Устройство для испытания манжетного уплотнения

Ъ у. гф г ЙО-П И:С"Я-"Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(0888) Дата опубликования описания 05.1279(71) Заявитель Новочеркасский ордеиа Трудового Красного Знамениполитехнический институт им. Серго Орджоникидзе(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАНЖЕТНОГО УПЛОТНЕНИЯ Изобретение относится к областиизмерительной техники и может бытьиспользовано для контроля рабочиххарактеристик эластомерных уплотнений, например манжетных, широко применяемых в различных отраслях техники (машиностроении, автомобиле- итракторостроении, авиации и т.д)Известно устройство для определения износа выступа сальника подшипника, содержащее корпус, полый вал,во внутренней полости которого укреплен тензодатчик, соединенный сосчитывающим устройством и вольтметром. измерение износа выступа сальни ка основано на измерении величиныего радиального контактного давленияна вал, уменьшающегося по мере износа уплотнения (1.Недостатком такого устройства является то, что оно не позволяет контролировать изменение ширины контакта уплотиения с валом,Наиболее близким по техническойсущности к предложенному являетсяустройство для измерения ширины контакта манжетного уплотнения с валом.которое состоит из имитатора валавыполненного из нелроводящего электрический ток материала, проводника З 0 электрического тока, укрепленного на цилиндрической частй имитатора вала, двух электродов, электролитической ванны и омметра. Проводник выполнен .в виде проволочной спирали, навитой с постоянным шагом на имитатор вала, и заглублен на половину диаметра проволоки, выступающая часть которой .удалена заподлицо с поверхностью ими.татора вала. Манжетное уплотнениеразделяет электролитическую ванну на два самостоятельных объема, а в месте его контакта с имитатором вала изолирует часть проволоки от прямого контакта с жидким проводником. О ширине контакта манжетного уплотнения с валом судят по показаниях омметра, пропорциональным длине проволоки, эакрываембй уплотнением 2.Однако такое устройство не позволяет одновременно измерять величину продольного смещения зоны контакта по валу и ширину этого контакта в зависимости от угла поворота относительно манжеты. Целью изобретения является обеспечение одновременного измерения величины продольного смещения эоны контакта по валу и ширины этого контактав зависимости от угла поворота валаотносительно манжеты,Эта цель достигается тем, что зондирующие электроды расположены в теМе вала,а уложены последовательно вряд, выведены на поверхность валапо линии, примерно параллельной егообразующей. Они могут быть соединены с источником питания и измерительной схемой через вращающиеся контакты.)0На фиг. 1 показана схема предложенного устройства; на фиг. 2 - тожедля случая, когда вал неподвижен, акорпус устройства вместе с уплотнением.вращается.Устройство состоит из корпуса 1,вспомогательного уплотнения 2, пологовала 3 в радиальном продольном пазукоторого уложены плотно в ряд зондируюцие электроды 4 из тонкой проволоки, торцовые части которых срезанызаподлицо с наружной поверхностьюполого вала и контактируют с исследуемым уплотнением 5 и жидким проводником 6, залитым в корпус устройства и разделенным исследуемым уплотнением на два самостоятельных объема,а противоположные концы их через ограничительные резисторы, соединенные вчетыре группы 7, 8, 9, 10, щеточныеконтакты 11, 12, 13, 14, 15 и обмотки 30управления магнитных усилителей 16,17 соединены с источником питающегонапряжения Б и выходным резистором18. Последний через переменный резис.тор 19 подключен к источнику смещения П входу интегратора 20, соединенному с фотореле 21, оптически связанным с осветителем 22 и флажком23, жестко укрепленным на наружнойсвободной поверхности вала, и входу 40многолучевого осциллографа 24. Выпря-мители 25, 26 подключены к источникам напряжения звуковой частоты и крабочим обмоткам магнитных усилителей и соединены с нагрузочными резис-,торами 27, 28, которые так же как 45и выходы интегратора и фотореле, подключены ко входам многолучевого осциллографа.Работает устройство следующим об, -разом, 50Ограничительные резисторы 7, 8,9, 10, сгруппированные в самостоятельные четыре группы, соединены сзондирующими электродами таким образо, что электроды, расположенные от одного края паза до его середины, подключены к группам ограничительных резисторов 7, 10, а зондирую.щие электроды, расположенные от середины до другого края паза, подключены к группам ограничительных резисторов 8 и 9. При отсутствии в корпусе 1 жидкого проводника электрический ток от источника питающегонапряжения Пв проходит по ограничи тельным резисторам групп 7-10, цеточным контактам 12-15 и обмоткам управления магнитных усилителей 16-17,При наличии в корпусе 1 жидкогопроводника резисторы групп 7 и 8 щунтируются цепями, возникающими за счетпротекания тока от торцов зондирующих электродов через жидкий проводникна корпус вала и далее через щеточныйконтакт 11 к источнику питающего напряжения 1),В этом случае имеют место зависимости3 ИЬа+и Ь), (1)З-э= О с к-Ю, (2)где д - ток, протекающий погруппам ограничительных резисторов 7 и 8;Д - ток, протекающий поисточнику питаюцегонапряжения Па, в, с - коэффициенты, зависящие от параметровэлектрической схемы,с 1 =вяя+йя ФМ%:З 1 Ъ аь"гРз+Ятк й 7 Яф 31Мкр,яраа зВ - сопротивления ограничительныхрезисторов, составляюцихгруппы 9 и 101В - сопротивления ограничитель 2ных резисторов, входящих вгруппы 7 и 8;В - сопротивление участка цепизондируюций электрод, жидкийпроводник, вал;К - общее количество зондирующихэлектродов;и - количество зондирующих элек"тродов, торцы которых находятся в зоне контакта с исследуемым манжетным уплотнением.В данном случае внутренним сопротивлением источника питающего напряженияП .сопротивлением выходногорезистора 13 обмоток управления магнитных усилителей и щеточных контактов 11-15 можно пренебречь, так какв предложенном устройстве эти сопротивления на несколько порядков нижесопротивлений В 4,Как следует из вйражения (1),для определения щирины контакта манжетного уплотнения с валом, т.е.количества зондируюцих электродов,торцы которых находятся в зоне контакта с манжетным уплотнением, измеряют ток, протекаюций по группамограничительных резисторов 7 и 8.Для этого в схеме предусмотрен выход-.ной резистор 18, падение напряженияна котором пропорционально току, протекающему по группам ограничительных резисторов 7 и 8. Для исключения из выходного сигнала составляющей, пропорциональной К А, через выходной резистор пропускают ток 5 источника смещения П причем вели/чину этого тока регулируют переменным резистором 19. Напряжение с вы-ходного резистора 18, пропорциональное ширине контакта манжетного уплот нения с валом П поступает на вход многолучевого осциллографа 24 и на вход интегратора 20, Интегратор производит интегрирование сигнала О в течение времени, за которое.вал совершает один оборот. Начальное .положение вала отмечается с помощью Фотореле 21 в момент перекрытия луча осветителя 22 флажком 23, жестко связанным с валом. Сигнал У от фотореле 21 поступает на вход много лучевого осциллографа 24, а такжена интегратор 20 для управления временем интегрирования сигнала У, Одновременно с этим на вход многолучевого осциллографа 24 подается выход ной сигнал П интегратора 20, пропор" циональный площади контакта манжет- ного уплотнения с валом.Величина продольного смещения зоны контакта определяется как расстояние 30 от крайнего зондирующего электрода до кромки манжетного уплотнения, т.е. количеством зондирующих электродов, расположенных с одной стороны манжет-, ного уплотнения и находящихся в кон- З 5 такте с жидким проводником. Согласно выражению (2) количество зондирующих электродов, находящихся в контакте с жидким проводником, определяют по разности полного тока источника 0 и то ка, протекающего по группам ограничительных резисторов 7 и 8. Для измере-. ния количества зондирующих электродов, контактирующих с жидким проводником.и находящихся слева и справа от уплотняющей губы уплотнения, зондирующие электроды разделены на две группы, а ограничительные реэисторы - на четыре группы. Сигналы, пропорциональные разности токов,соэдаютбя с помощью магнитных усилителей 16 и 50 17 за счет различного направления протекания токов в их обмотках управления, По обмоткам каждого из магнитных усилителей протекают токи, обусловленные наличием половины зон дирующих электродов. Сборка всего устройства производится таким образом, что середина ширины зоны контакта манжетного уплотнения с валом располагается на середине ряда зон дирующих электродов. Зондирующие электроды, расположенные от середины ряда до его края с одной стороны губы уплотнения, показываются подключенными через ограничительные ре" 5 зисторы к обмоткам управления одного магнитного усилителя, а зондирующие электроды, расположенные от середины ряда до его края с другой стороны губы уплотнения, - к обмоткам управления другого магнитного усилителя. Напряжения на нагрузочных резисторах 27 и 28 пропорциональны разности токов, протекающих в обмотках управления магнитных усилителей 16 и 17, и согласно условия (2) пропорциональны количеству зондирующих электродов, находящихся в контакте с жидким проводником с каждой стороны уплотнения, т.е. расстояниям от краев"ряда зондирующих электродов до кромок губы уплотнения, Эти напряения (1)э и У 4) податс на входы многолучевого осциллографа. Благодаря наличию выпрямителей 25 и 26 на нагрузочные резисторы 27 и 28 подаются выпрямленные напряжения. Это необходимо для того, чтобы смещением соответствующих лучей осциллографа можно было скомпенсировать наличие тока холостого хода в рабочих обмотках магнитных усилителей.Настройка устройства производится путем регулирования тока смещения переменным резистором 19, Для этого из корпуса 1 удаляют манжетное уплот: нение 5, в результате чего все зойдирующие электроды контактируют с.жидким проводником б и на выходном резисторе 18 появляется падение напряжения, вызванное током протекающим по группам резисторов 7 и 8, Добиваясь с помощью переменного резистора 19 величины тока смещения, проте кгхщего по выходному резистору 18, равной току, текущему по группам ограничительных резисторов 7 и 8, обеспечивают полную компенсацию напряжения на выходном резисторе 18.Градуировку устройства осуществляют следующим образом.С помощью микроскопа (или другим способом) измеряют длину ряда В зондирующих электродов, подключенных к группам ограничительных резисторов 7 и 10, и длину ряда 0 подключенных к группам ограничительных резисторов 8 и 9; Затем вал 3 со снятым манжетным уплотнением 5 помещают в жидкий проводник и измеряют напряжения цэ и 04 . После этого вал 3 извлекают из жидкого проводника, тщательно протирают и вновь измеряют напряжения Пэ и 04 Вычитая из значений 1) и Ополученных в первом опыте, зйачения, полученные во втором опыте, и деляих соответственно на К и Еполучают коэффициенты передачи устройства при измерении расстояния от края ряда зондирующих электродов до края зоны контакта манжетного уплотнения с валом. Лучи осциллографа 18 при этом следует устанавливать на нулевую отметку шкалы.;цля определения коэффициента передачи устройства при измерении ширины зоны контакта уплотнения с валом измеряют значение напряжения О когда вал извлечен из жидкого проводника, и делят йа сумму Е и Р, Чтобы опре делить коэффициент передачи устройства при измерении площади контакта уплотнения с валом, измеряют амплитуду напряжения О при вращающемся вале 3 и отсутствии жидкого проводника. 10 Любим способом, например с помощью временных меток осциллографа, определяют время одного оборота вала, т.е. период следования импульсов от фотореле 21. КоэфФициент передачи находят как частное от деления значения амплитуды напряжения 0 на время одного оборота вала и на произведение суммы 6 и С на длину окружности вала.по большему диаметру.20При измерении параметров контакта манжетиога уплотнения с валом значения ширины контакта в исследуемой точке и величин продольного смещения зоны контакта значения на пряжений 0, 03, 04 делят на соответствующие коэффициенты передачи. Для определения площади контакта уплотнения с валом измеренное значение амплитуды напряжения 0 делят 30 на время одного оборота вала и на коэффициент передачи.При испытании уплотнений, работающих в условиях вращающегося корпуса 1 при неподвижном вале 3, при меняют схему измерения, показанную на фиг.2. В этом случае раббта уст. ройства заключается в следующем.Зондирунщие электроды 4 через ограничительные резисторы.7, 8, 940 10, 29, 30 подключают к одному полюсу источника питания 06 Напряжение на любом иэ этих электродов относительно другого полюса источника питайия 0равно напряжению пи 45 тания, если торец этого электрода находится в зоне контактаманжетного уплотнения с валом, и равно нулю, если торец зондирующего электрода посредством жидкого проводника электрически соединен с поверхностью неподвижного вала, к которому подклю- чен другой полюс источника питания.Напряжения со всех зондирующих элек-тродов 4 подаются на входы первого сумматора 31, выходной сигнал которого пропорционален сумме входных напряжений.Таким образом, выходное напряжениесумматора 31 пропорционально ширинеконтакта манжетного уплотнения с валом.С вращающимся корпусом 1 механически связан потенциометр.32, входной сигнал которого осуществляетразвертку луча осциллографа 33 по го- . ризонтали. Вертикальное перемещениепервого луча осциллографа 33 пропорционально ширине контакта манжетногуплотнения с валом, в зависимостиот угла поворота уплотнения относительно вала 3, Выходным сигналом потенциометра 32 управляется интегратор 20, на вход которого подаетсяапряжение с выхода сумматора 31,пропорциональное ширине контактаманжетного уплотнения с валом. Вкаждом цикле интегрирования амплитуда сигнала на выходе интегратора20 пропорциональна площади контактаманжетного уплотнения с валом ирегистрируется прибором 34.Одна половина зондирующих электродов, заключенная между краем рядаи его серединой, подключена ко входам инвертора 35. Так как.напряжение с зондирующих электродов насумматор 36 подается через инвертор35, выходное напряжение сумматора 36пропорционально расстоянию от крайнего зондирующего электрода до губыманжетного уплотнения 5,Вертикальное перемещение второголуча осциллографа 33 пропорцйонально напряжению на выходе сумматора36, а значит второй луч чертит наэкране график величины продольногосмещения эоны контакта манжетногоуплотнения 5 в зависимости от углаповорота этого уплотнения относительно неподвижного вала, 3.формула изобретенияУстройство для испытания манжетного уплотнения, установленного взаполненной электропроводящей жидкостью полости корпуса, снабженноевыходящими на поверхность контактаманжеты с валом зондирующими электродами, соединенными с источником питания и измерительным устройством,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью одновременного измерения ве"личины продольного смещения зоны контакта по валу и ширины этого контакта в зависимости от угла поворотавала относительно манжеты, зондирующиеэлектроды расположены в теле вала,уложены последовательно в ряд и выведены на поверхность вала по линиипримерно Параллельной. его образующей.2. Устройство по п,1, от л ич а ю щ е е с я тем; что зондирующиеэлектроды соединены с источником,питания и измерительной схемой черезвращающиеся контакты.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СЬВ Я 3488682,Мл, 73-7, 1970,2. Лвторсков свидетельство СССРЯ 504072, кл, 0 01 В 7/02, 1976,