CN110905797B - 一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置，包括机座、泵系统、往复运动系统、密封测试供油系统、充液泵系统、数据采集控制系统和旋转运动系统，所述泵系统包括待测柱塞与泵筒，所述泵筒位于待测柱塞的上方，所述往复运动系统包括液压动力单元、往复式液压缸和限位开关。本发明通过设置泵系统、往复运动系统、密封测试供油系统、充液泵系统、数据采集控制系统和旋转运动系统，可以根据柱塞在实际工作运动形式和检测指标，不仅可以在往复与旋转运动下测得其漏失量、密封性能和摩擦性能，同时也能实现在静止状态下的密封测试，以满足科研机构和企业单位对有关零件试验或检测，具有成本造价低、搭建简便、节约空间等优点。
Description
技术领域
本发明涉及工业相关技术领域，具体为一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置。
背景技术
往复式柱塞泵广泛应用于工业生产及日常生活，其依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸入、压出流体介质。主要应用于各种高压化工液体物料输送泵、油田中的有杆抽油泵、液压系统中的柱塞泵、疏通河道的泥浆泵以及化学、食品、医药和轻工业中的计量泵等。
柱塞泵的泵筒与柱塞间密封性能的优劣决定泵效的高低，这直接影响着实际生产中的工作效率，而且伴随泵的密封性变差必将导致泄漏量的增加，泄漏的流体介质将进一步造成环境污染。
柱塞泵的泵筒与柱塞间摩擦性能的优劣决定着泵的使用寿命及生产效益，影响着实际的生产效率。柱塞与泵筒间较优的摩擦性能使得泵有着更长的使用寿命，在泵正常作业时，较小的摩擦力意味着更少的能量损耗，因而优越的摩擦学性能将缩减生产成本，提升生产效益。
申请号为201110404995.4的发明专利申请《抽油泵性能试验装置及其间隙漏失量试验方法》与申请号为201110404660.2的发明专利申请《抽油泵间隙漏失量试验装置》分别提出了一种测试抽油泵间隙漏失量的试验方法及装置，该测试方法及装置较为简单，是一种较为常用的抽油泵漏失量测试方法。申请号为201510228824.9的发明专利申请《一种抽油泵密封性能试验、漏失量检测系统和试验装置》提出了一种具有较高机械化程度且可一次测试多根抽油泵的测试装置。
申请号为201410503375.X的发明专利申请《一种柱塞缸套动密封性能测试方法和装置》提出一种柱塞缸套动密封性能测试方法和装置，该发明测试方法通过记录柱塞在缸套内往复运动前后，柱塞处于同一位置时，缸套内液体的泄漏量来检测柱塞缸套的动密封性能，可用于研究不同参数对柱塞缸套动密封性的影响。其不足在于所设计的柱塞缸套动密封性能测试装置应用范围小，不可用于具有挥发性的液体，且无法对漏失量大的柱塞进行测试试验。申请号为201510109617.1的发明专利申请《一种动密封泄漏机理观测的方法和所用的装置》提出了一种观测动密封机理的装置，该装置装有显微高速摄录装置、压力检测装置等，可深入探究活塞动密封机理，但无法量化其漏失量。
综上可知，现有技术不足在于检测系统只能针对柱塞的某一性能进行检测，并且运动形式单一，无法实现柱塞在不同工作运动形式下的多种性能指标检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置，以解决上述背景技术中提到的现有的检测系统只能针对柱塞的某一性能进行检测，并且运动形式单一，无法实现柱塞在不同工作运动形式下的多种性能指标检测的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置，包括机座、泵系统、往复运动系统、密封测试供油系统、充液泵系统、数据采集控制系统和旋转运动系统，所述泵系统包括待测柱塞与泵筒，所述泵筒位于待测柱塞的上方，所述往复运动系统包括液压动力单元、往复式液压缸和限位开关，所述密封测试供油系统包括密封测试动力单元、液压压力温度传感器、泵筒和泄漏收集装置。
优选的，所述液压动力单元位于机座一侧，所述往复式液压缸设置在机座顶端，且往复式液压缸通过液压缸连接座与机座固定连接，所述液压动力单元通过液压缸油路与往复式液压缸连接。
优选的，所述待测柱塞上端连接有柱塞连接块，所述柱塞连接块上端连接有十字万向节，所述十字万向节延伸至泵筒内部，并与泵筒内连接的空心钢导管连接，所述空心钢导管一端位于泵筒内部并通过橡胶密封圈与泵筒密封连接，且空心钢导管另一端延伸至泵筒上端。
优选的，所述密封测试动力单元位于机座另一侧，所述密封测试动力单元一侧连接有密封测试进油管，所述密封测试进油管延伸位于机座下方且与液压压力温度传感器固定连接，所述密封测试进油管上设有密封测试阀，且密封测试进油管下端设有排气阀，所述密封测试动力单元上端连接有密封测试回油管，所述密封测试回油管一端延伸至往复式液压缸下方，且密封测试回油管上设有漏失量测试阀和密封测试回油阀，所述密封测试回油管通过空心钢导管与泵筒连接，所述泵筒与泄漏收集装置连接。
优选的，所述数据采集控制系统包括数据采集控制箱和摩擦力传感器，所述数据采集控制箱设置在机座一侧壁上，所述摩擦力传感器设置在密封测试回油管和往复式液压缸之间，且摩擦力传感器与数据采集控制箱通过导线连接。
优选的，所述液压动力单元包含齿轮泵、泄漏阀、三位四通换向阀、限位开关和第一油箱，所述泄漏阀、三位四通换向阀、限位开关均与数据采集控制箱通过导线连接。
优选的，所述旋转运动系统包括旋转步进电机、皮带传动机构、自定心四爪卡盘和轴承连接座，所述皮带传动机构包括主动皮带轮、皮带、从动皮带轮和张紧机构，所述张紧机构安装在皮带一侧，所述主动皮带轮通过皮带与旋转步进电机连接，所述轴承连接座上连接有转台轴承，所述从动皮带轮通过皮带与转台轴承连接，所述自定心四爪卡盘通过法兰盘固定安装在转台轴承上，所述泵筒装夹在自定心四爪卡盘上，所述旋转运动系统位于密封测试进油管上端，且旋转运动系统与密封测试进油管之间设有中央旋转阀。
优选的，所述充液泵系统包括液压压力温度传感器、充液泵、调压阀、指针型压力表、单向阀、两位两通常开电磁阀、电机、过滤器和第二油箱。
本发明提供了一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置，具备以下有益效果：
本发明通过设置泵系统、往复运动系统、密封测试供油系统、充液泵系统、数据采集控制系统和旋转运动系统，可以根据柱塞在实际工作运动形式和检测指标，不仅可以在往复与旋转运动下测得其漏失量、密封性能和摩擦性能，同时也能实现在静止状态下的密封测试，以满足科研机构和企业单位对有关零件试验或检测，具有成本造价低、搭建简便、节约空间等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的皮带传动机构示意图；
图3为本发明的泵筒、柱塞以及空心钢导管的连接处放大图；
图4为本发明的液压动力单元液压油路示意图；
图5为本发明的充液泵油路示意图。
图中：1、液压压力温度传感器；2、轴承连接座；3、液压动力单元；4、转台轴承；5、法兰盘；6、自定心四爪卡盘；7、待测柱塞；8、柱塞连接块；9、十字万向节；10、空心钢导管；11、漏失量测试阀；12、液压缸油路；13、液压缸连接座；14、往复式液压缸；15、机座；16、摩擦力传感器；17、密封测试回油阀；18、密封测试回油管；19、泵筒；20、旋转步进电机；21、中央旋转阀；22、皮带传动机构；23、密封测试阀；24、排气阀；25、数据采集控制箱；26、密封测试进油管；27、密封测试动力单元；28、从动皮带轮；29、皮带；30、主动皮带轮；31、张紧机构；32、齿轮泵；33、泄漏阀；34、三位四通换向阀；35、限位开关；36、油箱；37、齿轮泵；38、调压阀；39、指针型压力表；40、单向阀；41、两位两通常开电磁阀；42、电机；43过滤器；44、油箱；45、泄漏收集装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-5所示，本发明提供一种技术方案：一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置，包括机座15、泵系统、往复运动系统、密封测试供油系统、充液泵系统、数据采集控制系统和旋转运动系统，所述泵系统包括待测柱塞7与泵筒19，所述泵筒19位于待测柱塞7的上方，所述往复运动系统包括液压动力单元3、往复式液压缸14和限位开关35，所述密封测试供油系统包括密封测试动力单元27、液压压力温度传感器1、泵筒19和泄漏收集装置45。
所述液压动力单元3位于机座15一侧，所述往复式液压缸14设置在机座15顶端，且往复式液压缸14通过液压缸连接座13与机座15固定连接，所述液压动力单元3通过液压缸油路12与往复式液压缸14连接，液压动力单元3可调节控制往复式液压缸14往复移动的速度及往复运动的频率，进而实现对待测柱塞7往复移动的速度及往复运动的频率的控制。
所述待测柱塞7上端连接有柱塞连接块8，所述柱塞连接块8上端连接有十字万向节9，所述十字万向节9延伸至泵筒19内部，并与泵筒19内连接的空心钢导管10连接，所述空心钢导管10一端位于泵筒19内部并通过橡胶密封圈与泵筒19密封连接，且空心钢导管10另一端延伸至泵筒19上端，可以通过对泵筒19进行更换，不同型号的泵筒19内径尺寸也不同，从而可以实现对不同间隙值的工况下待测柱塞7的密封性能的测试试验。
所述密封测试动力单元27位于机座15另一侧，所述密封测试动力单元27一侧连接有密封测试进油管26，所述密封测试进油管26延伸位于机座15下方且与液压压力温度传感器1固定连接，所述密封测试进油管26上设有密封测试阀23，且密封测试进油管26下端设有排气阀24，所述密封测试动力单元27上端连接有密封测试回油管18，所述密封测试回油管18一端延伸至往复式液压缸14下方，且密封测试回油管18上设有漏失量测试阀11和密封测试回油阀17，所述密封测试回油管18通过空心钢导管10与泵筒19连接，所述泵筒19与泄漏收集装置45连接，密封测试动力单元27可控制泵筒19下端入口处的流体介质的压力，由于泵筒19出口处的压力恒为大气压，故仅通过调节泵筒19入口处的压力便可实现控制待测柱塞7两端的压力差，进而可实现不同压差下对待测柱塞7密封性能的测试试验，泵筒19入口的压力值可通过密封测试动力单元27中的调压阀38进行调节，进而实现对待测柱塞7两端压力差的控制，泄漏介质通过泵筒19与待测柱塞7间间隙泄漏部分介质通过泄漏收集装置45进行收集测量，完成最终漏失量评定。
所述数据采集控制系统包括数据采集控制箱25和摩擦力传感器16，所述数据采集控制箱25设置在机座15一侧壁上，所述摩擦力传感器16设置在密封测试回油管18和往复式液压缸14之间，且摩擦力传感器16与数据采集控制箱25通过导线连接，可以利用摩擦力传感器16将检测的摩擦力数值传输到数据采集控制箱25内，以便于后期进行统计和分析。
所述液压动力单元3包含齿轮泵32、泄漏阀33、三位四通换向阀34、限位开关35和第一油箱36，所述泄漏阀33、三位四通换向阀34、限位开关35均与数据采集控制箱25通过导线连接，由数据采集控制箱25控制各个阀的开启与闭合，通过控制设定泄漏阀33的压力值，实现对本液压系统油路内的流量控制，进而实现对往复式液压缸14运动速度的控制，最终实现对待测柱塞7运动速度的控制。而且液压动力单元3中三位四通换向阀34的1YA与2YA通过数据采集控制箱25分别由限位开关35的SQ1与SQ2控制，可实现往复式液压缸14牵引待测柱塞7进行往复运动。
所述旋转运动系统包括旋转步进电机20、皮带传动机构22、自定心四爪卡盘6和轴承连接座2，所述皮带传动机构22包括主动皮带轮30、皮带29、从动皮带轮28和张紧机构31，所述张紧机构31安装在皮带29一侧，所述主动皮带轮30通过皮带29与旋转步进电机20连接，所述轴承连接座2上连接有转台轴承4，所述从动皮带轮28通过皮带29与转台轴承4连接，所述自定心四爪卡盘6通过法兰盘5固定安装在转台轴承4上，所述泵筒19装夹在自定心四爪卡盘6上，所述旋转运动系统位于密封测试进油管26上端，且旋转运动系统与密封测试进油管26之间设有中央旋转阀21，旋转步进电机20与自定心四爪卡盘6间通过皮带传动机构22连接，泵筒19装夹在自定心四爪卡盘6上，因此可通过控制旋转步进电机20的旋转速度实现对泵筒19转速的控制。
所述充液泵系统包括液压压力温度传感器1、充液泵37、调压阀38、指针型压力表39、单向阀40、两位两通常开电磁阀41、电机42、过滤器43和第二油箱44。
需要说明的是，一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置，在工作时，基于待测柱塞性能试验装置的间隙漏失量测试方法，包括以下步骤：将未装柱塞的泵筒19夹装于自定心四爪卡盘6的卡爪上，将往复式液压缸14收回于上止点，将待测柱塞7连接固定于柱塞连接块8上并放入泵筒19内，并拧紧泵筒19的接箍，闭合漏失量测试阀11与排气阀24，开启密封测试回油阀17，同时开启充液泵37，调节两位两通常开电磁阀41至闭合状态将测试介质充满泵筒19，开启漏失量测试阀11，闭合密封测试回油阀17，通过观察液压压力温度传感器1并调节充液泵系统的调压阀38，使泵筒19的入口处压力保持给定值，用秒表计时并用泄漏收集装置45(量筒)盛接泄漏液体，所盛接的液体即为该柱塞规定时间的漏失量；其中，通过控制调节液压动力单元3的泄漏阀33的压力值来控制往复式液压缸14的运动速度，进而实现不同速度状态下待测柱塞7的动密封性能测试，而将液压动力单元3内的三位四通换向阀34置于常开状态，使往复式液压缸14的活塞杆位置固定后，便可进行柱塞静密封性能测试，其中，密封测试参数：测试压强0-10MPa，最大泄漏量5L/min，温度测试范围-50-200℃。
基于上述待测柱塞性能试验装置的摩擦性能测试方法，包括以下步骤：将未装柱塞的泵筒19夹装于自定心四爪卡盘6的卡爪上，将往复式液压缸14收回于上止点，将待测柱塞7连接固定于柱塞连接块8上并放入泵筒19内，并拧紧泵筒19的接箍，关闭密封测试回油阀17与密封测试阀23，开启漏失量测试阀11与排气阀24，启动液压动力单元3，实现往复式液压缸14牵引待测柱塞7做周期往复运动，开启旋转步进电机20，旋转步进电机20借助皮带传动机构22使自定心四爪卡盘6做低速旋转运动，进而实现泵筒19的旋转运动，以减少因偏磨造成的摩擦力数据波动所产生的误差。待待测柱塞7运动稳定，记录摩擦力传感器16所传输的摩擦力数值，进行统计分析以完成摩擦性能测试试验，其中，摩擦测试参数：测试行程0-200mm，泵筒19最大外径140mm，往复牵引压强0-10MPa，力传感器量程0-5kN，旋转速度0-120rpm。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种柱塞漏失量、动静密封与摩擦性能测试装置，其特征在于，包括机座(15)、泵系统、往复运动系统、密封测试供油系统、充液泵系统、数据采集控制系统和旋转运动系统，所述泵系统包括待测柱塞(7)与泵筒(19)，所述泵筒(19)位于待测柱塞(7)的上方，所述往复运动系统包括液压动力单元(3)、往复式液压缸(14)和限位开关(35)，所述密封测试供油系统包括密封测试动力单元(27)、液压压力温度传感器(1)、泵筒(19)和泄漏收集装置(45)，所述液压动力单元(3)位于机座(15)一侧，所述往复式液压缸(14)设置在机座(15)顶端，且往复式液压缸(14)通过液压缸连接座(13)与机座(15)固定连接，所述液压动力单元(3)通过液压缸油路(12)与往复式液压缸(14)连接，所述待测柱塞(7)上端连接有柱塞连接块(8)，所述柱塞连接块(8)上端连接有十字万向节(9)，所述十字万向节(9)延伸至泵筒(19)内部，并与泵筒(19)内连接的空心钢导管(10)连接，所述空心钢导管(10)一端位于泵筒(19)内部并通过橡胶密封圈与泵筒(19)密封连接，且空心钢导管(10)另一端延伸至泵筒(19)上端，所述密封测试动力单元(27)位于机座(15)另一侧，所述密封测试动力单元(27)一侧连接有密封测试进油管(26)，所述密封测试进油管(26)延伸位于机座(15)下方且与液压压力温度传感器(1)固定连接，所述密封测试进油管(26)上设有密封测试阀(23)，且密封测试进油管(26)下端设有排气阀(24)，所述密封测试动力单元(27)上端连接有密封测试回油管(18)，所述密封测试回油管(18)一端延伸至往复式液压缸(14)下方，且密封测试回油管(18)上设有漏失量测试阀(11)和密封测试回油阀(17)，所述密封测试回油管(18)通过空心钢导管(10)与泵筒(19)连接，所述泵筒(19)与泄漏收集装置(45)连接，所述数据采集控制系统包括数据采集控制箱(25)和摩擦力传感器(16)，所述数据采集控制箱(25)设置在机座(15)一侧壁上，所述摩擦力传感器(16)设置在密封测试回油管(18)和往复式液压缸(14)之间，且摩擦力传感器(16)与数据采集控制箱(25)通过导线连接，所述液压动力单元(3)包含齿轮泵(32)、泄漏阀(33)、三位四通换向阀(34)、限位开关(35)和第一油箱(36)，所述第一油箱(36)的一端与泄漏阀(33)连接，所述泄漏阀(33)的一端分别连接有齿轮泵(32)和三位四通换向阀(34)，所述三位四通换向阀(34)通过数据采集控制箱(25)由限位开关(35)控制，所述泄漏阀(33)、三位四通换向阀(34)、限位开关(35)均与数据采集控制箱(25)通过导线连接，所述旋转运动系统包括旋转步进电机(20)、皮带传动机构(22)、自定心四爪卡盘(6)和轴承连接座(2)，所述皮带传动机构(22)包括主动皮带轮(30)、皮带(29)、从动皮带轮(28)和张紧机构(31)，所述张紧机构(31)安装在皮带(29)一侧，所述主动皮带轮(30)通过皮带(29)与旋转步进电机(20)连接，所述轴承连接座(2)上连接有转台轴承(4)，所述从动皮带轮(28)通过皮带(29)与转台轴承(4)连接，所述自定心四爪卡盘(6)通过法兰盘(5)固定安装在转台轴承(4)上，所述泵筒(19)装夹在自定心四爪卡盘(6)上，所述旋转运动系统位于密封测试进油管(26)上端，且旋转运动系统与密封测试进油管(26)之间设有中央旋转阀(21)，所述充液泵系统包括液压压力温度传感器(1)、充液泵(37)、调压阀(38)、指针型压力表(39)、单向阀(40)、两位两通常开电磁阀(41)、电机(42)、过滤器(43)和第二油箱(44)，所述第二油箱(44)的一端与充液泵(37)连接，所述充液泵(37)的一侧与电机(42)连接，所述充液泵(37)的一端与单向阀(40)连接，所述充液泵(37)与单向阀(40)之间的流路上依次连接有调压阀(38)和指针型压力表(39)，所述单向阀(40)的另一端与两位两通常开电磁阀(41)连接。
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