CN111366356B - 一种o胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，通过供气组件同时、分别向O胶圈两侧供以稳定的、不同压力大小的气体压力，通过拉压测试仪第一夹具和第一连接柱销带动工装阀芯相对于工装壳体和工装壳体基座运动，通过设置第一缓冲容器和第二缓冲容器减小O胶圈两侧充压后由于热交换和工装阀芯运动引起的压力变化，使用力传感器、位移传感器和采集设备实现各种不同工况条件下O胶圈摩擦力测量。本发明能够同时、分别向O胶圈两侧供以稳定的、不同压力大小的气体压力，真实模拟气体减压阀工作过程中O胶圈所处的压力和压差边界条件，准确测量O胶圈在不同滑移边界条件下的摩擦力，为气体减压阀性能设计和精度改善提供数据支撑。

Description

一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统
技术领域
本发明涉及一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，特别是涉及一种运载火箭增压输送系统用气体减压阀高压O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统。
背景技术
气体减压阀是运载火箭增压输送系统所用的重要单机，其作用是将气瓶贮存的高压气体进行减压并稳压在一定范围内，为推进剂贮箱增压。在现有增压输送系统所用的减压阀中，均使用O胶圈保证减压阀高压腔与反馈腔的隔离，由于运载火箭增压输送系统用气体减压阀工作压力高，导致高压O胶圈在高压腔和反馈腔两侧压力作用下充压摩擦力远远大于非充压状态下的摩擦力，使减压阀偏离设计工作点，导致减压阀出口压力偏移、超差等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，通过向O胶圈两侧供以稳定的、不同压力大小的气体压力，真实模拟气体减压阀工作过程中O胶圈所处的压力和压差边界条件，准确测量O胶圈在不同滑移边界条件下的摩擦力，为气体减压阀性能设计和精度改善提供数据支撑。
为了达到上述的目的，本发明提供一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，包括：工装壳体基座、工装壳体、工装阀芯、第一夹具、第一连接柱销、第二连接柱销、第二夹具；工装壳体固定在工装壳体基座上；工装阀芯安装在工装壳体中；工装阀芯通过第一连接柱销与第一夹具连接，工装壳体通过第二连接柱销与第二夹具连接。
上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其中，该系统包括供气组件，所述供气组件包括：气瓶、配气台、第一缓冲容器、第二缓冲容器，配气台与气瓶相连用以将气瓶里的高压气体分别配送到压力不同的高压供气口和低压供气口，高压供气口与第一缓冲容器相连，低压供气口与第二缓冲容器相连。
上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其中，所述工装阀芯上安装有第一O胶圈和第二O胶圈，工装阀芯连同第一O胶圈、第二O胶圈安装在工装壳体中。
上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其中，所述工装阀芯与工装壳体形成第一气腔，工装阀芯与工装壳体、工装壳体基座共同形成第二气腔。
上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其中，该系统包括第一接管嘴、第二接管嘴；第一接管嘴与第一气腔相连通，第二接管嘴与第二气腔相连通，第一气腔内气体压力与第一缓冲容器内气体压力以及高压供气口气体压力相等，第二气腔内气体压力与第二缓冲容器内气体压力以及低压供气口气体压力相等，分别调整配气台高压供气口和低压供气口气体压力从而实现对第一气腔和第二气腔内气体压力的调整，最终实现第二O胶圈两侧不同压力和压差的目的。
上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其中，所述第一接管嘴将第一气腔与第一缓冲容器相连通，第二接管嘴将第二气腔与第二缓冲容器相连通。
上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其中，该系统包括第一锁紧螺母与第二锁紧螺母。
上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其中，所述第一连接柱销与第二连接柱销呈“十”字形布局，在测试前调整工装壳体、工装阀芯对中性时实现间隙补偿；对中性调整完毕后分别将第一锁紧螺母与第二锁紧螺母锁紧，实现工装阀芯与第一夹具、工装壳体与第二夹具的连接。
上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其中，测试时，拉压测试仪横梁按预设的速度、位移变化规律带动第一夹具和工装阀芯运动，工装壳体与第二夹具则固定不动，从而模拟气体减压阀工作过程中阀芯的运动规律和O胶圈滑移运动边界条件；该系统还包括位移传感器，位移传感器的两个检测点分别布置在工装壳体和工装阀芯上，用于直接获取工装阀芯的位移变化，即第二O胶圈的壁面滑移量；测试过程中通过采集设备实时、高速存储第二O胶圈在两侧不同压力和压差工况下的摩擦力和壁面滑移量。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其特征在于包括：供气组件、工装壳体基座、工装壳体、工装阀芯、力传感器、第一夹具、第一连接柱销、第一锁紧螺母、位移传感器、第二锁紧螺母、第二连接柱销、第二夹具、拉压测试仪、采集设备；其中，供气组件又包括：气瓶、配气台、第一缓冲容器、第二缓冲容器。
在上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统中，工装壳体固定在工装壳体基座上，工装阀芯上安装有第一O胶圈和第二O胶圈，工装阀芯连同第一O胶圈、第二O胶圈安装在工装壳体中，工装阀芯与工装壳体形成第一气腔，工装阀芯与工装壳体、工装壳体基座共同形成第二气腔，第一接管嘴与第一气腔相连通，第二接管嘴与第二气腔相连通。
在上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统中，气瓶、配气台、第一缓冲容器、第二缓冲容器共同组成供气组件，气瓶用于提供气源压力，配气台与气瓶相连用以将气瓶里的高压气体分别配送到压力不同的高压供气口和低压供气口，高压供气口与第一缓冲容器相连，低压供气口与第二缓冲容器相连。
在上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统中，通过第一接管嘴将第一气腔与第一缓冲容器相连通，通过第二接管嘴将第二气腔与第二缓冲容器相连通,第一气腔内气体压力与第一缓冲容器内气体压力以及高压供气口气体压力相等，第二气腔内气体压力与第二缓冲容器内气体压力以及低压供气口气体压力相等，分别调整配气台高压供气口和低压供气口气体压力从而实现对第一气腔和第二气腔内气体压力的调整，最终实现第二O胶圈两侧不同压力和压差的目的。
在上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统中，工装阀芯通过第一连接柱销与第一夹具连接，工装壳体通过第二连接柱销与第二夹具连接，第一连接柱销与第二连接柱销呈“十”字形布局，在测试前调整工装壳体、工装阀芯对中性时实现间隙补偿；对中性调整完毕后分别将第一锁紧螺母与第二锁紧螺母锁紧，实现工装阀芯与第一夹具、工装壳体与第二夹具的连接。
在上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统中，测试时，拉压测试仪横梁按预设的速度、位移变化规律带动第一夹具和工装阀芯运动，工装壳体与第二夹具则固定不动，从而模拟气体减压阀工作过程中阀芯的运动规律和O胶圈滑移运动边界条件；位移传感器的两个检测点分别布置在工装壳体和工装阀芯上，用于直接获取工装阀芯的位移变化，也就是第二O胶圈的壁面滑移量；测试过程中通过采集设备实时、高速存储第二O胶圈在两侧不同压力和压差工况下的摩擦力和壁面滑移量。
在上述一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统中，设置第一缓冲容器和第二缓冲容器从而减小第一气腔、第二气腔内充压后，即第二O胶圈两侧充压后由于热交换和工装阀芯运动引起的气腔压力变化，使试验全程第二O胶圈充压工况保持稳定。
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是，
本发明一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，能够同时、分别向O胶圈两侧供以稳定的、不同压力大小的气体压力，真实模拟气体减压阀工作过程中O胶圈所处的压力和压差边界条件，准确测量O胶圈在不同滑移边界条件下的摩擦力，能够为气体减压阀性能设计和精度改善提供数据支撑。
附图说明
本发明的一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统由以下的实施例及附图给出。
图1一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统的示意图；
图2一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统的细节剖面图。
具体实施方式
以下将结合图1～图2对本发明的一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统作进一步的详细描述。
图1、图2所示为本发明一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统的示意图，该系统包括：供气组件、工装壳体基座5、工装壳体6、工装阀芯7、力传感器8、第一夹具9、第一连接柱销10、第一锁紧螺母11、位移传感器12、第二锁紧螺母13、第二连接柱销14、第二夹具15、第一O胶圈16、第一接管嘴17、第一气腔18、第二气腔19、定位销20、第二O胶圈21、第二接管嘴22、拉压测试仪、采集设备；其中，供气组件又包括：气瓶1、配气台2、第一缓冲容器3、第二缓冲容器4。
根据本发明，按如下步骤完成O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试：
(1)选配相同尺寸的第一O胶圈16、第二O胶圈21按图1、图2所示完成测试系统搭建，第一锁紧螺母11、第二锁紧螺母13暂不锁紧。
(2)供气组件高压供气口向第一缓冲容器3供入1MPA气体，低压供气口不供气，启动拉压测试仪，控制拉压测试仪横梁带动力传感器8、第一夹具9、第一连接柱销10、第一锁紧螺母11、工装阀芯7按图1所示+X方向运动1MM，使工装阀芯7与工装壳体6预拉对中；接下来锁紧第一锁紧螺母11、第二锁紧螺母13，通过供气组件放气口排空第一缓冲容器3内气体；控制拉压测试仪横梁回到初始位置。
(3)供气组件高压供气口向第一缓冲容器3供入压力为P1的高压气体(如35MPA高压气体)，低压供气口不供气；启动采集设备，启动拉压测试仪，控制拉压测试仪横梁带动力传感器8、第一夹具9、第一连接柱销10、第一锁紧螺母11、工装阀芯7按图1所示+X方向按+2MM→-1.5MM→+1.5MM→-1.5MM规律运动，运动速度设置为使用第二O胶圈21的气体减压阀阀芯真实运动速度，运动过程中使用采集设备记录力传感器8、位移传感器12数据。由于通过选配以保证第一O胶圈16、第二O胶圈21尺寸相同，因此第一气腔18内的气体作用力相互平衡，第一O胶圈16、第二O胶圈21两道O胶圈的摩擦力值相同(记第二O胶圈21此时的摩擦力为F16)，则力传感器8记录的数据为第一O胶圈16、第二O胶圈21两道O胶圈摩擦力的和，力传感器8记录值为2×F16；由于第一O胶圈16、第二O胶圈21尺寸相同，因此两道O胶圈的滑移量也相同，位移传感器12记录的数据即为第一O胶圈16、第二O胶圈21滑移量，分析位移传感器12数据后获得第一O胶圈16滑移量s16。测试结束后通过供气组件放气口排空第一缓冲容器3内气体，控制拉压测试仪横梁回到初始位置。
(4)供气组件高压供气口向第一缓冲容器3供入压力为P1的高压气体(如35MPA高压气体)，低压供气口向第二缓冲容器4供入压力为P2的低压气体(如3.5MPA低压气体)；启动采集设备，启动拉压测试仪，控制拉压测试仪横梁带动力传感器8、第一夹具9、第一连接柱销10、第一锁紧螺母11、工装阀芯7按图1所示+X方向按+2MM→-1.5MM→+1.5MM→-1.5MM规律运动，运动速度设置为使用第二O胶圈21的气体减压阀阀芯真实运动速度，运动过程中使用采集设备记录力传感器8、位移传感器12数据。记此时力传感器8记录值为F、低压气体P2作用在工装阀芯7上的气体作用力为Fp2，则第二O胶圈21在两侧压力分别为P1、P2和两侧压差为(P1-P2)充压状态下的摩擦力大小为(F-Fp2-F16)；在本条测试中，第二O胶圈21两侧压力分别为P1、P2，而第一O胶圈16两侧压力分别为P1、0，因此对本条测试中的位移传感器12数据分析后将获得两个滑移量数据，辨识第一O胶圈16滑移量s16后即获得第二O胶圈21滑移量s21。测试结束后通过供气组件放气口排空第一缓冲容器3、第二缓冲容器4内气体，控制拉压测试仪横梁回到初始位置。
(5)使用不同高压供气口压力P1’和低压供气压力P2’重复第(3)、(4)步测试，即可获得第二O胶圈21在不同压力和压差充压状态下的摩擦力和滑移量。

Claims (4)

1.一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其特征在于，包括：工装壳体基座、工装壳体、工装阀芯、第一夹具、第一连接柱销、第二连接柱销、第二夹具、第一锁紧螺母、第二锁紧螺母、第一接管嘴、第二接管嘴、拉压测试仪、位移传感器、力传感器、采集设备、气瓶、配气台、第一缓冲容器、第二缓冲容器；
工装壳体固定在工装壳体基座上；工装阀芯安装在工装壳体中；工装阀芯通过第一连接柱销与第一夹具连接，工装壳体通过第二连接柱销与第二夹具连接；
配气台与气瓶相连用以将气瓶里的高压气体分别配送到压力不同的高压供气口和低压供气口，高压供气口与第一缓冲容器相连，低压供气口与第二缓冲容器相连；
所述工装阀芯上安装有第一O胶圈和第二O胶圈，工装阀芯连同第一O胶圈、第二O胶圈安装在工装壳体中，所述工装阀芯与工装壳体形成第一气腔，工装阀芯与工装壳体、工装壳体基座共同形成第二气腔，
第一接管嘴与第一气腔相连通，第二接管嘴与第二气腔相连通，第一气腔内气体压力与第一缓冲容器内气体压力以及高压供气口气体压力相等，第二气腔内气体压力与第二缓冲容器内气体压力以及低压供气口气体压力相等，分别调整配气台高压供气口和低压供气口气体压力从而实现对第一气腔和第二气腔内气体压力的调整；所述第一接管嘴将第一气腔与第一缓冲容器相连通，第二接管嘴将第二气腔与第二缓冲容器相连通；
位移传感器的两个检测点分别布置在工装壳体和工装阀芯上，用于直接获取工装阀芯的位移变化。
2.如权利要求1所述的一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其特征在于，测试方法流程为，首先进行工装固定及零位定义：供气组件高压供气口向第一缓冲容器供入1MPa气体，低压供气口不供气，启动拉压测试仪，控制拉压测试仪横梁带动力传感器、第一夹具、第一连接柱销、第一锁紧螺母、工装阀芯，沿垂直底面向上方向运动1mm，使工装阀芯与工装壳体预拉对中；接下来锁紧第一锁紧螺母、第二锁紧螺母，通过供气组件放气口排空第一缓冲容器内气体；控制拉压测试仪横梁回到初始位置，并将其定义为位移零位；继而进行第二O胶圈单侧带压工况测试：供气组件高压供气口向第一缓冲容器供入压力为P1的高压气体，低压供气口不供气；启动采集设备，启动拉压测试仪，控制拉压测试仪横梁带动力传感器、第一夹具、第一连接柱销、第一锁紧螺母、工装阀芯沿垂直地面向上方向按+2MM→-1.5MM→+1.5MM→-1.5MM规律运动，运动速度设置为使用第二O胶圈真实工况运动速度，运动过程中使用采集设备记录力传感器、位移传感器数据；测试结束后通过供气组件放气口排空第一缓冲容器3内气体，控制拉压测试仪横梁回到初始位置；继而进行第二O胶圈双侧带压工况测试：供气组件高压供气口向第一缓冲容器供入压力为P1的高压气体，低压供气口向第二缓冲容器供入压力为P2的低压气体，实现第二O胶圈两侧不同压力和压差的目的；启动采集设备，启动拉压测试仪，控制拉压测试仪横梁带动力传感器、第一夹具、第一连接柱销、第一锁紧螺母、工装阀芯沿垂直地面向上方向按+2MM→-1.5MM→+1.5MM→-1.5MM规律运动，运动速度设置为使用第二O胶圈真实工况运动速度，运动过程中使用采集设备记录力传感器、位移传感器数据；测试结束后通过供气组件放气口排空第一缓冲容器、第二缓冲容器内气体，控制拉压测试仪横梁回到初始位置；使用不同高压供气口压力P1’和低压供气压力P2’重复第二O胶圈双侧带压测试步骤，获得第二O胶圈在不同压力和压差充压状态下的摩擦力和滑移量。
3.如权利要求1所述的一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其特征在于，所述第一连接柱销与第二连接柱销呈“十”字形布局，在测试前调整工装壳体、工装阀芯对中性时实现间隙补偿；对中性调整完毕后分别将第一锁紧螺母与第二锁紧螺母锁紧，实现工装阀芯与第一夹具、工装壳体与第二夹具的连接。
4.如权利要求1所述的一种O胶圈充压状态下摩擦力和滑移特性测试系统，其特征在于，测试时，拉压测试仪横梁按预设的速度、位移变化规律带动第一夹具和工装阀芯运动，工装壳体与第二夹具则固定不动，从而模拟气体减压阀工作过程中阀芯的运动规律和O胶圈滑移运动边界条件。
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