摩擦試驗機

目前，橡膠/金屬配副組成的液體輸送設備在原油開採、礦山鑽探中應用廣泛，如潛油螺桿泵中的金屬轉子與橡膠定子的配副、螺桿混輸泵的橡膠襯套與金屬螺桿的配副等。在實際運行過程中，橡膠襯套材料不僅受到金屬配副和液體介質（如原油、礦漿等）中固體顆粒的擠壓與剪切造成材料的流失，而且還受到液體介質本身的溶脹腐蝕，致使橡膠材料的使役性能大大降低。橡膠/金屬配副剛開始投入使用時，為了保證輸送設備的容積效率，橡膠與金屬配副之間一般為過盈配合，過盈量一般為0.4～0.8mm。當運行一段時間后，固體顆粒的參與以及金屬轉子的擠壓與剪切，橡膠發生磨損，橡膠與金屬配副之間的過盈量就會減小。橡膠與金屬的配合隨著磨損的進程逐漸由過盈配合向間隙配合過渡，致使輸送設備的容積效率降低。當橡膠與金屬之間存在間隙時，液體介質將攜帶固體顆粒對橡膠表面進行切削造成材料磨損。當橡膠磨損達到一定程度，液體介質輸送設備的排量達不到使用要求時，即意味著設備報廢。

因此，橡膠在運行過程中從過盈配合到間隙配合中的磨損失效問題，直接關係到液體介質輸送設備的使用壽命，是原油開採、礦山鑽探等領域關心的問題。提高橡膠摩擦元件的耐磨性和液體介質輸送設備的使用壽命、優選橡膠摩擦元件和掌握摩擦磨損機制，成為液體介質輸送設備設計的重中之重。

為此，必須選用與實際工況相符的摩擦磨損試驗機對橡膠材料進行相應的摩擦磨損測試。目前常規的摩擦磨損試驗機有很多，大部分都是針對金屬材料摩擦元件設計和製造的，而且無法實現橡膠塊與金屬摩擦環之間在不同磨損間隙下的摩擦。

該磨損間隙調整式環塊摩擦磨損試驗機包括試驗機構、載入機構、動力與傳動機構以及數據採集模塊，其原理圖如圖所示。

試驗機構採用由金屬摩擦環與橡膠試塊構成的線接觸摩擦副，金屬摩擦環通過緊定螺釘和緊固壓板安裝在主軸的端部，實現金屬摩擦環的固定。根據具體試驗要求，可以更換不同尺寸的金屬摩擦環進行試驗。

橡膠試塊固定在夾具的卡槽里，其尺寸為40mm × 25mm × 6mm。金屬摩擦環與橡膠之間可實現干摩擦和液體介質（可含固體顆粒）潤滑下的摩擦磨損試驗。對於含固體顆粒的黏稠液體介質，金屬摩擦環在轉動時，表面粘附液體介質，實現金屬摩擦環與橡膠試塊在液體潤滑下的摩擦磨損試驗。當摩擦環與橡膠之間為間隙配合時，液體介質中固體顆粒將切削橡膠表面，實現橡膠試塊的磨損。載入機構包括調整桿、帶有標尺的手柄，與手柄的標尺相匹配的微調刻度盤，設置在剖分結構的料箱上的固定座，帶有夾具的導向座和導軌等件。

橡膠試塊固定在夾具的卡槽內，隨導向座沿固定在料箱內的導軌軸向移動，夾具通過調整桿與料筒連在一起。手柄固接在調整桿頂端，微調刻度盤組裝在固定座上，微調刻度盤的表面貼有環形刻度尺，微調刻度盤在固定座上繞調整桿軸線周向轉動，以調整手柄的標尺正對微調刻度盤上的環形刻度尺零刻線的位置。環形刻度尺每一小格精度為0.1mm，量程為1mm。調整桿的螺柱段與料箱的螺紋孔相配合形成螺旋配副，螺柱段的螺紋螺距為1mm，導程為1mm，調整桿底端的連桿段與導向座連接在一起。轉動調整桿頂端的手柄，調整桿沿軸向移動，帶動導向座一起沿導軌軸向移動，使橡膠試塊與摩擦環之間壓緊或脫離，並通過固定裝置對調整桿進行固定，從而實現對試塊的垂直載入或調整橡膠試塊與摩擦環之間的間隙。即通過反向旋轉手柄，調整桿沿軸向移動，帶動導向座一起沿導軌軸向上移，使橡膠試塊與摩擦環之間脫離，實現調整摩擦環與橡膠試塊的間隙，然後通過固定裝置對調整桿進行固定。

正向旋轉，調整桿沿軸向移動，帶動導向座一起沿導軌軸向下移，使橡膠試塊與試環之間壓緊，實現對試塊的垂直載入，然後通過固定裝置對調整桿進行固定，在小變形條件下，所載入荷大小與橡膠的壓縮量成正比，通過壓縮量可反求載荷大小。

動力與傳動機構包括通過聯軸器連接在同一軸心線上的組裝在主軸箱中的主軸、固定有扭矩感測器的傳動軸和伺服電機的輸出軸。金屬圓環安裝在主軸的端部，隨著電機軸的旋轉帶動金屬摩擦環旋轉，主軸裝在主軸箱中，並用軸承端蓋和機械密封分別進行密封，其中固定試環的主軸端利用機械密封與料箱壁封裝，有效地防止了料箱中液體介質的泄漏，近而保證了金屬摩擦環的工作精度。數據採集模塊包括扭矩感測器和扭矩測量儀，通過扭矩測量儀和橡膠的壓縮量可以獲得扭矩值和壓力值。

將含固體顆粒的液體介質充入料筒內指定刻度線，橡膠試塊與金屬圓環在不載入下接觸，微調刻度盤的零刻線調整到與手柄的零刻線對齊。正向旋轉手柄，可以對橡膠試塊垂直載入進行試驗。反向旋轉手柄，可以調整試塊與圓環間隙進行試驗。通過電機驅動主軸旋轉進而帶動試環旋轉，實現試驗的主運動。通過數據採集模塊求得正壓力和摩擦力，摩擦力與正壓力的比值大小為摩擦因數，即μ=F/N。試驗機的磨損量可由試驗前後樣品的質量差值獲得。工作原理如圖所示。

摩擦試驗機由於測試適用範圍不同，可分類：

1、油墨摩擦、耐磨測試儀：主要用於印刷品行業墨層耐磨性檢測。

2、摩擦磨損試驗機：主要用於材料的摩擦、磨損耗檢測。

試樣尺寸

每次測量一般需要二個8cmX20cm的試樣。如果樣品較厚或剛性較大，固定到滑塊上必須用雙面膠帶時，一個試樣的尺寸應與滑塊底面尺寸（63mmX63mm）一樣。

試樣的裁取

試樣應在樣品整個寬度或圓周（管膜時）均勻裁取。

試樣的面和方向

如樣品的正反面或不同方向的摩擦性質不同，應分別進行試驗。通常，試樣的長度方向（即試驗方向）應平行干樣品的縱向（機械加工方向）。

對試樣和試驗表面的要求

試樣應平整、無皺紋和可能改變摩擦性質的傷痕。試樣邊緣應圓滑。試樣試驗表面應無灰塵、指紋和任何可能改變表面性質的外來物質。

試樣的數量

每次試驗至少測量三對試樣。如需要更高的試驗精度，應根據GB-3360 增加試樣數量。