专利名称：杆管磨损模拟试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油开采过程中抽油杆包括接箍与油管之间磨损工况的试验机装置，特别涉及一种杆管磨损模拟试验机。
背景技术：
石油抽油开采过程中，原油通过地面抽油机带动井下抽油杆和抽油泵在油管中进行上下运动而被抽到地面，在此抽油过程中抽油杆在油管中沿自己的轴心进行上下运动，由于井斜、抽油杆端部轴向力等因素的存在，因此存在着抽油杆与油管磨损或偏磨现象，严重时会影响油井的产量和寿命。2006年，中国专利局公布了一项专利号为200620133922. 0的滑台式套管磨损试验机，为钻井过程中钻杆与套管的磨损试验提供了较好的实验手段，但其存在着如下的缺点或不足①只对石油钻井过程中的钻杆和套管的磨损状况进行了模拟，由于钻井过程中的钻杆和套管间的运动基本上为旋转运动和上下运动的组合，与石油开采过程中抽油杆与油管间的往复运动和拉压运动大不相同；②不能用于模拟复杂介质情况下抽油杆与油管间的磨损状况；③不能改变循环介质的温度，从而对不同温度下的磨损进行测试—次试验只能对一对试样或材料进行试验；⑤现有磨损试验机只能用比例试样，而不能使用抽油杆(接箍)和油管原件进行实验，也不能对不同材料、不同静压力、不同介质和温度下试样间的磨擦系数、磨损量以及材料的磨擦性能进行研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种杆管磨损模拟试验机，采用机架上安装动力系统、夹持系统、介质系统、测试系统的组合结构，由电机带动动力系统运转，并驱动装有第一试样的第一试样夹持器沿滑动导杆运动，与安装在第二试样夹持器上的第二试样产生摩擦，所产生的应力由传感器检测，并传送到工控机进行处理，有效地克服或避免上述现有技术中存在的缺点或不足。本发明所述的杆管磨损模拟试验机，包括动力系统、夹持系统、介质系统、测试系统及机架，机架上设有两层平台，上层为工作平台，下层为动力平台，所述动力系统、介质系统、测试系统安装于动力平台和工作平台上，所述夹持系统安装在工作平台上，其特征在于所述动力系统包括调速电机的传动轴上安装的偏心盘和变频器、摇杆轴上安装的摇杆和摇臂，摇臂通过连杆与偏心盘相连接、悬杆一端与摇杆轴相连接，另一端与所述夹持系统的滑动导杆相连接；所述夹持系统包括滑动导杆及其上安装的滑动套，滑动导杆的端部安装有支撑座和限位螺母，支撑座与工作平台相连接，滑动导杆上部安装的第一试样夹持器，第一试样夹持器上部、工作箱的侧壁上安装有第二试样夹持器，该第二试样夹持器上部顺次安装连接有加载轮、加载支架和加载缸，气路管线一端通过加载支架与加载缸相连通，另一端顺次与储能气缸和测试系统的正压力传感器相连接，供气阀一端与空压机相连接，另一端分别与调节器和储能气缸相连通；所述介质系统包括安装于工作平台上的工作箱及其上顺次安装连接的进液管、进液阀、供液泵、供液管和供液箱，该供液箱上安装有液位控制器，工作箱的侧壁上安装有加热器；所述测试系统包括安装于动力平台上的温度传感器、正压力传感器、摩擦力传感器和连接于介质系统的进液阀和供液泵之间的流量计。其中，所述第一试样夹持器沿滑动导杆运动，其上至少安装有二对夹持块和固定螺钉，夹持至少二个试样。所述第二试样夹持器一端安装有调节螺钉，另一端安装有摩擦力传感器。所述第二试样夹持器至少有二个，通过调节加载缸上施加的气动压力，改变加载轮上的轴向力，以控制安装于第一试样夹持器上的第一试样与安装于第二试样夹持器上的第二试样间的接触压力。所述加载缸的心轴与加载轮相连接，以调节第一试样与第二试样之间的高度，使之达到最佳接触压力，该接触压力由正压力传感器测得。所述摇杆轴上安装有轴套，摇臂的另一端安装有连接套和螺母。所述液位控制器通过磨屑收集器与安装于工作平台上的过滤器相连接。所述温度传感器安装于工作箱的侧壁上，在线检测试验过程中循环介质的温度，正压力传感器安装于储能气缸侧下部，在线检测两试样摩擦面的接触压力。所述测试系统的摩擦力传感器、温度传感器、正压力传感器和流量传感器，将采集获得的数据传送至安装在工作平台侧壁上的工控机，再由工控机处理分析后，打印出相应的实验结果或实验表格。 本发明与现有技术相比较具有如下优点
1、可以很好地对不同静压力、不同尺寸、不同材料、不同温度、不同矿化度以及不同介质条件下的抽油杆/接箍与油管之间的磨擦系数、磨损量以及材料的磨擦性能进行系统研究;
2、功能多，不仅能够实现两组试样、四种材料进行对比实验，同时还可由工控机自动控制，为抽油杆/接箍与油管之间磨损研究提供全新的手段，满足生产环境中复杂介质条件下的抽油杆/接箍与油管之间磨损试验的研究要求；
3、能模拟井下实况如温度、矿化度等，力可调；
4、采用智能软件，由工控机控制，对冲程、冲次、磨损量曲线均可自动采集，打�。街植煌牧系氖匝型た龆员龋�
5、本发明以往复运动的形式，在恒温介质中，对摩擦样块施加以恒定的静压力，测定样块间的磨擦系数和在设定摩擦长度内的磨损量，用于评定材料的磨擦性能；
6、可以用于选择摩擦副配对材料和材料抗磨损性能的研究；
7、可以同时在同等试验工况下对两组样件进行对比实验。
图1为本发明的一种实施例结构示意 图2为按图1所示的府视结构示意 图3为按图1所示的侧视结构示意 图4为按图1所示的气动流程示意 图5为按图1所示的数据采集与处理流程结构示意图。
具体实施例方式 参阅图1-图5，一种杆管磨损模拟试验机，包括动力系统、夹持系统、介质系统、测试系统及机架，机架上设有两层平台，上层为工作平台503，下层为动力平台501，所述动力系统、介质系统、测试系统安装于动力平台501和工作平台503上，所述夹持系统安装在工作平台503上。动力系统包括调速电机104的传动轴102上安装的偏心盘101和变频器103，变频器103由螺栓113相固定、摇杆轴109上安装的摇杆108和摇臂110，摇臂110通过连杆105与偏心盘101相连接，悬杆107 —端与摇杆轴106相连接，另一端与所述夹持系统的滑动导杆210相连接；夹持系统包括滑动导杆210及其上安装的滑动套213，滑动导杆210的端部安装有支撑座212和限位螺母211，支撑座212与工作平台503相连接，滑动导杆210上部安装的第一试样夹持器209,第一试样夹持器209上部、工作箱307的侧壁上安装有第二试样夹持器207，该第二试样夹持器207上部顺次安装连接有加载轮206、加载支架205和加载缸204，气路管线215 —端通过加载支架205与加载缸204相连通，另一端顺次与储能气缸214和测试系统的正压力传感器403相连接，供气阀221 —端与空压缩机220相连接，另一端分别与调节器222和储能气缸214相连通；介质系统包括安装于工作平台503上的工作箱307及其上顺次安装连接的进液管301、进液阀302、供液泵303、供液管308和供液箱306，该供液箱306上安装有液位控制器305，工作箱307的侧壁上安装有加热器309 ;测试系统包括安装于动力平台501上的温度传感器402、正压力传感器403、摩擦力传感器404和连接于介质系统的进液阀302和供液泵303之间的流量计405。第一试样夹持器209沿滑动导杆210运动，其上至少安装有二对夹持块201和固定螺钉202，夹持至少二个试样。第二试样夹持器207 —端安装有调节螺钉217，另一端安装有摩擦力传感器404。第二试样夹持器207至少有二个，通过调节加载缸204上施加的气动压力，改变加载轮206上的轴向·力，以控制安装于第一试样夹持器209上的第一试样203与安装于第二试样夹持器207上的第二试样208间的接触压力。加载缸204的心轴与加载轮206相连接，以调节第一试样203与第二试样208之间的高度，使之达到最佳接触压力，该接触压力由正压力传感器403测得。摇杆轴109上安装有轴套114，摇臂110的另一端安装有连接套118和螺母115。液位控制器305通过磨屑收集器218与安装于工作平台503上的过滤器219相连接。温度传感器402安装于工作箱307的侧壁上，在线检测试验过程中循环介质的温度，正压力传感器403安装于储能气缸214侧下部，在线检测两试样摩擦面的接触压力。测试系统的摩擦力传感器404、温度传感器402、正压力传感器403和流量传感器405，将采集获得的数据传送至安装在工作平台503侧壁上的工控机406，再由工控机406处理分析后，打印出相应的实验结果或实验表格。本发明所依据的工作原理是基于测量物体的摩擦系数摩擦力f等于正压力F乘以摩擦系数U，
即f = FX ii(I)
摩擦系数U = f / F(2)
由⑵式知，要测量物体的摩擦系数，只要测出一定压力下的摩擦力便可计算其摩擦系数。该试验机通过正压力储能气缸214向第二试样208加上规定的正压力F，在一定往复摩擦速度下使摩擦副之间产生摩擦，摩擦力通过摩擦力传感器404测量，工控机406对摩擦力、正压力、温度进行实时检测和记录，工控机406屏幕随时显示摩擦系数、温度、摩擦长度的实时数据，并通过工控机406更改介质温度的设定和数据记录区间的设定。运行时，启动介质循环系统，调节到合适的流量；设置并启动调速电动机104，带动第一试样夹持器209往复运动,通过空气压缩机220提供气动力,在该气动力的作用下，加载缸204中的活塞杆通过加载轮206将加载力施加到第二试样208上，开始试验并在线收集各项检测数据；关闭传动调速电动机104，关闭介质系统；拆卸试样；测量两个试样的实际线性磨损量。实验过程中产生的磨屑，由磨屑收集器218、过滤器219收集并过滤，以保证循环介质的清洁，并给不同流动介质提供润滑条件；在第一试样夹持器201外侧、工作箱307底部开有介质进出口，便于使所用的介质可循环使用，以便模拟油气井中液体的流动状态。运动所产生的摩擦力等由测试系统进行检测，并将数据传送到工控机406，经处理即可得到相关数据。本发明的具体实施例中，所用到的抽油杆试样直径为10 — 65mm，轴向长度50mm，油管试样外径38 —141. 5mm，轴向长度200mm ;试样上可加的静载荷最大值为200 1000N，试样滑动速度48 m/min循环介质排量为1.2-15m3 / h。本发明也可用于模拟其他类似情况的磨损试验。
权利要求
1.一种杆管磨损模拟试验机，包括动力系统、夹持系统、介质系统、测试系统及机架，机架上设有两层平台，上层为工作平台，下层为动力平台，所述动力系统、介质系统、测试系统安装于动力平台和工作平台上，所述夹持系统安装在工作平台上，其特征在于所述动力系统包括调速电机的传动轴上安装的偏心盘和变频器、摇杆轴上安装的摇杆和摇臂，摇臂通过连杆与偏心盘相连接，悬杆一端与摇杆轴相连接，另一端与所述夹持系统的滑动导杆相连接；所述夹持系统包括滑动导杆及其上安装的滑动套，滑动导杆的端部安装有支撑座和限位螺母，支撑座与工作平台相连接，滑动导杆上部安装的第一试样夹持器，第一试样夹持器上部、工作箱的侧壁上安装有第二试样夹持器，该第二试样夹持器上部顺次安装连接有加载轮、加载支架和加载缸，气路管线一端通过加载支架与加载缸相连通，另一端顺次与储能气缸和测试系统的正压力传感器相连接，供气阀一端与空压机相连接，另一端分别与调节器和储能气缸相连通；所述介质系统包括安装于工作平台上的工作箱及其上顺次安装连接的进液管、进液阀、供液泵、供液管和供液箱，该供液箱上安装有液位控制器，工作箱的侧壁上安装有加热器；所述测试系统包括安装于动力平台上的温度传感器、正压力传感器、摩擦力传感器和连接于介质系统的进液阀和供液泵之间的流量计。
2.根据权利要求1所述的杆管磨损模拟试验机，其特征在于所述第一试样夹持器沿滑动导杆运动，其上至少安装有二对夹持块和固定螺钉，夹持至少二个试样。
3.根据权利要求1所述的杆管磨损模拟试验机，其特征在于所述第二试样夹持器一端安装有调节螺钉，另一端安装有摩擦力传感器。
4.根据权利要求1所述的杆管磨损模拟试验机，其特征在于所述第二试样夹持器至少有二个，通过调节加载缸上施加的气动压力，改变加载轮上的轴向力，以控制安装于第一试样夹持器上的第一试样与安装于第二试样夹持器上的第二试样间的接触压力。
5.根据权利要求1或4所述的杆管磨损模拟试验机，其特征在于所述加载缸的心轴与加载轮相连接，以调节第一试样与第二试样之间的高度，使之达到最佳接触压力，该接触压力由正压力传感器测得。
6.根据权利要求1所述的杆管磨损模拟试验机，其特征在于所述摇杆轴上安装有轴套，摇臂的另一端安装有连接套和螺母。
7.根据权利要求1所述的杆管磨损模拟试验机，其特征在于所述液位控制器通过磨屑收集器与安装于工作平台上的过滤器相连接。
8.根据权利要求1所述的杆管磨损模拟试验机，其特征在于所述温度传感器安装于工作箱的侧壁上，在线检测试验过程中循环介质的温度，正压力传感器安装于储能气缸侧下部，在线检测两试样摩擦面的接触压力。
9.根据权利要求1所述的杆管磨损模拟试验机，其特征在于所述测试系统的摩擦力传感器、温度传感器、正压力传感器和流量传感器，将采集获得的数据传送至安装在工作平台侧壁上的工控机，再由工控机处理分析后，打印出相应的实验结果或实验表格。
全文摘要
一种杆管磨损模拟试验机，包括机架及平台，动力系统、夹持系统、介质系统、测试系统安装于平台上。动力系统包括调速电机上安装偏心盘、摇杆轴上安装摇杆和摇臂，摇臂与偏心盘相连接，悬杆与摇杆轴、滑动导杆相连接；夹持系统包括滑动导杆，其上安装滑动套及支撑座，支撑座与工作平台相连接，滑动导杆上安装第一试样夹持器，工作箱上安装第二试样夹持器及其上部安装连接有加载轮、加载支架和加载缸，气路管线一端与加载缸相连通，另一端与储能气缸和正压力传感器相连接，供气阀一端与空压机相连接，另一端与调节器和储能气缸相连通；介质系统包括安装于工作平台上的工作箱及其上顺次安装连接的进液管、进液阀、供液泵、供液管、供液箱、液位控制器及加热器。
文档编号G01N3/56GK103033468SQ201210542819
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月15日 优先权日2012年12月15日
发明者马爱民, 吴淼, 于庆国, 李桂荣, 李大刚 申请人:山东大东联石油设备有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
