一种管内壁曲面-曲面摩擦磨损量检测装置及检测方法

摘要

本发明公开了一种管内壁曲面‑曲面摩擦磨损量检测装置及检测方法，该方法通过制作同样宽度和厚度的管套和抽油杆，模拟抽油管和对磨棒，实现了管内壁曲面‑曲面的磨损量的精确测定，该检测方法不受试样硬度、韧性及内径等因素影响，可测试任意管内壁的磨损程度。该装置通过将整个检测装置设置在壳体内，通过外设电机，实现了管套和抽油杆的模拟过程，该检测去除了其他的影响因素，能够真实的反应曲面摩擦磨损情况。

说明书

【技术领域】

本发明属于磨损检测领域，涉及一种管内壁曲面-曲面摩擦磨损量检测装置及检测方法。

【背景技术】

随管道构件及运输行业的快速发展，例如抽油杆与抽油管内壁之间，管道内由上至下运输铁矿石等坚硬固体等，对管道耐磨性能有更高的要求，因此，关于提高管内壁磨损性能的新材料、新成型工艺及新设备等的研发工作一直以来备受重视，例如陶瓷内衬管套23地开发。

在上述相关研究工作进行过程中，必要的性能检测环节是对磨损量的测定。一般都在摩擦试验机上进行，然而，磨损量检测方法并无统一标准。按摩擦副结构可分为四球式、销盘式、端面式等，摩擦副与待测试样接触形式均为点接触(见图1)和面接触(见图2)。

但是，在很多情况下，无法精确测定磨损量。如油管摩擦磨损性能测试多用 MG-2000或MG200型等球盘或销盘式摩擦磨损试验机，但这些方法对有些工况无法测定。比如陶瓷内衬管套，管内外表面耐磨性差异大，不能用外表面的磨损量近似内表面磨损程度，而且陶瓷内衬坚硬易碎，无法取出如图1和图2所示的检测试样。同时，其内部摩擦元件是圆柱形，也是曲面，且尚未见管内壁曲面与曲面之间(见图3)磨损量检测方法的公开发表。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种管内壁曲面-曲面摩擦磨损量检测装置及检测方法，以解决现有的技术中缺乏针对管内壁曲面与曲面之间磨损量检测方法，可应用于例如抽油杆-抽油管等管道应用领域。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种管内壁曲面-曲面摩擦磨损量检测方法，包括以下步骤：

步骤1，制作管套和抽油杆，所述管套和模拟的抽油管直径和厚度相同，所述抽油杆和模拟的对磨棒的直径和厚度相同；

步骤2，称量管套和抽油杆的质量；

步骤3，将管套和抽油杆均安装在磨损量检测装置中，在检测装置上负载，开始磨损试验；磨损试验过程中，抽油杆沿其长度方向做往复运动，直至磨损试验结束；

步骤4，称量磨损试验后的套管和抽油杆的质量；

步骤5，计算套管和抽油杆的磨损质量差和磨损程度。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，所述抽油杆包括三个长度相等的抽油杆，分别为第一抽油杆、第二抽油杆和第三抽油杆。

优选的，步骤1中，所述抽油杆的长度小于管套的长度。

优选的，步骤5中，所述套管的磨损程度为套管的磨损质量差和磨损试验时间的比值；抽油杆的磨损程度为抽油杆的磨损质量差和磨损试验时间的比值。

一种用于上述检测方法的管内壁曲面-曲面摩擦磨损量检测装置，包括壳体，壳体中固定设置有第三导向和第四导向，所述第三导向和第四导向均垂直于壳体的长度方向；第三导向中可拆卸的设置有第一油管套法兰，第四导向中可拆卸的设置有第二油管套法兰，第一油管套法兰和第二油管套法兰中固定设置有油管套，油管套中键连接有管套；

所述壳体中固定设置有同轴的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承沿壳体的长度方向设置；第一轴承和第二轴承中滑动连接有中间杆，所述中间杆上通过键连接有抽油杆；抽油杆套装在管套中；

所述中间杆的一端连接有电机的输出端。

优选的，所述抽油杆包括等长的第一抽油杆、第二抽油杆和第三抽油杆，三个抽油杆均通过第一键和中间杆固定连接。

优选的，第一抽油杆的外端和第一顶杆接触，第一顶杆固定设置在第三导向中；第三抽油杆的外端和第二顶杆接触，第二顶杆固定设置在第四导向。

优选的，所述中间杆的前端通过第一中间杆法兰和第四中间杆法兰连接有第一轴承杆；所述中间杆的后端通过第二中间杆法兰和第三中间杆法兰连接有第二轴承杆；第一轴承杆套装在第一轴承中，第二轴承杆套装在第二轴承中。

优选的，所述第一轴承杆通过第一连杆和第二连杆和电机的输出端连接。

优选的，所述第三导向和第四导向上固定设置有载物台。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种管内壁曲面-曲面摩擦磨损量检测方法，该方法通过制作同样宽度和厚度的管套和抽油杆，模拟抽油管和对磨棒，实现了管内壁曲面-曲面的磨损量的精确测定，该检测方法不受试样硬度、韧性及内径等因素影响，可测试任意管内壁的磨损程度。

本发明还公开了一种管内壁曲面-曲面摩擦磨损量检测装置，该装置通过将整个检测装置设置在壳体内，通过外设电机，实现了管套和抽油杆的模拟过程，该检测去除了其他的影响因素，能够真实的反应曲面摩擦磨损情况。

【附图说明】

图1磨损检测方法点接触方式；

图2磨损检测方法面接触方式；

图3本发明磨损检测方法接触方式；

图4试验机俯视图；

图5试验机剖视图；

图6夹持机构放大图；

其中：1-第一连杆；2-第二连杆；3-第一轴承杆；4-壳体法兰；5-第一轴承； 6-第一中间杆法兰；7-第一导向；8-载物台；9-第二导向；10-中间杆；11-第二中间杆法兰；12-第二轴承杆；13-第二轴承；14-壳体；15-第三中间杆法兰；16-第三导向；17-第四导向；18-第四中间杆法兰；19-油管套；20-第一抽油杆；21-第二抽油杆；22-第三抽油杆；23-管套；24-第一顶杆；25-第一油管套法兰；26-第一键；27-第二键；28-第二油管套法兰；29-第二顶杆；30-第一轴承座；31-第二轴承座。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为解决以上提出的问题，本发明旨在提出一种管内壁曲面-曲面摩擦磨损量检测装置及方法。该方法的技术方案：(1)选用实际摩擦副对应的元件(管及内置的棒)为磨损量检测元件，管置于静止状态，棒在管中心可模拟实际工况：轴向往复运动(图3)；(2)测定一定时间(T)摩擦元件(管及棒)的磨损质量，利用天平测定磨损前(m1)后(m2)质量，前后质量差Δm＝m1-m2为一定时间磨损量；(3)计算磨损程度δm＝Δm/T。

具体实施步骤：

S1：根据实际工况，设计制作管/棒摩擦副，制作的管外径和以及管径如图 3所示。

S2：基于S1，设计制作磨损量检测装置(图4-图6)。

S3：利用对应量程天平，称量摩擦副管/棒的质量m

S4：将摩擦副管/棒安装于磨损量检测装置内部，设定检测时间T，启动检测装置，实现检测元件管静止，棒按照设定速度运行，磨损开始，直至时间T结束。

S5：取下摩擦副管/棒。

S6：利用对应量程天平，称量摩擦副管/棒的磨损后质量m

S7：计算管/棒的磨损量：Δm

S8：计算管/棒的磨损程度：

Δm

Δm

参见图4和图5，所述试验装置包括第一连杆1、第二连杆2、第一轴承杆3、壳体法兰4、第一轴承5、第一中间杆法兰6、第一导向7、载物台8、第二导向 9、中间杆10、第二中间杆法兰11、第二轴承杆12、第二轴承13、壳体14、第二中间杆法兰15、第三导向16、第四导向17、第四中间杆法兰18、油管套19、第一抽油杆20、第二抽油杆21、第三抽油杆22、管套23、第一顶杆24、第一油管套法兰25、第一连接键26、第二连接键27、第二油管套法兰28、第二顶杆29、第一轴承座30和第二轴承座31。主体装置均设置在壳体14内，第一轴承杆3 的前端在壳体14外，后端在壳体14内，将壳体14内的装置和壳体14外部的装置连接起来，其中壳体外部的装置有第一连杆1、第二连杆2和壳体法兰4，其余装置均在壳体内部；第一轴承杆3的前端和第二连杆2固定连接，第二连杆2 的前端和第一连杆1的后端之间固定连接连接，第一连杆1的前端和电机的输出端连接；第一轴承杆3的后端通过第一中间杆法兰6和第四中间杆法兰18和中间杆10的前端连接，其中第一中间杆法兰6和第四中间杆法兰18固定连接，中间杆10的后端通过第二中间杆法兰11和第三中间杆法兰15和第二轴承杆12连接，第一轴承杆3上套装有第一轴承5，第二轴承杆12上套装有第二轴承13，第一轴承5通过第一轴承座30固定设置在壳体14中，第二轴承13通过第二轴承座31固定设置在壳体14中。参见图6，所述对磨管一分为三，分别为第一抽油杆20、第二抽油杆21和第三抽油杆22，三个抽油杆均通过第一键26和中间杆10固定连接，中间杆10上开设有键槽，用于配合第一键26，第一键26限定了三个抽油杆不会相对于中间杆10发生转动，第一抽油杆20的外端被第一顶杆 24限定其沿中间杆10的长度方向运动，第三抽油杆22的外端被第二顶杆29限定其沿中间杆10的长度方向运动。第一轴承杆3、中间杆10和第二中间杆12 同轴线，中间杆10的轴线和壳体14长度方向轴线同平面。

参见图4和图5，壳体14中设置有第一导向7和第二导向9，第一导向7和第二导向9均平行于壳体14的长度方向，第一导向7和第二导向9相对于壳体 14长度方向的中间轴对称；第三导向16的两端分别架装在第一导向7和第二导向9上，第四导向17的两端分别架装在第一导向7和第二导向9上。第一油管套法兰25设置在第三导向16中，第一油管套法兰25和第三导向16为可拆卸的固定连接，第二油管套法兰28设置在第四导向17中，第二油管套法兰28和第四导向17为可拆卸的固定连接。

参见图6，管套23放置于油管套19内，油管套19两端分别固定设置在第一油管套法兰25和第二油管套法兰28中，油管套19和管套23以第二键27之间连接，使得油管套19和管套23之间不会发生周向的相对位移，同时能够限定油管套19和管套23不会发生沿中间杆10长度方向的移动。该试验装置中管套23 为抽油管，抽油杆作为对磨棒，管套23和三个抽油杆为一套摩擦副管/棒。

实施例一：

下面通过具体示例详细说明本发明示例性实施例。下面示例以陶瓷内衬抽油管及抽油杆摩擦过程为例，抽油管尺寸为

S1：根据实际工况，设计制作管/棒摩擦副，如图3所示。具体为：抽油管与抽油杆实际工作中为油管内壁与抽油杆外表面接触并发生磨损，其接触形式为曲面-曲面，因此本发明涉拟模拟此种接触方式，设计摩擦副。

S2：基于S1，设计制作磨损量检测装置(图4-图6)。具体为：为避免在试验过程中由于抽油管杆挠度影响检测结果，因此将管套23切割为45mm长的试样，抽油杆切割为三个5mm长的抽油杆；将抽油杆行程设定为45mm，并根据试验行程设计连杆机构保证抽油杆实现往复直线运动；估算所需电机及减速器功率，制造并安装试验装置。

S3：利用对应量程天平，称量摩擦副管/棒的质量m

S4：将摩擦副管/棒安装于磨损量检测装置内部，设定检测时间T＝3h，干摩擦，负载20Kg，室温，f＝30次/分，启动检测装置，实现检测元件管静止，中间杆10带动三个抽油杆按照设定速度运行，磨损开始，直至时间T结束。

S5：取下摩擦副管/棒。

S6：利用对应量程天平，称量摩擦副管/棒的磨损后质量m

S7：计算管/棒的磨损量：Δm

S8：计算管/棒的磨损程度：

Δm

Δm

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。