CN108375469A - 橡胶密封圈寿命预测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种橡胶密封圈寿命预测装置及方法，属于橡胶材料寿命预测技术领域。本发明的密封橡胶寿命预测装置，包括油压供给单元，包括油压供给管道；第一盖板，设有深度小于橡胶密封圈线径的凹槽，以及能够贯穿所述油压供给管道和所述凹槽的通孔；第二盖板，与所述第一盖板固接，用于挤压所述橡胶密封圈至所述凹槽内。该密封橡胶寿命预测装置可预测橡胶密封圈在特定油压下的使用寿命。

Description

橡胶密封圈寿命预测装置及方法

技术领域

本发明属于橡胶材料寿命预测技术领域，尤其涉及一种橡胶密封圈寿命预测装置及方法。

背景技术

介质的密封是国民经济各个领域所需要的通用技术，不仅石油化工和机器制造离不开密封技术，航空、天航空、天航海、武器装备等武器装备等顶尖工业与密封技术的联系更加密不可分。飞机制造业自20世纪90年代以来取得了飞速进展：飞行高度、飞行速度以及连续飞行距离都有了很大的提高，因此，对飞机液压系统的要求也会更高。确保飞机液压系统的密封性安全，才能保证飞机的正常飞行，如果发生密封失效，后果会十分严重，可能会发生爆炸而引起机毁人亡。橡胶密封圈的使用性能以及装置的可靠性对于航空制造业是非常重要的，但是在使用过程中伴随着自身的易老化性，使其在使用寿命上大受限。通过对橡胶密封圈进行加速老化试验可以快便捷地预测和评估橡胶材料的使用寿命。

通常预测橡胶寿命都是通过热氧老化试验或者耐介质老化试验对橡胶产品进行压缩永久变形试验，然后根据阿伦尼斯公式并以70％压缩永久变形作为临界点推测寿命，而在液压系统内的橡胶圈还会受到油压的影响。考虑到油压的影响，本发明设计了一种简单可行的寿命预测装置及基于该装置的寿命预测方法。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种橡胶密封圈寿命预测装置及方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种橡胶密封圈寿命预测装置，包括：

油压供给单元，包括油压供给管道；

第一盖板，设有深度小于橡胶密封圈线径的凹槽，以及能够贯穿所述油压供给管道和所述凹槽的通孔；

第二盖板，与所述第一盖板固接，用于挤压所述橡胶密封圈至所述凹槽内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述装置还包括调温单元，用于为所述橡胶密封圈提供试验所需温度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述调温单元为温度箱，所述第一盖板、第二盖板和所述橡胶密封圈能够置于所述温度箱中。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一盖板为通过中轴连接的上法兰和下法兰，所述第二盖板为法兰盖，与所述下法兰固接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述凹槽位于所述下法兰底部，所述通孔贯穿所述第一盖板的中轴，并连通所述油压供给管道和凹槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述装置还包括支架，所述支架与所述第一盖板的上法兰固接，用于支撑固接在一起的所述第一盖板和第二盖板。

在本公开的一种示例性实施例中，所述装置还包括激振单元，作用在所述油压供给管道上，用于为所需油压提供一所需震动频率。

在本公开的一种示例性实施例中，所述油压供给单元包括：

液压泵，用于将油压调整到所需油压；

蓄能器，用于存储所述液压泵输送的液压油，并为所述橡胶密封圈提供试验所需油压；

三通管道，连通所述液压泵、蓄能器和所述通孔；

换向阀，设于所述三通管道上，用于改变液压油的流向，当所述液压泵将油压调整到所需油压时，使液压油流向所述蓄能器；

其中，所述油压供给管道为所述三通管道的某一通路管道。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一盖板的中轴，上法兰和下法兰一体成型。

根据本公开的一个方面，提供一种橡胶密封圈寿命预测方法，应用于根据上述任意一项所述的橡胶密封圈寿命预测装置，包括：

设定不同试验条件，通过所述橡胶密封圈寿命预测装置对多个橡胶密封圈进行试验；

根据压缩永久形变量和经验公式，预测橡胶密封圈的使用寿命。

本发明提供的一种橡胶密封圈寿命预测装置及方法，本发明提供的橡胶密封圈寿命预测装置，可以模拟橡胶密封圈在某种特殊的环境的实际工况，装配应力、温度和压力环境，使试验数据更有说服力，且装置结构简单、操作方便、试验结果准确；本发明提供的橡胶密封圈寿命预测方法，为通过该橡胶密封圈寿命预测装置进行试验后，根据压缩永久形变量，预测橡胶密封圈在不同试验条件下的使用寿命，该计算方法为经验式计算方法，计算结果准备可信。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本示例实施例的橡胶密封圈寿命预测装置的结构示意图；

图2示出本示例实施例的油压供给单元的结构示意图；

图3示出本示例实施例的第一盖板的结构示意图；

图4示出本示例实施例的第二盖板的结构示意图；

图5示出本示例实施例的橡胶密封圈寿命预测装置的局部放大图；

图6示出本示例实施例的支架的结构示意图；

图7示出本示例实施例油压试验的流程图。

其中附图标记为：

1-油压供给单元；11-三通管道；101-油压供给管道；12-液压泵；121-调节阀；122-压力表；13-蓄能器；14-换向阀；

2-第一盖板；21-凹槽；22-通孔；23-上法兰；24-下法兰；25-中轴；

3-第二盖板；

4-调温单元；

5-橡胶密封圈；

6-支架；

7-激振单元。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

参见图1，图1为本示例实施例的橡胶密封圈寿命预测装置的结构示意图。该橡胶密封圈寿命预测装置可包括：油压供给单元1、第一盖板2、第二盖板3。所述油压供给单元1可包括油压供给管道101；所述第一盖板2上设有深度小于橡胶密封圈5线径的凹槽21，及能够贯穿所述油压供给管道11和凹槽21的通孔22；所述第二盖板3与所述第一盖板1可固接，用于挤压所述橡胶密封圈至所述凹槽21内。

本示例实施例提供的寿命预测装置可以模拟橡胶密封圈在某种特殊的环境的实际工况，装配应力、温度和压力环境，使试验数据更有说服力，且装置结构简单、操作方便、试验结果准确。

本示例实施例提供的橡胶密封圈可以为O型密封圈，O形密封圈因结构简单且密封方式牢靠而广泛应用于液压系统中，当然，还可以为其他形状的密封圈，在此不作限定，本发明以O型密封圈为例。O形密封圈对橡胶材料的具体要求有：抗老化和耐高温能力强；耐介质性能好(如腐蚀、溶胀解等)；具有良好的机械性能和耐磨性；加工工艺性能好，材料来源广，价格低廉；具有良好的弹性，较高的硬度，寿命时间内压缩变形小，这对其在工作时降低泄漏、达到良好的密封性能非常重要。本示例实施例使用的O型密封圈是某研究院提供的氟，它的工作压力可达到35MPa。

参加图2，为本示例实施例的油压供给单元的结构示意图。本示例实施例提供的油压供给单元1可包括：液压泵12，液压泵12可包括油压调节阀121和压力表122，用于将油压调整到所需油压；蓄能器13，可用于存储所述液压泵输送的液压油，并为所述O型密封圈提供试验所需油压；三通管道11，连通所述液压泵、蓄能器和所述通孔，三通管道11中有一个通道为油压供给管道101；换向阀14，设于所述三通管道上，用于改变液压油的流向，当所述液压泵将油压调整到所需油压时，使液压油流向所述蓄能器。

参见图3，本示例实施例中的第一盖板2可以包括上法兰23，下法兰24和中轴25，上法兰23，下法兰24和中轴25可一体成型。可在下法兰24底部设凹槽21，凹槽的横截面可为圆形，也可为圆环，当凹槽为圆环时，O型密封圈可刚好置于圆环内。通孔可贯穿中轴，到达凹槽处。上法兰、下法兰、凹槽和中轴的中心线重合。O型密封圈的轴向直径小于凹槽的高度，当O型密封圈置入凹槽内时，O型密封圈有一部分会裸露在凹槽外。O型密封圈的孔径大于通孔的孔径，小于凹槽的孔径。在进行试验时，所述通孔位于O型密封圈内，O型密封圈置于所述凹槽内。

参见图4，本示例实施例中的第二盖板3可为法兰盖，可通过螺母固接在上述下法兰上，所述第二盖板3的中心线也可与所述中轴的中心线重合，可用于将O型密封圈裸露的部分压入到凹槽内。在试验时，油压可通过油压供给单元，然后通过通孔作用到O型密封圈上。油压供给单元、通孔、凹槽、O型密封圈和第二盖板可形成一密闭系统，从而使O型密封圈在设定油压下进行试验，而不漏油，参见图5。

参见图6，本示例实施例的装置还可包括支架6，支架6可与上法兰通过螺母固接，用于支撑固接在一起的上、下法兰和法兰盖。可将支架放入调温单元6中进行试验，调温单元可为温度箱，温度箱可用于调节试验所需温度。

参见图7，为本示例实施例油压试验的流程图。本示例实施例的装置的油压试验过程如下：

S101，将O型密封圈安装在凹槽内，检查各个部位的连接气密性；

S102，将温度箱调节至所需温度；

S103，开启液压泵，并运行一段时间；

S104，调节油压调节阀，使油压调整到所需油压；

S105，开启换向阀并在蓄能器中充油蓄能，直到压力达到设定油压，接着将液压泵断电；

S106，压力到达O型密封圈，压力靠蓄能器提供，如果压力减小重复步骤S103、S104、S105。

步骤S102也可以放在最后一步，即油压调整到试验所需油压后，再调整温度至试验所需温度。

本示例实施例的装置还可包括激振单元7，用于在所述油压供给管道上，用于为所需油压提供一所需震动频率。激振单元7可包括地轨、地轨连接单元、管道支撑架、激振器和激振杆。激振器可用于提供震动频率，管道支架可用于支撑油压供给管道，激振杆与管道接触，可用于将激振器提供的震动频率加在油压供给管道上。

本发明提供的橡胶密封圈寿命预测方法，应用于橡胶密封圈寿命预测装置，可包括：设定不同试验条件，通过所述橡胶密封圈寿命预测装置对多个橡胶密封圈进行试验；根据压缩永久形变量和经验公式，预测橡胶密封圈的使用寿命。

该方法为通过该橡胶密封圈寿命预测装置进行试验后，根据压缩永久形变量和经验公式，预测橡胶密封圈的使用寿命，该计算方法采用经验公式计算，计算结果准确可信。

国内军用飞机液压系统使用的油是YH-15油。飞机液压系统的工作压力通常为21MPa或者28MPa，但是由于普通液压泵很难达到那么高的压力，本实施例选择的压力为14MPa。本示例实施例将研究氟橡胶材料在YH-15油中14MPa的压力下研究23℃和100℃条件下的老化特性。试验方案如下：

(1)试验温度：23℃，100℃；

(2)试验时间：7，21，35，91天；

(3)压力：14MPa；

(4)压缩率：轴向压缩25％；

(5)试样：每种条件下试样数可为5个。

实验数据的统计分析参照GJB 92.2-86，具体描述为：

某一温度下，橡胶材料随时间老化的规律可以用经验公式(1)进行描述：

P＝Aexp(-kτ^α) (1)

式中：P，对于压缩永久变形为1-ε(ε为时间τ的压缩永久变形率)；

A，实验常数；

K，老化速度常数；

τ，老化时间，单位d；

α，待定常数。

上式两边求对数得：

1nP＝1nA-Kτ^α (2)

令Y＝1nP，X＝τ^α，则上式变为Y＝a+bX的一元回归方程。通过这个一元回归方程，对不同温度的实验数据进行回归分析，就可以得到A和K值，对于系数α，将按照标准所述，采用逐次逼近法，求得α的优化值。再根据经验公式就可以对不同温度和不同介质中的实验数据进行拟合，预测橡胶材料在某一老化时间的性能变化τ^α。

氟橡胶不同温度下加速老化，按照公式(2)进行估算。采用逐次逼近法确定α的值，逼近的准则是α精确到小数点后两位时，使I值最小。I的计算公式如下：

式中，P_ij：第i个老化实验温度下，第j个测试点的性能变化指标实验值。

第i个老化实验温度下，第j个测试点的性能变化指标预测值。

计算结果列表如下。

表1使用逐次逼近法求I值

由表中计算结果，我们选择α＝0.39，对不同温度下的压缩永久变形数据以最小二乘法进行线性拟合，可以得到不同温度下对应的A和K值。选用压缩永久形变为30％作为预测寿命临界点，并将P、α、A和K值回带到公式(2)中，得到时间τ。预测的结果如下表

表2不同条件下氟橡胶预期使用寿命

氟橡胶在23℃热氧老化下可以使用93185天，在100℃热氧老化下可以使用473天，而在150℃热氧老化下可以使用205天。

氟橡胶在23℃耐介质老化下可以使用6080天，在100℃耐介质老化下可以使用881天，而在150℃耐介质老化下可以使用245天。

氟橡胶在本示例实施例中，在23℃高压下可以使用1168天，而在100℃高压下，使用寿命仅可达159天。

使用耐油压介质老化预测的使用寿命比其余两种老化条件下的预测使用寿命短，说明橡胶圈在液压体统内的使用寿命比传统预测的寿命短一些，应提前更换橡胶圈。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

Claims (10)

1.一种橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，包括：

油压供给单元，包括油压供给管道；

第一盖板，设有深度小于橡胶密封圈线径的凹槽，以及能够贯穿所述油压供给管道和所述凹槽的通孔；

第二盖板，与所述第一盖板固接，用于挤压所述橡胶密封圈至所述凹槽内。

2.根据权利要求1所述的橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，所述装置还包括调温单元，用于为所述橡胶密封圈提供试验所需温度。

3.根据权利要求2所述的橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，所述调温单元为温度箱，所述第一盖板、第二盖板和所述橡胶密封圈能够置于所述温度箱中。

4.根据权利要求3所述的橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，所述第一盖板为通过中轴连接的上法兰和下法兰，所述第二盖板为法兰盖，与所述下法兰固接。

5.根据权利要求4所述的橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，所述凹槽位于所述下法兰底部，所述通孔贯穿所述第一盖板的中轴，并连通所述油压供给管道和凹槽。

6.根据权利要求5所述的橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，所述装置还包括支架，所述支架与所述第一盖板的上法兰固接，用于支撑固接在一起的所述第一盖板和第二盖板。

7.根据权利要求6所述的橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，所述装置还包括激振单元，作用在所述油压供给管道上，用于为所需油压提供一所需震动频率。

8.根据权利要求1～7任一项所述的橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，所述油压供给单元包括：

液压泵，用于将油压调整到所需油压；

蓄能器，用于存储所述液压泵输送的液压油，并为所述橡胶密封圈提供试验所需油压；

三通管道，连通所述液压泵、蓄能器和所述通孔；

换向阀，设于所述三通管道上，用于改变液压油的流向，当所述液压泵将油压调整到所需油压时，使液压油流向所述蓄能器；

其中，所述油压供给管道为所述三通管道的某一通路管道。

9.根据权利要求4～7任一项所述的橡胶密封圈寿命预测装置，其特征在于，所述第一盖板的中轴，上法兰和下法兰一体成型。

10.一种橡胶密封圈寿命预测方法，应用于根据权利要求1～9任一项所述的橡胶密封圈寿命预测装置；其特征在于，包括：

设定不同试验条件，通过所述橡胶密封圈寿命预测装置对多个橡胶密封圈进行试验；

根据压缩永久形变量和经验公式，预测橡胶密封圈的使用寿命。