CN109374462B - 一种多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机，属于往复摩擦磨损测试机技术领域。当进行往复式摩擦磨损测试时，所述的多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机主要由底板、支承板a、曲柄连杆滑块机构、支承板b、摩擦副机构、支承板c、转速仪和驱动电机组成；当进行活塞环密封性测试时，将摩擦副机构换为活塞环密封性试验机构。本发明解决在进行往复摩擦磨损测试时，往复相对运动摩擦副受力分布不均、测试机构振动大等问题，从而能够获得稳定的摩擦副运动和较精确的试验测试；本发明在进行活塞环密封性测试时，可以准确、实时地测量活塞环的密封性及泄漏处的圆周分布位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机，属于往复摩擦磨损测试机技术领域。
背景技术
国内目前的往复式摩擦磨损试验机，通常采用的是单曲柄连杆滑块机构，将旋转运动转化为摩擦副的往复直线运动，即试件装在滑块上，由连杆带动做往复运动，由于在运动过程中存在急停和高速启动等速度变化情况，造成这种测试机构的振动较大，运行不稳不平顺，同时会导致活塞径向力分布不均；此外，针对内燃机，空气压缩机，柱塞泵等设备，国内目前还没有一种有效的方法测量活塞环的密封性，即漏气开始时刻、漏气位置以及漏气量的实时测量，而活塞环的可靠性和气密性对活塞式设备的动力性和经济性以及环境都有着重大影响。基于此，本专利拟发明一种同时具备准确测试往复式材料摩擦磨损以及高压腔内活塞环密封性实时测试两种功能的新型测试机。
目前的往复摩擦磨损测试机采用的都是单曲柄连杆滑块机构，存在摩擦副受力分布不均、测试机构振动大等缺陷，因此测量过程的稳定性、测量准确度和精确度都很难控制；此外，针对活塞环在高压腔内的密封性测试方面，目前主要采用的曲轴箱通风量测量法，表现的是一定时间内漏气量的测量，即测量的只是泄漏量的均值，并且不能反映泄漏开始时刻和泄露位置。因此，拟发明一种同时具备往复式材料摩擦磨损测试以及高压腔内活塞环密封性实时测试两种功能的新型测试机是非常必要的。
发明内容
本发明将解决两个摩擦磨损方面的技术问题；1、解决在进行往复摩擦磨损测试时，往复相对运动摩擦副受力分布不均、测试机构振动大等问题，从而能够获得稳定的摩擦副运动和较精确的试验测试；2、本发明在进行活塞环密封性测试时，可以准确、实时地测量活塞环的密封性及泄漏处的圆周分布位置。
为解决上述问题，本发明提供一种新型多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机，具有以下功能：(1)常规活塞环摩擦磨损测试、(2)常规活塞裙部摩擦磨损测试、(3)试验材料的摩擦磨损测试、(4)活塞环密封性测试，并同时可获得泄漏时刻、泄漏位置和泄漏量。
本发明采用的技术方案为：
一种多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机，用于往复式摩擦磨损测试和活塞环密封性测试；
当进行往复式摩擦磨损测试时，所述的多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机主要由底板1、支承板a2、曲柄连杆滑块机构3、支承板b4、摩擦副机构5、支承板c6、转速仪7和驱动电机8组成；所述的支承板a2、支承板b4和支承板c6依次固定在底板1上，三者位于同一条直线上；所述的曲柄连杆滑块机构3固定安装在支承板a2与支承板b4之间，所述的摩擦副机构5固定安装在支承板b4与支承板c6之间；曲柄连杆滑块机构3中的活塞与摩擦副机构5轴向减振连接，用于测试往复式摩擦副的摩擦力；所述的转速仪7和驱动电机8位于曲柄连杆滑块机构3的侧面，固定安装在底板1上，转速仪7的一端与曲柄连杆滑块机构3相连，另一端通过联轴器与驱动电机8相连；驱动电机8带动转速仪7转动，从而驱动曲柄连杆滑块机构3做直线往复运动，进而驱动摩擦副机构5中的活塞机构15做往复直线运动。
所述的摩擦副机构5，主要由润滑油管接头9、活塞连接轴10、轴向测试传感器装置11、动缸套径向测试传感器装置12、固定套筒13、活动缸套14、活塞机构15、传感器线束接头16和活塞锁紧机构17组成；所述的活塞机构15通过活塞锁紧机构17固定在活塞连接轴10上，所述的活塞连接轴10穿过活动缸套14的内部，活塞连接轴10的一端与曲柄连杆滑块机构3的活塞相连接，活塞机构15与活动缸套14的内壁相接触，形成往复式摩擦副；所述的活动缸套14安装在固定套筒13内，固定套筒13的两端分别固定在支承板b4和支承板c6上；所述的轴向测试传感器装置11共8个，对称安装在活动缸套14与支承板b4和支承板c6接触位置处，轴向测试传感器装置11位于活塞连接轴10的两侧；所述的动缸套径向测试传感器装置12共2个，分别安装在支承板b4和支承板c6相对的侧面上，与固定套筒13相接触，2个动缸套径向测试传感器装置12位于固定套筒13的同一侧，轴向测试传感器装置11与动缸套径向测试传感器装置12用于控制活动缸套14的轴向和径向受力情况；所述的润滑油管接头9和传感器线束接头16位于活动缸套14内部，一端与活塞机构15连接，另一端伸至活动缸套14外部，润滑油管接头9用于提供润滑油，传感器线束接头16用于连接传感器装置；
所述的活塞机构15有三种形式，第一种为活塞与活塞环组件，用于测量整体活塞环摩擦磨损；第二种为活塞，用于测量活塞裙部摩擦磨损；第三种主要由前活塞块18、摩擦块19、后活塞块20、测试传感器固定装置21、摩擦块圆周固定块22、摩擦块径向固定块23和摩擦块径向测试传感器装置24组成，用于分块测量摩擦块摩擦磨损；所述的前活塞块18与后活塞块20通过螺栓连接固定，4块摩擦块19对称布置在前活塞块18与后活塞块20中间，摩擦块19的外侧与活动缸套14的内壁上接触，摩擦块19的内侧通过4块摩擦块圆周固定块22进行周向定位，相邻摩擦块圆周固定块22之间安装有测试传感器固定装置21；所述的摩擦块径向固定块23和摩擦块径向测试传感器装置24安装在后活塞块20内侧面的安装槽上，前活塞块18与后活塞块20共同夹紧摩擦块径向固定块23，摩擦块径向固定块23外表面为圆弧状，与摩擦块19的内圆弧相接触，摩擦块径向测试传感器装置24卡在测试传感器固定装置21上；通过摩擦块径向测试传感器装置24获得摩擦块19的压力，以完成摩擦块19与活动缸套14间的摩擦测试，即往复式摩擦磨损测试；
当进行活塞环密封性测试时，将摩擦副机构5换为活塞环密封性试验机构，活塞环密封性试验机构主要由润滑油管25、加压保护装置26、高压缸套27、活塞环测试装置28、透明缸套29、减压保护装置30和流量测试仪31组成；所述的高压缸套27与透明缸套29并列布置，连接成为一体形成空腔，所述的活塞环测试装置28位于空腔内；高压缸套27和透明缸套29的端部通过螺栓分别固定在支承板b4与支承板c6上，通过活塞环测试装置28的一端设有连杆轴，连杆轴位于透明缸套29内，通过连杆轴与曲柄连杆滑块机构3的活塞连接，与曲柄连杆滑块机构3同步运动；所述的高压缸套27的端部设有加压保护装置26，润滑油管25一端与活塞环测试装置28连接，另一端伸出至高压缸套27外部；所述的透明缸套29的端部设有减压保护装置30，流量测试仪31安装在透明缸套29的侧面；
所述的活塞环测试装置28主要由活塞顶32、密封圈33、气环34、油环35、漏气测试环36和活塞主体37组成；所述的活塞顶32通过螺栓与活塞主体37的端部相连接，活塞顶32与活塞主体37之间设有密封圈33；两道气环34、两道油环35、一道漏气测试环36依次安装在活塞主体37的端部；
活塞环测试装置28与高压缸套27构成活塞环缸套摩擦密封副，润滑油管25为活塞环缸套摩擦密封副提供润滑；通过活塞环测试装置28与曲柄连杆滑块机构3同步运动，从而实现活塞环密封性测试；
所述的漏气测试环36上涂有与腔体内气体产生化学反应的金属，或者安装有气体测试试纸，当活塞环测试装置28运行产生泄漏时，漏气测试环36发生化学反应变色，通过透明缸套29观察到颜色变化，从而判断活塞环的密封性能；所述的漏气测试环36上安装多个温度测试传感器，用于检测高压缸套27内的气体温度，通过温度测漏法判断活塞环的密封性能。
所述的金属为钠或钾；所述的温度测试传感器为热电偶电阻丝。
本发明的有益效果在于：
1、常规测试摩擦磨损往复测试机只采用曲柄连杆滑块机构3，本发明为获得稳定摩擦副运动和精确的试验测试，将曲柄连杆滑块机构3处串联连接了摩擦副测试机构5，曲柄连杆滑块机构3是驱动机构，摩擦副测试机构5包括三套活塞机构，采用此结构可以克服测试摩擦副往复运动时，活塞径向力分布不均以及测试机构振动大等缺陷，从而在摩擦副机构5内获得稳定的摩擦副运动和较为精确试验测试，如采用图2所示的机构时，能够较准确测量活塞环和活塞裙部所受的摩擦力；
2、本发明采用的活塞机构如图3(a)和3(b)所示时，能够较准确的调整和确定摩擦块正压力值，并同时可以测量摩擦副的摩擦力。
3、本发明可以进行不同机油温度下摩擦副材料的摩擦磨损试验测试，也可对摩擦副加热进行试验。
4、本发明可以通过塞环密封性试验机构如图4，获得测试活塞环密性的评估，即能够获取活塞环泄漏周向分布位置，泄漏量，具有及时性和实时性的优势。
附图说明
图1是本发明装置的立体示意图；
图2是摩擦副机构的剖视图；
图3(a)是活塞机构示意图a；图3(b)是活塞机构示意图b；
图4是活塞环密封性试验机构示意图；
图5是活塞环测试装置的结构示意图；
图6是温度测试传感器的布置示意图。
图中：1底板；2支承板a；3曲柄连杆滑块机构；4支承板b；5摩擦副机构；6支承板c；7转速仪；8驱动电机；9润滑油管接头；10活塞连接轴；11轴向测试传感器装置；12动缸套径向测试传感器装置；13固定套筒；14活动缸套；15活塞机构；16传感器线束接头；17活塞锁紧机构；18前活塞块；19摩擦块；20后活塞块；21测试传感器固定装置；22摩擦块圆周固定块；23摩擦块径向固定块；24摩擦块径向测试传感器装置；25润滑油管；26加压保护装置；27高压缸套；28活塞环测试装置；29透明缸套；30减压保护装置；31流量测试仪；32活塞顶；33密封圈；34气环；35油环；36漏气测试环；37活塞主体。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案；进一步说明本发明的具体实施方式。
一、往复式摩擦磨损测试运行原理
图1中，曲柄连杆滑块机构3部件是常规复式摩擦磨损测试机结构，可以测试摩擦副往复式运动的摩擦情况，这种测量可以在一般情况下使用。但由于高速运动中的停止和起动，惯性力产生很大的振动，且同时在运动过程摩擦副受力随着曲柄转角变化而变化，造成测量过程十分不稳定，测量精度下降和不准确。
本发明的装置在曲柄连杆滑块机构3处串联连接了摩擦副测试机构5，采用串联后，可以真实精确的测试往复摩擦副的摩擦力。具体工作顺序：驱动电机8通过联轴器与转速仪7连接，驱动曲柄连杆滑块机构3，做直线往复运动，曲柄连杆滑块机构3中活塞与摩擦副机构5轴向减振连接，进而驱动摩擦副5中的活塞机构15做往复直线运动。活塞机构15在活动缸套14中做往复直线运动，固定套筒13通过螺栓固定在支撑板b4和支撑板c6之间，轴向测试传感器装置11和径向测试传感器装置12获得活动缸套14的轴向和径向受力情况，润滑油管接头9起到为活塞缸内润滑提供润滑油，传感器线束接头16是传感器装置连线结构。
图2中，摩擦副机构5中的活塞机构15有三种测试机构，功能分别是：a、测量整体活塞环摩擦磨损；b、测量活塞裙部摩擦磨损；c、可以分块测量摩擦副，即调整摩擦副正压力，测量摩擦块的摩擦力；三种测试功能的运行原理如下：
a、图2中活塞机构15形式是常见活塞与活塞环组件，通过活塞锁紧机构17固定在活塞连接轴10上，用来测试常规活塞环与活动缸套14的摩擦力，活动缸套14安装在固定套筒13内；
b、安装无活塞环的活塞替换活塞机构15，微调整固定套筒13和动缸套径向测试传感器装置12，使活塞裙部受到侧向力，模拟了活塞正常工作时侧面位置受力情况，完成活塞裙部变形时的摩擦力测试；
c、图3(a)和图3(b)中活塞机构15是由组合式活塞和摩擦块构成，前活塞块18与后活塞块20通过螺栓连接固定，4块摩擦块19镶嵌在二者中间，通过4块摩擦块圆周固定块周向22定位。通过调整摩擦块径向测试传感器装置24，获得摩擦块19对活动缸套14压力。活塞机构运动，从而完成摩擦块19与活动缸套14间摩擦副的摩擦测试。摩擦块径向固定块23和摩擦块径向测试传感器装置24镶嵌安装在后活塞块20上的安装槽中，通过前摩擦块18和后摩擦块20进行夹紧固定。
二、活塞环密封性测试原理
用图4的活塞环密封性试验机构替换图1中的摩擦副机构5，主要完成活塞环在高压腔内的密封性测试。其中，高压缸套27和透明缸套29通过螺栓固定在支撑板b4和支撑板c6上，通过活塞环测试装置28的右端的连接轴与曲柄连杆滑块机构3的活塞相连接，从而与曲柄连杆滑块机构3进行同步运动，活塞环测试装置28结构如图5所示，活塞环测试装置28的主要部件包括：通过螺栓把活塞顶32和密封圈33与活塞主体37连接成一体，两道气环34、两道油环35和一道漏气测试环36安装在活塞主体37上，活塞环测试装置28与高压缸套27构成摩擦密封副，润滑油管25安装在高压缸套27上，为活塞环缸套摩擦副提供润滑。
工作原理：通过加压保护装置26使高压缸套27前端腔内(即活塞环测试装置28前面)充入高压气体，如3Mpa的纯氧气体，通过减压保护装置30进行单向抽气，使透明缸套29内(活塞环测试装置28后面)保证高真空度(或者充入一定量纯氮气，保证该密封的腔体压缩后***漏的量)。可通过调整曲柄连杆滑块机构3的位置完成以上充气工作。活塞环测试装置28的两套气环34主要起密封作用，两套油环35主要是将润滑油均匀地附着在缸壁上促进润滑并刮除多余润滑油防止润滑油溅落污染漏气测试环36，漏气测试环36上涂有可以与氧气或者其它气体(高压腔内气体)能够产生敏锐的化学反应的金属，如纯钠纯钾金属，或者特殊气体测试试纸等。当活塞环测试装置28上的气环34在运行时密封性变差产生泄漏，则泄漏处的气体与测试环36发生化学反应而变色，通过透明缸套29可以直接观察到颜色变化，从而判断活塞环的密封性能，即可以发现泄漏周向分布情况和泄漏时刻，泄漏量可以通过流量测试仪31获得。
此外也可采用温度测试法方案：由于高压缸套27内的气体压缩后，温度相对较高，所以可以采用温度测漏方法。为测试准确，应做绝热处理，例如隔热活塞上的后活塞块20，前后缸套间隔热。漏气测试环36需要安装多个温度测试传感器，如图6所示，一共安装16个高敏温度测试传感器(如高敏热电偶电阻丝)，当活塞气环泄漏时，热气体与温度传感器接触，可以根据每个传感器的指示值来评估活塞的密封性能，即可以发现泄漏分布位置和泄漏时刻，泄漏量可以通过流量测试仪31获得。
Claims (1)
1.一种多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机，用于往复式摩擦磨损测试和活塞环密封性测试；其特征在于：
当进行往复式摩擦磨损测试时，所述的多功能往复式材料摩擦磨损及活塞环密封性测试机主要由底板(1)、支承板a(2)、曲柄连杆滑块机构(3)、支承板b(4)、摩擦副机构(5)、支承板c(6)、转速仪(7)和驱动电机(8)组成；所述的支承板a(2)、支承板b(4)和支承板c(6)依次固定在底板(1)上，三者位于同一条直线上；所述的曲柄连杆滑块机构(3)固定安装在支承板a(2)与支承板b(4)之间，所述的摩擦副机构(5)固定安装在支承板b(4)与支承板c(6)之间；曲柄连杆滑块机构(3)中的活塞与摩擦副机构(5)轴向减振连接，用于测试往复式摩擦副的摩擦力；所述的转速仪(7)和驱动电机(8)位于曲柄连杆滑块机构(3)的侧面，固定安装在底板(1)上，转速仪(7)的一端与曲柄连杆滑块机构(3)相连，另一端通过联轴器与驱动电机(8)相连；驱动电机(8)带动转速仪(7)转动，从而驱动曲柄连杆滑块机构(3)做直线往复运动，进而驱动摩擦副机构(5)中的活塞机构(15)做往复直线运动；
所述的摩擦副机构(5)，主要由润滑油管接头(9)、活塞连接轴(10)、轴向测试传感器装置(11)、动缸套径向测试传感器装置(12)、固定套筒(13)、活动缸套(14)、活塞机构(15)、传感器线束接头(16)和活塞锁紧机构(17)组成；所述的活塞机构(15)通过活塞锁紧机构(17)固定在活塞连接轴(10)上，所述的活塞连接轴(10)穿过活动缸套(14)的内部，活塞连接轴(10)的一端与曲柄连杆滑块机构(3)的活塞相连接，活塞机构(15)与活动缸套(14)的内壁相接触，形成往复式摩擦副；所述的活动缸套(14)安装在固定套筒(13)内，固定套筒(13)的两端分别固定在支承板b(4)和支承板c(6)上；所述的轴向测试传感器装置(11)共8个，对称安装在活动缸套(14)与支承板b(4)和支承板c(6)接触位置处，轴向测试传感器装置(11)位于活塞连接轴(10)的两侧；所述的动缸套径向测试传感器装置(12)共2个，分别安装在支承板b(4)和支承板c(6)相对的侧面上，与固定套筒(13)相接触，2个动缸套径向测试传感器装置(12)位于固定套筒(13)的同一侧，轴向测试传感器装置(11)与动缸套径向测试传感器装置(12)用于控制活动缸套(14)的轴向和径向受力情况；所述的润滑油管接头(9)和传感器线束接头(16)位于活动缸套(14)内部，一端与活塞机构(15)连接，另一端伸至活动缸套(14)外部，润滑油管接头(9)用于提供润滑油，传感器线束接头(16)用于连接传感器装置；
所述的活塞机构(15)有三种形式，第一种为活塞与活塞环组件，用于测量整体活塞环摩擦磨损；第二种为活塞，用于测量活塞裙部摩擦磨损；第三种主要由前活塞块(18)、摩擦块(19)、后活塞块(20)、测试传感器固定装置(21)、摩擦块圆周固定块(22)、摩擦块径向固定块(23)和摩擦块径向测试传感器装置(24)组成，用于分块测量摩擦块摩擦磨损；所述的前活塞块(18)与后活塞块(20)通过螺栓连接固定，4块摩擦块(19)对称布置在前活塞块(18)与后活塞块(20)中间，摩擦块(19)的外侧与活动缸套(14)的内壁上接触，摩擦块(19)的内侧通过4块摩擦块圆周固定块(22)进行周向定位，相邻摩擦块圆周固定块(22)之间安装有测试传感器固定装置(21)；所述的摩擦块径向固定块(23)和摩擦块径向测试传感器装置(24)安装在后活塞块(20)内侧面的安装槽上，前活塞块(18)与后活塞块(20)共同夹紧摩擦块径向固定块(23)，摩擦块径向固定块(23)外表面为圆弧状，与摩擦块(19)的内圆弧相接触，摩擦块径向测试传感器装置(24)卡在测试传感器固定装置(21)上；通过摩擦块径向测试传感器装置(24)获得摩擦块(19)的压力，以完成摩擦块(19)与活动缸套(14)间的摩擦测试，即往复式摩擦磨损测试；
当进行活塞环密封性测试时，将摩擦副机构(5)换为活塞环密封性试验机构，活塞环密封性试验机构主要由润滑油管(25)、加压保护装置(26)、高压缸套(27)、活塞环测试装置(28)、透明缸套(29)、减压保护装置(30)和流量测试仪(31)组成；所述的高压缸套(27)与透明缸套(29)并列布置，连接成为一体形成空腔，所述的活塞环测试装置(28)位于空腔内；高压缸套(27)和透明缸套(29)的端部通过螺栓分别固定在支承板b(4)与支承板c(6)上，通过活塞环测试装置(28)的一端设有连杆轴，连杆轴位于透明缸套(29)内，通过连杆轴与曲柄连杆滑块机构(3)的活塞连接，与曲柄连杆滑块机构(3)同步运动；所述的高压缸套(27)的端部设有加压保护装置(26)，润滑油管(25)一端与活塞环测试装置(28)连接，另一端伸出至高压缸套(27)外部；所述的透明缸套(29)的端部设有减压保护装置(30)，流量测试仪(31)安装在透明缸套(29)的侧面；
所述的活塞环测试装置(28)主要由活塞顶(32)、密封圈(33)、气环(34)、油环(35)、漏气测试环(36)和活塞主体(37)组成；所述的活塞顶(32)通过螺栓与活塞主体(37)的端部相连接，活塞顶(32)与活塞主体(37)之间设有密封圈(33)；两道气环(34)、两道油环(35)、一道漏气测试环(36)依次安装在活塞主体(37)的端部；
活塞环测试装置(28)与高压缸套(27)构成活塞环缸套摩擦密封副，润滑油管(25)为活塞环缸套摩擦密封副提供润滑；通过活塞环测试装置(28)与曲柄连杆滑块机构(3)同步运动，从而实现活塞环密封性测试；
所述的漏气测试环(36)上涂有与腔体气体产生化学反应的金属，或者安装有气体测试试纸，当活塞环测试装置(28)运行产生泄漏时，漏气测试环(36)发生化学反应变色，通过透明缸套(29)观察到颜色变化，从而判断活塞环的密封性能；所述的漏气测试环(36)上安装多个温度测试传感器，用于检测高压缸套(27)内的气体温度，通过温度测漏法判断活塞环的密封性能。
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