桿密封件高溫高壓試驗臺具有低功率、高效率、結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高等特點，主要由計算機測試系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓與氣動系統(tǒng)、模擬加載試驗臺架組成。通過模擬加載試驗臺架模擬桿密封件的往復運動，采用工控機、PLC、傳感器進行桿密封件性能試驗數(shù)據(jù)的采集與存儲，為檢驗桿密封件性能的優(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臺是進行桿密封件基礎(chǔ)研究和應用技術(shù)研究所必須的基礎(chǔ)設備。桿密封件高溫高壓試驗臺的設計與開發(fā)，要達到工作可靠、效率高、成本低，首先應考慮模擬桿密封件的相關(guān)工況；其次應考慮桿密封件試驗數(shù)據(jù)的獲取和利用；再次考慮適應不同規(guī)格的桿密封件。目的是根據(jù)試驗得到密封測試數(shù)據(jù)，進一步研究密封件的材料、結(jié)構(gòu)、溫度、速度、壓力對密封件的工作性能和壽命的影響，從而合理設計和應用相關(guān)密封件。

1、桿密封件試驗臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成

　　桿密封件高溫高壓試驗臺組成和控制方案如圖1、圖2 所示，包括計算機測試系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓與氣動系統(tǒng)、模擬加載試驗臺架。計算機測試系統(tǒng)由工控機，數(shù)據(jù)采集卡和組態(tài)軟件組成，負責監(jiān)控試驗的全過程，對采集來的數(shù)據(jù)進行處理，以數(shù)字和圖表的形式顯示性能參數(shù)并生成報表。電氣控制系統(tǒng)以PLC 為核心，主要負責對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，執(zhí)行工控機的指令，實現(xiàn)對液壓與氣動系統(tǒng)的直接操作。液壓與氣動系統(tǒng)是提供被測桿密封件的高溫、高壓和往復運動的動力源。模擬加載試驗臺架主要包括模擬液壓缸和驅(qū)動氣缸，被測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臺組成原理圖

圖2 桿密封件高溫高壓試驗臺控制圖

2、系統(tǒng)設計

　　2.1、計算機測試系統(tǒng)

　　計算機測試系統(tǒng)由組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩部分組成。通過組態(tài)軟件設計的上位機監(jiān)控程序是人機交互的主要界面，試驗人員通過界面進行試驗參數(shù)的設定，指令經(jīng)過計算機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系統(tǒng)及模擬加載試驗臺架作相應動作。在試驗過程中，各檢查傳感器通過數(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)送至計算機和相關(guān)顯示儀表，計算機會把采集來的數(shù)據(jù)進行處理，以數(shù)字和圖表的形式顯示在計算機上， 并生成試驗數(shù)據(jù)報表供試驗人員分析評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 將傳感器采集來的測試數(shù)據(jù)進行調(diào)理和A/D 轉(zhuǎn)換， 并執(zhí)行上位機的指令。液壓系統(tǒng)泵電機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)字量的形式進入PLC，溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等模擬量通過隔離模塊進入PLC，PLC 對該參量進行調(diào)理和轉(zhuǎn)換，然后將這些數(shù)字量和模擬量送入上位機進行監(jiān)控。

　　2.3、液壓與氣動系統(tǒng)

　　液壓系統(tǒng)由電機、泵、液壓閥、液壓輔助裝置等部分組成。電機采用三相電機0.75kW。泵采用高壓泵，最高壓力達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://smsksx.com/)認為可對密封件產(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。

　　氣動系統(tǒng)由氣動換向閥、氣動節(jié)流閥等組成，氣動換向閥可控制氣缸的往復運動，帶動模擬油缸運動，以實現(xiàn)桿密封件的往復運動。通過調(diào)節(jié)氣動節(jié)流閥，可實現(xiàn)模擬油缸運動速度的調(diào)節(jié)， 實現(xiàn)桿密封件往復運動的速度達5m/s。

　　2.4、模擬加載試驗臺架

　　模擬加載試驗臺架由模擬加載液壓缸和驅(qū)動氣缸組成。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。通過更換缸蓋可以改變活塞桿的直徑，實現(xiàn)不同規(guī)格桿密封件的測試。驅(qū)動氣缸可帶動加載液壓缸實現(xiàn)往復運動。加載與驅(qū)動分別由液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)控制，改變單獨由液壓系統(tǒng)控制的高功率、低效率的現(xiàn)狀，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、低功率、高效率。

3、結(jié)束語

　　高壓的液壓系統(tǒng)實現(xiàn)了桿密封件高壓工況的模擬；合理的模擬加載試驗臺架設計，大大減小了試驗臺的功率；計算機測試技術(shù)結(jié)合電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)對試驗臺的控制。基于組態(tài)軟件的計算機測試系統(tǒng)，結(jié)合了傳感器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，使得試驗臺實現(xiàn)自動化，提高其可靠性。桿密封件試驗臺將密封件試驗過程的自動控制、密封件的工作參數(shù)自動采集、測試數(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。桿密封件試驗臺可進行成型密封件的測評，也可作為開發(fā)桿密封件的性能檢測設備。高溫、高壓擴大了桿密封件的試驗范圍。本文設計的系統(tǒng)已在實際工作中得到應用，實踐證明了其實用的價值。