CN106814028A - 一种高温摩擦系数测量装置 - Google Patents

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唐生荣
周晓林
林航
许小林
李建雷
翁建东
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Abstract

本发明涉及一种高温摩擦系数测量装置，包括测量系统和数据收集系统；通过在测试箱内设置加热管道，可模拟石油器械在地下高温状态下的摩擦系数情况，通过加热管道控制测试箱的温度，同时通过空气压缩机模拟箱体内的大气压力，满足多工况的下摩擦系数的测量，精度高，效率快；测试工件a与测试工件b接触时，拉力传感器处于水平状态，压力传感器处于竖直状态；避免了拉力传感器以及压力传感器与测试工件的衔接之间存在角度差，导致显示的数值大于实际施加的力的数值；采用电动缸，将扭矩力转化为水平力来测试，摩擦力f的大小，拉力传感器的测试数值稳定性更好，波动范围小，测量精度更高。

Description

一种高温摩擦系数测量装置
技术领域
本发明涉及摩擦系数测试领域，尤其涉及一种高温摩擦系数测量装置。
背景技术
在石油勘探和开发等领域需要研制不同的新型材料来适应各种恶劣的环境，尤其是高温环境下层间的摩擦系数与温度有关，其参数对于热应力计算非常重要，因此高温环境下摩擦系数测量仪对检测产品高温性能具有重要意义。目前，中国国内用于测量摩擦系数的仪器，大多只能在较低温下测量，无法在温度更高的情况下测得摩擦系数，且针对摩擦系数的测量采用μ=F/f的公式来测量，所以对于F正向压力值以及f摩擦力的精确度直接关系到摩擦系数的测量大小。
如中国专利号201110001235.9所述的一种高温环境下摩擦系数的测量装置及测量方法，其特征在于：实验台 的上部安装有高温箱 、扭矩传感器和调速电机；在高温箱内，试件一固定在传动轴的左端，在传动轴的带动下匀速转动 ； 试件二固定在顶杆的上端，顶杆穿过实验台的台面和高温箱的底层，顶杆下端放置简易千斤顶 ，简易千斤顶下端放置压力传感器；传动轴的右端通过第一联轴器与扭矩传感器轴的一端连接 ；扭矩传感器轴的另一端通过第二联轴器与调速电机的转轴相连接，调速电机由调速器控制转速 ；压力传感器、扭矩传感器分别经第一数据线、第二数据线与处理器连接 ；温度传感器与温度采集仪器连接。
上述的专利功能单一，只能在模拟高温下的摩擦系数测试，并不能模拟气压变化情况下了高温摩擦系数测量，且采用的扭矩传感器来测量调速电机的传递力的大小，稳定性差，数值波动范围大，测量精度低；采用的压力传感器与试件的衔接之间存在角度差，真正施加在试件上的压力略小于压力传感器的显示值，误差较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高温摩擦系数测量装置，能够解决一般的摩擦系数测量装置工况模拟单一，测量数值误差大的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种高温摩擦系数测量装置，其创新点在于：包括测量系统和数据收集系统；
所述测量系统包括支架、操作箱、测试箱；所述测试箱、操作箱均安装在支架上；所述测试箱包括箱体、箱盖、支撑梁、工件夹爪、导轨和滑块，箱体的内侧壁上设置有加热管道；在箱体沿幅宽方向相对的侧壁上垂直设置有一支撑梁，该支撑梁上设置有沿竖直方向驱动的液压缸，液压缸的输出端设置有压力传感器；压力传感的端部通过工件夹爪夹持有测试工件a；
所述测试工件a由液压缸驱动沿着竖直方向位移，压力传感器测试工件a在竖直方向上的压力大小；所述工件夹爪上铰接有连接杆，该连接杆与支撑梁垂直，连接杆的另一端铰接有拉力传感器，拉力传感器与箱体的侧壁固定连接，拉力传感器测试工件a在水平方向上的拉力大小；
所述箱体的内侧底面沿长度方向上设置有导轨，所述导轨与支撑梁垂直，导轨上设置有沿导轨铺设方向位移的滑块；所述滑块上夹持有测试工件b；
所述操作箱内安装有电动缸；电动缸的输出端与滑块相连，电动缸驱动滑块带动测试工件b沿着导轨在水平方向上移动，测试工件a由液压缸驱动紧压在测试工件b上。
进一步的，所述支架的底端设置有滚轮，便于整个高温摩擦系数测量装置的转移。
进一步的，所述数据收集系统包括计算机，计算机分别与压力传感器和拉力传感器相连，对压力传感器和拉力传感器的数值进行采集，数字化测量，精度高，效率高。
进一步的，所述测试箱内设置有温度传感器与气压传感器；所述温度传感器与气压传感器通过数据线与计算机相连，不仅仅满足于单一的高温工况，也可模拟压力变化对摩擦系数的影响。
进一步的，所述位于支架内还设置有空气压缩机，该空气压缩机通过管道与测试箱相连，测试箱的侧壁上设置有气阀，空气压缩机可模拟箱内气压情况。
进一步的，所述测试工件a与测试工件b接触时，拉力传感器处于水平状态，拉力传感器的数值为水平方向力的数值f；压力传感器处于竖直状态，压力传感器的数值为竖直方向力的数值F；避免了拉力传感器以及压力传感器与测试工件的衔接之间存在角度差，导致显示的数值大于实际施加的力的数值，提高了测量的精度。
本发明的优点在于：
1）通过在测试箱内设置加热管道，可模拟石油器械在地下高温状态下的摩擦系数情况，通过加热管道控制测试箱的温度，同时通过空气压缩机模拟箱体内的大气压力，满足多工况的下摩擦系数的测量，精度高，效率快；
2) 测试工件a与测试工件b接触时，拉力传感器处于水平状态，拉力传感器的数值为水平方向力的数值f；压力传感器处于竖直状态，压力传感器的数值为竖直方向力的数值F；避免了拉力传感器以及压力传感器与测试工件的衔接之间存在角度差，导致显示的数值大于实际施加的力的数值，提高了测量的精度；
3）采用电动缸，将扭矩力转化为水平力来测试，摩擦力f的大小，拉力传感器的测试数值稳定性更好，波动范围小，测量精度更高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明高温摩擦系数测量装置的立体图。
图2为本发明高温摩擦系数测量装置的测试箱内部结构立体图。
图3为本发明高温摩擦系数测量装置的部分装配示意立体图。
图4为本发明高温摩擦系数测量装置的部分装配示意主视图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1至图4所示的一种高温摩擦系数测量装置，包括测量系统1和数据收集系统2。
测量系统1包括支架11、操作箱12、测试箱13；所述测试箱13、操作箱12均安装在支架11上；所述测试箱11包括箱体14、箱盖15、支撑梁16、工件夹爪17、导轨18和滑块19，箱体14的内侧壁上设置有加热管道111；在箱体14沿幅宽方向相对的侧壁上垂直设置有一支撑梁16，该支撑梁16上设置有沿竖直方向驱动的液压缸161，液压缸161的输出端设置有压力传感器162；压力传感162的端部通过工件夹爪17夹持有测试工件a171。
测试工件a171由液压缸161驱动沿着竖直方向位移，压力传感器162测试工件a171在竖直方向上的压力大小；所述工件夹爪17上铰接有连接杆172，该连接杆172与支撑梁16垂直，连接杆172的另一端铰接有拉力传感器173，拉力传感器173与箱体14的侧壁固定连接，拉力传感器173测试工件a171在水平方向上的拉力大小。
箱体14的内侧底面沿长度方向上设置有导轨18，所述导轨18与支撑梁16垂直，导轨18上设置有沿导轨铺设方向位移的滑块19；所述滑块19上夹持有测试工件b191。
操作箱12内安装有电动缸121；电动缸121的输出端与滑块19相连，电动缸121驱动滑块19带动测试工件b191沿着导轨18在水平方向上移动，测试工件a171由液压缸161驱动紧压在测试工件b191上。
支架11的底端设置有滚轮112，便于整个高温摩擦系数测量装置的转移。
数据收集2系统包括计算机21，计算机21分别与压力传感器162和拉力传感器173相连，对压力传感器162和拉力传感器173的数值进行采集，数字化测量，精度高，效率高。
测试箱13内设置有温度传感器与气压传感器；所述温度传感器与气压传感器通过数据线与计算机21相连，不仅仅满足于单一的高温工况，也可模拟压力变化对摩擦系数的影响。
位于支架11内还设置有空气压缩机113，该空气压缩机113通过管道与测试箱13相连，测试箱13的侧壁上设置有气阀，空气压缩机113可模拟箱内气压情况。
测试工件a171与测试工件b191接触时，拉力传感器173处于水平状态，拉力传感器173的数值为水平方向力的数值f；压力传感器173处于竖直状态，压力传感器162的数值为竖直方向力的数值F；避免了拉力传感器173以及压力传感器162与测试工件的衔接之间存在角度差，导致显示的数值大于实际施加的力的数值，提高了测量的精度。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种高温摩擦系数测量装置，其特征在于：包括测量系统和数据收集系统；
所述测量系统包括支架、操作箱、测试箱；所述测试箱、操作箱均安装在支架上；所述测试箱包括箱体、箱盖、支撑梁、工件夹爪、导轨和滑块，箱体的内侧壁上设置有加热管道；在箱体沿幅宽方向相对的侧壁上垂直设置有一支撑梁，该支撑梁上设置有沿竖直方向驱动的液压缸，液压缸的输出端设置有压力传感器；压力传感的端部通过工件夹爪夹持有测试工件a；
所述测试工件a由液压缸驱动沿着竖直方向位移，压力传感器测试工件a在竖直方向上的压力大小；所述工件夹爪上铰接有连接杆，该连接杆与支撑梁垂直，连接杆的另一端铰接有拉力传感器，拉力传感器与箱体的侧壁固定连接，拉力传感器测试工件a在水平方向上的拉力大小；
所述箱体的内侧底面沿长度方向上设置有导轨，所述导轨与支撑梁垂直，导轨上设置有沿导轨铺设方向位移的滑块；所述滑块上夹持有测试工件b；
所述操作箱内安装有电动缸；电动缸的输出端与滑块相连，电动缸驱动滑块带动测试工件b沿着导轨在水平方向上移动，测试工件a由液压缸驱动紧压在测试工件b上。
2.根据权利要求1所述的一种高温摩擦系数测量装置，其特征在于：所述支架的底端设置有滚轮。
3.根据权利要求1所述的一种高温摩擦系数测量装置，其特征在于：所述数据收集系统包括计算机，计算机分别与压力传感器和拉力传感器相连，对压力传感器和拉力传感器的数值进行采集。
4.根据权利要求1所述的一种高温摩擦系数测量装置，其特征在于：所述测试箱内设置有温度传感器与气压传感器；所述温度传感器与气压传感器通过数据线与计算机相连。
5.根据权利要求1所述的一种高温摩擦系数测量装置，其特征在于：所述位于支架内还设置有空气压缩机，该空气压缩机通过管道与测试箱相连，测试箱的侧壁上设置有气阀，空气压缩机可模拟箱内气压情况。
6.根据权利要求1所述的一种高温摩擦系数测量装置，其特征在于：所述测试工件a与测试工件b接触时，拉力传感器处于水平状态，拉力传感器的数值为水平方向力的数值f；压力传感器处于竖直状态，压力传感器的数值为竖直方向力的数值F。
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