一種橡膠圈高壓動密封試驗裝置制造方法
【專利摘要】一種橡膠圈高壓動密封試驗裝置，屬于航空航天和機械工程【技術領域】。包含往復運動試驗機、高壓充氣機、氣體流量計和試驗實施主體；利用往復運動試驗機的往復運動，使試驗實施主體中連接桿上的密封橡膠圈與可更換內(nèi)襯測試材料之間產(chǎn)生摩擦運動，往復運動試驗機同步測量力、位移；所設計的管路系統(tǒng)同步測量氣體泄漏量；本發(fā)明的效果和益處是能夠?qū)崿F(xiàn)不同設計參數(shù)下橡膠圈高壓動密封的測試，該裝置具有組裝簡便，靈活易用的特點。
【專利說明】一種橡膠圈高壓動密封試驗裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于航空航天技術和機械工程領域，特別涉及到一種橡膠圈高壓動密封試驗裝置。

【背景技術】
[0002]橡膠圈密封結(jié)構簡單，密封性能好，在航空航天和機械工程領域有著重要應用，可作為靜密封或動密封的密封件使用，常被應用于飛行器油路或氣路的密封上，從而需要承受復雜的載荷條件和壓力狀況，因此，研究橡膠圈密封件在高壓、往復運動工況下的密封性能變得至關重要，尤其對于摩擦力和泄漏量的同步測量，對高性能橡膠圈密封件的設計意義重大，目前缺少這種試驗裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)提供一種橡膠圈高壓動密封試驗裝置，由往復運動試驗機、高壓充氣機、氣體流量計、上固定裝置、下固定裝置和試驗實施主體部分組成；往復運動試驗機可以根據(jù)不同波形、不同頻率、不同振幅產(chǎn)生往復運動，并可以實時記錄循環(huán)周期內(nèi)的力、位移曲線，從而可以實現(xiàn)動態(tài)下的力、位移曲線測量；上固定裝置和下固定裝置固定住試驗實施主體；往復運動試驗機帶動往復運動桿在內(nèi)襯內(nèi)上下往復運動，并記錄往復運動桿相對內(nèi)襯的位移，和往復運動桿與內(nèi)襯內(nèi)壁發(fā)生相對滑動時的作用力。
[0004]試驗實施主體部分主要由底托、上蓋、內(nèi)襯、高壓進氣管路、泄氣管路和泄漏旁路組成。
[0005]底托和上蓋為在相對應位置開有相同尺寸垂直圓柱形空腔的不銹鋼實體，圓柱形空腔的低端在底托稍下端內(nèi)，頂端在上蓋稍上端；圓柱形空腔在上蓋上端縮小內(nèi)徑后通出上蓋；內(nèi)襯外徑尺寸與不變徑的圓柱形空腔相同，并襯入由上蓋和底托蓋合后的圓柱形空腔內(nèi)。
[0006]往復運動桿為變徑不銹鋼管，從上蓋的頂面插入內(nèi)襯，頂端露出上蓋，并與往復運動試驗機的輸出端固定連接；往復運動桿底端是外徑略小于內(nèi)襯內(nèi)徑的下測試橡膠圈安裝管；中間部位也是外徑略小于內(nèi)襯的上測試橡膠圈安裝管；上測試橡膠圈水平套在上橡膠圈安裝管的凹槽中；下測試橡膠圈水平套在下橡膠圈安裝管的凹槽中；上、下測試橡膠圈將圓柱形空腔隔離出三部分:上泄漏空間、高壓腔和下泄漏空間；在底托高壓腔的位置開有通透的底托孔洞，底托孔洞穿過內(nèi)襯；進氣管路和泄氣管路分別從底托的兩側(cè)穿過底托孔洞連接到內(nèi)襯兩側(cè)的孔洞開口處；進氣管路依次連接壓力表和進氣閥，并通入高壓充氣機；泄氣管路依次連接泄氣閥，泄氣管路接頭直接通大氣環(huán)境；在內(nèi)襯同側(cè)的的上泄露空間和下端泄露空間處，分別開有通出上蓋和底托的泄露旁路管路接口 ；泄漏旁路管路在底托和上蓋的外側(cè)用快接頭和管材連通上泄露空間和下端泄露空間，并通過泄漏旁路閥和泄漏旁路接頭連通到氣體流量計；
[0007]上蓋和底托通過緊固螺栓固定連接；在上蓋和底托的連接處靠近內(nèi)襯位置的底托上表面開有安裝底托密封圈的凹槽，底托密封圈水平放置；在靠近進氣管路的上下位置的底托上開有安裝上內(nèi)襯密封圈和下內(nèi)襯密封圈的凹槽，上、下內(nèi)襯密封圈水平放置；在上蓋頂端與內(nèi)襯頂端之間的通孔側(cè)壁上開有安裝上蓋密封圈的凹槽，上蓋密封圈水平放置。
[0008]上蓋和底托也可以采用契合方式連接并用緊固螺栓固定。
[0009]往復運動試驗機與實施主體的連接也可以按如下方式:往復運動試驗機在實施主體的下端固定連接處帶動實施主體上下往復運動，往復運動桿固定不動。
[0010]由于上、下測試橡膠圈將圓柱形空腔隔離出三部分:上泄漏空間、高壓腔和下泄漏空間。通過高壓充氣機往高壓腔內(nèi)充入氣體，可承受0-60MPa高壓，達到需要的壓力時即可關閉閥門和高壓充氣機，此時，高壓腔完全由測試橡膠圈密封保持高壓環(huán)境。上、下泄漏空間通過泄漏旁路連通流量計，這樣的結(jié)構保證上、下泄漏空間的壓強與外界一致，當往復運動桿在多功能材料試驗機的促使下往復運動時，如果高壓腔中的氣體泄漏，只能發(fā)生在測試橡膠圈密封處，且氣體將充入上、下泄漏空間，這時，上、下泄漏空間的壓強將增加，多余的氣體將通過流量計排出，從而獲得泄漏的氣體量，從而實現(xiàn)了橡膠圈高壓動態(tài)密封下泄漏量的測試。與此同時，多功能材料試驗機精確地記錄下往復運動下力、位移曲線記錄，此力與橡膠圈所受摩擦力在數(shù)值上相等，從而間接實現(xiàn)橡膠圈高壓動態(tài)密封下摩擦力的測量。
[0011]橡膠圈高壓動密封試驗方法，
[0012]步驟一，試件安裝:在底托內(nèi)安裝上內(nèi)襯密封圈、下內(nèi)襯密封圈、底托密封圈；在上蓋內(nèi)安裝上蓋密封圈；將安裝好測試橡膠圈的往復運動桿裝入內(nèi)襯中，將上蓋套在往復運動桿上，并蓋在底托上，使上蓋上的泄漏旁路上的通孔與內(nèi)襯上的通孔對齊，裝好緊固螺栓；安裝進氣管路、泄氣管路和泄氣旁路管路；將進氣閥、泄漏旁路閥打開，將泄氣閥關閉。
[0013]步驟二，往復運動桿上端連接往復運動試驗機的上固定裝置，底托的下端連接往復運動試驗機的下固定裝。
[0014]步驟三，打開高壓充氣機，充至所需高壓，關閉進氣閥，關閉高壓充氣機，開動往復運動試驗機，使用位移控制模式，產(chǎn)生往復運動，帶動往復運動桿作往復運動，從而帶動上測試橡膠圈和下測試橡膠圈作往復運動，通過往復運動試驗機記錄力、位移曲線，通過氣體流量計記錄泄漏量。
[0015]步驟四，關閉往復運動試驗機，打開泄氣閥，排空剩余高壓氣體，卸下試驗實施主體部分。
[0016]步驟五，打開泄氣閥，排空高壓腔內(nèi)氣體，拆下試驗實施主體部分，取出往復運動桿，取下上測試橡膠圈、下測試橡膠圈，再重新裝好往復運動桿，組裝好試驗實施主體部分，再夾持到往復運動試驗機上，以相同的位移控制模式作往復運動,記錄力、位移曲線，由于此時拆掉上測試橡膠圈和下測試橡膠圈，往復運動桿與內(nèi)襯壁之間有間隙，不會產(chǎn)生摩擦，可測得上蓋密封圈與往復運動桿之間的摩擦力；當計算測試橡膠圈所受摩擦力時，需要減掉此值。另外，所得橡膠圈摩擦力為上、下兩套橡膠圈的摩擦力，由于上、下兩套橡膠圈結(jié)構一樣，工況一樣，因此兩套橡膠圈的摩擦力相同，為總摩擦力的一半。
[0017]本發(fā)明的效果和益處是，在測量橡膠圈在高壓動密封下摩擦力的同時，測量出氣體泄漏量，實現(xiàn)了對高壓動態(tài)往復運動狀態(tài)下橡膠圈密封性能的全面同步測試；能夠針對不同設計參數(shù)(壓縮量、擋圈等)來加工往復運動桿的凹槽，實現(xiàn)對不同設計參數(shù)下橡膠圈高壓動密封的測試；試驗實施主體部分可更換內(nèi)襯，能夠針對不同粗糙度的表面來加工內(nèi)襯，實現(xiàn)在與不同粗糙度的表面接觸下橡膠圈高壓動密封的測試；該裝置采用組合式和關鍵部件的分體式設計，組裝簡便，靈活易用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖是本發(fā)明的示意圖。
[0019]圖中:1往復運動桿；2上蓋；3上蓋密封圈；4泄漏旁路；5上測試橡膠圈；6緊固螺栓；7泄漏旁路閥；8泄漏旁路接頭；9底托密封圈；10壓力表；11進氣閥；12進氣管路接頭；13進氣管路；14底托；15下測試橡膠圈；16泄氣閥；17泄氣管路接頭；18泄氣管路；19高壓腔；20上泄漏空間；21下泄漏空間；22內(nèi)襯；23上內(nèi)襯密封圈；24下內(nèi)襯密封圈；25快接頭。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0021]橡膠圈高壓動密封試驗裝置，由往復運動試驗機、高壓充氣機、氣體流量計、上固定裝置、下固定裝置和試驗實施主體部分組成；往復運動試驗機可以根據(jù)不同波形、不同頻率、不同振幅產(chǎn)生往復運動，并可以實時記錄循環(huán)周期內(nèi)的力、位移曲線，從而可以實現(xiàn)動態(tài)下的力、位移曲線測量；上固定裝置和下固定裝置固定住試驗實施主體；往復運動試驗帶動機往復運動桿I在內(nèi)襯22內(nèi)上下往復運動，并記錄往復運動桿I相對內(nèi)襯22的位移，和往復運動桿I與內(nèi)襯22內(nèi)壁發(fā)生相對滑動時的作用力。
[0022]試驗實施主體部分主要由底托14、上蓋2、內(nèi)襯22、高壓進氣管路13、泄氣管路18和泄漏旁路4組成。
[0023]底托14和上蓋2為在相對應位置開有相同尺寸垂直圓柱形空腔的不銹鋼實體，圓柱形空腔的低端在底托14稍下端內(nèi)，頂端在上蓋2稍上端；圓柱形空腔在上蓋2上端縮小內(nèi)徑后通出上蓋2 ;內(nèi)襯22外徑尺寸與不變徑的圓柱形空腔相同，并襯入由上蓋2和底托14蓋合后的圓柱形空腔內(nèi)。
[0024]往復運動桿I為變徑不銹鋼管，從上蓋2的頂面插入內(nèi)襯22，頂端露出上蓋2，并與往復運動試驗機的輸出端固定連接；往復運動桿I底端是外徑略小于內(nèi)襯22內(nèi)徑的下測試橡膠圈安裝管；中間部位也是外徑略小于內(nèi)襯22的上測試橡膠圈安裝管；上測試橡膠圈5水平套在上橡膠圈安裝管的凹槽中；下測試橡膠圈15水平套在下橡膠圈安裝管的凹槽中；上、下測試橡膠圈將圓柱形空腔隔離出三部分:上泄漏空間20、高壓腔19和下泄漏空間21 ;在底托高壓腔19的位置開有通透的底托孔洞，底托孔洞穿過內(nèi)襯22 ;進氣管路13和泄氣管路18分別從底托14的兩側(cè)穿過底托孔洞連接到內(nèi)襯22兩側(cè)的孔洞開口處；進氣管路13依次連接壓力表10和進氣閥11，并通入高壓充氣機；泄氣管路18依次連接泄氣閥16和泄氣管路接頭17直接通大氣環(huán)境；在內(nèi)襯22同側(cè)的的上泄露空間20和下端泄露空間21處，分別開有通出上蓋2和底托14的泄露旁路管路接口 ；泄漏旁路管路4在底托14和上蓋2的外側(cè)用快接頭25和管材連通上泄露空間20和下端泄露空間21，并通過泄漏旁路閥7和泄漏旁路接頭8連通到氣體流量計。
[0025]上蓋2和底托14通過緊固螺栓6固定連接；在上蓋2和底托14的連接處靠近內(nèi)襯22位置的底托14上表面開有安裝底托密封圈9的凹槽，底托密封圈9水平放置；在靠近進氣管路13的上下位置的底托14上開有安裝上內(nèi)襯密封圈24和下內(nèi)襯密封圈23的凹槽，上、下內(nèi)襯密封圈水平放置；在上蓋2頂端與內(nèi)襯22頂端之間的通孔側(cè)壁上開有安裝上蓋密封圈3的凹槽，上蓋密封圈3水平放置。
[0026]上蓋2和底托14采用契合方式連接并用緊固螺栓6固定。
[0027]橡膠圈高壓動密封試驗方法，
[0028]步驟一，試件安裝:在底托14內(nèi)安裝上內(nèi)襯密封圈24、下內(nèi)襯密封圈23、底托密封圈9 ;在上蓋2內(nèi)安裝上蓋密封圈；將安裝好測試橡膠圈的往復運動桿(I)裝入內(nèi)襯22中，將上蓋2套在往復運動桿I上，并蓋在底托14上，使上蓋2上的泄漏旁路4上的通孔與內(nèi)襯22上的通孔對齊，裝好緊固螺栓6 ;安裝進氣管路13、泄氣管路18和泄氣旁路管路4 ;將進氣閥11、泄漏旁路閥7打開，將泄氣閥16關閉。
[0029]步驟二，往復運動桿I上端連接往復運動試驗機的上固定裝置，底托14的下端連接往復運動試驗機的下固定裝置。
[0030]步驟三，打開高壓充氣機3，充至所需高壓，關閉進氣閥11，關閉高壓充氣機3，開動往復運動試驗機,使用位移控制模式,產(chǎn)生往復運動,帶動往復運動桿I作往復運動,從而帶動上測試橡膠圈5和下測試橡膠圈15作往復運動，通過往復運動試驗機記錄力、位移曲線，通過氣體流量計4記錄泄漏量。
[0031]步驟四，關閉往復運動試驗機，打開泄氣閥16，排空剩余高壓氣體，卸下試驗實施主體部分。
[0032]步驟五，打開泄氣閥16，排空高壓腔19內(nèi)氣體，拆下試驗實施主體部分，取出往復運動桿1，取下上測試橡膠圈5、下測試橡膠圈15，再重新裝好往復運動桿1，組裝好試驗實施主體部分2，再夾持到往復運動試驗機上，以相同的位移控制模式作往復運動，記錄力、位移曲線，由于此時拆掉上測試橡膠圈5和下測試橡膠圈15，往復運動桿I與內(nèi)襯22壁之間有間隙，不會產(chǎn)生摩擦，可測得上蓋密封圈3與往復運動桿I之間的摩擦力；當計算測試橡膠圈所受摩擦力時，需要減掉此值。另外，所得橡膠圈摩擦力為上、下兩套橡膠圈的摩擦力，由于上、下兩套橡膠圈結(jié)構一樣，工況一樣，因此兩套橡膠圈的摩擦力相同，為總摩擦力的一半。
【權利要求】
1.一種橡膠圈高壓動密封試驗裝置，由往復運動試驗機、高壓充氣機、氣體流量計、上固定裝置、下固定裝置和試驗實施主體部分組成；往復運動試驗機可以根據(jù)不同波形、不同頻率、不同振幅產(chǎn)生往復運動，并可以實時記錄循環(huán)周期內(nèi)的力、位移曲線，從而可以實現(xiàn)動態(tài)下的力、位移曲線測量；上固定裝置和下固定裝置固定住試驗實施主體；往復運動試驗機帶動往復運動桿(I)在內(nèi)襯(22)內(nèi)上下往復運動，并記錄往復運動桿(I)相對內(nèi)襯(22)的位移，和往復運動桿(I)與內(nèi)襯(22)內(nèi)壁發(fā)生相對滑動時的作用力；其特征在于: 試驗實施主體部分主要由底托(14)、上蓋(2)、內(nèi)襯(22)、高壓進氣管路(13)、泄氣管路(18)和泄漏旁路⑷組成； 底托(14)和上蓋(2)為在相對應位置開有相同尺寸垂直圓柱形空腔的不銹鋼實體，圓柱形空腔的低端在底托(14)稍下端內(nèi)，頂端在上蓋(2)稍上端；圓柱形空腔在上蓋(2)上端縮小內(nèi)徑后通出上蓋(2);內(nèi)襯(22)外徑尺寸與不變徑的圓柱形空腔相同，并襯入由上蓋(2)和底托(14)蓋合后的圓柱形空腔內(nèi)； 往復運動桿(I)為變徑不銹鋼管，從上蓋(2)的頂面插入內(nèi)襯(22)，頂端露出上蓋(2)，并與往復運動試驗機的輸出端固定連接；往復運動桿(I)底端是外徑略小于內(nèi)襯(22)內(nèi)徑的下測試橡膠圈安裝管；中間部位也是外徑略小于內(nèi)襯(22)的上測試橡膠圈安裝管；上測試橡膠圈(5)水平套在上橡膠圈安裝管的凹槽中；下測試橡膠圈(15)水平套在下橡膠圈安裝管的凹槽中；上、下測試橡膠圈將圓柱形空腔隔離出三部分:上泄漏空間(20)、高壓腔(19)和下泄漏空間(21);在底托高壓腔(19)的位置開有通透的底托孔洞，底托孔洞穿過內(nèi)襯(22);進氣管路(13)和泄氣管路(18)分別從底托(14)的兩側(cè)穿過底托孔洞連接到內(nèi)襯(22)兩側(cè)的孔洞開口處；進氣管路(13)依次連接壓力表(10)和進氣閥(11)，并通入高壓充氣機；泄氣管路(18)依次連接泄氣閥(16)和泄氣管路接頭(17)直接通大氣環(huán)境；在內(nèi)襯(22)同側(cè)的的上泄露空間(20)和下端泄露空間(21)處，分別開有通出上蓋(2)和底托(14)的泄露旁路管路接口 ；泄漏旁路管路(4)在底托(14)和上蓋(2)的外側(cè)用快接頭(25)和管材連通上泄露空間(20)和下端泄露空間(21)，并通過泄漏旁路閥(7)和泄漏旁路接頭(8)連通到氣體流量計； 上蓋⑵和底托(14)通過緊固螺栓(6)固定連接；在上蓋(2)和底托(14)的連接處靠近內(nèi)襯(22)位置的底托(14)上表面開有安裝底托密封圈(9)的凹槽，底托密封圈(9)水平放置；在靠近進氣管路(13)的上下位置的底托(14)上開有安裝上內(nèi)襯密封圈(24)和下內(nèi)襯密封圈(23)的凹槽，上、下內(nèi)襯密封圈水平放置；在上蓋(2)頂端與內(nèi)襯(22)頂端之間的通孔側(cè)壁上開有安裝上蓋密封圈(3)的凹槽，上蓋密封圈(3)水平放置。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種橡膠圈高壓動密封試驗裝置，其特征在于上蓋(2)和底托(14)采用契合方式連接并用緊固螺栓(6)固定。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種橡膠圈高壓動密封試驗裝置，其特征在于實施主體的往復運動桿(I)固定不動，往復運動試驗機在實施主體的下端固定連接處帶動實施主體上下往復運動。
4.一種橡膠圈高壓動密封試驗方法， 步驟一，試件安裝:在底托(14)內(nèi)安裝上內(nèi)襯密封圈(24)、下內(nèi)襯密封圈(23)、底托密封圈(9);在上蓋(2)內(nèi)安裝上蓋密封圈；將安裝好測試橡膠圈的往復運動桿(I))裝入內(nèi)襯(22)中，將上蓋(2)套在往復運動桿(I)上，并蓋在底托(14)上，使上蓋(2)上的泄漏旁路(4)上的通孔與內(nèi)襯(22)上的通孔對齊，裝好緊固螺栓￠);安裝進氣管路(13)、泄氣管路(18)和泄氣旁路管路(4);將進氣閥(11)、泄漏旁路閥(7)打開，將泄氣閥(16)關閉；步驟二，往復運動桿(I)上端連接往復運動試驗機的上固定裝置，底托(14)的下端連接往復運動試驗機的下固定裝置； 步驟三，打開高壓充氣機(3)，充至所需高壓，關閉進氣閥(11)，關閉高壓充氣機(3)，開動往復運動試驗機，使用位移控制模式，產(chǎn)生往復運動，帶動往復運動桿(I)作往復運動，從而帶動上測試橡膠圈(5)和下測試橡膠圈(15)作往復運動，通過往復運動試驗機記錄力、位移曲線，通過氣體流量計(4)記錄泄漏量； 步驟四，關閉往復運動試驗機，打開泄氣閥(16)，排空剩余高壓氣體，卸下試驗實施主體部分； 步驟五，打開泄氣閥(16)，排空高壓腔(19)內(nèi)氣體，拆下試驗實施主體部分，取出往復運動桿(I)，取下上測試橡膠圈(5)、下測試橡膠圈(15)，再重新裝好往復運動桿(1)，組裝好試驗實施主體部分(2)，再夾持到往復運動試驗機上，以相同的位移控制模式作往復運動，記錄力、位移曲線，由于此時拆掉上測試橡膠圈(5)和下測試橡膠圈(15)，往復運動桿(I)與內(nèi)襯(22)壁之間有間隙，不會產(chǎn)生摩擦，可測得上蓋密封圈(3)與往復運動桿⑴之間的摩擦力；當計算測試橡膠圈所受摩擦力時，需要減掉此值。另外，所得橡膠圈摩擦力為上、下兩套橡膠圈的摩擦力，由于上、下兩套橡膠圈結(jié)構一樣，工況一樣，因此兩套橡膠圈的摩擦力相同，為總摩擦力的一半。
【文檔編號】G01M3/28GK104390749SQ201410639718
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權日:2014年11月13日
【發(fā)明者】馬建立, 吳承偉, 張偉, 馬國軍 申請人:大連理工大學