桿密封件高溫高壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
桿密封件高溫高壓試驗(yàn)臺(tái)具有低功率、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，主要由計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)、模擬加載試驗(yàn)臺(tái)架組成。通過(guò)模擬加載試驗(yàn)臺(tái)架模擬桿密封件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，采用工控機(jī)、PLC、傳感器進(jìn)行桿密封件性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)，為檢驗(yàn)桿密封件性能的優(yōu)良和研制提供保障。
桿密封件是液壓缸活塞桿密封的必備元件， 其質(zhì)量直接影響液壓缸的性能。桿密封件高溫高壓試驗(yàn)臺(tái)是進(jìn)行桿密封件基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研究所必須的基礎(chǔ)設(shè)備。桿密封件高溫高壓試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，要達(dá)到工作可靠、效率高、成本低，首先應(yīng)考慮模擬桿密封件的相關(guān)工況；其次應(yīng)考慮桿密封件試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取和利用；再次考慮適應(yīng)不同規(guī)格的桿密封件。目的是根據(jù)試驗(yàn)得到密封測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)一步研究密封件的材料、結(jié)構(gòu)、溫度、速度、壓力對(duì)密封件的工作性能和壽命的影響，從而合理設(shè)計(jì)和應(yīng)用相關(guān)密封件。
1、桿密封件試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成
桿密封件高溫高壓試驗(yàn)臺(tái)組成和控制方案如圖1、圖2 所示，包括計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)、模擬加載試驗(yàn)臺(tái)架。計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)由工控機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡和組態(tài)軟件組成，負(fù)責(zé)監(jiān)控試驗(yàn)的全過(guò)程，對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以數(shù)字和圖表的形式顯示性能參數(shù)并生成報(bào)表。電氣控制系統(tǒng)以PLC 為核心，主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，執(zhí)行工控機(jī)的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)的直接操作。液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)是提供被測(cè)桿密封件的高溫、高壓和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。模擬加載試驗(yàn)臺(tái)架主要包括模擬液壓缸和驅(qū)動(dòng)氣缸，被測(cè)桿密封件放置在模擬液壓缸內(nèi)。
圖1 桿密封件高溫高壓試驗(yàn)臺(tái)組成原理圖
圖2 桿密封件高溫高壓試驗(yàn)臺(tái)控制圖
2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1、計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)由組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩部分組成。通過(guò)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的上位機(jī)監(jiān)控程序是人機(jī)交互的主要界面，試驗(yàn)人員通過(guò)界面進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定，指令經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)程序處理后送至電氣控制系統(tǒng)中的PLC，PLC 依據(jù)指令控制液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)及模擬加載試驗(yàn)臺(tái)架作相應(yīng)動(dòng)作。在試驗(yàn)過(guò)程中，各檢查傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集線路，將數(shù)據(jù)送至PLC。PLC 將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)和相關(guān)顯示儀表，計(jì)算機(jī)會(huì)把采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以數(shù)字和圖表的形式顯示在計(jì)算機(jī)上， 并生成試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)表供試驗(yàn)人員分析評(píng)估桿密封件的綜合性能。
2.2、電氣控制系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)以PLC 為控制核心。PLC 將傳感器采集來(lái)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理和A/D 轉(zhuǎn)換， 并執(zhí)行上位機(jī)的指令。液壓系統(tǒng)泵電機(jī)的啟停指令和電磁換向閥、比例溢流閥的控制指令等以數(shù)字量的形式進(jìn)入PLC，溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等模擬量通過(guò)隔離模塊進(jìn)入PLC，PLC 對(duì)該參量進(jìn)行調(diào)理和轉(zhuǎn)換，然后將這些數(shù)字量和模擬量送入上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。
2.3、液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)由電機(jī)、泵、液壓閥、液壓輔助裝置等部分組成。電機(jī)采用三相電機(jī)0.75kW。泵采用高壓泵，最高壓力達(dá)63MPa。油箱內(nèi)裝有加熱器，用于控制加載油的油溫，可產(chǎn)生油溫達(dá)150℃。液壓閥由控制加載的電磁換向閥和比例溢流閥組成，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為可對(duì)密封件產(chǎn)生高溫、高壓的工況，可產(chǎn)生液壓沖擊，模擬活塞桿密封圈在工作中受到的液壓沖擊。
氣動(dòng)系統(tǒng)由氣動(dòng)換向閥、氣動(dòng)節(jié)流閥等組成，氣動(dòng)換向閥可控制氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)模擬油缸運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)桿密封件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)氣動(dòng)節(jié)流閥，可實(shí)現(xiàn)模擬油缸運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)， 實(shí)現(xiàn)桿密封件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)5m/s。
2.4、模擬加載試驗(yàn)臺(tái)架
模擬加載試驗(yàn)臺(tái)架由模擬加載液壓缸和驅(qū)動(dòng)氣缸組成。模擬加載液壓缸內(nèi)裝被試的桿密封件，采用雙出桿結(jié)構(gòu)，活塞桿中間沒(méi)有活塞，活塞桿的前端與氣缸采用螺紋連接。液壓缸裝有壓力傳感器、溫度傳感器和位移傳感器。通過(guò)更換缸蓋可以改變活塞桿的直徑，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格桿密封件的測(cè)試。驅(qū)動(dòng)氣缸可帶動(dòng)加載液壓缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。加載與驅(qū)動(dòng)分別由液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)控制，改變單獨(dú)由液壓系統(tǒng)控制的高功率、低效率的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功率、高效率。
3、結(jié)束語(yǔ)
高壓的液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了桿密封件高壓工況的模擬；合理的模擬加載試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)，大大減小了試驗(yàn)臺(tái)的功率；計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)結(jié)合電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的控制。基于組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合了傳感器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，使得試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高其可靠性。桿密封件試驗(yàn)臺(tái)將密封件試驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)控制、密封件的工作參數(shù)自動(dòng)采集、測(cè)試數(shù)據(jù)分析和處理等多種功能于一體， 保證了同一工況高溫高壓下各密封件工作相互關(guān)聯(lián)的正確性， 為桿密封件的研究提供了保障。桿密封件試驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)行成型密封件的測(cè)評(píng)，也可作為開(kāi)發(fā)桿密封件的性能檢測(cè)設(shè)備。高溫、高壓擴(kuò)大了桿密封件的試驗(yàn)范圍。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)已在實(shí)際工作中得到應(yīng)用，實(shí)踐證明了其實(shí)用的價(jià)值。
