CN104132805A - 一种多功能气动往复密封性能试验台 - Google Patents

Abstract

一种多功能气动往复密封性能试验台，包括伺服电动缸，伺服电动缸通过定位垫块安装在工作台上，伺服电动缸驱动杆通过铰链连接到试验气缸的活塞杆上，试验气缸通过固定板安装在一对精密滚珠滑块上，精密滚珠滑块安装在精密导轨上，精密导轨固定在工作台上，试验气缸另一端通过法兰与拉压力传感器的一端连接，拉压力传感器的另一端通过第一支撑件固定在工作台上，在试活塞杆下方的工作台上安装有光栅尺位移传感器，本发明能够对气动密封的摩擦力和泄漏量进行综合测量，具有结构简单、气缸控制方便、拆卸简便、测量准确、对不同结构的密封圈具有可换性，试验功能多样等特点。

Description

一种多功能气动往复密封性能试验台

技术领域

本发明属于密封检测技术领域，具体涉及一种多功能气动往复密封性能试验台。

背景技术

往复密封作为最常用的密封形式，在机械工业中有着很重要的发挥，其中气动密封根据自己的特点，在汽车制造冲压线、机车制动设备、气缸驱动等场合起着关键作用。气动密封的性能直接影响所在设备的工作稳定性、安全性和产品质量。随着往复行程、速度、工作寿命等工作要求的提高对密封件的稳定性、可靠性等性能要求也越来越高，因此对气动往复密封件的基础研究是势在必行的一项工作。

然而我国现在对往复密封的研究比较少，尤其对气体介质的气动往复密封件的研究少之又少，其中对气动密封的试验研究可以说几乎没有，很多理论研究缺少相应的试验验证，也几乎没有气动密封相关的试验台的发明专利，因此本发明具有很重要的实际意义。气动密封性能会受到工况、材料、工作时间等等因素的影响，所以通过试验对密封件在不同的工况、不同的工作时间的密封特性进行了解对于改善密封件密封性能，延长工作时间、提高可靠性有很重要的帮助。

现有的气动往复密封试验研究往往注重摩擦力而忽略对泄漏量的研究，实际工作中，如果泄漏量太大就无法保证工作要求，所以泄漏量也是评价密封性能的重要指标。汽车生产冲压线的Y型密封圈由于结构不对称，两个方向运动时候所受的摩擦力也不一样，现有的很多装置采用面对面对称安装密封圈，这样测不出密封圈两个方向受到的不同的摩擦力，这问题有待解决。综合以上分析可以发现设计对气动密封圈进行试验研究的试验装置是有实际需求的一项工作。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多功能气动往复密封性能试验台，具有结构简单、气缸控制方便、拆卸简便、测量准确的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种多功能气动往复密封性能试验台，包括伺服电动缸1，伺服电动缸1通过定位垫块2安装在工作台4上，伺服电动缸1驱动杆通过铰链3连接到试验气缸9的活塞杆14上，伺服电动缸1驱动杆和试验气缸9的活塞杆14的轴线同轴，试验气缸9通过固定板10安装在一对精密滚珠滑块6上，精密滚珠滑块6安装在精密导轨5上，精密导轨5固定在工作台上4上，试验气缸9另一端通过法兰与拉压力传感器7的一端连接，拉压力传感器7的另一端通过第一支撑件8固定在工作台4上，在试活塞杆14下方的工作台4上安装有光栅尺位移传感器11。

所述的试验气缸9由气缸外部和活塞两部分组成，气缸外部由第三支撑件33和第二支撑件26夹住气缸主体件25，通过连接杆27从第三支撑件33和第二支撑件26两端拧紧，第三支撑件33、第二支撑件26下端面连接在固定板10上，并通过螺栓进行固定；气缸外部还设有第二外罩31和第一外罩28，第二外罩31、第一外罩28固定在第三支撑件33和第二支撑件26上，第二外罩31、第一外罩28和气缸主体件25之间形成了两个腔体，两个腔体通过管道17连通，腔体内部通入不同的温度的水来模拟不同的环境温度，第二外罩31、第一外罩28上分别安装有入口32、出口20，气缸主体件25外部设计有片状结构；

活塞杆14上装有活塞件15，活塞件15与装在第三支撑件33内部的第一密封圈13配合，活塞件15通过活塞杆14上的结构和第二支撑体16来定位，活塞件15依次通过第一支撑体14、套筒18、第三支撑体19、密封圈挡板30、密封圈座24、挡板21、弹簧垫圈23、螺母22来定位和固定，密封圈挡板30和密封圈座24形成安装第二密封圈29的沟槽；第一密封圈13和第二密封圈29中间就形成一个密封腔体，气缸主体件25的内表面和活塞件15外表面相同并且符合气动密封活动表面的粗糙度要求；

所述的气缸主体件25上安装有第一温度传感器36，第一温度传感器36安装在盲孔上，测量气缸主体件25的温度；气缸主体件25上安装压力传感器35，压力传感器35接通气缸内腔测量内腔的气体压力；气缸主体件25上安装第一快速接头34，第一快速接头34用于通入气体；气缸主体件25两侧安装有第二快速接头37，第二快速接头37用于气体出口或作为备用气体接口；气缸主体件25上安装有第二温度传感器38，第二温度传感器38接通气缸内部，测内部气体压力。

所述的伺服电动缸1的可控行程为0～120mm，可控速度为0～300mm/s。

所述的试验气缸9的压缩气体压力范围0～1Mpa。

所述的试验气缸9外通入不同温度的水来模拟不同的环境温度，模拟温度范围为0～100℃。

本发明的有益效果为：能够对气动密封的摩擦力和泄漏量进行综合测量，具有结构简单、气缸控制方便、拆卸简便、测量准确、对不同结构的密封圈具有可换性，试验功能多样等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明试验气缸9的结构示意图。

图3为图2的A-A面剖面图。

图4为本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

参照图1，一种多功能气动往复密封性能试验台，包括伺服电动缸1，伺服电动缸1通过定位垫块2安装在工作台4上，伺服电动缸1驱动杆通过铰链3连接到试验气缸9的活塞杆14上，伺服电动缸1驱动杆和试验气缸9的活塞杆14的轴线同轴，试验气缸9通过固定板10安装在一对精密滚珠滑块6上，精密滚珠滑块6安装在精密导轨5上，精密滚珠滑块6在精密导轨5上几乎无摩擦滑动，精密导轨5固定在工作台上4上，试验气缸9另一端通过法兰与拉压力传感器7的一端连接，拉压力传感器7的另一端通过第一支撑件8固定在工作台4上，在试活塞杆14下方的工作台4上安装有光栅尺位移传感器11。这样密封圈所受的摩擦力直接传到拉压力传感器上，由于精密滚珠导轨5和精密滚珠滑块6之间的摩擦系数非常小，对结果影响很小，可以忽略，这种测摩擦力的方法与以往拉压力传感器安装在活塞杆上的方案相比，去掉了活塞杆14自己的惯性对测量结果的影响，测量平稳，传感器不会轻易损坏。

参照图2、图3，所述的试验气缸9由气缸外部和活塞两部分组成，气缸外部由第三支撑件33和第二支撑件26夹住气缸主体件25，通过四根连接杆27从第三支撑件33和第二支撑件26两端拧紧，第三支撑件33、第二支撑件26下端面连接在固定板10上，并通过螺栓进行固定；气缸外部还设有第二外罩31和第一外罩28，第二外罩31、第一外罩28固定在第三支撑件33和第二支撑件26上，第二外罩31、第一外罩28和气缸主体件25之间形成了两个腔体，两个腔体通过管道17连通，腔体内部通入不同的温度的水来模拟不同的环境温度，第二外罩31、第一外罩28上分别安装有入口32、出口20，气缸主体件25外部设计有片状结构，用于让水充分流动，保证气缸主体件25的各部分温度均匀；

活塞杆14上装有活塞件15，活塞件15与装在第三支撑件33内部的第一密封圈13配合，活塞件15通过活塞杆14上的结构和第二支撑体16来定位，这种空心结构有效减轻活塞的重量，活塞件15依次通过第一支撑体14、套筒18、第三支撑体19、密封圈挡板30、密封圈座24、挡板21、弹簧垫圈23、螺母22来定位和固定，密封圈挡板30和密封圈座24形成安装第二密封圈29的沟槽，这种拆卸式结构方便密封件的装卸，也可以换很少的零件对不同尺寸的密封圈进行测量；第一密封圈13和第二密封圈29中间就形成一个密封腔体，这种结构，当活塞移动时气体没有压缩，压力比较稳定，而且试验气缸9不受工作压力的影响，气缸主体件25的内表面和活塞件15外表面相同并且符合气动密封活动表面的粗糙度要求，两个密封圈一个安装在气缸外部，一个安装在活塞上，这样安装时，活塞在往一个方向运动时两个密封圈的变形情况是相同的而且密封圈结构在径向上对称，两个密封圈摩擦面直径相同，因此所受的摩擦力也是很接近的(差距可以通过理论分析算出来)，这样就可以分别测出密封圈往两个方向运动时的摩擦力，这样解决了现有大多数装置面对面对称安装时不能分辨出密封圈两个方向的摩擦力的问题；

所述的气缸主体件25上安装有第一温度传感器36，第一温度传感器36安装在盲孔上，测量气缸主体件25的温度；气缸主体件25上安装压力传感器35，压力传感器35接通气缸内腔测量内腔的气体压力；气缸主体件25上安装第一快速接头34，第一快速接头34用于通入气体；气缸主体件25两侧安装有第二快速接头37，第二快速接头37用于气体出口或作为备用气体接口；气缸主体件25上安装有第二温度传感器38，第二温度传感器38接通气缸内部，测内部气体压力。

所述的伺服电动缸1的可控行程为0～120mm，可控速度为0～300mm/s。

所述的试验气缸9的压缩气体压力范围0～1Mpa。

所述的试验气缸9外通入不同温度的水来模拟不同的环境温度，模拟温度范围为0～100℃。

参照图4，本发明的工作原理为：

摩擦力的测量：当活塞移动时，第一密封圈13、第二密封圈29对气缸外部的摩擦力通过气缸传到拉压力传感器7上，由于精密滚珠滑块6和精密导轨5之间的摩擦系数非常小，对结果几乎没有影响，因此摩擦力可以直接读出来并且进行实时测量。

当活塞向左运动时第一密封圈13、第二密封圈29其配合的表面相对密封圈的方向都是与密封圈开口方向相反，活塞向右运动时两个密封圈与其配合的表面相对密封圈的运动方向都是与密封圈开口方向相同，因此两个密封圈的变形情况是接近的，因此可以分别测出密封圈两个方向受到的摩擦力。虽然第一密封圈13、第二密封圈29尺寸不一样，但截面是相同的并且是对称的，而且摩擦面直径相同，因此受到的摩擦力相差不大，通过理论计算来算出两个密封圈在相同方向上受到的摩擦力的比例，通过简单处理可以测出每一个密封圈测出的摩擦力。

环境温度模拟：气缸外面设计有第二外罩31、第一外罩28，第二外罩31、第一外罩28和气缸主体件25形成了腔体，用在通入不同的温度的水来模拟不同的环境温度，当试验气缸9工作时水从入口32通入并沿着片状导向结构充分流动并从出口17流出，并保持流动以保证环境温度的稳定，气缸主体件25的温度由第二温度传感器38读取。

活塞位移的测量：工作台4上安装有光栅尺位移传感器11，能够实时记录活塞杆的位移和速度。

泄漏量的测量：本试验台中气体泄漏量的测量是采取通过间接计算的方式，先给密封腔体通入一定压力的气体、再封死第一快速接头34、第二快速接头37；再让试验气缸9工作一段时间，这过程中的密封腔内气体压力变化是通过压力传感器35测量并记录下来，气体温度变化是通过第二温度传感器38测量并记录下来，根据气体压力和温度的变化，再用气体状态方程，计算出前后气体质量的差别来得到泄漏量。

如果需要对不同尺寸的密封圈进行测量则只需更换密封圈挡板30和密封圈座24就能改变沟槽尺寸。

Claims (5)

1.一种多功能气动往复密封性能试验台，包括伺服电动缸(1)，其特征在于：伺服电动缸(1)通过定位垫块(2)安装在工作台(4)上，伺服电动缸(1)驱动杆通过铰链(3)连接到试验气缸(9)的活塞杆(14)上，伺服电动缸(1)驱动杆和试验气缸(9)的活塞杆(14)的轴线同轴，试验气缸(9)通过固定板(10)安装在一对精密滚珠滑块(6)上，精密滚珠滑块(6)安装在精密导轨(5)上，精密导轨(5)固定在工作台上(4)上，试验气缸(9)另一端通过法兰与拉压力传感器(7)的一端连接，拉压力传感器(7)的另一端通过第一支撑件(8)固定在工作台(4)上，在试活塞杆(14)下方的工作台(4)上安装有光栅尺位移传感器(11)。

2.根据权利要求1所述的一种多功能气动往复密封性能试验台，其特征在于：所述的试验气缸(9)由气缸外部和活塞两部分组成，气缸外部由第三支撑件(33)和第二支撑件(26)夹住气缸主体件(25)，通过连接杆(27)从第三支撑件(33)和第二支撑件(26)两端拧紧，第三支撑件(33)、第二支撑件(26)下端面连接在固定板(10)上，并通过螺栓进行固定；气缸外部还设有第二外罩(31)和第一外罩(28)，第二外罩(31)、第一外罩(28)固定在第三支撑件(33)和第二支撑件(26)上，第二外罩(31)、第一外罩(28)和气缸主体件(25)之间形成了两个腔体，两个腔体通过管道(17)连通，腔体内部通入不同的温度的水来模拟不同的环境温度，第二外罩(31)、第一外罩(28)上分别安装有入口(32)、出口(20)，气缸主体件(25)外部设计有片状结构；

活塞杆(14)上装有活塞件(15)，活塞件(15)与装在第三支撑件(33)内部的第一密封圈(13)配合，活塞件(15)通过活塞杆(14)上的结构和第二支撑体(16)来定位，活塞件(15)依次通过第一支撑体(14)、套筒(18)、第三支撑体(19)、密封圈挡板(30)、密封圈座(24)、挡板(21)、弹簧垫圈(23)、螺母(22)来定位和固定，密封圈挡板(30)和密封圈座(24)形成安装第二密封圈(29)的沟槽；第一密封圈(13)和第二密封圈(29)中间就形成一个密封腔体，气缸主体件(25)的内表面和活塞件(15)外表面相同并且符合气动密封活动表面的粗糙度要求；

所述的气缸主体件(25)上安装有第一温度传感器(36)，第一温度传感器(36)安装在盲孔上，测量气缸主体件(25)的温度；气缸主体件(25)上安装压力传感器(35)，压力传感器(35)接通气缸内腔测量内腔的气体压力；气缸主体件(25)上安装第一快速接头(34)，第一快速接头(34)用于通入气体；气缸主体件(25)两侧安装有第二快速接头(37)，第二快速接头(37)用于气体出口或作为备用气体接口；气缸主体件(25)上安装有第二温度传感器(38)，第二温度传感器(38)接通气缸内部，测内部气体压力。

3.根据权利要求1所述的一种多功能气动往复密封性能试验台，其特征在于：所述的伺服电动缸(1)的可控行程为0～120mm，可控速度为0～300mm/s。

4.根据权利要求1所述的一种多功能气动往复密封性能试验台，其特征在于：所述的试验气缸(9)的压缩气体压力范围0～1Mpa。

5.根据权利要求1所述的一种多功能气动往复密封性能试验台，其特征在于：所述的试验气缸(9)外通入不同温度的水来模拟不同的环境温度，模拟温度范围为0～100℃。