一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统的制作方法

本发明涉及密封性能测试，尤其涉及一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统。

背景技术：

1、橡胶圈是一种常见的动密封元件，广泛应用于航空航天、汽车、机械等领域。橡胶圈动密封结构是指由橡胶圈和相对运动的配合件组成的密封结构，广泛应用于气动、液压系统的密封部件中，是防止运动加载过程中密封腔体内介质(气体或液体)出现泄漏或内外部介质发生交换，从而实现密封保护的关键结构，其密封性能对密封设备或装置的功能可靠性和有效性有着重要影响。在实际应用场景下，为防止刚性连接结构在使用或运输等环境下出现高幅值应力和局部应力集中，导致连接结构发生强度失效，一些气体密封装置常常使用橡胶圈动密封结构用于解决这种问题，这种动密封结构简单，安装方便，在保证密封性能的同时具备较好的弹性变形能力，可以很好地降低连接结构的应力水平。

2、这些用于气体密封环境的橡胶圈动密封结构属于被动式动密封结构，在使用或运输环境工况下，常常处于宽频(0hz-101hz量级)、宽位移幅值(μm-mm量级)的高频微动轴向往复运动状态(实际位移幅值和频率根据应用对象和所处环境的不同而有所不同)，密封杆件与橡胶圈之间存在微动摩擦作用，所以，在长期服役使用过程中，橡胶圈动密封结构接触表面极易出现微动磨损和裂纹，进而造成密封腔体内、外部空间出现气路贯通而发生泄漏，最终导致密封失效。所以，开展橡胶圈动密封结构在上述应用场景下的加载与密封性能测试，研究不同频率和位移幅值工况下微动循环加载与密封性能的关系，对于橡胶圈动密封结构设计优化、可靠性分析与寿命评估等具有重要意义。

3、目前，已有一些用于测试橡胶圈动密封结构密封性能的装置，如cn113484014a公开了一种密封圈动密封性能的考核试验系统，cn 114964647 a公开了一种液压密封件的密封性能检测装置及使用方法，这两种装置均是用于考核密封圈在高速高压、复杂工况条件下的液体介质动密封性能。cn 105628309a公开了一种橡胶圈极端条件下高压动密封试验装置，用于极端条件(高低温、高压)下橡胶圈动密封性能的测试。这些装置都是针对高温、高压、高速等极端工况条件的动密封性能测试，没有涉及橡胶圈动密封结构在宽频、宽位移幅值工况下的微动循环往复加载与密封性能测试，且在密封性能原位测试方面主要依靠介质压力变化，这种测试方法更适用于液体或高压环境，对于低压环境下的气体介质，测试精度相对较低。此外，cn 113484014 a和cn 114964647 a仅针对液体介质动密封结构，并不适用于气体介质。根据应用需求的不同，动密封结构在结构形式、几何尺寸以及工作环境状态上均有所不同，所以，动密封结构性能测试的试验装置都有其独有性，不具备针对不同动密封结构的通用性。

4、因此，现有技术中存在的问题是：缺乏一种能够对橡胶圈动密封结构在宽频、宽位移幅值工况下进行微动循环往复加载与原位密封性能进行测试的系统。

5、因此，需要研发出一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，包括：

4、用于对气体密封件位置调整的三轴对中平台；

5、用于循环加载过程中载荷信号测量的载荷传感器；

6、气体密封件；气体密封件的第一端通过载荷传感器与三轴对中平台的调节端连接；动密封结构试验件置于气体密封件的第二端内部，气体密封件内存储有压缩氦气；

7、循环加载驱动组件；

8、动密封杆；动密封杆的第一端与循环加载驱动组件的动力输出端连接，动密封杆的第二端与动密封结构试验件连接；

9、用于气体密封件内氦气泄露测量的氦气漏率测量单元；氦气漏率测量单元套装在气体密封件的第二端外部；

10、用于气体密封件内氦气压力监测的压力监测单元；压力监测单元的测量端与气体密封件内部连通。

11、本发明的有益效果在于：

12、本申请通过可以模拟橡胶圈动密封结构的宽频、宽位移幅值工况条件，实现不同频率和位移幅值的微动循环往复加载；

13、本申请可以实现气体密封件、橡胶圈动密封结构试验件和动密封杆在加载轴线上的精细对中安装；

14、本申请可以对橡胶圈动密封结构进行密封性能原位测试并同步获取测试数据，无需拆卸被测试验件，提高了测试的准确性和效率；

15、本申请通过气体密封件设计，结合内部气体压力和氦气漏率两种实时监/检测手段，提高了密封性能测试精度和可靠性。

技术特征：

1.一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，其特征在于，循环加载驱动组件包括音圈电机、连接头、安装台，音圈电机的固定端固定安装在安装台上，循环加载驱动组件的动力输出端设置有连接头，动密封杆的第一端安装在连接头内。

3.根据权利要求2所述的一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，其特征在于，循环加载驱动组件还包括导轨滑块组件、l型连接件，导轨滑块组件包括导轨和滑块，导轨和滑块限位滑动配合连接，l型连接件的上端与音圈电机的动力输出端连接，安装台包括底部安装板和侧部安装板，侧部安装板安装在底部安装板的第一端上，滑块与l型连接件的下端连接，滑块固定安装在底部安装板上。

4.根据权利要求3所述的一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，其特征在于，测试系统还包括光栅尺位移传感器和光栅尺安装板，光栅尺安装板安装在底部安装板上，光栅尺位移传感器包括标尺光栅和光栅读数头，光栅读数头安装在光栅尺安装板上，标尺光栅安装在l型连接件上。

5.根据权利要求4所述的一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，其特征在于，测试系统包括控制与数据采集系统，载荷传感器的信号输出端、氦气漏率测量单元的信号输出端、压力监测单元的信号输出端、光栅尺位移传感器的信号输出端均与控制与数据采集系统的信号输入端连接，控制与数据采集系统的信号输出端与音圈电机的信号输入端连接。

6.根据权利要求1所述的一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，其特征在于，三轴对中平台包括底板、x轴滑动组件、y轴滑动组件、z轴滑动组件，底板与x轴滑动组件的第一侧在x方向滑动配合连接，x轴滑动组件的第二侧与y轴滑动组件的第一侧在y方向滑动配合连接，y轴滑动组件的第二侧与z轴滑动组件的第一侧在z方向滑动配合连接。

7.根据权利要求6所述的一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，其特征在于，氦气漏率测量单元包括安装支架、氦气吸检头、气罩、氦质谱检漏仪，安装支架的下端固定在底板上，氦气吸检头安装在安装支架的上端，气罩形成为内部为空的长方体形，气罩的第一侧敞口设置，气罩的第二侧设置有通孔，气罩的第一侧与第二侧为相对的两侧，气罩通过第一侧套装在气体密封件的第二端外部，动密封杆穿过气罩上的通孔设置，氦气吸检头的第一端与气罩内部连通，氦气吸检头的第二端与氦质谱检漏仪连通。

8.根据权利要求1所述的一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，其特征在于，压力监测单元包括气体压力传感器和三通阀，气体密封件内设置有内部腔体，内部腔体连通有三通阀连接口，气体密封件通过三通阀连接口与三通阀的第一端连接，三通阀的第二端为气体输入端口，三通阀的第三端与气体压力传感器连接。

技术总结
本发明公开了一种橡胶圈动密封结构微动加载与密封性能原位测试系统，包括用于对气体密封件位置调整的三轴对中平台、用于循环加载过程中载荷信号测量的载荷传感器、气体密封件、循环加载驱动组件、动密封杆、用于气体密封件内氦气泄露测量的氦气漏率测量单元、用于气体密封件内氦气压力监测的压力监测单元；本申请通过可以模拟橡胶圈动密封结构的宽频、宽位移幅值工况条件，实现不同频率和位移幅值的微动循环往复加载；本申请可以实现气体密封件、橡胶圈动密封结构试验件和动密封杆在加载轴线上的精细对中安装；本申请通过气体密封件设计，结合内部气体压力和氦气漏率两种实时监/检测手段，提高了密封性能测试精度和可靠性。

技术研发人员：贾东,彭云强,高洋,刘光勇,王罗斌,王莹
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院总体工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24