[发明专利]非金属O形圈性能测试装置

说明书

技术领域

本发明属于非金属O形圈性能测试技术领域，特别是涉及长周期运行的机械密封动、静环用O形圈的摩擦性能、密封性能和应力松弛性能测试装置。

背景技术

非金属O形圈因其结构简单，装拆方便、材料品种多、成本低廉、动摩擦阻力较小、尺寸和沟槽都已标准化，互换性强，常被用于各种机械设备的静态密封或动态密封，防止设备内、外具有一定温度和压力的液体或气体介质的泄漏、侵入。目前，在机床、船舶、汽车、航空航天设备、化工机械、工程机械、矿山机械、石油机械、以及各类仪器仪表上，尤其在液压与气压传动系统、机械密封中，大量应用着各种类型的非金属O形圈密封元件。随着生产装备技术的发展，人们对非金属O形圈的应用参数和质量提出了新的要求。一方面，高参数装备的投入使用，需要高性能长周期运行的非金属O形圈作为密封保证；另一方面，O形圈的失效或损坏，往往导致装置泄漏无法正常工作，造成物料流失、能源浪费、环境污染，甚至酿成火灾、爆炸、危及人身安全，最典型的如1986年1月28日，美国“挑战者”号航天飞机因左侧火箭助推器连接处的一个O形圈密封失效引起泄漏，导致航天飞机升空后不久爆炸，7名宇航员全部遇难，造成航天史上最大的悲剧。

为此，人们针对不同工况的需求，开展了非金属O形圈性能及其测试装置的研究。北京航空航天大学在研究O形圈密封载荷衰减规律时设计制造了一台O形圈载荷衰减试验设备；该设备主要包括3个部分：用于压缩O形圈的两块圆形铝板，用于测量O形圈的压缩载荷的S型力传感器和用于对O形圈施加载荷的螺旋加力装置；试验时，把要试验的O形圈放在两块圆形铝板之间，用螺旋杆压缩O形圈至一定的压缩量后，通过S型力传感器测量其压缩载荷随时间的变化，并由与各传感器相连的计算机记录测量数据。清华大学等对液压传动系统中活塞与缸体用O形圈的往复密封性能进行了较为深入的研究，所设计的测试装置包括试验缸、直线导轨、电动缸、力传感器、位移传感器和控制柜；试验缸设有油气入口、油气出口及2个泄漏口。介质腔体由完全对称的2个活塞和试验圈组成；活塞间隙配合于活塞传动轴上，轴肩定位，螺母锁紧，采用这种结构的目的是为了灵活地更换加工有不同槽型的活塞，以便测试不同形状的密封环(如O形圈、Y形圈)的密封性能和摩擦性能。北京化工大学设计了一套用于测定机械密封补偿机构中辅助O形圈摩擦力的测试系统，该测试系统包括测试O形圈的试验单元(包括介质腔、O形圈、轴)、密封压力源、往复运动系统(包括往复液压缸及控制系统)、测量系统(包括力传感器、数据采集)和控制系统(采用NSTRON高频疲劳试验机控制系统)等；利用这一控制系统实现了O形圈在介质腔中的往复运动，并获得了水润滑情况下橡胶O形圈的摩擦力。

目前的公知技术表明，O形圈性能测试装置的研究相对滞后于工业装备的发展要求，机械密封动、静环用O形圈的性能测试装置更是如此。其存在的不足主要表现在：(1)介质加载过程中，作用在介质腔内的介质压力会给被测试O形圈的初始密封比压产生影响；(2)未能体现动、静环磨损后动环用O形圈随动时以及静环用O形圈应力松弛状态下各自的密封性能；(3)O形圈的轴向载荷加载不平稳，不精确；(4)难以在一台试验机完成O形圈的摩擦性能、密封性能和应力松弛性能的测试。

动、静环用O形圈是机械密封的辅助密封，其工作状态类似于静密封，但其摩擦性能体现着补偿环的追随性，其密封性能直接影响机械密封的整体密封性能；动、静环用O形圈的受力状态和运动状态有其本身的特点，静环与静环座的O形圈四面受压，动环与轴(或轴套)之间的O形圈追随动环，存在微动。

发明内容

针对上述装置的不足，以及动、静环用O形圈的受力状态和运动状态的特点，本发明提出一种非金属O形圈性能测试装置，以实现O形圈的摩擦性能、应力松弛性能以及机械密封动、静环用O形圈的密封性能测定。

本发明的目的是这样实现的：