示的实施例中，所述上试样344置于C形夹具343内圆柱孔，其中该上试样344为圆柱体，将较薄的弹性材料包覆在圆柱形的金属圆柱外面。当然还可以直接将弹性材料制成圆柱体，将其直接安装在C形夹具343内。但上试样344的形状不限于此，所述上试样344可以是球体、圆柱体、六面体等外形，只要能其牢牢地固定在上试样组件34内就可以。

所述的摩擦力检测机构4包括拉压传感器42和传感器连接杆41，其中，所述拉压传感器42其中一个安装端面与C形夹具343固定，所述拉压传感器42另一个安装端面与传感器连接杆41固定，所述传感器连接杆41的另一端与前述加载机构3的竖直轴承座311固定。

其中，所述拉压传感器42采集摩擦力的基本过程是，前述加载机构3通过在加载梁323的加载端设置一定重量的砝码331，使上试样344抵压在下试样222上，启动前述驱动机构2，使下试样222进行直线移动。前述下试样222与上试样344因存在一定的摩擦系数，此时摩擦力由上试样344传递到C形夹具343上，由于所述C形夹具343与所述加载梁323相连接，该摩擦力通过加载梁323对可转动的竖直旋转轴312施加一旋转力，而所述拉压传感器42一端与C形夹具343固定，另一端通过传感器连接杆41与竖直轴承座311固定，则最终由固定在C形夹具343上的拉压传感器42采集到该下试样222的移动速度值和在放置该质量的砝码331下的上试样与下试样之间的摩擦力。

其中，所述拉压传感器42采集的摩擦力大小为F时，假设此时加载端设置的砝码331重量为N。可计算出，此时上试样344与下试样222之间的摩擦系数为μ＝F/N。

在本实施例中，所述上试样344为弹性试样，其弹性模量范围为0～5GPa，如：聚氨酯橡胶材料、丁腈橡胶材料、硅橡胶材料、氯醚橡胶材料、聚二甲基硅氧烷材料(polydimethylsiloxane，PDMS)；所述下试样222采用弹性模量范围为10～300GPa的刚性材料，如透明的玻璃板、透明的玻璃砖、透明的有机玻璃、普通的铁板、普通钢板。当采用透明的玻璃板制成的下试样222时，可以通过置于支撑台1下部的显微镜51的目镜采集上试样344与下试样222软摩擦接触区的作用行为图像。

其中，所述图像采集装置5，包括倒置的显微镜51，固定在支撑台1下部的显微镜支架53，与所述显微镜相连接的图像传感器52，所述图像传感器52与计算机相连接。倒置显微镜51的物镜54相对置于下试样222正下方，并对准上、下试样间的接触区，采集接触区的软摩擦微观图像。

本发明的直动式软摩擦试验装置模拟管道内清管作业时弹性体擦除残余水的基本作业流程为：

第一，试验前的准备工作：

在下试样固定架22的固定框架223上安装透明玻璃材料的下试样222，与之对应的上试样344选择油气管道清管作业时实际中使用的聚氨酯材料。设置完毕电机转速，即下试样固定架22的移动速度后，将砝码331置于前述的加载梁323的加载端325，利用螺母333、预紧弹簧332进行预紧固定，使上试样344顶抵在下试样222的上表面。在透明玻璃制成的下试样222的上表面人为地敷一层水膜或若干水滴。

因为油气管道内的积水或残余水一般在管道内的最低处，模拟用水膜或水滴必须在透明玻璃的下试样222的上表面，所以必须使用倒置显微镜。

第二，开始进行直动式软摩擦试验：

启动电机，该电机通过联轴器212带动滚珠丝杠216转动，在滚珠丝杠216的驱动下，螺母215沿滚珠丝杠216的长度方向移动，从而带动下试样固定架22进行水平往复移动，由设置在下试样下部的显微镜51的物镜54采集上试样344与下试样222接触区的软摩擦微观图像，通过图像传感器52将采集到的图像传输给计算机进行分析，同时由拉压传感器42将检测到的上、下试样之间的摩擦力传输给计算机。

第三，试验的分析：

因为在透明玻璃制成下试样222、弹性材料制成的上试样344的软摩擦试验中，可改变砝码331的载荷重量，也可改变下试样固定架22的移动速度，可改变上试样344的材料弹性模量、表面粗糙度情况。在所述不同参数的条件下，摩擦力检测机构4的拉压传感器42可采集一组不同的摩擦力大小，图像传感器52可实时的观察与采集下试样222、上试样344微观接触区的作用行为，包括弹性材料制成的上试样344的表面变形图像，接触区润滑介质的分布规律。

因此，完成所述的清管器清水和清管球擦除残余水等软摩擦试验后，得到了所述的清管器清水和清管球擦除残余水的软摩擦规律，可用于选择合适的清管作业弹性材料、清管作业运行速度、弹性材料表面粗糙度等，提高油气管道清管作业效率。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述直动式软摩擦试验装置包括：

支撑台；

下试样固定架，设置在所述支撑台的上部，并与驱动机构相连接，在所述驱动机构的带动下能在平面内进行直线移动；

上试样组件，设置在所述下试样固定架的上部，与能施加向下压力的加载机构相连接；

摩擦力检测机构，设置在所述支撑台上，并与所述上试样组件相连接；

弹性模量不同的两种试样分别固定在所述上试样组件内和下试样固定架上，并通过所述加载机构使所述上试样抵接在所述下试样上，由所述摩擦力检测机构检测上、下试样之间的摩擦力。

2.如权利要求1所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述驱动机构为螺母丝杠、齿轮齿条或液压驱动任一种直线驱动机构。

3.如权利要求2所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述驱动机构包括：由电机驱动的滚珠丝杠，所述下试样固定架上固定有螺母，所述螺母与所述滚珠丝杠相连接，能带动所述下试样固定架沿所述滚珠丝杠的长度方向进行直线移动；且在所述滚珠丝杠的侧边设有至少一个导轨，所述下试样固定架上设有与所述导轨相连接的滑块，所述导轨的端部设有限位开关。

4.如权利要求1所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述加载机构包括：加载梁，所述加载梁铰接在支柱上，所述加载梁的一端为延伸端，另一端为加载端，在所述延伸端设有平衡块，所述加载端的上端设有砝码，所述加载端的下端与所述上试样组件相连接。

5.如权利要求4所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述支柱具有固定在所述支撑台上的竖直轴承座，竖直旋转轴能转动地设置在所述竖直轴承座内，所述竖直旋转轴的顶部设有U形支架，通过水平轴将所述加载梁铰接在所述竖直旋转轴的顶部。

6.如权利要求1所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述的上试样组件包括开口向下的C形夹具，所述C形夹具与所述加载梁固定连接，所述上试样固定在所述C形夹具的开口内。

7.如权利要求6所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述C形夹具的内凹面设有至少一个弹性开缝，锁紧螺栓贯穿所述C形夹具相对应的两侧壁，将所述上试样固定在所述C形夹具的开口内。

8.如权利要求5所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述摩擦力检测机构包括拉压传感器和传感器连接杆，其中，所述拉压传感器的一个安装端面与所述上试样组件固定连接，所述拉压传感器另一个安装端面与所述传感器连接杆相固定，所述传感器连接杆固定在所述竖直轴承座上。

9.如权利要求1至8任一项所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述上试样为弹性试样，其弹性模量范围为0～5GPa，所述下试样为刚性试样，其弹性模量范围为10～300Gpa；在所述支撑台的下部设有图像采集装置，其图像采集部与所述上、下试样的接触区相对应。

10.如权利要求9所述的直动式软摩擦试验装置，其特征在于，所述下试样固定架具有与所述驱动机构相连接的连接部，以及用于固定所述下试样的固定框架，所述固定框架设置在所述连接部的侧边；优选所述下试样为透明玻璃，所述图像采集装置为倒置的显微镜，所述显微镜的物镜对准所述上试样和下试样的接触区。

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