[发明专利]一种密封圈摩擦磨损的试验方法及其试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种密封圈摩擦磨损的试验方法及其试验装置。

背景技术

密封技术的可靠性和稳定性已成为现代流程工业设备安全、稳定运行的关键因素。根据密封偶合面间有无相对运动，可将密封分为静密封和动密封两种；而按密封件在密封装置中所起的作用，又有主要密封和辅助密封之分。但无论作为主要密封还是辅助密封，动密封除了要承受介质压力外，还必须耐受相对运动引起的摩擦、磨损，以保证一定的密封性能和满足运动性能的各项要求。例如，作为主要密封的液压、气动缸中的活塞与缸筒之间的密封、活塞杆与缸盖以及滑阀的阀芯与阀体之间的密封以及机械密封中作为辅助密封的密封圈，这些密封元件常因摩擦导致接触表面过度磨损并成为密封失效的主要原因。

机械密封中具有轴向补偿能力的密封环与相关零件之间的辅助密封是密封系统中除端面密封副（即主密封）外最重要的部件。随着主密封性能的不断提高，作为辅助密封重要元件的密封圈接触界面摩擦磨损失效问题日益突显，并直接影响密封环的追随性和浮动性。目前，它已成为制约现代机械密封向高可靠性、长寿命方向发展的重要因素。

摩擦磨损性能是评价密封材料综合性能的一项重要指标，摩擦磨损性能与摩擦副的材料性能、接触状态、界面特性、润滑条件和环境因素等密切相关。然而，目前绝大部分研究都是利用有限元模拟计算或平面线接触考察密封圈的摩擦磨损性能，这些方法具有一定的局限性。如何准确地开展密封圈摩擦磨损的试验研究，在更加切合实际服役工况下系统深入地研究各种因素与密封圈磨损特性的内在联系，是揭示密封圈摩擦学损伤机理、控制或减缓有害磨损的关键。但目前从摩擦学试验角度研究密封圈摩擦磨损性能的工作较少，这主要归因于现有标准型摩擦学试验设备无法真实模拟密封圈的真实工况下的摩擦磨损性能及缺乏一种能合理评价密封圈摩擦磨损的试验设备。

发明内容

为了解决现有标准型摩擦学试验设备无法真实模拟密封圈的真实工况下的摩擦磨损的问题，本发明提出了一种能真实模拟密封圈的真实工况、并在试验过程中同步动态采集摩擦力、可较准确地分析密封圈摩擦界面损伤演变特性及影响规律的密封圈摩擦磨损的试验方法及其试验装置。

一种密封圈摩擦磨损的试验方法，包括以下步骤：

1）将下试件固定在下夹具上，并将下试件的半圆柱形凹槽的中心轴线与水平往复运动装置的运动方向保持一致；

2）将上试件嵌入上夹具座与夹紧盖之间的弧形容纳槽后，通过调整调节螺栓控制上试件的轴向压缩率并使其固定在上夹具上；调整二维可调移动台的位置使得上夹具的半圆柱形端面中心轴线与下试件的半圆柱形凹槽中心轴线在同一垂直平面内；

3）在介质槽内加入试验介质并通过控制系统设定试验温度、法向载荷以及摩擦频率；

4）二维力学传感器动态采集并实时分析试验过程中的上试件和下试件之间的法向载荷和切向力，并将数据传送给控制系统，控制系统一方面对二维可调移动台的垂向位置进行实时反馈控制，确保上、下试件间始终保持恒定的法向载荷，另一方面控制系统控制水平往复运动装置以设定的往复位移和频率作周期性往复运动，使上、下试件产生往复的摩擦磨损，并同步计算上试件和下试件之间的摩擦系数。

按照本发明所述的试验方法构建的试验装置，其特征在于：包括机座、介质槽、上夹具、下夹具、温度控制台、水平往复运动装置、二维可调移动台和数据采集控制系统，所述的二维可调移动台固定在所述的机座的上部，并且所述的二维可调移动台下部安装二维力学传感器；所述的二维力学传感器上固定夹持上试件的上夹具；所述的介质槽安装在所述的水平往复运动装置上方，并且所述的介质槽内固定夹持下试件的下夹具，所述的介质槽内填充试验介质；所述的水平往复运动装置固定在所述的机座上；所述的二维可调移动台、所述的水平往复运动装置、所述的温度控制台均与所述的数据采集控制系统电连接。

所述的上夹具包括上夹具座、夹紧盖和调节螺栓，所述的上夹具座和夹紧盖通过所述的调节螺栓相互固定组成的下端面为等直径半圆柱形，所述的上夹具座在半圆柱形端面设有台阶结构，与所述的夹紧盖配合形成与作为上试件的密封圈匹配的弧形容纳槽；所述的下试件沿轴向开有与上试件匹配的贯通半圆柱形凹槽。