CN118090499A - 一种机械密封用石墨材料的性能检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械密封用石墨材料的性能检测装置及检测方法，包括独立支架、旋转调整臂、转子和试样件，所述旋转调整臂、转子均安装在所述独立支架上，所述旋转调整臂远离所述转子的一端连接有设置装配调节机构的试验工作台，所述装配调节机构可调节地将试样件抵靠在所述转子的打磨面上，以限定所述试样件与所述转子之间的接触压力，并监测所述试样件在被所述转子打磨过程中所产生的位移数据；在所述装配调节机构上还连接有对所述试样件表面的激光打标刻度进行识别的第二测量单元，以获取试样件的轴向长度差值数据，从而通过对位移数据与轴向长度差值数据进行均值处理或去异值处理的方式进行真实磨损量的精准测量，从而准确评估磨损寿命。

Description

一种机械密封用石墨材料的性能检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及碳石墨密封材料性能检测技术领域，尤其涉及一种机械密封用石墨材料的性能检测装置及检测方法。

背景技术

机械密封是发动机涡轮的一个重要组件，其用于阻止燃烧室内部的燃料和助燃剂发生混合，从而避免危险事故的发生，因此机械密封直接决定了发动机涡轮是否能够安全运行。机械密封在工作中常常由于涡轮的持续工作和过高的工作环境温度而发生密封零件形变、静环磨损等问题，其中，静环磨损是目前最常见的一种工作异常。为了提升机械密封的性能，现有技术通常采用碳石墨所构建的环体作为密封材料，但是为了保证生产的密封材料的有效性能，需要预先对碳石墨密封材料在持续摩擦和接触表面温度发生变化时的磨损寿命等性能参数进行试验。

专利号为CN113567287A的专利文献公开了一种评价石墨密封材料磨损寿命的试验机及方法。该试验机包括转动主轴、转动盘、精密加载进给台、油路润滑系统、数据采集系统和计算机，具体结构如下：转动盘作为转动试样，安装于转动主轴上，精密加载进给台上安装有平动试样，精密加载进给台置于转动主轴的一侧，平动试样与转动试样相对设置，构成一对摩擦副，在平动试样与转动试样之间的上方设有油路润滑系统的喷油嘴；数据采集系统的输入端连接测试系统，数据采集系统的输出端连接计算机的输入端，计算机的输出端通过执行器连接数控系统，数控系统分别与精密加载进给台的伺服电机、主轴电机、油路润滑系统的油泵连接。如上述专利文献所公开的现有的碳石墨密封材料磨损实验设备通常利用齿轮/步进电机结构作为进给驱动结构，齿轮/步进电机结构所能够输出的单位加载量较大，无法精准获取较小的加载数值，从而无法有效地保持加载压力，尤其是石墨的硬度大且耐磨性强，其在短时间高速摩擦过程中所产生的磨损量极小，通常其摩擦工作过程中的计算量和变化量都是以微米为基本单位，导致现有的齿轮/步进电机结构无法有效地进行适当的平移补偿。此外，现有的石墨密封材料的摩擦实验通常是在自升温状态下所进行的，其前期升温过程较长，在进行高温摩擦测试时，需要较长的前置时长，此外，常用的旋转设备的转速可能无法达到高功率发动机的转速标准，导致其摩擦热量并不能达到预设标准，并且现有的样本实际磨损数据的测量方式单一，受到精度影响，其测量数据容易存在误差，导致所测量的高温摩擦数据不准确，致使磨损寿命的评估误差较大。

发明内容

本发明目的在于提供一种通过设置具有高精度的小数值螺纹间距的进给驱动结构来提升进给平移精度的同时通过对多项位移数据和长度差值数据的整合处理来实现真实磨损量的精准测量，从而获取高准确度的磨损寿命评估结果的机械密封用石墨材料的性能检测装置及检测方法，以解决现有实验设备的进给单位量大，无法与石墨密封材料的摩擦单量相匹配，导致试样材料在持续进给磨损过程中的磨损强度存在异常波动，并且现有设备无法提供真实摩擦时的有效高温环境，以及现有磨损检测的数据源单一，存在数据的不准确性，从而导致实验过程所测量的磨损数据不够精确，最终获得的磨损寿命的评估结果误差较大的问题。

本发明所采用的技术方案为：一种机械密封用石墨材料的性能检测装置，包括独立支架、旋转调整臂、转子和由碳石墨制成的试样件，所述旋转调整臂、所述转子均安装在所述独立支架上；所述旋转调整臂远离所述转子的一端连接有设置装配调节机构的试验工作台，所述装配调节机构可调节地将试样件抵靠在所述转子的打磨面上，以限定所述试样件与所述转子之间的接触压力，从而根据所述装配调节机构在所述转子持续旋转过程中所监测到的位移数据来计算所述试样件的实时磨损数据。其优势在于，本申请通过利用多项维度不同且均能够标准磨损量的数据来提升所测量的磨损量数据的准确度，使得最终构建的磨损量曲线模型的曲线走势更加符合试样件的实际磨损情况，从而更精准且有效地对磨损状态进行评估以及对磨损寿命进行预测。本申请所设置的装配调节机构能够有效地在试样件发生磨损的过程中驱动其进行高精度的小数值平移的同时维持试样件所受到的作用力的大小始终维持不变，以提升在持续磨损过程中数据采集的有效性和摩擦参数的稳定性，使得所测量的数据精准度更高。

根据一种优选的实施方式，所述装配调节机构包括试样件装夹组件、第一测量组件、弹性调节组件、连接杆、压力传感单元和安装座体，其中，所述第一测量组件安装在所述安装座体上；所述第一测量组件靠近所述转子的一端通过所述压力传感单元与所述试样件装夹组件传动连接；所述第一测量组件远离所述转子的一端通过所述连接杆与所述弹性调节组件传动连接，从而将所述弹性调节组件所提供的位移和作用力以可观测的方式传递给所述试样件装夹组件所夹持的所述试样件。其优势在于，本申请通过设置依次连接的试样件装夹组件、第一测量组件、弹性调节组件来对试样件进行有效限位的同时能够在传动的过程中对试样件所发生的磨损位移进行有效且精准的测量，并且还能够对试样件所受到的作用力和可平移距离进行精准控制，以保证测量数据的准确度。

根据一种优选的实施方式，所述试样件装夹组件的试样件定位支架支撑在所述安装座体上，并且在所述试样件定位支架上支撑有远离所述压力传感单元的试样件挡板；所述试样件定位支架远离所述试样件挡板的一侧穿设有能够与所述试样件挡板相配合地限定所述试样件的工作位置的所述试样件顶杆，在所述试样件定位支架穿设有所述试样件顶杆的架体上还安装有辅助限定所述试样件的被夹持工位的试样件压板。其优势在于，本申请所设置的试样件装夹组件能够对试样件进行有效限位的同时保证试样件能够在磨损实验过程中发生同步的稳定平移，以保证持续测量的磨损数据的有效性。

根据一种优选的实施方式，所述第一测量组件包括滑动导轨、导轨座、数显光栅尺动尺和数显光栅尺定尺，其中，所述滑动导轨的两个轴向端部分别与所述连接杆和所述压力传感单元连接，所述导轨座安装在所述安装座体上；所述滑动导轨滑动穿设在导轨座上，并且所述滑动导轨通过所述动尺连接板与所述数显光栅尺动尺连接，所述导轨座通过定尺连接板与所述数显光栅尺定尺连接，从而利用所述数显光栅尺动尺和数显光栅尺定尺之间的相对平移量来表征所述滑动导轨的位移数据。其优势在于，本申请通过在滑动导轨上设置数显光栅尺，以对试样件在发生磨损的过程中产生的小数值平移量进行精准测量，以获得准确度高的位移数据，从而对磨损量进行有效表征。

根据一种优选的实施方式，所述弹性调节组件包括弹簧座、套筒、弹簧拉杆、弹簧、压力调节螺母和弹簧限位杆，其中，所述弹簧座安装在所述安装座体上，并且在所述弹簧座上设置有与所述滑动导轨的轴线平行的所述套筒；所述弹簧套设在所述弹簧拉杆置于所述套筒的筒腔中的部分杆体上，并且所述弹簧通过套设在所述弹簧拉杆上的所述压力调节螺母来限定其工作位置；所述弹簧拉杆通过所述弹簧限位杆与所述连接杆限位连接。其优势在于，本申请所设置的弹性调节组件能够根据需求持续驱动试样件发生小数值的平移的同时能够始终保持向试样件传递特定大小的加压作用力，从而保证试样件受力的稳定性，以保证磨损量数据的有效性，避免了现有实验设备的进给量大，无法针对磨损情况进行微米级的小数值平移进给，导致试样件在实际的实验过程中受到进给单位量的限制而发生作用力大小变化，从而测量的磨损量数据误差加大，存在异常波动，无法精准评估磨损寿命等性能的问题。

根据一种优选的实施方式，在所述装配调节机构上还安装有能够对所述试样件进行加热的加热组件，所述加热组件包括穿设在所述试样件上的加热器和用于对加热器的输入端和输出端所连接的加热管进行定位支撑的加热管垫体；所述加热管垫体间隔布设在垫板上。其优势在于，本申请通过加热组件的设置为磨损实验过程添加可控变量，从而根据需求对试样件进行加热，以缩短试样件磨损实验时需要前置摩擦工作来提升工件温度的时长，从而更快速且准确地开展多温度范围下的磨损实验，以提升实验效率，并且可控加热能够保证试样件的温度获得有效提升，以满足高温条件下的磨损实验需求，避免了实验环境受到摩擦转速等影响而无法有效升温的缺陷，有效地解决了现有实验设备无法模拟在真实的高温摩擦状态下的磨损情况，致使实验过程与实际使用时的预估磨损寿命偏差较大的问题。

根据一种优选的实施方式，在所述试样件上还预先设置有多组激光打标刻度，在所述试样件装夹组件上连接有对所述试样件表面的激光打标刻度进行识别的第二测量单元，从而所述第二测量单元通过对所述试样件表面的激光打标刻度进行识别的方式获取所述试样件的轴向长度。其优势在于，本申请通过设置第二测量单元来获取第二组磨损量数据，从而通过两组能够表征磨损量的数据的整合处理和协同分析来获取高精准度的磨损量，从而便于构建更加贴合实际情况的磨损曲线。

根据一种优选的实施方式，所述第二测量单元是周期性地识别所述试样件上的激光打标刻度的，以获取所述试样件的实时轴向长度数据；所述第二测量单元所获取的轴向长度数据与所述第一测量组件同期测量的位移数据通过均值处理或去异值处理的方式获取所述试样件在持续打磨工作时所产生的磨损数据平移。

本发明还提供一种机械密封用石墨材料的性能检测方法，至少包括以下步骤：

将试样件以保持接触压力不变的方式抵靠在旋转的转子表面；

第一测量组件连续测量所述试样件在发生持续磨损时所产生的位移数据，并且将位移数据传输至处理单元；

第二测量单元按照周期性地识别所述试样件表面所预先设置的激光打标刻度的方式获取所述试样件的实际轴向长度，并且将采集的轴向长度数据传输至处理单元；

所述处理单元通过对同一个时间段内的位移数据和轴向长度差值数据进行均值处理或去异值处理，以获取所述试样件在该时间段内被持续打磨而产生的磨损量。其优势在于，本申请通过利用多项差值数据来提升所测量的磨损量数据的准确度，使得最终构建的磨损量曲线模型的曲线走势更加符合试样件的实际磨损情况，从而更精准且有效地对磨损状态进行评估以及对磨损寿命进行预测。本申请所设置的装配调节机构能够有效地在试样件发生磨损的过程中驱动其进行高精度的小数值平移的同时维持试样件所受到的作用力的大小始终维持不变，以提升在持续磨损过程中数据采集的有效性和摩擦参数的稳定性，使得所测量的数据精准度更高。

根据一种优选的实施方式，所述第二测量单元依据磨损量的变化而调整测量频率，并且所述第二测量单元还利用磨损量的变化对其预设的测量周期进行连续修正，以连续获取处于阈值范围之内的磨损数据。

本发明的有益效果是：

本申请通过利用多项不同的差值数据来提升所获取的磨损量数据的准确度，使得最终构建的磨损量曲线模型的曲线走势更加符合试样件的实际磨损情况，从而更精准且有效地对磨损状态进行评估已经对磨损寿命进行有效预测。本申请所设置的装配调节机构能够有效地在试样件发生磨损的过程中驱动其进行高精度的小数值平移的同时维持试样件所受到的作用力的大小始终维持不变，以提升持续磨损过程中数据采集的有效性和摩擦参数的稳定性，使得所测量的数据精准度更高。

本申请通过设置依次连接的试样件装夹组件、第一测量组件、弹性调节组件来对试样件进行有效限位的同时能够在传动的过程中对试样件所发生磨损平移进行有效且精准的测量，并且还能够对试样件所受到的作用力和可位移距离进行精准控制，以保证测量数据的准确度。

本申请通过在滑动导轨上设置数显光栅尺，以对试样件在发生磨损的过程中产生的小数值平移量进行精准测量，以获得准确度高的位移数据，从而对磨损量进行有效表征。

本申请所设置的弹性调节组件能够根据需求持续驱动试样件发生小数值的平移的同时能够始终保持向试样件传递特定大小的加压作用力，从而保证试样件受力的稳定性，以保证磨损量数据的有效性，避免了现有实验设备的进给量大，无法针对磨损情况进行微米级的小数值平移进给，导致试样件在实际的实验过程中受到进给单位量的限制而发生作用力大小变化，从而测量的磨损量数据误差加大，存在异常波动，无法精准评估磨损寿命等性能的问题。

本申请通过加热组件来根据需求对试样件进行加热，以缩短试样件磨损实验时需要前置摩擦工作来提升工件温度的时长，从而更快速且准确地开展多温度范围下的磨损实验，以提升实验效率，并且可控加热能够保证试样件的温度获得有效提升，以满足高温条件下的磨损实验需求，避免了实验环境受到摩擦转速等影响而无法有效升温的缺陷，解决了现有实验设备无法有效模拟真实的高温摩擦状态下的磨损情况，致使实验过程与实际使用时的预估磨损寿命偏差较大的问题。

附图说明

图1是本发明所提出的一种优选的机械密封用石墨材料的性能检测装置的结构示意图；

图2是本发明所提出的一种优选的机械密封用石墨材料的性能检测装置的主视图；

图3是本发明所提出的一种优选的机械密封用石墨材料的性能检测装置的左视图；

图4是本发明所提出的一种优选的机械密封用石墨材料的性能检测装置的右视图；

图5是本发明所提出的一种优选的机械密封用石墨材料的性能检测装置的仰视图；

图6是本发明所提出的一种优选的机械密封用石墨材料的性能检测装置的俯视图；

图7是本发明所提出的一种优选的机械密封用石墨材料的性能检测装置的部分加热组件的连接示意图；

图8是本发明所提出的一种优选的机械密封用石墨材料的性能检测装置的数据传输的拓扑图。

附图标记列表

1：独立支架；2：旋转调整臂；3：转子；4：试样件；5：加热组件；6：装配调节机构；7：试验工作台；8：第二测量单元；9：处理单元；51：加热器；52：加热管垫体；53：加热管；54：加热器连接套；55：加热控制柜；61：试样件装夹组件；62：第一测量组件；63：弹性调节组件；64：连接杆；65：压力传感单元；66：安装座体；611：试样件顶杆；612：试样件定位支架；613：试样件挡板；614：试样件压板；615：试样件压板螺钉；621：滑动导轨；622：导轨座；623：数显光栅尺动尺；624：数显光栅尺定尺；625：动尺连接板；626：定尺连接板；631：弹簧座；632：套筒；633：弹簧拉杆；634：弹簧；635：压力调节螺母；636：弹簧限位杆；637：转动手轮；6321：L形贯穿槽；661：垫板；662：卡接槽板。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述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。

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。在一些例子中，由于一些实施方式属于现有或常规技术，因此并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，在合理情况下(不构成自相矛盾的情况下)，均包括直接和间接连接(联接)。

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

本申请提供一种机械密封用石墨材料的性能检测装置，其包括独立支架1、旋转调整臂2、转子3、试样件4、加热组件5、装配调节机构6、试验工作台7、第二测量单元8和处理单元9。

根据图1-8示出的一种具体的实施方式，在独立支架1上安装有旋转调整臂2和转子3。两个旋转调整臂2对称分设在转子3的两侧。旋转调整臂2远离转子3的一端连接有安装装配调节机构6的试验工作台7。两个装配调节机构6上均夹持有能够与转子3的圆周面接触而用于进行磨损实验的试样件4。装配调节机构6能够可调节地限定试样件4的工作位置，使得试样件4始终保持具有一定抵靠压力的状态与旋转的转子3接触，从而使转子3能够保持摩擦力不变的状态对试样件4进行打磨。装配调节机构6还能够在维持试样件4受到的抵靠压力不变的情况下推动试样件4进行平移，从而利用装配调节机构6所监测到的平移量来分析试样件4的实时磨损情况，以测定试样件4的性能。

在装配调节机构6上还安装有能够对试样件4进行加热的加热组件5。加热组件5能够根据实际需求对试样件4进行预加热，使得试样件4能够快速达到在特定温度下进行摩擦实验所需要的自有状态，避免了现有设备需要一定的摩擦升温过程才能够达到指定实验温度而导致前置过度时间过长且温控效果差，不易精准达到设定温度的缺陷。在装配调节机构6上还设置有能够对试样件4在打磨过程中的实时尺寸进行测量的第二测量单元8。在试样件4上还预先设置有多组激光打标刻度。第二测量单元8按照对试样件4表面的激光打标刻度进行识别的方式获取试样件4的实际尺寸。第二测量单元8是周期性地识别试样件4上的激光打标刻度的，以通过对试样件4上的多组激光打标刻度进行叠加计算的方式获取实时尺寸数据。第二测量单元8所获取的轴向长度差值数据与第一测量组件62同期测量的位移数据通过均值处理或去异值处理的方式获取试样件4在持续打磨工作时所产生的磨损数据，进而利用连续的磨损数据、采集周期来构建试样件4的磨损曲线，并且在磨损曲线中增加温度等同步变化的因素数据，以获得试样件4在实验中的实际磨损变化走势，从而有效且准确地对试样件4的磨损寿命以及在不同温度下的磨损速率等数据信息进行预估。第二测量单元8所获取的尺寸数据与第一测量组件62同期测量的位移数据均传输至处理单元9，从而处理单元9通过对一定时间段的轴向长度差值数据和位移数据进行均值计算和去异值处理的方式获取该时间段的真实磨损量，从而通过对试样件4在连续多个时间段内的磨损量进行监测和构建磨损曲线模型的方式对碳石墨密封材料所制得的试样件4的磨损状态和磨损寿命等性能进行精准且有效地评估。

本申请所设置的装配调节机构6能够对试样件4进行有效限位，装配调节机构6还通过构建具有更高精度和更小单位运动量的弹性调节组件63来为试样件4提供精准且持续有效地抵靠作用力和稳定的小数值平移，以使得试样件4能够在被摩擦过程中始终保持收到大小稳定的摩擦作用力，其与转子3之间发生持续地相对摩擦而完成仅存在温度作为单一变量的磨损实验，从而通过对温度单一变量和抵靠接触压力等不变量的精准控制的方式获得试样件4的高精准度的磨损数据，从而提升磨损寿命等预测数据的准确性。本申请通过利用位移数据和长度差值数据来对磨损情况进行表征，从而保证了实际输出的实时磨损数据真实且准确度较高，降低了单一数据的测量误差，以便于根据磨损数据的持续变化来有效预测磨损寿命。

优选地，独立支架1可以是门型支架或框座形支架，其能够对旋转调整臂2、转子3以及试验工作台7提供稳定支撑，从而根据需求在不同工位区域进行实验机的安装。优选地，两个旋转调整臂2是以对称布设的方式安装在独立支架1所构建的弧形连接部上的，从而旋转调整臂2能够沿独立支架1顶端的弧形连接部上的弧形条孔进行弧线滑移的方式改变其安装位置，从而有效地旋转调整臂2所连接的试验工作台7的倾斜角度，并且试验工作台7是始终保持与转子3的直径方向平行的方式进行设置的。优选地，旋转调整臂2远离独立支架1的一端连接有能够用于安装装配调节机构6的试验工作台7。优选地，转子3包括打磨轮体、打磨电机等元件。打磨电机可拆卸地安装在独立支架1的弧形连接部的弧形体内侧，并且打磨电机的输出端与打磨轮体连接，使得打磨轮体能够跟随打磨电机发生高速旋转，以对装配调节机构6所限位而与打磨轮体的外周面保持接触的试样件4进行持续打磨。优选地，转子3的打磨电机可以选用转速为80-130m/s的高速电机。

优选地，装配调节机构6能够在试样件4发生磨损过程中持续推动试样件4进行平移而使得试样件4始终以抵靠压力不变的状态抵靠在转子3上，即，通过驱动试样件4发生靠近转子3的平移而使得试样件4在发生磨损的过程中能够始终保持与转子3的外圆周表面的接触状态，并且试样件4施加在其与转子3的接触面之间的压力是保持不变的，以使得试样件4能够在以温度作为单一变量的情况下发生持续磨损，从而方便获取精准的实时磨损数据，以便于对磨损寿命进行评估。优选地，位移数据是一定实验周期/实验时间段的平移总量，即，试样件4跟随装配调节机构6在一个打磨时间段内的位置总变动量，单个时间周期的平移量，即为该时间周期首尾两个时间点自实验起始工位开始测量而所测的总位移数据的差值。例如，第一时间点为磨损实验开始后的第60秒之一时间点，第二时间点为磨损实验开始后的第90秒这一时间点，则此30秒的时间周期所发生的位移量，即为第90秒所测量的位移总量与第60秒所测量的位移总量的差值。轴向长度差值数据是指第二测量单元8在多个连续时间周期中所获取的尺寸数据的差值，即第二测量单元8第60秒获得的试样件4的轴向长度与第90秒所获得试样件4的轴向长度的差值。本申请最终所获得磨损数据是通过将同一个周期的首尾两个时间点所测量的轴向长度数据的差值与平移总量的差值进行均值计算或去异值处理后得到的数据作为该周期的磨损量，从而对多个连续周期的磨损量进行测量、数据整理以及曲线模型的构建来获得持续变换的多个连续周期的磨损数据，并且根据连续多个周期的磨损数据的变化来对磨损寿命进行预测。优选地，叠加计算是指将多组错位并排的刻度线的数量进行累加的方式获取总的单位刻度数量，并且通过单位刻度数量乘以单位刻度数据来获取精准确更高的尺寸数据，由于同组连续刻度之间的间隙宽度较小无法进行高精度单位量的表征，因此通过多组单位量较大的刻度进行叠加计算的方式获得更小刻度单位量的测量数据。

优选地，在试样件4内以倾斜开孔的方式设置测温孔，以便于在测温孔中设置插入式测温元件来对试样件4的实时温度进行精准监测。在试样件4上标记的多组激光打标刻度按照组别之间相互平行且分度线梯度错位的方式进行布设，以使得多组相互结合的激光打标刻度能够相配合地用于单位量更小且精度更高的尺寸测量，以表征具有极小变量的尺寸差。

如图1和7所示，加热组件5包括加热器51、加热管垫体52、加热管53、加热器连接套54和加热控制柜55。优选地，具有U形轮廓的加热器51可拆卸的穿设在试样件4上，并且加热器51的开口处于试样件4的下方，并且加热器51的两个端头均通过加热管53与外置的加热控制柜55连通。进一步优选地，加热管53与加热器51之间通过加热器连接套54进行无间隙连接。加热管53与垫板661之间还设置有具有隔热和定位支撑功能的加热管垫体52。具体地，加热控制柜55能够接收加热管53所输出的导热液，并且在根据需求对导热液进行加热后，再次通过与其输出端连接的加热管53将加热后的导热液输送至加热器51中，从而使加热器51能够对试样件4进行持续且可控地加热。优选地，本申请所设置的加热器51可以是通过电磁感应加热原理对试样件4进行可控加热，从而在实际工作时根据需求改变试样件4的温度。优选地，加热组件5能够根据需求将试样件4加热至室温-600℃范围内任意温度，其加热温度可以直接通过手动调整加热控制柜55的加热温度面板上的参数的方式进行改变。

如图1-6所示，装配调节机构6包括试样件装夹组件61、第一测量组件62、弹性调节组件63、连接杆64、压力传感单元65和安装座体66。优选地，试样件装夹组件61、压力传感单元65、第一测量组件62、连接杆64和弹性调节组件63依次连接。试样件装夹组件61、第一测量组件62和弹性调节组件63均可拆卸地安装在安装座体66上。进一步优选地，第一测量组件62的滑动导轨621的轴向端部通过连接杆64与弹性调节组件63连接，并且滑动导轨621的另一个轴向端部通过对其所传递的压力进行监测的压力传感单元65与试样件装夹组件61的试样件顶杆611连接，从而滑动导轨621向被试样件装夹组件61夹持的试样件4传递作用力。优选地，连接杆64与压力传感单元65分别穿设在滑动导轨621的轨体两端，从而滑动导轨621按照在导轨座622上发生平移的方式传递连接杆64施加在其轨体上的作用力和其所产生的平移量，以使得压力传感单元65在进行动力传递的同时对作用力的大小进行测量。优选地，压力传感单元65还通过导线与外置的压力表进行连接，以对其测量的压力大小进行展示

如图3、4和5所示，试样件装夹组件61包括试样件顶杆611、试样件定位支架612、试样件挡板613、试样件压板614和试样件压板螺钉615。优选地，试样件装夹组件61的试样件定位支架612支撑在安装座体66上。在试样件定位支架612上支撑有远离压力传感单元65的试样件挡板613。试样件挡板613能够与试样件定位支架612构成定位槽的同时暴露试样件4的摩擦面，以使得试样件4的摩擦面延伸至定位槽的外部而与转子3发生接触。优选地，试样件定位支架612远离试样件挡板613的一侧穿设有能够与试样件挡板613相配合地限定试样件4的工作位置试样件顶杆611。优选地，试样件定位支架612的架体表面还通过试样件压板螺钉615可拆卸地安装有辅助限定试样件4的安装位置的试样件压板614。优选地，试样件装夹组件61还通过连接有温度表，以对其夹持的试样件4的温度进行监测。

如图2所示，第一测量组件62包括滑动导轨621、导轨座622、数显光栅尺动尺623、数显光栅尺定尺624、动尺连接板625和定尺连接板626。优选地，滑动导轨621滑动穿设在导轨座622上。优选地，滑动导轨621通过动尺连接板625连接有数显光栅尺动尺623。优选地，导轨座622通过定尺连接板626连接有数显光栅尺定尺624。进一步优选地，数显光栅尺动尺623以跟随滑动导轨621进行定向位移的方式产生与数显光栅尺定尺624之间的相对移动，从而根据与数显光栅尺动尺623和数显光栅尺定尺624连接的数显表所显示的数显光栅尺动尺623与数显光栅尺定尺624之间的相对位移量来表征滑动导轨621的位移量，进而获取试样件4的实时磨损数据。由于数显光栅尺动尺623与数显光栅尺定尺624之间的相对位移量所测量的滑动导轨621的位移量是一个持续累计而增大的数据，实时磨损数据是指特定时间周期的首尾两个时间点所获取的位移量的差值即为该时间周期所产生的磨损量。

优选地，弹性调节组件63包括弹簧座631、套筒632、弹簧拉杆633、弹簧634、压力调节螺母635、弹簧限位杆636和转动手轮637。优选地，弹簧座631安装在安装座体66上，并且在弹簧座631上设置有与滑动导轨621的轴线平行的套筒632。优选地，套筒632远离滑动导轨621的一端开设有将弹簧拉杆633、弹簧634和压力调节螺母635插入其筒腔内的开口。优选地，弹簧634套设在弹簧拉杆633置于套筒632的筒腔中的部分杆体上，并且通过套设在弹簧拉杆633上的压力调节螺母635来限定弹簧634的工作位置，从而使压力调节螺母635以改变其插入套筒632的深度的方式调节弹簧634的伸缩量，以迫使弹簧634向弹簧拉杆633传递弹力，进而弹簧拉杆633获得位移和作用力。优选地，弹簧拉杆633的杆体端部与部分插入套筒632的连接杆64的杆体端部相对接，并且贯穿套筒632的侧壁弹簧限位杆636通过插入至弹簧拉杆633的杆体内的方式限定弹簧拉杆633与连接杆64的连接状态。弹簧限位杆636能够限定连接杆64与弹簧拉杆633的相对位置，通过锁止限位的方式，保持两者的连接状态。优选地，弹簧拉杆633处于套筒632外侧的杆体端部还设置有转动手轮637。优选地，在套筒632的侧壁上设置有限定弹簧限位杆636的运动路径的L形贯穿槽6321。L形贯穿槽6321的长径槽孔是与套筒632的轴向相平行的。本申请所设置的弹性调节组件63能够通过输出/产生作用力和位移的方式控制试样件4抵靠在转子3上的压力大小，并且在试样件4被转子3打磨的过程中驱动试样件4发生同步位移，以使得试样件4持续加载同等大小的作用力，从而保证摩擦强度。本申请的套筒632的内径面以及压力调节螺母635的外径面上均设置有相互匹配且螺纹间距较小且均匀度高的螺纹，从而通过旋转压力调节螺母635的方式改变其插入套筒632的长度，以使得压力调节螺母635压缩弹簧634，改变弹簧634对弹簧拉杆633施加的弹力大小的同时带动弹簧拉杆633发生位移以消除接触间隙和试样件4所产生的磨损间隙，进而保证试样件4与转子3的有效接触。本申请所设置压力调节螺母635能够通过小角度旋转的方式有效地调节弹簧634的弹力的变化和微米级小数值平移量，从而使弹簧634所传动加载至试样件4上的作用力大小在试样件4发生磨损的过程中始终保持不变，并且能够根据试样件4的磨损发生同间距的伸缩/平移，以保证试样件4能够始终以受到特定大小作用力的状态与转子3的打磨面保持具有特定大小摩擦力的接触。

优选地，安装座体66包括可拆卸安装试样件装夹组件61、第一测量组件62和弹性调节组件63的垫板661和以嵌套的方式卡接在试验工作台7上的卡接槽板662。进一步优选地，卡接槽板662远离垫板661的表面开设有卡槽，以使得该卡槽与试验工作台7上的台基相适配的方式进行卡合连接。此外，在卡合基础上设置锁止螺钉来保证连接的稳定性。

优选地，装配调节机构6的工作原理为：

装配调节机构6依据卡接槽板662的装配卡合而安装在试验工作台7上，并且通过在卡接槽板662的开槽方向上的平移来横向调节装配调节机构6的工作位置。旋转压力调节螺母635而改变弹簧634的弹力，从而使弹簧634驱动弹簧拉杆633发生平移，以向连接杆64传递位移和作用力，连接杆64带动滑动导轨621进行平移，从而滑动导轨621所传递的位移通过压力传感单元65传递至试样件装夹组件61，以使得试样件装夹组件61在保持对试样件4施压一定压力的同时还能够在试样件4发生磨损时驱动试样件4发生轴向平移，以限定试样件4与转子3维持抵触压力不变的接触状态。优选地，压力传感单元65在传递位移的过程中还能够对传递的作用力的大小进行检测，根据压力传感单元65实时测量的作用力数据而旋转压力调节螺母635，以保证试样件4所受到的压力大小始终维持稳定。具体地，弹簧634所提供的压力的大小是通过压力调节螺母635进行调节的；滑动导轨621前端装有压力传感单元65，压力传感单元65前端装有试样件顶杆611。在弹簧634所提供的弹力的作用下，试样件顶杆611向前推动而对试样件4施压特定大小的压力。在完成磨损测试后，需要对试样件4进行取出。试样件4的取出操作包括通过拉动转动手轮637而带动弹簧拉杆633逐渐移出套筒632，在弹簧拉杆633移出一定长度后，通过旋转转动手轮637的方式带动弹簧拉杆633发生同步旋转，以使得在L形贯穿槽6321的长径槽孔中定向平移的弹簧限位杆636以发生与弹簧拉杆633相同的旋转的方式卡入L形贯穿槽6321的短径槽孔，从而限定弹簧634保持被压缩的状态而解除其向试样件4所传递的压力，进而试样件4处于不被试样件顶杆611抵靠挤压的状态。拆解试样件压板螺钉615，并且将转动连接在试样件定位支架612上的试样件压板614进行翻转，以暴露处于试样件定位支架612所限定的定位槽中的试样件4，从而便于取出试样件4。在完成试样件4的装载时，需要通过调节弹簧限位杆636在L形贯穿槽6321的位置方式对弹性调节组件63进行复位。在进行复位调节的弹簧634压缩弹力的释放时，需要控制弹簧拉杆633发生缓慢的轴向平移，以使得其传递的位移和作用力以缓慢递增的方式传递至试样件4，以避免瞬时激增的位移和作用力在传递的过程中对质地较硬的试样件4造成冲击，有效地降低了试样件4被顶压作用而出现报废的概率。本申请的滑动导轨621所连接的数显光栅尺动尺623能够通过与滑动导轨621发生相同平移的方式测定试样件4在发生磨损时的磨损量。由于数显装置光栅尺的显示精度为0.001mm(1um)，其可以对耐磨性较强而磨量小的试样件4的磨损量进行有效地高精度测量。

实施例2

本申请还提供一种机械密封用石墨材料的性能检测方法，如图8所示，其至少包括以下步骤：

将试样件4以保持接触压力不变的方式抵靠在旋转的转子3表面。

第一测量组件62连续测量试样件4在发生持续磨损时所产生的位移数据，并且将位移数据传输至处理单元9。

第二测量单元8按照周期性地识别试样件4表面所预先设置的激光打标刻度的方式获取试样件4的实际轴向长度，并且将采集的轴向长度数据传输至处理单元9。

处理单元9通过对同一个时间段内的位移差和轴向长度差进行均值处理或去异值处理，以获取试样件4在持续打磨工作时所产生的磨损数据。处理单元9还根据采集到的多个连续时间周期的磨损数据来构建实时磨损量曲线模型，即，在一定时间内磨损量随摩擦时间的增长所发生的数值变化，根据该曲线模型可以对不同温度区段试样件4所发生的磨损量的变化进行直观表征，从而有效地获取到试样件4在持续摩擦过程中的磨损寿命以及最佳磨损温度等。

优选地，第二测量单元8是能够对微米级激光刻度进行识别和距离测量的激光测距传感器以及电子测距尺相结合所形成的无接触测距模组。优选地，第二测量单元8依据磨损量的变化而调整测量频率，并且第二测量单元8还利用磨损量的变化对其预设测量周期进行连续修正，以连续获取处于阈值范围之内的磨损数据。具体地，曲线模型是表征随摩擦时间的延长磨损总量的持续增长情况，由于试样件4的磨损量是一个微米级的变量，因此，为了保证磨损量的有效测量，试样件4的尺寸是采用周期性测量的方式进行数据获取的。但是，在持续摩擦过程中，试样件4的单个时间周期的磨损量会随着温度的变化而发生改变，因此，单个标准时间周期所测量的磨损量过大时，利用该磨损量所构建的曲线模型误差较大，容易出现数据偏差而导致预估不准确的缺陷，因此，本申请通过设置磨损量的阈值，使得实际测量的单个时间周期的磨损量超出预设阈值时，需要对测量周期的时间长度进行缩短，以使得第二测量单元8以更密集的采集频率来周期性采集磨损量数据，从而获得数量更多的磨损量数据，以构建更精准的磨损量曲线模型。此外，在磨损量低于预设阈值时，第二测量单元8以间隔时间更长的频率进行磨损量数据采集，以在变化度较小的磨损时间段内减少测量频率，以降低测量误差和能耗。

优选地，本申请的处理单元9是根据相同或相似密封材料的历史磨损数据来构建试样件4的标准磨损量曲线模型，从而根据标准磨损量曲线模型的走势对曲线具有不同斜率的区段选用不同的测量频率进行实时磨损量的采集，并且根据实时采集的磨损量对标准磨损量曲线模型的曲线数据点进行修正，从而更新磨损曲线，以生成与试样件4相匹配的实时磨损量曲线，并且利用更新后的磨损量曲线来调整采集周期，从而提升磨损量数据的准确性，以利用修正后的磨损量曲线进行试样件4精准度较高的磨损状态的评估以及试样件4的磨损寿命的预测。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种机械密封用石墨材料的性能检测装置，包括独立支架(1)、旋转调整臂(2)和限定摩擦跑道而可调节地与由碳石墨制成的试样件(4)之间产生摩擦力的转子(3)，其特征在于，

在所述独立支架(1)上悬空设置有处于两个对称布设的所述旋转调整臂(2)之间的所述转子(3)，所述旋转调整臂(2)远离所述转子(3)的一端连接有安装装配调节机构(6)的试验工作台(7)，两个限定所述试样件(4)的工作参数的所述装配调节机构(6)以其轴线与所述转子(3)的径向平行的方式在所述独立支架(1)上对称布设，其中，所述装配调节机构(6)以控制所述试样件(4)沿所述转子(3)的径向进行驱动加载的方式调节所述试样件(4)的工作参数，

所述装配调节机构(6)通过驱动所述试样件(4)进行径向平移而调控所述试样件(4)与转子(3)之间的接触压力的同时采集多维差值数据的方式获取所述试样件(4)的实时磨损数据，以测定所述试样件(4)的性能。

2.如权利要求1所述的机械密封用石墨材料的性能检测装置，其特征在于，

所述装配调节机构(6)包括试样件装夹组件(61)、第一测量组件(62)、弹性调节组件(63)、连接杆(64)、压力传感单元(65)和安装座体(66)，其中，

所述第一测量组件(62)安装在所述安装座体(66)上；

所述第一测量组件(62)靠近所述转子(3)的一端通过所述压力传感单元(65)与所述试样件装夹组件(61)传动连接；

所述第一测量组件(62)远离所述转子(3)的一端通过所述连接杆(64)与所述弹性调节组件(63)传动连接，从而将所述弹性调节组件(63)所提供的位移和作用力以可观测的方式传递给所述试样件装夹组件(61)所夹持的所述试样件(4)。

3.如权利要求2所述的机械密封用石墨材料的性能检测装置，其特征在于，所述试样件装夹组件(61)的试样件定位支架(612)支撑在所述安装座体(66)上，并且在所述试样件定位支架(612)上支撑有远离所述压力传感单元(65)的试样件挡板(613)；

所述试样件定位支架(612)远离所述试样件挡板(613)的一侧穿设有能够与所述试样件挡板(613)相配合地限定所述试样件(4)的工作位置的所述试样件顶杆(611)，在所述试样件定位支架(612)上还安装有辅助限定所述试样件(4)的被夹持工位的试样件压板(614)。

4.如权利要求3所述的机械密封用石墨材料的性能检测装置，其特征在于，

所述第一测量组件(62)包括滑动导轨(621)、导轨座(622)、数显光栅尺动尺(623)和数显光栅尺定尺(624)，其中，

所述滑动导轨(621)的两个轴向端部分别与所述连接杆(64)和所述压力传感单元(65)连接，所述导轨座(622)安装在所述安装座体(66)上；

所述滑动导轨(621)滑动穿设在导轨座(622)上，并且所述滑动导轨(621)通过所述动尺连接板(625)与所述数显光栅尺动尺(623)连接，所述导轨座(622)通过定尺连接板(626)与所述数显光栅尺定尺(624)连接，从而利用所述数显光栅尺动尺(623)和数显光栅尺定尺(624)之间的相对位移量来表征所述滑动导轨(621)的位移数据。

5.如权利要求4所述的机械密封用石墨材料的性能检测装置，其特征在于，所述弹性调节组件(63)包括弹簧座(631)、套筒(632)、弹簧拉杆(633)、弹簧(634)、压力调节螺母(635)和弹簧限位杆(636)，其中，

所述弹簧座(631)安装在所述安装座体(66)上，并且在所述弹簧座(631)上设置有与所述滑动导轨(621)的轴线平行的所述套筒(632)；

所述弹簧(634)套设在所述弹簧拉杆(633)置于所述套筒(632)的筒腔中的部分杆体上，并且所述弹簧(634)通过套设在所述弹簧拉杆(633)上的所述压力调节螺母(635)来限定其工作位置；

所述弹簧拉杆(633)通过所述弹簧限位杆(636)与所述连接杆(64)限位连接。

6.如权利要求5所述的机械密封用石墨材料的性能检测装置，其特征在于，在所述装配调节机构(6)上还安装有能够对所述试样件(4)进行加热的加热组件(5)，所述加热组件(5)包括穿设在所述试样件(4)上的加热器(51)和用于对加热器(51)的输入端和输出端所连接的加热管(53)进行定位支撑的加热管垫体(52)；

所述加热管垫体(52)间隔布设在垫板(661)上。

7.如权利要求6所述的机械密封用石墨材料的性能检测装置，其特征在于，在所述试样件(4)上还预先设置有多组激光打标刻度，在所述试样件装夹组件(61)上连接有对所述试样件(4)表面的激光打标刻度进行识别的第二测量单元(8)，从而所述第二测量单元(8)通过对所述试样件(4)表面的激光打标刻度进行识别的方式获取所述试样件(4)的轴向长度。

8.如权利要求7所述的机械密封用石墨材料的性能检测装置，其特征在于，所述第二测量单元(8)是周期性地识别所述试样件(4)上的激光打标刻度的，以获取所述试样件(4)的实时轴向长度数据；

所述第二测量单元(8)所获取的轴向长度数据与所述第一测量组件(62)同期测量的位移数据通过均值处理或去异值处理的方式获取所述试样件(4)在持续打磨工作时所产生的磨损数据。

9.一种机械密封用石墨材料的性能检测方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

将试样件(4)以保持接触压力不变的方式抵靠在旋转的转子(3)表面；

第一测量组件(62)连续测量所述试样件(4)在发生持续磨损时所产生的位移数据，并且将位移数据传输至处理单元(9)；

第二测量单元(8)按照周期性地识别所述试样件(4)表面所预先设置的激光打标刻度的方式获取所述试样件(4)的实际轴向长度，并且将采集的轴向长度数据传输至处理单元(9)；

所述处理单元(9)通过对同一个时间段内的位移数据和轴向长度差值数据进行均值处理或去异值处理，以获取所述试样件(4)在该时间段内被持续打磨而产生的磨损量。

10.如权利要求9所述的机械密封用石墨材料的性能检测方法，其特征在于，所述第二测量单元(8)依据磨损量的变化而调整测量频率，并且所述第二测量单元(8)还利用磨损量的变化对其预设的测量周期进行连续修正，以连续获取处于阈值范围之内的磨损数据。