本发明专利技术是一种液压往复密封件的服役疲劳性能测试方法及试验装置，其中：伺服电机系统为液压缸提供可变负载，液压系统用于控制试验缸的往复运动，温控系统用于油液温度的控制，以此实现对液压往复密封件实际工况的模拟；通过铺设在活塞导向套内侧的光纤光栅应变传感器，测得液压往复密封件的接触应力，实现对密封件服役状态的监测；通过计算液压缸/活塞密封荷载摩擦副系统的疲劳失效概率，实现对液压往复密封件疲劳失效状态的分析和判断；通过试验可以得到特定服役条件下的液压往复密封件疲劳寿命测试结果，为液压往复密封件的可靠性设计提供依据。
【技术实现步骤摘要】
液压往复密封件的服役疲劳性能测试方法及试验装置
本专利技术涉及一种液压往复密封件服役疲劳性能测试的方法及试验装置。
技术介绍
液压往复密封件是液压缸中的重要元件，广泛应用在诸如航空航天、工程机械、汽车、石油化工和冶金等设备上。液压缸在实际服役的过程中，其中的液压往复密封件会受到预压缩应力，周期性交变油液压力以及往复运动过程产生的摩擦力的共同作用，处于复杂的应力状态，在长期工作条件下容易导致疲劳失效。其后果不仅会导致液压缸产生泄漏，还会带来潜在的安全风险。因此，研究液压往复密封件服役状况下疲劳性能，对及时准确预测密封件疲劳寿命避免重大事故具有重要意义。但是，由于液压往复密封的运动状态和结构限制，使得液压往复密封的疲劳性能检测成为一个难题。在液压缸的循环往复工作过程中，由液压缸的缸筒和活塞密封共同构成了一对金属/聚合物的载荷摩擦副系统。根据摩擦疲劳学的相关理论(参考文献：L.A.索斯洛夫斯基(白俄)著，高万振译.摩擦疲劳学[M].徐州:中国矿业大学出版社，2013)，失效概率是反映系统可靠性，判断摩擦副系统耐疲劳性能的有效参数。在缸筒/活塞密封这个滑动摩擦副系统中，活塞密封受到预压缩应力、工作介质压力等的作用以及往复运动过程产生的摩擦力的综合作用，其中工作介质压力和摩擦力的方向随着往复运动而发生着周期性变化，属于交变载荷。因此，缸筒/活塞密封荷载摩擦副系统的疲劳失效是由于机械和摩擦的交互作用而逐渐产生的复合损伤，可以通过摩擦副系统的可靠性相关理论来解决这类磨损—疲劳损伤问题。现阶段对密封件疲劳性能的研究更多集中在对橡胶材料疲劳性能研究上。利用Miner线性累计损伤法则对橡胶材料的寿命进行预测。段小成等人在疲劳试验机上对哑铃试柱施加变幅载荷信号得到了试柱的疲劳寿命，然后通过Miner线性准则预测了哑铃试柱的疲劳寿命，结果表明在两倍分散线以内，预测寿命和实测寿命吻合度较高(参考文献：变幅载荷下橡胶隔振器高温疲劳试验与建模方法研究[D].华南理工大学，2016.)。通过预测得到的疲劳寿命结果可以发现，它与实际寿命还有一定的差距，表明Miner线性准则对准确预测疲劳寿命是不可靠的；同时试验是在加载特定载荷条件下完成的，而密封件的疲劳失效过程往往还会受到温度和油液等因素变化的影响，所以它并不能如实反映液压往复密封件在实际工况条件下的疲劳寿命，而唯一合理可供选择的方案就是通过服役—模拟疲劳试验得到试验结果(参考文献：亚伯·斯海维(荷兰)著，吴学仁等译.结构与材料的疲劳[M].北京:航空工业出版社，2014)。北京工业大学的聂松林等人提出并设计了一种用于液压缸的疲劳测试方法及装置，该装置将液压缸活塞固定，使用电液换向阀改变液压缸活塞两侧的油液压力来模拟液压缸在负载作用下的往复运动，进而得到液压缸的疲劳寿命(参考文献：聂松林，刘向阳，张振华，尹帅，张小军.一种用于液压缸的疲劳测试方法及装置[P].北京：CN103939421A，2014-07-23.)。但是该试验装置没有考虑液压缸在实际运动过程中油液温度、往复运动速度等条件的影响；奚为民设计了一种多功能液压往复密封件疲劳寿命试验机(参考文献：奚为民.多功能液压往复密封件疲劳寿命试验机[P].浙江：CN201974340U，2011-09-14.)，可一次性记录液压往复密封件在运行过程中的油液压力、运行速度、油液温度等多种试验参数，为密封件实验者提供准确的试验数据。但是该试验装置不能对液压往复密封件在运行过程中的疲劳失效进行准确预测，不能通过试验得到密封件的疲劳寿命数据。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种液压往复密封件的服役疲劳性能测试方法及试验装置，利用光纤光栅传感器测得液压往复密封件的接触应力，经过数据的处理和分析实现对液压往复密封件疲劳状态的监测，并通过测试得到液压往复密封件在特定服役条件下的疲劳寿命。本专利技术解决其技术问题所采用以下的技术方案：本专利技术提供的液压往复密封件的服役疲劳性能试验装置，包括光纤光栅应变传感器、计数器、拉压力传感器、滚珠丝杠、伺服电机、伺服驱动器、数据采集卡、PLC和计算机，其中：计数器用螺钉固定在支架上，通过数据线与数据采集卡进行连接；拉压力传感器的两端分别与滚珠丝杠滑块和活塞杆连接；伺服电机通过电缆与伺服驱动器连接，伺服驱动器输出端与滚珠丝杠用螺栓进行连接；伺服驱动器的输入端与PLC连接；数据采集卡和计算机通过数据线连接。所述的服役疲劳性能试验装置，还包括：伺服电机系统为液压缸提供可变负载；两位两通比例换向阀以及位移传感器实现液压缸往复速度的闭环控制；三位四通比例换向阀以及位移传感器实现液压缸往复位置的闭环控制。所述的伺服电机系统用于加载实测的载荷谱，为液压缸提供可变的负载，精确模拟液压往复密封件在实际服役过程中的负载状态。所述的液压缸为双作用液压缸，其中的活塞杆分为左右两个部分，活塞导向套经过改进后分为前、后两个部分。所述的滚珠丝杠将伺服电机的周向运动转换为滑块往复运动。本专利技术提供的液压往复密封件的服役疲劳性能测试方法，具体是：根据设定的参数进行往复运动控制、往复速度控制、位置控制和温度控制，通过实验参数模拟液压往复密封件的特定服役条件，研究其疲劳性能，并且通过测试得到液压往复密封件在特定服役条件下的疲劳寿命。本方法利用铺设在活塞导向套内侧的光纤光栅应变传感器，实时监测活塞密封底面接触应力变化，通过与数据采集卡将数据传输到计算机，通过该计算机对液压缸/活塞密封荷载摩擦副系统的疲劳失效概率进行计算，并将计算结果与设定的失效概率阈值进行对比，从而对液压往复密封件疲劳失效的状态进行判别；利用计数器记录液压往复密封件服役过程中的疲劳寿命。本方法主要利用铺设在活塞导向套内侧的光纤光栅应变传感器，实时监测液压往复密封件的接触应力变化；利用计数器统计液压往复密封件的疲劳寿命；利用拉压力传感器实时测量负载压力；利用数据采集卡进行传感数据采集；利用PLC控制伺服电机产生交变的载荷，为液压缸提供可变载荷，模拟液压缸在实际运行过程中承受的负载；利用计算机进行数据的记录和保存，对液压缸/活塞密封荷载摩擦副在往复运动过程中的疲劳失效概率进行计算，并对液压往复密封件疲劳失效的状态进行判别。本方法中，铺设在液压往复密封件底部的光纤光栅传感器实时测得液压往复密封件接触压力数据,计算机对采集得到的数据进行处理计算,实时监测液压往复密封件的疲劳状况，较为准确的得到液压往复密封件的疲劳寿命。本专利技术服役疲劳性能试验装置，所述光纤光栅传感器由两个光纤光栅应变传感器和一个光纤光栅温度传感器组成，两个光纤光栅传感器为应变式光纤光栅传感器，它们沿着位于前导向套、后导向套内侧凹槽沿周向铺设；温度传感器采用光纤光栅温度传感器，其沿轴向布置于导向套内侧凹槽内，最后通过引纤斜孔引出。本专利技术与现有技术相比具有以下的主要优点：设计出一种疲劳寿命测试的试验装置，可以模拟液压往复密封件在不同工况下的服役条件，通过试验测试液压往复密封件在特定服役过程条件下的疲劳寿命，用于液压往复密封件的疲劳性能分析和可靠性设计。本试验装置可以根据实际服役条件下的载荷谱通过伺服电机为液压缸提供可变的负载，利用滚珠丝杠将伺服电机的周向运动转换为滑块的直线运动，为液压缸提供稳定的往复速度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.液压往复密封件的服役疲劳性能试验装置，其特征在于包括光纤光栅应变传感器、计数器(13)、拉压力传感器(14)、滚珠丝杠(15)、伺服电机(16)、伺服驱动器(17)、数据采集卡(18)、PLC(19)和计算机(20)，其中：计数器(13)用螺钉固定在支架上，通过数据线与数据采集卡(18)进行连接；拉压力传感器(14)的两端分别与滚珠丝杠滑块和活塞杆(11)连接；伺服电机(16)通过电缆与伺服驱动器(17)连接，伺服驱动器(17)输出端与滚珠丝杠(15)用螺栓进行连接；伺服驱动器17的输入端与PLC(19)连接；数据采集卡(18)和计算机(20)通过数据线连接。
【技术特征摘要】
1.液压往复密封件的服役疲劳性能试验装置，其特征在于包括光纤光栅应变传感器、计数器(13)、拉压力传感器(14)、滚珠丝杠(15)、伺服电机(16)、伺服驱动器(17)、数据采集卡(18)、PLC(19)和计算机(20)，其中：计数器(13)用螺钉固定在支架上，通过数据线与数据采集卡(18)进行连接；拉压力传感器(14)的两端分别与滚珠丝杠滑块和活塞杆(11)连接；伺服电机(16)通过电缆与伺服驱动器(17)连接，伺服驱动器(17)输出端与滚珠丝杠(15)用螺栓进行连接；伺服驱动器17的输入端与PLC(19)连接；数据采集卡(18)和计算机(20)通过数据线连接。2.根据权利要求1所述的服役疲劳性能试验装置，其特征在于包括：伺服电机系统为液压缸提供可变负载；两位两通比例换向阀以及位移传感器实现液压缸往复速度的闭环控制；三位四通比例换向阀以及位移传感器实现液压缸往复位置的闭环控制。3.根据权利要求2所述的服役疲劳性能试验装置，其特征在于伺服电机系统用于加载实测的载荷谱，为液压缸提供可变的负载，精确模拟液压往复密封件在实际工作过程中的负载状态。4.根据权利要求2所述的服役疲劳性能试验装置，其特征在于液压缸为双作用液压缸，其中的活塞杆分为左右两个部分，活塞导向套经过改进后分为前、后两个部分。5.根据权利要求1所述的服役疲劳性能试验装置，其特征在于：滚珠丝杠(15)将伺服电机的周向运动转换为滑块往复运动。6.液压往复密封件的服役疲劳性能测试方法，其特征在于：根据设定的参数进行往复运动控制、往复速度控制、位置控制和温度控制，通过实验参数模拟液压往复密封件的特定服役条件，研究其疲劳性能，并且通过测试得到液压往复密封件在特定服役条件下的疲劳寿命。7.根据权利要求6所述的液压往复密封件服役疲劳...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵秀栩，夏亚歌，王继政，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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