一种摩擦磨损试验机用试件夹具的制作方法

1.本实用新型涉及一种夹持装置，尤其是一种摩擦磨损试验机用试件夹具。


背景技术：

2.在石油工业的油气水井中，油管、抽油杆和抽油杆接箍是井下管柱和井下杆柱的组成部分，使用量巨大。目前，有杆抽油是占据主导地位的石油举升方式。有杆抽油系统是通过地面抽油机驱动抽油杆做往复运动，将动力传给油管下方的抽油泵来实现井下流体举升的。由于井眼曲线的空间分布等诸多原因导致杆管不同轴，所以在油管和抽油杆之间有相对位移时，会导致油管和抽油杆接触并产生摩擦，即所谓的“杆管偏磨”。这种偏磨不仅会导致抽油机更大的电力负荷和缩短杆管的使用寿命，严重时还会导致油管被磨穿而引起井液漏失，甚至造成抽油杆被磨断而停井的生产事故。
3.抽油杆一般是通过接箍相互连接的，这种刚性连接的抽油杆接箍直径比抽油杆本体直径大一倍左右，当抽油机工作的时候，抽油杆和接箍在油管内做往复运动，尺寸较大的接箍一般先和油管接触并产生摩擦磨损，因此常常是由抽油杆接箍和油管形成一对摩擦副。油管、抽油杆和抽油杆接箍的摩擦磨损性能又影响着井下管柱和井下杆柱的使用寿命，影响着生产成本。随着石油开采难度的增加，井眼轨迹的曲率越来越大，以及随着油田进入特高含水期，高矿化度促使油井生产条件不断恶化，井下油管承受的偏磨危害日益严重，因此降低抽油杆、抽油杆接箍与油管摩擦副的摩擦磨损，对降低油井的检修频率和成本、增加有杆抽油系统的产油率和使用寿命、提高油田企业的经济效益及工作效率有着极为重要的意义。
4.为了测试油管、抽油杆和抽油杆接箍的摩擦、磨损性能，目前通常采用专用设备对油管、抽油杆和抽油杆接箍的试件进行摩擦试验。由于油管、抽油杆和抽油杆接箍的结构不同、尺寸规格不同，在试验夹具上又往往需要做出不同的设计，需要用不同的摩擦磨损试验夹具来做。而使用传统的试验夹具分别对抽油杆、抽油杆接箍和油管做试验时，有时会出现由于试件的上下端面平行度不能满足要求等原因导致振动的情况，使得试验机对试件施加的载荷不稳定，影响试验效果，从而也影响油管、抽油杆和抽油杆接箍的生产质量和检验质量，进而影响油气水井的生产。
5.国内关于摩擦磨损试验机销状试件夹具的技术多集中于销盘试验，而针对于销环试验的试件夹具较少。经检索，现有的摩擦磨损试验机用夹具有以下几种：
6.摩擦磨损试样固定夹具，专利申请号号为201920982289.x，该装置包括夹具主体、锁紧螺钉以及压块；夹具主体可与试验机固定，包括固定槽、贯通开设在所述固定槽的侧壁上的螺钉孔；压块设于所述固定槽中，当摩擦磨损试样固定在所述固定槽中时，锁紧螺钉自螺钉孔中螺旋插入固定槽中，锁紧螺钉的一端与所述压块相抵，并通过所述压块向所述摩擦磨损试样施加推力，以使摩擦磨损试样与所述夹具主体保持相对固定；该专利中的夹具通过压块向摩擦磨损试件施加推力增加摩擦力进行固定，能够进行单针销盘试验。
7.上述装置仍存在下述缺陷：单针销盘的试验形式使得实验过程中试验机的主轴承
受弯矩，不利于试验机的稳定性。另外，对于直径较大的环状薄壁试件其装夹精度难以满足。
8.基于销盘摩擦磨损试验的试样热循环载荷加载装置，专利申请号为201820441434.9，该装置包括加热炉，加热炉上从顶部向内穿设有转轴，加热炉上从底部向内穿设有升降机构，转轴的顶部与第一驱动装置连接，转轴的底部与第一夹具连接，第一夹具的底面上插设有试样销，升降机构的顶部设有第二夹具，第二夹具上设有试样盘，试样盘位于试样销的下方，升降机构的底部与第二驱动装置连接；加热炉上还设有喷气嘴，喷气嘴穿过加热炉的炉壁与气源连接，喷气嘴的出气口正对着试样销与试样盘抵接的位置。
9.上述装置仍存在下述缺陷：该装置对试件加工精度要求较高，容易出现两销状试件与下试件不能完整均匀接触引起偏磨以及振动的问题，造成实验测试数据的偏差。
10.摩擦磨损试样固定夹具，专利申请号为201920982288.5，该装置包括：夹具主体和快装固定夹，夹具主体上开设有固定槽；固定槽的侧壁上贯穿开设有至少一个高度不小于所述固定槽的深度的贯穿缝，快装固定夹外套固定于所述贯穿缝对应的所述夹具主体的外侧表面上，当摩擦磨损试样通过所述贯穿缝为所述固定槽提供的形变空间插入所述固定槽中时，所述快装固定夹调整所述贯穿缝的宽度以将所述摩擦磨损试样固定在所述固定槽中。
11.上述装置仍存在下述缺陷：该装置对试件加工精度要求较高，要求固定槽的横截面积等于或者略大于摩擦磨损试样的横截面积，以使试样恰好能顺利插入固定槽中。另外快装固定夹在装夹过程中可能出现夹紧力不足的问题，使得试件装夹不牢固。
12.能够用于抽油杆、抽油杆接箍和油管摩擦磨损的试验夹具仍需改进。


技术实现要素：

13.本实用新型旨在解决试件夹具夹持的销状试件发生震动，影响试验效果的问题，为此，本实用新型提出了一种摩擦磨损试验机用试件夹具，解决现有试件夹具容易出现振动、造成摩擦磨损试验数据偏差，影响试验效果的问题。
14.本实用新型的技术方案如下：
15.一种摩擦磨损试验机用试件夹具包括销状试件夹块和管状试件夹块，管状试件夹块能够与摩擦磨损试验机的下主轴连接，销状试件夹块与连接板通过紧固螺栓和紧固螺母连接，在销状试件夹块和连接板之间装有缓冲弹簧，连接板能够与摩擦磨损试验机的上主轴连接；销状试件安装在销状试件夹块中，管状试件安装在管状试件夹块的上端，销状试件的下端面与管状试件的上端面顶紧，摩擦磨损试验机的下主轴能够带动装有管状试件的管状试件夹块旋转。
16.所述缓冲弹簧与连接板之间还装有压力传感器，压力传感器与连接板下部的螺纹孔螺纹连接并通过信号线缆与摩擦磨损试验机的控制箱连接。
17.所述压力传感器的底部与缓冲弹簧之间还装有弹簧压盖。
18.所述销状试件夹块的上端面设有缓冲弹簧安装凹槽。
19.所述销状试件夹块中至少设有二个销状试件安装孔，所述销状试件安装孔与销状试件的销体间隙配合。
20.所述销状试件安装孔的孔径大于或者等于销状试件的销体外径、又小于销状试件
的销体中安装台阶以及固定螺母的外接圆的外径。
21.所述销状试件夹块的板体是棱形块状体，棱形块状体的两侧设有螺栓安装孔并且能够装入紧固螺栓，所述棱形块状体中部形成的中心圆的外径大于管状试件的外径。
22.所述连接板的上端设有摩擦磨损试验机上主轴连接盘，在所述摩擦磨损试验机上主轴连接盘中设有与连接板贯通的连接销孔，摩擦磨损试验机中上主轴的两个柱销能够插入该连接销孔中。
23.连接板的板体是棱形块状体，棱形块状体的两侧设有螺栓安装孔并且能够装入紧固螺栓。
24.所述管状试件夹块的上端面设有连接键、下端面设有卡槽；管状试件夹块上端面的连接键与管状试件下端面的固定槽相配合、下端面的卡槽与摩擦磨损试验机下主轴的动力传递键相配合。
25.与现有试件夹具相比，本实用新型的有益效果在于：紧固螺栓穿过连接板和销状试件夹块两侧的螺栓安装孔，在销状试件夹块下端面用紧固螺母将紧固螺栓固定。压力传感器通过连接板下部的螺纹孔与连接板连接固定。压力传感器下部安装缓冲弹簧压盖，起缓冲作用的缓冲弹簧在缓冲弹簧压盖与销状试件夹块的挤压作用下安装固定。销状试件可通过销状试件固定螺母安装固定在销状试件夹块中。管状试件通过底部的固定槽安装在管状试件夹块上。连接板和管状试件夹块可分别通过连接销孔和卡槽安装固定在摩擦磨损试验机的上主轴和下主轴上。
26.在摩擦磨损试验的工作阶段，摩擦磨损试验机的上主轴安装和固定着连接板，使销状试件固定，摩擦磨损试验机的下主轴带动管状试件夹块及管状试件旋转，从而实现销状试件和管状试件的相对运动。摩擦磨损试验机上主轴施加的载荷通过压力传感器和缓冲弹簧传递给销状试件和管状试件，可同时试验得出销状试件和管状试件两者的摩擦磨损试验数据。
27.本实用新型尤其适于做抽油杆与油管以及抽油杆接箍与油管之间的摩擦力和磨损量的试验，具有结构简单，操作方便的特点。本实用新型可显示摩擦磨损试验机试验过程中施加的载荷，同时缓冲弹簧还可减小试验装置的振动，使压力传感器测值保持稳定。解决了目前摩擦磨损试验机中的试件震动和测值不准确的缺陷。能够为油管与抽油杆以及油管与抽油杆接箍这两对摩擦副提供精准的磨损测试数据，可指导油管、抽油杆和抽油杆接箍的生产制造以及现场应用，避免因上述产品质量带来的危害，具有很好的应用价值和社会效益。
附图说明
28.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
29.图1是本实用新型的整体结构示意图。
30.图2是图1剖视图的主视图。
31.图3是图1剖视图的左视图。
32.图4 是图1中销状试件的结构示意图。
33.图5是图1中管状试件的结构示意图。
34.在图中：
35.连接板1、紧固螺栓2、销状试件夹块3、销状试件4、管状试件5、管状试件夹块6、压力传感器7、弹簧压盖8、缓冲弹簧9、紧固螺母10
36.具体实施方式。
37.附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本实用新型的保护范围。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
39.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.如图1到图5所示，一种摩擦磨损试验机用试件夹具包括销状试件夹块3和管状试件夹块6，管状试件夹块6能够与摩擦磨损试验机的下主轴连接，销状试件夹块3与连接板1通过紧固螺栓2和紧固螺母10连接，在销状试件夹块3和连接板1之间装有缓冲弹簧9，连接板1能够与摩擦磨损试验机的上主轴连接；销状试件4安装在销状试件夹块3中，管状试件5安装在管状试件夹块6的上端，销状试件4的下端面与管状试件5的上端面顶紧，摩擦磨损试验机的下主轴能够带动装有管状试件5的管状试件夹块6旋转。如此销状试件4与管状试件5相对运动，从而得出销状试件4的下端面与管状试件5的上端面之间的摩擦力和磨损量的试验数据。如果需要使用本实用新型试验抽油杆与油管、抽油杆接箍与油管这两对摩擦副的摩擦力和磨损率，销状试件4可使用与抽油杆和抽油杆接箍相同材质的材料制做，管状试件5可使用与油管相同材质的材料制做，使用本实用新型能够探究抽油杆和油管、抽油杆接箍和油管两对摩擦副的摩擦力和磨损率。
41.除上述实施例外，本实用新型还有以下实施例：
42.所述缓冲弹簧9与连接板1之间还装有压力传感器7，压力传感器7与连接板1下部的螺纹孔螺纹连接并通过信号线缆与摩擦磨损试验机的控制箱连接。
43.所述压力传感器7的底部与缓冲弹簧9之间还装有弹簧压盖8，即方便安装、又避免了压力传感器7与缓冲弹簧9之间的磨损。
44.所述销状试件夹块3的上端面设有缓冲弹簧安装凹槽，形成弹簧座。
45.所述销状试件夹块3中至少设有二个销状试件安装孔，所述销状试件安装孔与销状试件4的销体间隙配合。
46.所述销状试件安装孔的孔径大于或者等于销状试件4的销体外径、又小于销状试件4的销体中安装台阶以及固定螺母的外接圆的外径。
47.所述销状试件夹块3的板体是棱形块状体，棱形块状体的两侧设有螺栓安装孔并
且能够装入紧固螺栓2，棱形块状体中部形成的中心圆的外径大于管状试件5的外径，使得由管状试件夹块6带动的管状试件5旋转时，不会磕碰紧固螺母10。
48.所述连接板1的上端设有摩擦磨损试验机上主轴连接盘，在所述摩擦磨损试验机上主轴连接盘中设有与连接板1贯通的连接销孔，摩擦磨损试验机中上主轴的两个柱销能够插入该连接销孔中。
49.所述连接板1的板体是棱形块状体，棱形块状体的两侧设有螺栓安装孔并且能够装入紧固螺栓2，将连接板1的板体制做的与销状试件夹块3的板体一致，可使本实用新型整体美观且轻便、实用。
50.所述管状试件夹块6的上端面设有连接键、下端面设有卡槽；管状试件夹块6上端面的连接键与管状试件5下端面的固定槽相配合、下端面的卡槽与摩擦磨损试验机下主轴的动力传递键相配合。管状试件夹块6上端面的连接键能够带动管状试件5旋转、下端面的卡槽与摩擦磨损试验机下主轴的动力传递键连接后，能够由摩擦磨损试验机下主轴带动旋转。
51.组装时，将本实用新型中的紧固螺栓2穿过连接板1和销状试件夹块3两侧的螺栓安装孔，在销状试件夹块3下侧用紧固螺母10将紧固螺栓2固定。压力传感器7通过连接板1下部的螺纹孔连接固定，其下部安装弹簧压盖8，将起缓冲作用的缓冲弹簧9在弹簧压盖8与销状试件夹块3的挤压作用下安装固定。销状试件4可通过销状试件固定螺母安装固定在销状试件夹块3的销状试件安装孔中。管状试件5通过底部的固定槽安装在管状试件夹块6上。将连接板1和管状试件夹块6分别固定在摩擦磨损试验机的上主轴和下主轴上。
52.本实用新型的工作过程是：通过扳手拧紧紧固螺母10并使其转动，带动销状试件夹块3向上运动。起缓冲减震作用的缓冲弹簧9在弹簧压盖8的内部凹槽和销状试件夹块3的缓冲弹簧安装凹槽的挤压下，将作用力传递给压力传感器7。
53.通过拧紧紧固螺母10将缓冲弹簧9的压力调试到略小于试验压力，当本实用新型安装在摩擦磨损试验机上以后，试验机施加压力时，连接板1和销状试件夹块3之间的高度差因为有紧固螺栓2和缓冲弹簧9的作用，所产生的变化微小。
54.在试验工作阶段，与摩擦磨损试验机的上主轴连接的连接板1使销状试件4顶紧在管状试件5的上端面、形成固定模式；摩擦磨损试验机的下主轴带动管状试件夹块6及管状试件5旋转，从而实现销状试件4和管状试件5的相对运动。
55.摩擦磨损试验机的上主轴施加的载荷通过压力传感器7和缓冲弹簧9传递给销状试件4和管状试件5。缓冲弹簧9可减小系统振动，使压力传感器7的测值保持稳定。
56.上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本实用新型不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本实用新型的精神和启示下做出修改。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的创造精神和创造理念之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。因此，保护范围不仅限于上文的说明。