原作者:华中理工大学 黄勇理   出处:中国泵阀网

　

【论文摘要】介绍了ISO TC131／SC7／WG7／N50往复密封试验标准所规范的试验环境、试验过程及试验要求。并给出在依照该标准进行具体实现时得出的试验流程，同时指出设计制造试验设备应注意的有关问题。

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英国流体力学研究组(British　Hydromechanics　Resea rch　Group)提出的测量液压机械往复密封性能的试验标准，列入了 ISO TC131／SC7／WG7／N50。它描述了进行中、高压往复密封产品的性能试验所要求的标准试验过程，对试验环境和试验条件提出了一系列标准化的规定。

1　建立试验标准的意义

　　大量的实践研究表明，往复密封的性能不仅与它们的设计类型和所用的材料有关，而且还与它们的使用环境，诸如工作压力、温度、速度，工作油液品质、轴(轴承)表面粗糙度、表面硬度、装配公差，缸轴同心度等因素有着很大的关系。因此，为了尽量减少试验结果的不确定性，增加同类产品试验性能的可比性，完全有必要建立一套标准化的试验准则，统一规范往复密封试验的液压缸结构、技术规范、试验环境、试验内容以及操作步骤。
　　对于往复密封件使用性能的评价，人们最关心的是在某种工作环境下它的使用寿命(可靠性或耐久性)和摩擦力大小。而使用寿命又通过往复行程的累计值、初始泄漏点及泄漏量的大小来衡量，和往复密封的摩擦性能一样，是密封性能的几个重要指标，与实际应用密切相关。因此，试验标准明确规定了诸如密封件的往复行程、初始泄漏点和泄漏量以及摩擦力等性能参数的定义和测量方法，同时规定了需要严格控制的试验腔油压、油温、运动副往复速度等运行环境参数及它们的变化特征。

2　试验环境要求及试验液压缸设计

　　为了模拟往复密封实际使用的工作状态，往复密封试验时需按标准建立试验油温、油压条件，维持油温恒定，产生与往复运动同步的液压缸压力变化。其波形按标准草案为梯形波，正程稳定压力ptest根据密封件用途通常分设3档：6 .3 MPa、16.3 MPa、31.5 MPa；返程压力preturn要求小于正程压力的3%。通过恒温控制装置将试验油温Ttest限制于60～65℃，误差不大于±3℃。
　　为满足轴用密封与孔用密封试验的需要，试验液压缸需设计两种类型，如图1、图2所示。
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1、5.刮油圈　2.试验圈A　3.压力油循环出口　4.试验圈B　6.滑动轴承　7.漏油口B　8.压力油循环入口　9.高压腔　10.漏油口A
　　图1　活塞杆密封试验缸

1.试验用缸　2.刮油圈A　3.试验圈A　4.压力油循环出口　5.试验圈B　6.刮油圈B　7.漏油口B　8.压力油循环入口　9.高压腔　10.漏油口A
　　图2　活塞密封试验缸

3　标准试验步骤

　　根据往复密封试验标准，标准试验可分下面一些步骤来实现：
　　a) 根据ISO 4288－1985的规范，取样长度为0.8 mm，评定长度为4.0 mm，沿轴向测出试验轴的表面粗糙度；
　　b) 用分辨率为0.02 mm的非接触测量装置，测出试验前密封圈外形尺寸；
　　c) 安装试验密封件和新的泄漏收集刮油圈；
　　d) 将液压油加热至试验温度；
　　e) 使试验装置以设定的线速度V往复运动，并且将油压保持在试验压力ptest 恒定，维持运行1 h；
　　f) 1 h终止时，至少记录一个循环的摩擦力曲线，并测得摩擦值FT；
　　g) 停止往复运动，维持试验压力ptest和试验温度16 h恒定；
　　h) 进行静态摩擦(Breakout　Friction)测量；
　　i) 将前向行程和返向行程的试验油压分别控制在ptest和pr eturn之间循环波动，使试验装置以设定的线速度V往复运动进行试验；
　　j) 在不中断的情况下将200 000次作为一个循环阶段，以线速度V做往复运动。如果循环被中断，则应剔除本阶段开始直至到达中断点所计量到的泄漏量，重新开始；
　　k) 每24 h为记录周期，并且在200 000循环结束时，将每个密封圈的泄漏收集并记录下来；
　　l) 步骤j)结束时，重复e)和f)步骤的恒压摩擦测量；
　　m) 步骤l)完成后，以步骤i)的压力波动继续使试验装置进行往复运动；
　　n) 在不中断的情况下以线速度V进行100 000次往复循环，这样步骤k）与m）总共进行300 000次往复循环；
　　o) 步骤m）终止时，重复e)和f)步骤的恒压摩擦测量；
　　p) 重复步骤g)和h)的静态摩擦测量；
　　q) 试验液压系统和试验动力装置停机；
　　r) 拆下试验密封件，重复b)步骤，测出试验后密封圈外形尺寸，拍下照片存档。

4　具体实现及经验总结

　　将计算机测控技术应用于往复密封标准试验，可以改善试验标准中提出的传统仪表测量记录方法，使往复密封试验向标准化、数字化和自动化的方向跨出新的一步。笔者曾经分别选用一台工业控制计算机和一台PLC可编程逻辑控制器联合组成一套往复密封标准试验台监测控制系统［3］。其中计算机用于通过I／O接口实时地采集、处理、显示传感器测量到的数据，查询、打印试验结果和报表；PLC用于控制往复试验台的往复动力设备的运行及试验缸循环高压油路的正常运行。计算机和PLC之间通过专用逻辑通道实现协调控制。
　　仔细分析上述标准试验步骤可见，除了进行试验准备及结束收尾工作外，主要分为试验环境设置，恒压动态摩擦试验，恒压静态摩擦试验，波动压力循环试验等阶段或为这些阶段的重复。这些过程可由计算机测控系统自动完成。标准试验流程如图3所示。

图3　标准试验流程图

　　由图3可见，往复密封标准试验是一个长时间的试验过程。要完成此种类型的试验，不仅要严格遵循试验标准，而且对试验设备本身也是一个严峻的考验。因此有下面一些问题值得注意。
　　①往复运动的动力不仅可用大功率低压液压系统驱动，而且可用电机伺服驱动；
　　②往复动力驱动应该具有较宽的负载调节和动态响应范围，以及较大的过载能力，以适应不同型号规格的试验组件和速度调节范围；
　　③在往复运动为液压驱动的系统中，试验缸高压腔油路与往复驱动系统无关，是一个独立的子系统；
　　④试验缸高压腔油压虽高但流量相对较小，但标准规定正程加压是接近于矩形波的梯形波，因此高压油系统应有较好的快速性，能使高压腔油压获得较大的上升率和下降率；
　　⑤试验台设计应考虑减震措施，加强基座的稳定性，使试验台固有振动频特性提高，幅度降低，才能保证动态测量数据(特别是摩擦力)的准确性；
　　⑥往复过程的方向切换阶段要注意提前引入适当的缓冲控制，避免换向带来较大的冲击震动影响数据测量的可靠性；
　　⑦试验的主要目的之一是进行往复密封的寿命试验，因此试验周期长，往复切换次数相当多。继电器平均无故障周期相对较短，往复控制不宜采用继电器控制方案，应采用电子线路实现。例如应采用晶体管输出的PLC等；
　　⑧数据采集应注意与往复运动同步。数据记录不必每个往复周期都保存，应合理筛选，避免海量数据的存储。

选自《液压与气动》
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