CS218026B1

CS218026B1 - Device for measuring friction coefficients

Info

Publication number: CS218026B1
Application number: CS670081A
Authority: CS
Inventors: Pavel Lebl; Jiri Mlikovsky; Ivan Petrovic; Josef Smitka
Original assignee: Pavel Lebl; Jiri Mlikovsky; Ivan Petrovic; Josef Smitka
Priority date: 1981-09-11
Filing date: 1981-09-11
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Vynález spadá do oboru zkušebních zařízení průmyslových armatur a řeší zvýšení univerzálnosti, zařízení pro měření třecích součinitelů sedlových materiálů a tření v ucpávkách vřeten. Týká se zařízení, sestávajícího z tělesa opatřeného víkem, kde v tělese je uloženo posuvně ovládací vřeteno, opatřené vně tělesa vnějšími tenzomelry a servopohonem a uvnitř tělesa objímkou pro uložení pohyblivé části zkušebního vzorku, přičemž pevná část vzorku je mechanicky spojena s tělesem. Podstatou vynálezu je, že ovládací vřeteno je uvnitř tělesa dále opatřeno vnitřními tenzometry a že ovládací vřeteno je v tělese uloženo ve výměnné ucpávkové vložce, přičemž kolmo k ovládacímu vřetenu je v tělese uloženo posuvně přítlačné vřeteno, opatřené uvnitř tělesa naklápěcí deskou s ložiskem pro uložení pohyblivé části vzorku.The invention falls into the field of testing equipment for industrial valves and solves the problem of increasing the versatility of a device for measuring the friction coefficients of seat materials and friction in spindle seals. It concerns a device consisting of a body provided with a lid, where a sliding control spindle is placed in the body, provided with external strain gauges and a servo drive outside the body and a sleeve inside the body for accommodating the movable part of the test sample, while the fixed part of the sample is mechanically connected to the body. The essence of the invention is that the control spindle is further provided with internal strain gauges inside the body and that the control spindle is placed in a replaceable seal insert in the body, while a sliding pressure spindle is placed in the body perpendicular to the control spindle, provided with a tilting plate inside the body with a bearing for accommodating the movable part of the sample.

Description

Vynález se· týká zařízení pro měření třecích součinitelů, zejména sedlových materiálů a tření ucpávek, zejména vřeten průmyslových armatur.The invention relates to a device for measuring the friction coefficients, in particular saddle materials and the friction of seals, in particular spindles of industrial valves.

Je známo například zařízení pro měření třecích sučinitelů sedlových materiálů průmyslových armatur, sestávající z tělesa s víkem, v němž je uložen pevný vzorek a v objímce pohyblivý vzorek. Objímka je mechanicky spojena s ovládacím vřetenem, ulOženýml poisuvuě v tělese. Ovládací vřeteno je poháněno táhlem! elektropohonu, přičemž mezi Vřetenem! a táhlem je uložená tenzometrická vložka. Těleso je dále opatřeno přívodem a odpadem pracovního média, pojistným ventilem a odvodním potrubím) s kondenzátorem a odměrnou nádobkou pro zjišťování průsaku pracovního média sedlovými plochami Zkušebního vzorku. Nevýhodou tohoto zařízení je jeho jednoúčelovost, neboť se měří pouze hodnoty součinitelů tření v sedlových plochách, přičemž tření v ucpávce je nutno zjišťovat po vyjmutí vzorku z tělesa nebo po zrušení tlaku v tělese a touto hodnotou zpětně korigovat třecí sílu, zjištěnou při měření součinitele tření sedel. Kromě toho je u tohoto zařízení využito ík vyvození měrného tlaku v sedlových plochách pouze přetlaku pracovního média, což vede k rozměrným zkušebním vzorkům nebo velice úzkým sedlovým plochám. Pohyb vřetene dále způsobuje velké výkyvy tlaku uvnitř tělesa, čímž se mění jeden z parametrů měření, který má být konstantní. Použitý elektropohon vřetene není vhodný pro vyšší zatížení.For example, an apparatus for measuring the friction coefficients of saddle materials of industrial fittings is known, consisting of a body with a lid in which a solid sample is stored and a movable sample is held in the sleeve. The sleeve is mechanically connected to a control spindle mounted in the housing. The actuating spindle is driven by a drawbar! electric drive, taking between the spindle! and a tension gauge insert is supported by the rod. The body is further equipped with inlet and outlet of working medium, safety valve and outlet piping) with a condenser and a volumetric vessel for detecting leakage of working medium through the saddle surfaces of the test sample. The disadvantage of this device is its special purpose, since only the values of the coefficients of friction in the saddle surfaces are measured, the friction in the gland being determined after removal of the sample from the body or after the pressure in the body has been removed. . In addition, in this device, the application of a specific pressure in the saddle surfaces is only an overpressure of the working medium, resulting in large test specimens or very narrow saddle surfaces. Further, the movement of the spindle causes large pressure fluctuations within the body, thereby changing one of the measurement parameters to be constant. The spindle electric drive used is not suitable for higher loads.

•Nevýhody známého řešení odstraňuje v podstatě vynález, kterým je zařízení pro měření třecích součinitelů, zejména sedlových materiálů a tření ucpávek, zejména vřeten průmyslových armatur, sestávající z tělesa opatřeného víkem, kde v tělese je uloženo posuvně ovládací vřeteno, opatřené vně tělesa vnějšími tenzometry a servopohonem a uvnitř tělesa objímkou pro uložení pohyblivé části zkušebního vzorku, přičemž pevná část vzorku je mechanicky spojena s tělesem a jeho podstata spočívá v tom, že ovládací vřeteno je uvnitř tělesa dále opatřeno· vnitřními tenzometry a ze ovládací vřeteno v tělese je uloženo ve výměnné ucpávkové vložce, přičemž kolmo k ovládacímu vřetenu je· v tělese uloženo· posuvně přítlačné vřeteno, bpatřené uvnitř tělesa naklápěcí deskou a llžoskem pro uložení pohyblivé části vzorku.Disadvantages of the known solution are essentially eliminated by the invention, which is a device for measuring the friction coefficients, in particular saddle materials and the friction of gaskets, in particular industrial valve spindles, consisting of a body provided with a lid. servomotor and inside the body a sleeve for receiving the movable part of the test sample, whereby the fixed part of the sample is mechanically connected to the body and its essence is that the actuating spindle inside the body is further provided with internal strain gauges and the control spindle in the body is mounted in replaceable packing a perpendicularly to the control spindle, a sliding thrust spindle is mounted in the body; it is provided with a tilting plate and a bearing in the body for receiving the movable part of the sample.

Další podstatou vynálezu je, že přítlačné vřeteno je uvnitř tělesa opatřeno vnitřními tenzometry a vně tělesa vnějšími tenzometry a servopohonem se snímačem polohy táhla servopohonu, přičemž přítlačné vřeteno je v tělese uloženo ve výměnné ucpávkové vložce.Another principle of the invention is that the pressure spindle is provided with internal strain gauges inside the body and external strain gauges outside the body and a servomotor with a servomotor rod position sensor, wherein the pressure spindle is housed in the housing in a replaceable packing gland.

Další podstatou vynálezu je, že servojpohony vřeten jsou tvořeny hydraulickými válci.Another object of the invention is that the spindle actuators are formed by hydraulic cylinders.

Další podstatou vynálezu je, že těleso jeAnother object of the invention is that the body is

Opatřeno objemovým kompenzátorem.With volume compensator.

Další podstatou vynálezu je, že objemový kompenzátor je tvořen kompenzačním vřetenem, uloženým posuvně v tělese ve výměnné ucpávkové vložce, souose s ovládacím! vřetenem, kde kompenzační vřeteno je uvnitř tělesa opatřeno vnitřními tenzometry a¹ svými koncem je uchyceno k objímce.It is a further object of the invention that the volume compensator is formed by a compensating spindle displaceably disposed within the housing in the replaceable packing insert, coaxial with the actuator. a spindle, where the compensating spindle is provided with internal strain gauges inside the body and ¹ is attached to the sleeve with its end.

Konečně je podstatou vynálezu, že objemový kompenzátor je tvořen expanzní nádobou, spojenou s vnitřním prostorem tělesa.Finally, it is an object of the invention that the volume compensator is formed by an expansion vessel connected to the interior of the body.

Vyšší účinek vynálezu lze spatřovat v tom, že zařízením! lze měřit na jedno upnuti vzorku přímo jak třecí sílu v sedlových plochách vzorku, tak 1 třecí sílu v ucpávkách dvou až tří vřeten různých průměrů a různých druhů materiálu vřeten a ucpávek. Vynález umožňuje zmenšit rozměry vzorku, případně zvětšit sedlové plochy vzorku, jejichž šířku lze měnit v širokým mezích. Velikost třecích součinitelů v sedlových plochách lze měřit i bez působení přetlaku pracovního média. Tlak uvnitř tělesa je stabilizován.The higher effect of the invention can be seen in the device. it is possible to measure both the frictional force in the seat surfaces of the sample and 1 frictional force in the seals of two to three spindles of different diameters and different types of spindle and stuffing materials per sample clamping directly. The invention makes it possible to reduce the dimensions of the sample or to increase the saddle surfaces of the sample, the width of which can be varied within wide limits. The size of the friction coefficients in the saddle surfaces can be measured even without overpressure of the working medium. The pressure inside the body is stabilized.

Příklad konkrétního provedení vynálezu je schematicky znázorněn na výkrese, představujícím nárysný řez zkušebním zařízením.An example of a specific embodiment of the invention is shown schematically in the drawing, which is a front sectional view of a test apparatus.

•Zkušební zařízení 1 podle vynálezu sestává z příhradového podstavce 2, na němž j,e uloženo válcové duté těleso 3, opatřené víkem 4. Víko 4 je uvnitř tělesa 3 opatřeno středovou přírubou 5 š těsněním 6 pro uchycení pevné části 7 zkušebního vzorku 8. Souose se středovou přírubou 5 víka 4 je ve dně 9 tělesa 3 upraven středový otvor 10. Ve středovém otvoru 10 je uložena výměnná ucpávková vložka 11, v níž je uloženo přítlačné vřeteno· 12. Přítlačné vřeteno! 12 je na svém konci uvnitř tělesa 3 opatřeno naklápěcí deskou 13, na níž je uloženo axiální ložisko 14. Mezi axiálním ložiskem 14 a pevnou částí 7 zkušebního vzorku 8 je uložena pohyblivá část 15 zkušebního vzorku 8. Pohyblivá část 15 vzorku 8 je opatřena objímkou 16. V úrovni objímky 16 jsou v obvodové stěně 17 tělesa 3 upraveny protilehle souosé boční otvory 18, 19, kolmé ke středovému otvoru 10, v nichž jsou uloženy další výměnné ucpávkové vložky 20, 21. V první ucpávkové vložce 23 je uloženo posuvně ovládací vřeteno 22 a v druhé vložce 21 kompenzační vřeteno 23. Konce těchto vřeten 22, 23 jsou uvnitř tělesa 3 spojeny kloubově s objímkou 16, pohyblivé části 15 vzorku 8. Vřetena 12, 22, přítlačné vřeteno 12 a ovládací vřeteno 22 jsou vně tělesa 3 spojena· pomocí tenzometrických vložek 24, 25 s táhly 26, 27 přítlačného servopohonu 28 a ovládacího servopohonu 29. Servopohony 28, 29 jsou tvořeny například hydraulickými válci 30, 31. Všechna vřetena 12, 22, 23 jsou uvnitř tělesa 3 opatřena vnitřními tenzometry 32, 33, 34. Vřetena 12, 22, přítlačné vřeteno 12 a ovládací vřeteno 22, jsou vně tělesa 3 opatřena vnějšími tenzometry 35, 36 uloženými na tenzometrických vložkách 24, 25.The test device 1 according to the invention consists of a lattice base 2 on which a cylindrical hollow body 3 is provided with a lid 4. The lid 4 is provided with a central flange 5 with a seal 6 with a seal 6 for receiving a fixed part 7 of the test sample. With the central flange 5 of the cover 4, a central bore 10 is provided in the bottom 9 of the body 3. In the central bore 10, there is a replaceable stuffing box 11, in which a pressure spindle 12 is mounted. 12 at its end inside the body 3 is provided with a tilting plate 13 on which the thrust bearing 14 is mounted. Between the thrust bearing 14 and the fixed part 7 of the test specimen 8 a movable part 15 of the test specimen 8 is mounted. At the level of the sleeve 16, opposing coaxial side openings 18, 19 perpendicular to the central opening 10 are provided in the circumferential wall 17 of the body 3, in which further exchangeable packing inserts 20, 21 are received. and in the second insert 21 a compensating spindle 23. The ends of these spindles 22, 23 are hinged inside the body 3 with a sleeve 16, a movable portion 15 of the sample 8. The spindles 12, 22, the pressure spindle 12 and the control spindle 22 are connected outside the body 3 of strain gauge inserts 24, 25 with rods 26, 27 of the thrust actuator 28 and the actuator actuator 29. The actuators 28, 29 are t All spindles 12, 22, 23 are provided with internal strain gauges 32, 33, 34 inside the body 3. Spindles 12, 22, a pressure spindle 12 and a control spindle 22 are provided outside the body 3 with external strain gauges 35, 36 mounted on strain gauge inserts 24, 25.

Servopohony 28, 29 jsou opatřeny indukčními snímači 37, 38 polohy táhel 28, 27.The actuators 28, 29 are provided with inductive sensors 37, 38 of the position of the rods 28, 27.

Zkušební zařízení 1 je dále opatřeno přívodním potrubím 39 s uzavírací armaturou 43, odpadním podtrubím 41 s uzavírací armaturou 42, pojistným ventilem 43, odvodním potrubím 44 s uzavírací armaturou 45, kondenzátorem, 46 a odměrnou nádobou 47, a dále je zkušební zařízení 1 opatřeno objemovým kompenzátorem 48, tvořeným kompenzačním vřetenem 23 a tlakovou expanzní nádobou 49. Odvodní potrubí 44 je napojeno na průchozí otvor 50, upravený ve víku 4 a v pevné části 7 vzorku 8.The test device 1 is further provided with an inlet pipe 39 with a shut-off valve 43, a waste sub-pipe 41 with a shut-off valve 42, a safety valve 43, a discharge line 44 with a shut-off valve 45, a condenser, 46 and a measuring vessel 47. a compensator 48 formed by a compensating spindle 23 and a pressure expansion vessel 49. The drain line 44 is connected to a through hole 50 provided in the lid 4 and in the fixed portion 7 of the sample 8.

Při měření se nejdříve z tělesa 3 sundá víko 4. Na středovou přírubu 5 se připevní pevná část 7 vzorku 8, do objímky 16 se vloží pohyblivá část 15 vzorku 8 a víko 4 se uzavře. Do tělesa 3 se přívodním potrubím 39 přivede pod tlakem nebo bez tlaku pracovní médium, kterým je například jakýkoliv plyn, pára, studená nebo horká voda a podobně. Uzavírací armatury 40, 42 přívodního a odpadního potrubí 39, 41 mohou být během měření otevřeny, přičemž pracovní médium zařízení stále protéká, nebo mohou být uzavřeny. Dále se pomocí přítlačného servopohonu 28 prostřednictvím přítlačného vřetene 12 zkušební vzorek 8 zatíží předem stanovenou silou, která se sleduje pomocí vnitřních tenzometrů 32 přítlačného vřeteneDuring the measurement, the cover 4 is first removed from the body 3. A fixed part 7 of the sample 8 is fixed to the central flange 5, the movable part 15 of the sample 8 is inserted into the sleeve 16 and the cover 4 is closed. A working medium, such as any gas, steam, cold or hot water and the like, is fed into the body 3 via a supply line 39 with or without pressure. The shut-off valves 40, 42 of the inlet and outlet pipes 39, 41 can be opened during measurement, with the working medium of the device still flowing, or they can be closed. In addition, by means of a thrust actuator 28 via a thrust spindle 12, the test sample 8 is loaded with a predetermined force, which is monitored by means of internal strain gauges 32 of thrust spindle.

12. Nato se pomocí ovládacího servopohonu 29 prostřednictvím ovládacího vřetene 22 začne pohybovat pohyblivou částí 15 vzorku 8. Současně se neznázorněným zařízením registrují údaje všech vnitřních a vnějších tenzometrů 32, 33, 34, 35, 36. Z údajů vnitřních tenzometrů 32 přítlačného vřetene 12 a z rozdílů údajů vnitřních tenzometrů 32, 34 ovládacího a kompenzačního vřetene 23, 22 lze přímo zjistit součinitel tření v sedlových plochách vzorku 8. Z údajů vnitřních tenzometrů 34 kompenzačního vřetene 23 a z rozdílu údajů vnějších a vnitřních tenzometrů. 33, 36 ovládacího vřetene 22 lze zároveň zjistit hodnoty tření v ucpávkových vložkách 20, 21 kompenzačního' a ovládacího vřetene 23, 22. Vnější tenzometry 35 přítlačného vřetene 12 umožňují měřit tření v ucpávkové vložce 11 přítlačného vřetene 12 například během přlsouvánl nebo odsouvání přítlačného vřetene 12 nebo· od vzorku 8. Konstantní tlak v tělese 3, zejména při uzavřených uzavíracích armaturách 40, 42 přívodního a odpadního potrubí 39, 41 je zajišťován kompenzačním vřetenem 23, které se pohybuje souběžně s ovládacím¹ vřetenem 22. V případě různého průměru ovládacího a kompenzačního vřetene 22, 23 a při pohybech přítlačného vřetene 12 snižuje tlakovou výchylku expanzní nádoba 49. Jakost těsnicích .sedlových ploch vzorku 8 lze zjišťovat z průsaku pracovního média, odváděného z pevné části 7 vzorku 8 odvodním potrubím 44 a měřeného odměrnou nádobou 47. Poloha vřeten 12, 22, 23 je sledována pomocí indukčních snímačů 37, 38 polohy.12. The movable part 15 of the sample 8 is then moved by the actuating spindle 22 via the actuating spindle 22. At the same time, the data of all internal and external strain gauges 32, 33, 34, 35, 36 are registered. The friction coefficient in the saddle surfaces of the sample 8 can be directly determined from the data of the internal strain gauges 32, 34 of the control and compensating spindles 23, 22. 33, 36 of the control spindle 22, the friction values in the gland inserts 20, 21 of the compensating spindle and the control spindle 23, 22 can also be determined. or • the specimen 8. the constant pressure within the housing 3, particularly when closed shut-off fittings 40, 42 of intake and exhaust pipes 39, 41 is provided by the compensating shaft 23 that moves in parallel with the control shaft ¹ 22. in the case of different diameter and compensating control The pressure deflection of the expansion vessel 49 decreases as the pressure spindle 12 moves. the chain 12, 22, 23 is monitored by inductive position sensors 37, 38.

Uzavírací armatura 45 odvodního potrubí 44 slouží k uzavření průsaku v případě mimořádného poškození sedlových ploch vzorku 8 v případě měření třecích sil v ucpávkových vložkách ll, 20, 21 vřeten 12, 22, 23 při vyjmutém vzorku 8 a při přetlaku pracovního média. Po skončení měření lze pracovní médium z tělesa 3 vyprázdnit pomocí odpadního potrubí 41.The drain valve 44 serves to close the leakage in case of extreme damage to the seat surfaces of the sample 8 when measuring the frictional forces in the gland inserts 11, 20, 21 of the spindles 12, 22, 23 when the sample 8 is removed and the working medium overpressure. After the measurement has been completed, the working medium can be emptied from the body 3 by means of a drain pipe 41.

Zařízením podle vynálezu lze přímio měřit součinitele třeni sedlových materiálů a třecí síly ve třech ucpávkových vložkách, umožňujících kombinaci jak různých materiálů a průměrů vřeten, tak i různých ucpávkových materiálů.By means of the device according to the invention, the coefficients of friction of the saddle materials and the frictional forces in three gland inserts can be measured directly, making it possible to combine both different materials and spindle diameters as well as different gland materials.

Claims

Subject

1. Apparatus for measuring the friction coefficients, in particular saddle materials and the friction of seals, in particular industrial valve spindles, consisting of a body provided with a lid, with a sliding control spindle housed in the body, provided with external strain gauges and servo drive outside the body; a solid sample is mechanically connected to the body, characterized in that the control spindle (22) is further provided with internal strain gauges (33) inside the body (3) and is housed in a replaceable packing insert (20), perpendicular to the a sliding pressure spindle (12) is provided in the body (3), provided with a tilting plate (13) and a bearing (14) for receiving the movable part (15) of the sample (8).

and

Device according to claim 1, characterized in that the pressure spindle (12) is inside the body (12).

3) provided with internal strain gauges (32) and outside the body (3) with external strain gauges (35) and a servo drive (28) with a sensor (37) for pulling the rods (26) of the servo drive (28); 3) housed in a replaceable packing gland (11).

| 3. Device according to Claims 1 and 2, characterized in that the actuators (28, 29) of the spindles (12, 22) are formed by hydraulic cylinders (30, 31).

Device according to Claims 1 to 3, characterized in that the body (3) is provided with a volume compensator (48).

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the volume compensator (48) is formed by a compensating spindle (23) displaceably disposed in the housing (3) in the replaceable packing insert (21) coaxial with the actuating spindle (22). wherein the compensating spindle (23) is provided within the body (3) with an internal tensor meter (34) and its end is attached to the sleeve (16).

Device according to Claims 1 to 5, characterized in that the volume compensator (48) is formed by an expansion vessel (49) connected to the inner space of the body (3).