CN114166676A - 一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，涉及液压元件测试技术领域，包括模拟部分、推动部分、转动部分和检测部分，在本申请中，原理可靠，结构简洁紧凑，功能齐全，便于拆装；采用高压油源静压支承的支承方式，使得支承效果稳定，摩擦盘旋转稳定，能产生较大的支承力，达到更高的测试压力；省去了轴承支承主轴，避免了轴承的损坏，使得装置可以进行长时间的测试，提高了测试稳定性和寿命；位移传感器和温度传感器，可以对测试过程在线监测，通过润滑油膜厚度和温度场实时了解目前的摩擦状态，同时可以根据实时监测调节油压和加载力实现不同摩擦状态下的测试，增加了装置的功能丰富度。

Description

一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置
技术领域
本发明涉及液压元件测试技术领域，特别涉及一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置。
背景技术
轴向柱塞泵是现代液压传动中使用很广的液压动力元件之一，具有压力高，转速高、体积小和变量控制方便等优点，被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶、航空等多种领域中。在现代液压传动的要求下，轴向柱塞泵逐渐向着高转速、高压力、大排量的方向发展。柱塞泵中有着多组摩擦运动副，其中配流副是最易产生磨损的摩擦运动副，配流副磨损将导致柱塞泵泄漏量大，输出流量不够，输出压力降低，噪声大、压力波动大，泵体发热，油液温度升高等故障，严重时缸体与配流盘烧结导致泵不能转动，研究配流副的摩擦磨损情况对降低轴向柱塞泵的故障率，提高其寿命至关重要。目前国内外对配流副摩擦磨损测试装置的研究主要有以下几种：
模型泵测试装置。浙江大学曾研制了一种此类型装置。该装置能够在不改变泵/马达基体结构的基础上进行摩擦磨损测试。该装置保留了泵中的主要结构，测试环境非常接近泵的真实工况，但是结构复杂，拆装维护困难，较难实现长时间的磨损测试；缺少低压油路输入配流副，使得配流副偏磨更加严重，增加测试结果的误差；
对磨机式测试装置。此类装置参照对磨机中盘盘对磨或销盘对磨进行设计。南京航空航天大学基于盘盘对磨思想研制了一种此类型装置。但此装置同样只设计了高压油区，与泵中高低压环境有所差别；开式外壳结构使得高压区压力不高；浙江大学基于销盘对磨思想研制了一种此类型装置，根据杠杆原理利用重物进行加载，调节销的位置可实现不同位置的磨损测试，但重物加载方式使得加载力较小，同时销盘对磨与配流副的摩擦磨损有较大差别，测试结果不够可靠。
发明内容
本发明提供了一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其目的是为了解决现有技术中检测结果误差较大的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，包括：
模拟部分，包括壳体以及设置在壳体两侧的左端盖、右端盖，所述壳体内设置有移动构件和转动构件，所述移动构件包括加载盘，所述加载盘的外伸轴穿过左端盖并位于壳体外，所述加载盘位于所述壳体内的部分固定有配流盘，所述转动构件包括摩擦盘和与摩擦盘传动连接的主轴，所述主轴穿过右端盖且保持摩擦盘位于壳体内，所述摩擦盘与所述配流盘形成球面配流副；所述右端盖设置有两个可连接高压油源的进油孔道以推动摩擦盘向配流盘方向运动，所述加载盘上设置有两个第一贯通孔，两个所述第一贯通孔上设置有转接头，所述转接头用于与外部油源连通，所述加载盘上还设置有两个第一腰型盲孔，所述第一贯通孔对应的设置在第一腰型盲孔内，，所述配流盘的低压区设置有一个的第一腰型通孔，所述配流盘的高压区设置有三个第二腰型通孔，所述第一腰型通孔的通过面积大于第二腰型通孔的通过面积；所述配流盘在背向摩擦盘的一面布置有温度检测孔，所述温度检测孔为盲孔，若干所述温度检测孔呈环形的布置在所述所述配流盘的内、外密封带处；所述配流盘在圆周方向均布有三个位移检测台；
推动部分，用于与移动构件连接以调整配流盘与摩擦盘之间的间隙；
转动部分，用于带动主轴进行转动；
检测部分，包括设置在温度检测孔内的温度检测传感器、设置在所述位移检测台上的位移检测传感器以及连接加载盘和推动部分的六分量力传感器。
优选的，进油孔道包括主干道和从主干道分流出来的支路，所述主干道由右端盖的外表面向内部延伸，并在靠近右端盖中心处封闭，所述主干道上连通有第一油路和第二油路，所述第一油路和第二油路的路径方向与主轴的轴向相同，所述第一油路和第二油路的出口设置在右端盖朝向摩擦盘的一侧且距离右端盖中心的距离小于摩擦盘的半径，所述支路的末端为通孔，所述支路的路径方向与所述右端盖的径向相同，所述进油孔道设置有两个，关于右端盖的中心呈中心对称设置。
优选的，所述转动构件还包括旋转轴套，所述第一油路和第二油路的出口到右端盖中心点的距离分别小于旋转轴套的半径，所述旋转轴套的内圈与主轴传动连接，所述摩擦盘设置在所述旋转轴套上，所述旋转轴套的外圈与右壳体间隙配合。
优选的，所述旋转轴套与所述主轴之间花键连接，所述旋转轴套与所述主轴之间还设置有提供轴向预紧力的碟形弹簧。
优选的，所述摩擦盘朝向配流盘的一面设置有若干仿制盲孔。
优选的，所述转动部分为主轴驱动电机，所述主轴驱动电机通过联轴器与所述主轴连接。
优选的，所述推动部分包括底座，所述底座上设置有支撑架，所述支撑架上设置有液压缸，所述液压缸一端与所述支撑架转动连接，另一端与所述支撑架固定连接，所述液压缸的活塞杆可伸出支撑架，并连接所述六分量力传感器，所述六分量力传感器的另一端与加载盘连接。
优选的，所述六分量力传感器与加载盘、液压缸的活塞杆均为铰接。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
在本申请中，基于盘盘对磨的思路进行设计，使得原理可靠，结构简洁紧凑，功能齐全，便于拆装；采用高压油静压支承的支承方式，使得支承效果稳定，摩擦盘旋转稳定，能产生较大的支承力，达到更高的测试压力；省去了轴承支承主轴，避免了轴承的损坏，使得装置可以进行长时间的测试，提高了测试稳定性和寿命；位移传感器和温度传感器，可以对测试过程在线监测，通过润滑油膜厚度和温度场实时了解目前的摩擦状态，同时可以根据实时监测调节油压和加载力实现不同摩擦状态下的测试，增加了装置的功能丰富度；两种传感器的安装均没有破坏配流副油膜的完整性，排除了配流副结构变化对摩擦磨损的影响，使得测试结果更加真实可靠。
附图说明
图1是本发明的整体示意图；
图2是模拟部分的剖视图；
图3是配流盘朝向摩擦盘一面的结构示意图；
图4是进油孔道在右端盖中位置透视图；
图5是摩擦盘的结构示意图；
图6是加载盘的结构示意图。
【附图标记说明】
1-模拟部分、10-壳体、11-左端盖、12-右端盖、13-移动构件、14-转动构件、131-加载盘、1311-第一贯通孔、1312-转接头、1313-第一腰型盲孔、1314-配流定位块、1315-通油管、132-配流盘、1321-第一腰型通孔、1322-第二腰型通孔、1323-温度检测孔，1324-位移检测台、141-摩擦盘、142-旋转轴套、143-碟形弹簧、144-仿制盲孔、145-摩擦定位块、146-主轴、121-进油孔道、147-预紧力轴承；
2-推动部分、21-底座、22-支撑架、23-六分量力传感器；
3-转动部分、31-主轴驱动电机、32-联轴器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1-6所示，本发明的实施例提供了一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，包括模拟部分1、检测部分、推动部分2和转动部分3，其中模拟部分1用于模拟不同泵体内环境，检测部分用于检测模拟出来的泵体内环境各项参数，推动部分2用于形成多种条件下的泵体内环境，转动部分3模拟泵体的工作状态。
具体来说，模拟部分1包括壳体10以及设置在壳体10两侧的左端盖11和右端盖12，在壳体10内部设置有移动构件13和转动构件14，其中移动构件13包括加载盘131，加载盘131的外伸轴穿过左端盖11并且位于壳体10外部，加载盘131上设置有配流盘132，配流盘132位于壳体10内，配流盘132通过配流定位块1314可拆卸地装配在加载盘131上，通过更换不同的配流盘132和配流定位块1314可以实现多尺寸的测试。前述的转动构件14包括摩擦盘141和与摩擦盘141传动连接的主轴146，其中，主轴146穿过右端盖12并且保证摩擦盘141位于壳体10内，摩擦盘141与配流盘132形成球面配流副。
在加载盘131上还设置有两个第一贯通孔1311，优选的，两个第一贯通孔1311垂直于加载盘131设置，每个第一贯通孔1311内设置有转接头1312，该转接头1312可以通过通油管1315与外部油源连通。通油管1315可以穿过左端盖11便于与转接头1312连通。在加载盘131朝向配流盘132的一面还设置有第一腰型盲孔1313，前述的第一贯通孔1311设置在第一腰型盲孔1313内。
通常，配流盘132从功能上分为高压区、低压区以及高低压过渡区，在本申请中，所述配流盘132的低压区设置有一个的第一腰型通孔1322，所述配流盘132的高压区设置有三个第二腰型通孔1321，所述第一腰型通孔1322的通过面积大于第二腰型通孔1321的通过面积。
在配流盘132背向摩擦盘141的一面布置有温度检测孔1323，该温度检测孔1323为盲孔。为保证温度检测孔1324方便装配各种传感器，可以采用螺纹结构进行安装，需要指出的是，压力检测孔1323优选的内壁设置有细牙螺纹，一方面细牙螺纹便于将压力检测传感器固定于压力检测孔1323中，另一方面，细牙螺纹也起到了一定的密封作用，减少通孔油液泄漏对油膜的影响。
通常，配流盘132从结构上第一腰型通孔1321外侧为外密封带，第一腰型通孔1321内侧为内密封带，在本申请中，内、外密封带处设置有若干的温度检测孔1323，位于内密封带处的温度检测孔1323和位于外密封带的温度检测孔1323均呈环形排布，且圆心重合。配流盘132的外缘凸出有三个位移检测台1324，任意相邻两个位移检测台1324之间的夹角为120°。
在右端盖12还设置有进油孔道121，该进油孔道121可连通外部的高压油源，高压油源通过进油孔道121进入壳体10内推动摩擦盘141向配流盘132方向移动。优选的，进油孔道包121括主干道和从主干道分流出来的支路，主干道由右端盖12的外表面向内部延伸，并且在靠近右端盖12中心处封闭，主干道上连通有第一油路和第二油路，第一油路和第二油路的路径方向与主轴146的轴向相同。第一油路和第二油路的出口设置在右端盖12朝向摩擦盘141的一侧，且距离右端盖12中心的距离小于摩擦盘141的半径，前述的支路的末端为通孔，支路的路径方向与所述右端盖的径向相同，以期高压油源流经支路后，会垂直作用在主轴上。进油孔道设置有两个，并且关于右端盖的中心呈中心对称设置。
两个出口到右端盖12中心的距离均小于摩擦盘141的半径便于高压油源直接作用于摩擦盘141上。进油孔道121设置有两条且中心对称，对摩擦盘141形成静压支承，静压支承方式依靠高压油源的压力工作，不依赖于摩擦盘141和配流盘132的相对运动速度，只要高压油源工作正常即可，因此本装置可以进行更多转速条件下的测试。
前述的检测部分包括设置在温度检测孔1323内的温度检测传感器、设置在所述位移检测台1324上的位移检测传感器以及连接加载盘131和推动部分2的六分量力传感器23。位移检测传感器为电涡流微位移传感器，实现非接触式测量，避免影响配流副的旋转运动，且可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高；温度检测传感器为热电偶式温度传感器，结构小巧便于安装，测得数据通过外部工控机结合油液和金属的热传导系数可计算出配流副间油膜的温度场。
前述的转动部分3用于带动主轴146转动，模拟泵体的工作状态，前述的推动部分2用于与移动件连接以调整配流盘132与摩擦盘141之间的间隙大小，即可满足不同的摩擦磨损测试条件。
此外，温度检测传感器安装在盲孔内，既能通过油液和金属的热传导系数计算得到测试结果，还能够在达到测试目的的前提下，尽量减小对配流盘132和摩擦盘141形成的油膜进行破坏，进一步地减少了因结构改变而导致的误差，更加真实地模拟不同工况。
进一步的，为了更加贴合不同泵体的内环境，在摩擦盘141朝向配流盘132的一面还设置有仿制盲孔144，该仿制盲孔144依照不同泵的结构，仿照缸体底部结构而制作。
前述的推动部分2不但有调整配流盘132与摩擦盘141之间间隙的作用，还具有另一层作用。具体来说，当油液通入到壳体10内，油液会推动配流盘132和配擦盘轴向分离，导致检测环境发生变化，影响检测效果。因此在本实施例中，还提供一种效果较好的推动部分2。该推动部分2包括底座21，在底座21上设置有支撑架22，支撑架22上设置有液压缸，液压缸的一端与支撑架22固定连接，另一端铰接在支撑架22上。随着液压缸的工作，液压缸的活塞杆伸出支撑架22。在液压缸的活塞杆还铰接前述的六分量力传感器23，六分量力传感器23的另一端与加载盘131铰接。
前述的六分量力传感器23可以同时检测空间直角坐标系三个方向的压力以及绕三个坐标轴的转矩，即可测量油膜产生的分离力和配流副间的摩擦转矩，进而通过工控机计算出配流副间的摩擦系数。
为了更好地使主轴146和摩擦盘141传动连接，在右壳体10上与主轴146之间还设置有旋转轴套142，该旋转轴套142的内圈与主轴146传动连接，摩擦盘141设置在旋转轴套142上，旋转轴套142的外圈设置在右端盖12中，右端盖12对旋转轴套142起到支撑作用。优选的，摩擦盘141通过摩擦定位块145安装在旋转轴套142上。当高压油源在连接轴套和右端盖12的配合面形成静压支撑作用，承受油膜分离力、外部高低压油源产生的偏载力和零件自重产生的径向力，推动部分2对加载盘131施加加载力，与配流副间油膜产生的分离力平衡，通过位移检测传感器的检测数据可以调节不同摩擦状态的测试条件，测试过程中可以通过位移检测传感器和温度检测传感器大致判断实时的摩擦状态。
主轴146与旋转轴套142之间采用花键连接，在旋转轴套142与主轴146之间还设置有提供轴向预紧力的碟形弹簧143，保证旋转轴套142与主轴146轴向方向上预紧。所述主轴146上还设置有预紧力轴承147，预紧力轴承147与右端盖12的内壁发生抵接，预紧力轴承147用来承受碟形弹簧143的压紧力，限制主轴146的轴向位置，防止被碟形弹簧143弹开。
本申请中还应当保证主轴146与壳体10之间的密封性，防止油液泄露。该密封处理的方式可以采用现有技术。
在配流盘132和摩擦盘141工作的空间内还设置有溢油孔，溢油孔外接流量计可测得配流副间的泄漏流量。
在本申请中，基于盘盘对磨的思路进行设计，使得原理可靠，结构简洁紧凑，功能齐全，便于拆装；采用高压油静压支承的支承方式，使得支承效果稳定，摩擦盘141旋转稳定，能产生较大的支承力，达到更高的测试压力；省去了轴承支承主轴146，避免了轴承的损坏，使得装置可以进行长时间的测试，提高了测试稳定性和寿命；采用液压缸加载的加载方式，加载稳定可靠，可以产生较大的加载力，达到更高的测试压力；本装置安装了位移传感器和温度传感器，可以对测试过程在线监测，通过润滑油膜厚度和温度场实时了解目前的摩擦状态，同时可以根据实时监测调节油压和加载力实现不同摩擦状态下的测试，增加了装置的功能丰富度；两种传感器的安装均没有破坏配流副油膜的完整性，排除了配流副结构变化对摩擦磨损的影响，使得测试结果更加真实可靠；摩擦盘141仿照缸体底部结构制造出了仿制盲孔144，在充油和排油过程中可以形成压力变化，在一定程度上可以模拟出泵的压力脉动，更加接近配流副的真实工况；密闭的壳体10为高压力测试提供了可靠环境保障，满足更多测试条件的需求；使用定制配流定位块1314和摩擦定位块145对配流盘132和摩擦盘141进行定位安装，方便零件的拆装更换，满足多尺寸系列、多材料组合的测试需求，在大排量液压泵配流副摩擦磨损测试方面具有重要价值。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其特征在于，包括：
模拟部分(1)，包括壳体(10)以及设置在壳体(10)两侧的左端盖(11)、右端盖(12)，所述壳体(10)内设置有移动构件(13)和转动构件(14)，所述移动构件(13)包括加载盘(131)，所述加载盘(131)的外伸轴穿过左端盖(11)并位于壳体(10)外，所述加载盘(131)位于所述壳体(10)内的部分固定有配流盘(132)，所述转动构件(14)包括摩擦盘(141)和与摩擦盘(141)传动连接的主轴(146)，所述主轴(146)穿过右端盖(12)且保持摩擦盘(141)位于壳体(10)内，所述摩擦盘(141)与所述配流盘(132)形成球面配流副；所述右端盖(12)设置有两个可连接高压油源的进油孔道(121)以推动摩擦盘(141)向配流盘(132)方向运动，所述加载盘(131)上设置有两个第一贯通孔(1311)，两个所述第一贯通孔(1311)上设置有转接头(1312)，所述转接头(1312)用于与外部油源连通，所述加载盘(131)上还设置有两个第一腰型盲孔(1313)，所述第一贯通孔(1311)对应的设置在第一腰型盲孔(1313)内，所述配流盘(132)的低压区设置有一个第一腰型通孔(1322)，所述配流盘(132)的高压区设置有三个第二腰型通孔(1321)，所述第一腰型通孔(1322)的通过面积大于第二腰型通孔(1321)的通过面积；所述配流盘(132)在背向摩擦盘(141)的一面布置有温度检测孔(1323)，所述温度检测孔(1323)为盲孔，若干所述温度检测孔(1323)呈环形的布置在所述所述配流盘(132)的内、外密封带处；所述配流盘(132)在圆周方向均布有三个位移检测台(1324)；
推动部分(2)，用于与移动构件(13)连接以调整配流盘(132)与摩擦盘(141)之间的间隙；
转动部分(3)，用于带动主轴(146)进行转动；
检测部分，包括设置在温度检测孔(1323)内的温度检测传感器、设置在所述位移检测台(1324)上的位移检测传感器以及连接加载盘(131)和推动部分(2)的六分量力传感器(23)。
2.根据权利要求1所述的具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其特征在于，进油孔道(121)包括主干道和从主干道分流出来的支路，所述主干道由右端盖(12)的外表面向内部延伸，并在靠近右端盖(12)中心处封闭，所述主干道上连通有第一油路和第二油路，所述第一油路和第二油路的路径方向与主轴(146)的轴向相同，所述第一油路和第二油路的出口设置在右端盖(12)朝向摩擦盘(141)的一侧且距离右端盖(12)中心的距离小于摩擦盘(141)的距离，所述支路的末端为通孔，所述支路的路径方向与所述右端盖的径向相同，所述进油孔道(121)设置有两个，关于右端盖的中心呈中心对称设置。
3.根据权利要求2所述的具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其特征在于，所述转动构件(14)还包括旋转轴套(142)，所述第一油路和第二油路的出口到右端盖(12)中心点的距离分别小于旋转轴套(142)的半径，所述旋转轴套(142)的内圈与主轴(146)传动连接，所述摩擦盘(141)设置在所述旋转轴套(142)上，所述旋转轴套(142)的外圈与右壳体(10)间隙配合。
4.根据权利要求3所述的具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其特征在于，所述旋转轴套(142)与所述主轴(146)之间花键连接，所述旋转轴套(142)与所述主轴(146)之间还设置有提供轴向预紧力的碟形弹簧(143)。
5.根据权利要求1所述的具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其特征在于，所述摩擦盘(141)朝向配流盘(132)的一面设置有若干仿制盲孔(144)。
6.根据权利要求1所述的具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其特征在于，所述转动部分(3)为主轴驱动电机(31)，所述主轴驱动电机(31)通过联轴器(32)与所述主轴(146)连接。
7.根据权利要求1所述的具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其特征在于，所述推动部分(2)包括底座(21)，所述底座(21)上设置有支撑架(22)，所述支撑架(22)上设置有液压缸，所述液压缸一端与所述支撑架(22)转动连接，另一端与所述支撑架(22)固定连接，所述液压缸的活塞杆可伸出支撑架(22)，并连接所述六分量力传感器(23)，所述六分量力传感器(23)的另一端与加载盘(131)连接。
8.根据权利要求7所述的具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置，其特征在于，所述六分量力传感器(23)与加载盘(131)、液压缸的活塞杆均为铰接。
CN202111470025.4A 2021-12-03 2021-12-03 一种具有在线监测功能的液压泵配流副摩擦磨损测试装置 Active CN114166676B (zh)

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