一种橡塑轴封性能监测与加速寿命试验平台及试验方法技术

本发明专利技术提出一种橡塑轴封性能监测与加速寿命试验平台及试验方法，属于橡塑轴封领域。试验平台包括：电气控制系统，介质压力温度控制系统和性能参数监测系统；基于试验平台的试验方法包括步骤：步骤一：启动电气控制系统；步骤二：利用三个节流截止阀和触摸屏设定橡塑轴封的加速寿命试验工况；步骤三：进行橡塑轴封性能参数检测；步骤四：更换橡塑轴封的上层密封圈和下层密封圈；步骤五：停止试验。本发明专利技术综合考虑试验的准确性和人机交互性，得到一定工况下的橡塑轴封寿命值，并对其性能参数进行在线监测，得到性能参数退化规律；同时可以准确控制油液温度、密封腔压力和转轴速度这三个工作变量，来对橡塑轴封进行加速寿命试验。

An Accelerated Life Test Platform and Test Method for Rubber-plastic Shaft Seal Performance Monitoring

The invention provides a rubber-plastic shaft seal performance monitoring and accelerated life test platform and test method, which belongs to the field of rubber-plastic shaft seal. The test platform includes: electrical control system, medium pressure and temperature control system and performance parameter monitoring system; the test method based on the test platform includes steps: step 1: start the electrical control system; step 2: use three throttle globe valves and touch screen to set the accelerated life test conditions of rubber-plastic shaft seals; step 3: test the performance parameters of rubber-plastic shaft seals; Replace the upper and lower sealing rings of rubber-plastic shaft seals; Step 5: Stop the test. Considering the accuracy and human-computer interaction of the test, the life value of rubber-plastic shaft seal under certain working conditions is obtained, and the performance parameters are monitored online to obtain the degradation law of the performance parameters. At the same time, the accelerated life test of rubber-plastic shaft seal can be carried out by accurately controlling the three working variables of oil temperature, sealing chamber pressure and rotating speed.

【技术实现步骤摘要】
一种橡塑轴封性能监测与加速寿命试验平台及试验方法
本专利技术涉及橡塑轴封领域，具体是一种轴封的性能退化监测试验台及试验方法，同时可以对试验过程中的工况条件加以控制，进行橡塑轴封的加速寿命试验。
技术介绍
橡塑轴封又被称为油封，是一种很常见的动密封件，被广泛应用于齿轮泵、燃油泵等部件中。橡塑轴封的使用寿命基本上在1000小时以上，其失效的形式有唇口材料老化、唇口磨损和弹簧失效三种，而其中最为常见的是唇口的老化和磨损。在橡塑轴封的逐渐失效过程中，有多个轴封的性能参数指标均会发生一定量的改变，如唇口温度、摩擦扭矩、泄漏率和泵汲率等。目前对于橡塑轴封的寿命预测研究大部分都基于对其性能参数变化规律的探讨。同时，考虑到橡塑轴封的使用寿命较长，诸多学者还对其进行了加速寿命方案的研究。综合考虑橡塑轴封寿命预测中对其性能参数监测的必要性，以及加速试验方案的试验验证，建立一个橡塑轴封的性能监测与加速寿命试验平台十分有必要。目前对于橡塑轴封试验台的设计存在以下几个方面的局限性。(1)加速试验方式单一。大多数试验台只能控制电机的转速，无法控制压力，温度这些环境变量。(2)性能参数测量不准确。由于橡塑轴封性能参数监测难度较大，很多试验平台在测量摩擦扭矩和唇口温度这两个性能参数上存在准确性问题。(3)无法实现在线监测。诸多试验台测量的参数只能通过离线测量的方式，无法实时对橡塑轴封进行性能监测。
技术实现思路
橡塑轴封试验台的设计中最为关键的有两点：一是试验的准确性，包括性能参数的测量准确性和工况参数的设定准确性；二是人机交互性，直观便捷地得到试验检测数据。本专利技术综合考虑以上两个关键点，设计了一种橡塑轴封的性能退化监测与加速寿命试验平台及实现方法，可以得到一定工况下的橡塑轴封寿命值，并对其性能参数进行在线监测，得到性能参数退化规律。同时可以准确控制油液温度、密封腔压力和转轴速度这三个工作变量，来对橡塑轴封进行加速寿命试验。本专利技术提供的一种橡塑轴封性能监测与加速寿命试验平台，包括三部分：电气控制系统，介质压力温度控制系统和性能参数监测系统。所述的电气控制系统设置有人机交互界面，用于控制电机、油泵的启停、调节电机的转速、控制油液温度以及实时监控试验设备的状态参数；所述的介质压力温度控制系统利用一个液压回路调控油液的温度和试验密封腔的压力；所述的介质压力温度控制系统包括齿轮泵、单向阀、齿轮泵压力表、安全阀、防爆型加热机组、第一节流截止阀、第二节流截止阀、第三节流截止阀、蓄能器以及散热器；其中，齿轮泵为介质循环的泵源，齿轮泵的入口与油箱的出口相连，齿轮泵的出口与单向阀的入口相连；单向阀的出口分三条液压管路，一路与齿轮泵压力表相连以显示当前齿轮泵的出口压力，一路与安全阀的入口相连，第三条管路与防爆型加热机组的入口相连；所述的安全阀的出口与油箱相连，正常工作时，安全阀为关闭状态，当齿轮泵出口压力达到额定值时，打开安全阀，油液流回油箱，释放工作管路内的压力；防爆型加热机组用于控制油液温度；防爆型加热机组的出口分两条液压回路，一条与第一节流截止阀的入口相连接，另一条与第二节流截止阀的入口相连接；第二节流截止阀的出口与蓄能器的入口相连接，蓄能器的出口通过液压回路连接到密封腔进油口；第一节流截止阀的出口连接第三节流截止阀的出口，第三节流截止阀的入口与密封腔出油口相连接；第三节流截止阀的出口和节流截止阀的出口相连汇成的一条管路，与散热器的入口相连，散热器的出口与油箱相互连接，使得油液重新流回油箱，完成一个完整的闭合液压回路，继而进行油液的循环；所述的性能参数监测系统是一个独立的结构体，包括橡塑轴封测试安装结构、油液收集盒的储油槽和升降台；所述的橡塑轴封测试安装结构安装在试验的金属导轴与密封腔上，金属导轴与密封腔之间通过橡塑轴封的上层密封圈和下层密封圈进行密封，其中下层密封圈为试验产品件；当橡塑轴封性能失效时，油液发生泄漏，滴落到油液收集盒的储油槽中，升降台用于控制储油槽的高度，使得储油槽靠近橡塑轴封的下层密封圈。相应地，本专利技术提供的橡塑轴封性能监测与加速寿命试验方法，基于上述平台，包括：步骤一：启动电气控制系统，通过触摸屏实时对油液温度和电机转速进行控制，并实时监控电机转速、摩擦扭矩值、唇口温度、密封腔压力和油液温度；步骤二：利用三个节流截止阀和触摸屏设定橡塑轴封的加速寿命试验工况；步骤三：进行橡塑轴封性能参数检测，包括：通过扭矩转速传感器测量摩擦扭矩，通过粘贴在橡塑轴封的非接触区域的线型温度传感器测量唇口温度，通过对储油槽收集的泄漏量来测量泄漏率，通过将下层密封圈反向安装后测量的泄漏率作为泵汲率；步骤四：更换橡塑轴封的上层密封圈和下层密封圈；步骤五：停止试验；在触摸屏上依次关闭温度加热器、电机、泵源，最后关闭启动/急停按钮。所述步骤三中进行摩擦扭矩测量时，设计了密封端盖，对摩擦扭矩的测量进行修正；所述的密封端盖的外部尺寸与环状端盖相同，内部采用了底部封闭的形式；通过扭矩转速传感器分别测量下面两种情况下的摩擦扭矩值：(1)通过环装端盖将下层密封圈固定在密封腔的底部，此时扭矩转速传感器测量得到摩擦扭矩值为第一联轴器和第二联轴器误差、上层密封圈摩擦扭矩和下层密封圈摩擦扭矩三者之和；(2)用密封端盖换下下层密封圈和环状端盖，此时扭矩转速传感器测量得到摩擦扭矩值为第一联轴器和第二联轴器误差、上层密封圈摩擦扭矩二者之和；将两种情况下测量的摩擦扭矩值作差得到最终显示的摩擦扭矩值。本专利技术设计的橡塑轴封性能监测及加速寿命试验平台及试验方法，具有以下优点：(1)性能参数监测系统部位采用立式结构设计，更加精确的测量泄漏量。(2)配备摩擦扭矩补偿装置，更加准确测量摩擦扭矩数值，同时考虑到摩擦扭矩数量级很小，实际测量中极易受环境干扰而产生波动，在将监测得到的数据在电气控制系统的触摸屏上显示时，采用滤波算法，得到相对稳定的摩擦扭矩值。(3)设计新型的唇口温度测量方法，更高精度的实现唇口温度测量。(4)利用PLC触摸屏设计，可以在试验过程中随时调控电机转速、油液温度和密封腔压力，更方便进行加速寿命试验。同时，橡塑轴封的性能参数，包括摩擦扭矩和唇口温度，实时的在显示屏和上位机中呈现，人机交互性能极佳。(5)可测量橡塑轴封的性能参数全面，包括唇口温度、泵汲率、摩擦扭矩和泄漏率。附图说明图1是本专利技术橡塑轴封试验台的整体示意图；图2是本专利技术橡塑轴封试验台的位置安装分布前视图；图3是本专利技术橡塑轴封试验台的位置安装分布左视图；图4是本专利技术橡塑轴封试验台的位置安装分布俯视图；图5是本专利技术电气控制系统的触摸屏显示示意图；图6是本专利技术介质压力温度控制系统原理图；图7是本专利技术介质压力温度控制系统示意图；图8是本专利技术性能参数监测系统示意图；图9是本专利技术橡塑轴封测试安装结构示意图；图10是本专利技术橡塑轴封测试安装结构剖视图；图11是本专利技术线型温度传感器探头安装位置示意图。图中：1-电气控制系统、2-介质压力温度控制系统、3-性能参数监测系统、4-启动/急停按钮、5-触摸屏、6-第一节流截止阀、7-第二节流截止阀、8-第三节流截止阀、9-油箱、10-压力表、11-蓄能器、12-安全阀、13-防爆型加热机组、14-单向阀、15-齿轮泵、16-散热器、17-过滤器、18-密封腔压力传感器、19-密封腔温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种橡塑轴封性能监测与加速寿命试验平台，其特征在于，包括：电气控制系统、介质压力温度控制系统和性能参数监测系统；所述的电气控制系统设置有人机交互界面，用于控制电机、油泵的启停、调节电机的转速、控制油液温度以及实时监控试验设备的状态参数；所述的介质压力温度控制系统利用一个液压回路调控油液的温度和试验密封腔的压力；所述的介质压力温度控制系统包括齿轮泵、单向阀、齿轮泵压力表、安全阀、防爆型加热机组、第一节流截止阀、第二节流截止阀、第三节流截止阀、蓄能器以及散热器；其中，齿轮泵为介质循环的泵源，齿轮泵的入口与油箱的出口相连，齿轮泵的出口与单向阀的入口相连；单向阀的出口分三条液压管路，一路与齿轮泵压力表相连以显示当前齿轮泵的出口压力，一路与安全阀的入口相连，第三条管路与防爆型加热机组的入口相连；所述的安全阀的出口与油箱相连，正常工作时，安全阀为关闭状态，当齿轮泵出口压力达到额定值时，打开安全阀，油液流回油箱，释放工作管路内的压力；防爆型加热机组用于控制油液温度；防爆型加热机组的出口分两条液压回路，一条与第一节流截止阀的入口相连接，另一条与第二节流截止阀的入口相连接；第二节流截止阀的出口与蓄能器的入口相连接，蓄能器的出口通过液压回路连接到密封腔进油口；第一节流截止阀的出口连接第三节流截止阀的出口，第三节流截止阀的入口与密封腔出油口相连接；第三节流截止阀的出口和节流截止阀的出口相连汇成的一条管路，与散热器的入口相连，散热器的出口与油箱相互连接，使得油液重新流回油箱，完成一个完整的闭合液压回路，继而进行油液的循环；所述的性能参数监测系统是一个独立的结构体，包括橡塑轴封测试安装结构、油液收集盒的储油槽和升降台；所述的橡塑轴封测试安装结构安装在试验的金属导轴与密封腔上，金属导轴与密封腔之间通过橡塑轴封的上层密封圈和下层密封圈进行密封，其中下层密封圈为试验产品件；当橡塑轴封性能失效时，油液发生泄漏，滴落到油液收集盒的储油槽中，升降台用于控制储油槽的高度，使得储油槽靠近橡塑轴封的下层密封圈。...

【技术特征摘要】
1.一种橡塑轴封性能监测与加速寿命试验平台，其特征在于，包括：电气控制系统、介质压力温度控制系统和性能参数监测系统；所述的电气控制系统设置有人机交互界面，用于控制电机、油泵的启停、调节电机的转速、控制油液温度以及实时监控试验设备的状态参数；所述的介质压力温度控制系统利用一个液压回路调控油液的温度和试验密封腔的压力；所述的介质压力温度控制系统包括齿轮泵、单向阀、齿轮泵压力表、安全阀、防爆型加热机组、第一节流截止阀、第二节流截止阀、第三节流截止阀、蓄能器以及散热器；其中，齿轮泵为介质循环的泵源，齿轮泵的入口与油箱的出口相连，齿轮泵的出口与单向阀的入口相连；单向阀的出口分三条液压管路，一路与齿轮泵压力表相连以显示当前齿轮泵的出口压力，一路与安全阀的入口相连，第三条管路与防爆型加热机组的入口相连；所述的安全阀的出口与油箱相连，正常工作时，安全阀为关闭状态，当齿轮泵出口压力达到额定值时，打开安全阀，油液流回油箱，释放工作管路内的压力；防爆型加热机组用于控制油液温度；防爆型加热机组的出口分两条液压回路，一条与第一节流截止阀的入口相连接，另一条与第二节流截止阀的入口相连接；第二节流截止阀的出口与蓄能器的入口相连接，蓄能器的出口通过液压回路连接到密封腔进油口；第一节流截止阀的出口连接第三节流截止阀的出口，第三节流截止阀的入口与密封腔出油口相连接；第三节流截止阀的出口和节流截止阀的出口相连汇成的一条管路，与散热器的入口相连，散热器的出口与油箱相互连接，使得油液重新流回油箱，完成一个完整的闭合液压回路，继而进行油液的循环；所述的性能参数监测系统是一个独立的结构体，包括橡塑轴封测试安装结构、油液收集盒的储油槽和升降台；所述的橡塑轴封测试安装结构安装在试验的金属导轴与密封腔上，金属导轴与密封腔之间通过橡塑轴封的上层密封圈和下层密封圈进行密封，其中下层密封圈为试验产品件；当橡塑轴封性能失效时，油液发生泄漏，滴落到油液收集盒的储油槽中，升降台用于控制储油槽的高度，使得储油槽靠近橡塑轴封的下层密封圈。2.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述的电气控制系统包括可编程逻辑控制器PLC、变频器、隔离模块和触摸屏；通过PLC中的数字量输出模块来控制电气的启停，通过PLC中的模拟量输出模块控制变频器来调节电机的转速；传感器获得的电压电流的模拟量信号通过隔离模块分别送入模拟量输出模块和上位机，模拟量输出模块将传感器测量得到的模拟量信号转换为实际温度或电压值，通过触摸屏显示出来；触摸屏显示的试验设备的状态参数，包括密封腔压力、油液温度、摩擦扭矩、电机转速及唇口温度。3.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述的介质压力温度控制系统还包括吸油滤、过滤器、呼吸滤、放油球阀和液位计；所述的吸油滤设置在油箱的出口处，用于净化油液内杂质，避免杂质进入齿轮泵；所述的过滤器设置在单向阀与防爆型加热机组连接的管路上，用于对油液进行除杂处理，避免杂质进入密封腔；所述的呼吸滤设置在油箱上，用于净化空气中的杂质，保持油箱内的压力平衡；所述的放油球阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，陈启航，王少萍，刘迪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11