CN101419147A - 橡胶膜片耐疲劳测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种橡胶膜片耐疲劳测试装置，往复传动机构采用双偏心轮连杆式结构，置于装置的顶部，往复杆顶端连接计数器，往复传动机构与制于装置右顶部的电机传动连通，往复杆底端与膜片夹持机构机械连接，夹持机构中心处底部制有平衡弹簧；膜片夹持机构右端通过阀门气连通气压泵，进气管中部串接有气压传感器和气压表；往复杆中部制有固定件，上部和下部分别制有滑套，滑套约束往复杆的运动方向，本发明结构原理简单，测试范围大，效率高，操作使用方便，运行安全可靠，自动化程度好。

Description

橡胶膜片耐疲劳测试装置

技术领域：

本发明涉及一种可模拟橡胶膜片运行状态的疲劳试验仪器，特别是一种橡胶膜片耐疲劳测试装置。

背景技术：

橡胶膜片广泛应用于燃气调压器中，在燃气调压器中橡胶膜片起压力传感和流量控制的作用；目前，燃气调压器用的橡胶膜片主要有两种：主调膜片和平衡膜；主调膜片的作用是感知出口压力的变化，通过带动阀口杆做上下运动来控制阀口的开启与闭合，从而调整进气量使出口压力维持在设计范围内，以保证进户燃气的安全；平衡膜片的作用是抵消阀瓣受到的不平衡力。通常调压器用橡胶膜片属于复合材料，是利用纺织品作为增强材料(俗称基布)与橡胶基体相结合形成的。基布的主要作用是使膜片具有一定的机械强度并限制膜片变形，而橡胶基体的作用在于使膜片具有良好的密封性；无论是基布中的纱线断裂还是橡胶层破坏，只要漏气就认为膜片已破坏，就有可能带来安全事故。所以，调压器橡胶膜片是燃气调压器中的关键部件，其耐疲劳性的优劣直接关系到人民生命和财产的安全。

目前，对调压器橡胶膜片的研究技术已经相当成熟，法国的埃福贝(EFFBE)公司生产的各种燃气调压器膜片、煤气表用膜片就有上百种产品，年产约八千万张，供世界上绝大多数调节阀厂家使用，如费舍尔(FISHER)等厂家，都使用该公司的膜片。但到目前为止尚未见有生产厂家对膜片生产技术及检测方法作公开报导。目前，有关调压器的标准有欧共体EN334、EN278及德国标准DIN标准等，但没有公开膜片的专门标准，而对膜片疲劳性能的要求和测试技术或方法，也尚未见有报道。

中国于1996年制定了《城镇燃气调压器用橡胶膜片》(HG2807-1996)行业标准，对膜片的拉伸强度、扯断伸长度、压缩永久变形、邵尔硬度、回弹性、屈挠龟裂、热空气老化等提出了明确要求，而国家标准GB16802-1997，在附录C、D中也作了相关规定。为了提高调压器的技术水平，新的城镇燃气调压器标准CJ 274-2008自2008年8月1日开始实施，但是该标准除了对橡胶膜片的胶料硬度提出要求以外，其它与GB 16802-1997完全一致。到目前为止，无论是国际先进标准，还是国家标准和行业标准都没有对橡胶膜片在工作过程中的耐疲劳性能参数提出明确要求，更无相应的测试方法。由于膜片的技术要求高，开发难度大，国内高端膜片市场长期被国外产品垄断。为了打破国外膜片的垄断，我国许多橡胶研究院所和企业投入大量人力和物力研究开发高性能夹布橡胶膜片，但至今仍未见高性能调压器膜片面世，而对橡胶膜片耐疲劳性能参数的检测设备更是无人问津。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计提供一种结构简单、运行可靠、方法科学的橡胶膜片耐疲劳测试仪装置，该装置包括往复传动机构、膜片夹持机构、计数器和充气机构。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括往复传动机构、膜片夹持机构、计数器和气压泵四个功能单元，主要部件包括往复传动机构、计数器、电机、气压表、气压泵、气压传感器、外紧压环、膜片、平衡弹簧、中压盘、底板、中隔环、外紧压环、中隔盘、滑套、销钉、螺母、连轴套、紧压螺栓、中压盘、膜片、外紧压螺栓、阀门、进气管；往复传动机构采用双偏心轮连杆式结构，主要部件包括往复杆、固定件、铰接轴、连杆、二级偏心轴、二级偏心轮、一级偏心轴、一级偏心轮、主轴、滑套，往复传动机构放置于装置的顶部，往复杆顶端连接计数器，往复传动机构与制于装置右顶部的电机传动连通，往复传动机构的往复杆底端与膜片夹持机构机械连接，实现膜片夹持机构随往复杆运动，达到膜片耐疲劳度检测功效；夹持机构中心处底部制有平衡弹簧；膜片夹持机构右端通过阀门气连通气压泵，在实现气连接的进气管中部串接有气压传感器和气压表；膜片夹持机构由二个中压盘、中隔盘、中隔环、二个外紧压环和紧压螺栓组合构成，中压盘、二个外紧压环、中隔盘、中隔环、外紧压螺栓、紧压螺栓将二只膜片夹持住并形成一个密封的、可充入高压流体的空腔；往复传动机构采用双偏心轮连杆式结构，往复杆中部制有固定件，往复杆的固定件上部和下部上分别制有可滑动的滑套，往复杆通过铰接轴和连杆与二级偏心轴、二级偏心轮、一级偏心轴、一级偏心轮、主轴形成传动连通结构，实现双偏心轮连杆式往复传动；主轴由电机带动按设定速度高速回转，一级偏心轮经主轴带动后，通过一级偏心轴带动二级偏心轮，在二级偏心轴的带动下连杆通过铰接轴和固定件带动往复杆做上下往复运动，滑套约束往复杆的运动方向。

本发明的膜片夹持机构主要用于夹持膜片，其结构是单膜片夹持式或双膜片夹持式；可以密封带压式，也可以是不带压式；采用双膜片密封带压式的机构由中压盘、外紧压环、中隔盘、中隔环和紧压螺栓组成。

本发明采用双偏心轮连杆式结构的往复传动机构和双膜片带压式夹持机构，具有以下优点：

一是速度在10～2000次/分范围内可调，测试效率高；

二是往复传行的动程可调，其动程的调节是通过调节二级偏心轮相对二级偏心轴的转角实现的，动程的大小等于主轴至二级偏心轴间距的两倍，动程的大小根据膜片的形状和实际需要进行调节，调节范围一般为4～100mm，其中，一级偏心距在12～60mm，二级偏心距在10～50mm，二级偏心轮可绕一级偏心轴转动，以满足动程调节的需要，一旦动程确定后，即将二级偏心轮与一级偏心轴通过螺钉固定；

三是一次测试二只膜片，测试效率高，膜片拆装方便，可用于同时比较两个厂家生产的相同规格的产品，两个膜片的外圆分别由外紧压环与中隔环通过外紧压螺栓夹紧密封，并固定在装置的底板上，两个膜片的内圆分别由中压盘与中隔环通过紧压螺栓夹紧密封，并通过连轴套将紧压螺栓与往复杆相连，随往复杆的上下运动，膜片的内圆即相对膜片的外圆做上下往复运动，实现二只膜片的疲劳测试；

四是测试过程中膜片间的气压保持不变，装置运行平稳，由于高压空气密封于二只膜片和中压盘以及中隔盘形成的空腔内，无论膜片是向上运动还是向下运动，空腔的容积是不变的，因此在膜片上下运动时，膜片所受的气压是不变的，平衡弹簧起平衡中压盘以及中隔盘自重的作用，减小冲击力，使往复运行更加平稳；

五是膜片的耐疲劳性是在带压的情况下测试的，气压可根据需要调节，调节范围为0.01～2Mpa，从而可使测试效果较好的模拟膜片在线工作情况；

六是能直接观察到膜片的疲劳形态，如果安装气压传感器，又能实现膜片破损自停；

七是可用于测试各类橡胶膜片，如膜片泵用膜片、汽车用膜片和摩托车用膜片，只要膜片夹具的结构和尺寸应与膜片的结构相适应即可。

附图说明：

图1为本发明装置的剖面结构原理示意图。

图2为本发明的往复传动机构结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图做进一步说明。

本发明的主体结构包括往复传动机构、膜片夹持机构、计数器和气压泵四个功能单元，主要部件包括往复传动机构1、计数器2、电机3、气压表4、气压泵5、气压传感器6、外紧压环7、膜片8、平衡弹簧9、中压盘10、底板11、中隔环12、外紧压环13、中隔盘14、滑套15、销钉16、螺母17、连轴套18、紧压螺栓19、中压盘20、膜片21、外紧压螺栓22、阀门23、进气管24；往复传动机构采用双偏心轮连杆式结构，主要部件包括往复杆25、固定件26、铰接轴27、连杆28、二级偏心轴29、二级偏心轮30、一级偏心轴31、一级偏心轮32、主轴33、滑套15，往复传动机构1放置于装置的顶部，往复杆25顶端连接计数器2，往复传动机构1与制于装置右顶部的电机3传动连通，往复传动机构1的往复杆25底端与膜片夹持机构机械连接，实现膜片夹持机构随往复杆25运动，达到膜片耐疲劳度检测功效；夹持机构中心处底部制有平衡弹簧9；膜片夹持机构右端通过阀门23气连通气压泵5，在实现气连接的进气管24中部串接有气压传感器6和气压表4；膜片夹持机构由二个中压盘10和20、中隔盘14、中隔环12、二个外紧压环7和13和紧压螺栓19组合构成，中压盘10和20、二个外紧压环7和13、中隔盘14、中隔环12、外紧压螺栓22、紧压螺栓19将二只膜片8和21夹持住并形成一个密封的、可充入高压流体的空腔；往复传动机构1采用双偏心轮连杆式结构，往复杆25中部制有固定件26，往复杆25的固定件26上部和下部上分别制有可滑动的滑套15，往复杆25通过铰接轴27和连杆28与二级偏心轴29、二级偏心轮30、一级偏心轴31、一级偏心轮32、主轴33形成传动连通结构，实现双偏心轮连杆式往复传动；主轴33由电机3带动可按设定速度高速回转，一级偏心轮32经主轴33带动后，通过一级偏心轴31带动二级偏心轮30，在二级偏心轴29的带动下连杆通过铰接轴27和固定件26带动往复杆25做上下往复运动，滑套15约束往复杆25的运动方向。

本实施例的膜片21和膜片8由中压盘20、中隔环12、中压盘10、外紧压环13和外紧压环7，通过外紧压螺栓22紧固压紧，这样在两膜片之间就会形成一个密封的空腔，打开阀门23气压泵5可通过进气管24将一定压力的气体冲入膜片间的空腔，待气压表4达到设定压力(压力大小应模拟膜片在调压器工作时的带压状况)后，关闭阀门23即可进行膜片的带压疲劳测试；将膜片夹持好后，通过螺母17将其与紧压螺栓19固定到一起，将膜片夹持装置固定在装置的底板11上，然后用连轴套18和销钉16将往复杆25和膜片夹持装置上的紧压螺栓19的上端连接起来；紧压螺栓19、中压盘20、中隔环12、中压盘10受到往复杆25的带动，将夹持着两个膜片的内侧做上下往复运动，往复杆25的运动次数即膜片的耐疲劳次数将由计数器2记录下来；当膜片因疲劳破坏而破裂时，气压突然下降，此时气压传感器6发出信号，切断电源，装置停止工作；往复运行的速度可根据膜片的规格和要求进行调节，速度调节可通过直接选用调速电机，或变频电机，或步进电机，或伺服电机，或用变速箱调速实现。

实施例1：适用于DN25平衡膜片的测试装置。

电机3选用机械离合器电动机，电压：380V三相；电流：0.9A；功率：370W；转速：2850r/min；计数器2选用机械式计数器；气压泵5采用手动空气压缩器。

本实施例的装置中设计两个偏心轮，动程的大小根据膜片的形状和实际动程需要对偏心轮进行调节，其中，二级偏心轮可绕一级偏心轴转动，以满足动程调节的需要，一旦动程确定后，即将二级偏心轮与一级偏心轴通过螺钉固定，一级偏心距在50mm，二级偏心距在46mm，总偏心距的调节范围一般为4-96mm，往复动程为总偏心距的二倍。

膜片DN25的工作动程为18mm，设定气压为0.4Mpa，调整一二级偏心轮的总偏心距为9mm后，锁紧各螺栓。

测量时，将膜片夹持在夹紧装置上，锁紧各螺栓，打开进气管阀门，并向内腔充气，达到额定气压时关闭阀门，通过连轴套将紧压螺栓与往复杆连接，开动电机实现疲劳测试，通过计数器记录疲劳次数，并通过气压传感器实现对计数器的控制，当被测膜片破裂时，电机自动停止运转。

实施例2：适用于NORVAL/G DVGW调压器主调膜片的测试装置。

电机选用直流变频调速电动机，电压：380V三相；电流：1A；功率：300W；转速：1750r/min；计数器选用光电计数器；气压泵采用电动空气压缩机。

本实施例的装置中设计两个偏心轮，动程的大小根据膜片的形状和实际动程需要对偏心轮进行调节，其中，二级偏心轮可绕一级偏心轴转动，以满足动程调节的需要，一旦动程确定后，即将二级偏心轮与一级偏心轴通过螺钉固定，一级偏心距在50mm，二级偏心距在46mm，总偏心距的调节范围一般为4-96mm，往复动程为总偏心距的二倍。

膜片直径630mm，往复动程为80mm，气压为0.12Mpa，调整一、二级偏心轮的总偏心距为40mm，锁紧各螺栓。

测量时，将膜片夹持在夹紧装置上(各种规格膜片配合不同夹紧装置)，锁紧各螺栓，打开进气管阀门，并向内腔充气，达到额定气压时关闭阀门，通过连轴套将紧压螺栓与往复杆连接，开动电机实现疲劳测试，通过计数器记录疲劳次数，并通过气压传感器实现对计数器的控制，当被测膜片破裂时，电机自动停止运转。

Claims (3)

1、一种橡胶膜片耐疲劳测试装置，其特征在于往复传动机构采用双偏心轮连杆式结构，包括往复杆、固定件、铰接轴、连杆、二级偏心轴、二级偏心轮、一级偏心轴、一级偏心轮、主轴和滑套；往复传动机构放置于装置的顶部，往复杆顶端连接计数器，往复传动机构与制于装置右顶部的电机传动连通，往复传动机构的往复杆底端与膜片夹持机构机械连接，实现膜片夹持机构随往复杆运动；夹持机构中心处底部制有平衡弹簧；膜片夹持机构右端通过阀门气连通气压泵，在实现气连接的进气管中部串接有气压传感器和气压表；膜片夹持机构由二个中压盘、中隔盘、中隔环、二个外紧压环和紧压螺栓组合构成，中压盘、二个外紧压环、中隔盘、中隔环、外紧压螺栓、紧压螺栓将二只膜片夹持住并形成一个密封的、充入高压流体的空腔；往复传动机构采用双偏心轮连杆式结构，往复杆中部制有固定件，往复杆的固定件上部和下部上分别制有的滑套，往复杆通过铰接轴和连杆与二级偏心轴、二级偏心轮、一级偏心轴、一级偏心轮、主轴形成传动连通结构，实现双偏心轮连杆式往复传动。

2、根据权利要求1所述的橡胶膜片耐疲劳测试装置，其特征在于主轴由电机带动按设定速度高速回转，一级偏心轮经主轴带动后，通过一级偏心轴带动二级偏心轮，在二级偏心轴的带动下连杆通过铰接轴和固定件带动往复杆做上下往复运动，滑套约束往复杆的运动方向。

3、根据权利要求1所述的橡胶膜片耐疲劳测试装置，其特征在于膜片夹持机构用于夹持膜片，其结构是单膜片夹持式或双膜片夹持式，密封带压或不带压；采用双膜片密封带压式的机构由中压盘、外紧压环、中隔盘、中隔环和紧压螺栓组成。

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