CN116773156A - 一种适用于液压缸及密封件的偏载测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于液压缸及密封件的偏载实验装置。包括底板以及布置在底板上的驱动模块、加载模块及实验测试部分；驱动模块通过推力传感器与实验测试部分的活塞杆端面相连，两个加载模块安装在实验测试部分上面，两个加载模块分布与实验测试部分的活塞杆两端的周面相连；驱动模块包括伺服电机、减速机、传动件、导轨滑块、活动连接件，加载模块包括手轮丝杠机构、力传感器、位移传感器及固定板，实验测试部分包括活塞、盖板及缸筒。本发明能够真实模拟活塞杆在缸体中的运动，不仅可以实现活塞杆不同偏载情况下的密封情况，还可以对不同偏心和压力状态时的摩擦力进行测定，具有结构简单、操作方便得优点。

Description

一种适用于液压缸及密封件的偏载测试实验装置

技术领域

本发明属于液压传动控制领域的一种针对液压缸及密封件密封可靠性及负载特性进行测试的实验装置，尤其是适用于液压缸及密封件在偏载工况下的密封可靠性及负载特性进行测试的实验装置。

背景技术

液压***的泄漏问题一直是液压传动控制领域的关键技术难题，其中液压元件的泄漏问题是引起***泄漏的主要因素。在某些存在偏载问题的场合，如在超重力工况下，液压缸活塞杆或阀芯自重的影响会上百倍的增加，在液压缸或阀芯设计时的影响不可忽略，偏载问题使液压缸及阀等的相对运动部件之间产生了较大的侧向力，严重影响工作性能及寿命。目前超重力离心模拟装置的发展越来越快，超重力下对液压加载模块的需求也在急剧增加，对自重影响下液压缸或阀等的偏载问题的研究较少，亟需解决液压缸或阀关键部件在超重力偏载下的工作特性，为超重力液压作动元件的设计提供技术支撑。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种适用于液压缸及密封件的偏载测试实验装置，为解决超重力偏载工况时及相似工程实际中液压缸及密封件的偏载问题对密封性能及摩擦特性的影响及可靠性实验研究。

本发明采用如下方案：

本发明包括底板以及布置在底板上的驱动模块、加载模块及实验测试部分；驱动模块通过推力传感器与实验测试部分的活塞杆端面相连，两个加载模块安装在实验测试部分上面，两个加载模块分布与实验测试部分的活塞杆两端的周面相连。

所述的驱动模块包括伺服电机、减速器、曲轴、连杆、滑动板、调节螺母、可动直线轴承、连接件、转接件、转接轴和滑块导轨；伺服电机的输出轴经减速器和曲轴的一端连接，曲轴水平布置且另一端交接支撑于底板上，曲轴和连杆的一端交接，连杆另一端和滑动板的一端以第一轴铰接，滑动板可滑动地连接装在固定于底板的滑块导轨上；滑动板另一端通过可动直线轴承和调节螺母与连接件的一端以第二轴铰接，连接件另一端和转接件一端以第三轴铰接，转接件另一端安装有转接轴。

所述的转接轴一端装在转接件上，另一端用于经推力传感器与实验测试部分的活塞杆一端端面接触顶接。

所述的第一轴和第三轴的轴向相互平行，第二轴的轴向均和第一轴、第三轴垂直。

所述连接件和滑动板之间通过可动直线轴承连接，使得连接件一端及滑动板另一端之间允许存在沿第二轴轴向上的相对运动，之间相对运动的位置通过调节螺母限制调节。

所述的加载模块主要由T型支撑板、手轮丝杠机构、滑块导轨机构、转接组件及滚轮组件组成，T型支撑板固定安装在实验测试部分之上，手轮丝杠机构、滑块导轨机构均竖直固定于T型支撑板上，手轮丝杠机构和滑块导轨机构之间通过转接组件连接，转接组件通过加载力传感器与滚轮组件相连，滚轮组件用于连接到实验测试部分的活塞杆周面上，实验测试部分的活塞杆侧方设置有位移传感器。

所述手轮丝杠机构包括丝杠螺母组件和手轮，丝杠螺母组件包括通过螺纹相互套装的丝杠和螺母，丝杠竖直布置且两端铰接安装于T型支撑板，手轮和丝杠上端固定同轴连接，

所述的滑块导轨机构包括滑块和导轨，导轨竖直固定于T型支撑板，滑块滑动安装在导轨上；

所述的转接组件包括转接板、导向直线轴承和竖直轴，手轮丝杠机构的螺母和滑块导轨机构的滑块之间通过转接板，转接板底面经加载力传感器和竖直轴上端固定连接，竖直轴下端通过导向直线轴承穿过T型支撑板后和滚轮组件连接。

所述的滚轮组件包括加载轴、侧板、销轴、滚轮；加载轴上端和竖直轴同轴固定连接，下端的两侧分别固定设有侧板，两侧的侧板之间连接有水平的销轴，滚轮活动套装在销轴上。

所述的实验测试部分主要由缸体、活塞杆和端盖组成，活塞杆水平可轴向移动地装在缸体中，且缸体两端设置端盖；

所述的活塞杆的两端设置有平行于轴向的切平面，加载模块的滚轮组件的滚轮与所述切平面接触以施加液压缸工作时的偏心荷载。

所述的密封件可以为密封圈。

首先是通过调节加载模块中手轮丝杠机构的手轮，使得丝杠螺母带动转接板下降移动，从而使得滚轮组件中的滚轮与活塞杆接触，使得活塞杆产生偏心，两个加载模块通过各自的手轮调整控制以实现被测试的活塞杆两端同等的偏心或不同的偏心量以模拟液压缸的偏心工况；

手轮调整完成后，通过调节螺母调节可动直线轴承在第二轴上的位置，使得转接轴轴向和活塞杆的运动方向保持一致；

驱动模块工作带动转接轴轴向往复移动进而带动活塞杆同步移动进行偏载实验；

在试验过程中，通过调节实验测试部分的缸体内部的油压以满足不同压力下的密封测试需求，且通过监测多个加载力传感器和推力传感器的压力检测数据进而获得偏载实验结果。

本发明中，两个加载模块的手轮丝杠机构可以单独控制，通过旋转手轮丝杠可实现活塞杆偏心量的控制，伺服电机通过减速器及曲柄滑块机构驱动活塞杆往复运动以模拟活塞杆在缸体中的运动。通过上述控制方式不仅可以实现活塞杆不同偏载情况下的密封情况，还可以对不同偏心和压力状态时的摩擦力进行测定。

由上述实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明通过调节伺服电机的控制转速，可实现活塞杆工作速度的模拟；采用手轮加载施加的外力或位移参数，可实现超重力下活塞杆自重引起偏载力时的密封圈偏载下的密封性能模拟，或通过密封圈偏移量的控制实现偏心状态下密封性能的测试。

本发明的缸筒上开设有油液入口，通过控制工作压力可实现不同工作压力密封性能的测试；驱动模块内设计有直线轴承结构及销轴连接方式，消除了驱动部分对实验件的影响；活塞杆与驱动模块之间通过力传感器相连，可对摩擦力进行测试。

综合而言，本发明具有结构简单、操作方便的优点，为偏载液压缸的性能研究提供了技术基础和支撑。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是一种适用于液压缸及密封件的偏载测试实验装置总图；

图2是加载模块及试验组件装配结构示意图；

图3是滚轮组件结构示意图；

图4是驱动模块结构示意图；

图5是实验组件结构示意图；

图6是缸筒结构示意图；

图中的附图标记有：

1-加载模块；1-1丝杠螺母组件；1-2丝杠固定安装板；1-3滑块；1-4转接板；1-5加载力传感器；1-6导向直线轴承；1-7滚轮组件；1-7-1加载轴；1-7-2侧板；1-7-3销轴；1-7-4滚轮；1-8T型支撑板；1-9位移传感器；

2-驱动模块；2-1伺服电机；2-2减速器；2-3曲轴；2-4连杆；2-5滑动板；2-6调节螺母；2-7可动直线轴承；2-8连接件；2-9转接件；2-10转接轴；2-11滑块导轨；

3-实验测试部分；3-1缸体；3-2端盖；3-3活塞杆；3-1-1安装孔；3-1-2通油孔；3-1-3固定孔；

4-底板；5-推力传感器。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

将结合说明书附图对本发明作进一步的详细阐述，以液压缸的密封偏载测试为例，如图1所示：包括底板4以及布置在底板4上的驱动模块2、加载模块1及实验测试部分3；驱动模块2和实验测试部分3在两侧布置，驱动模块2通过推力传感器5与实验测试部分3的活塞杆3-3端面水平地相连，两个加载模块1安装在实验测试部分3的缸体3-1上面，两个加载模块1分布与实验测试部分3的活塞杆3-3两端的周面径向竖直地相连。

如图4所示，驱动模块2包括伺服电机2-1、减速器2-2、曲轴2-3、连杆2-4、滑动板2-5、调节螺母2-6、可动直线轴承2-7、连接件2-8、转接件2-9、转接轴2-10和滑块导轨2-11；伺服电机2-1的输出轴经减速器2-2和曲轴2-3的一端连接，曲轴2-3水平布置且另一端通过轴承座交接支撑于底板4上，曲轴2-3的曲轴部分和连杆2-4的一端交接，连杆2-4另一端和滑动板2-5的一端以第一轴铰接，滑动板2-5可滑动地连接装在固定于底板4的滑块导轨2-11上；滑动板2-5另一端通过可动直线轴承2-7和调节螺母2-6与连接件2-8的一端以第二轴铰接，连接件2-8另一端和转接件2-9一端以第三轴铰接，转接件2-9另一端固定安装有转接轴2-10。第一轴和第三轴的轴向相互平行，第二轴的轴向均和第一轴、第三轴垂直。

转接轴2-10一端装在转接件2-9上，另一端用于经推力传感器5与实验测试部分3的活塞杆3-3一端端面接触顶接。实验测试部分3的活塞杆3-3水平布置。

连接件2-8和滑动板2-5之间通过可动直线轴承2-7连接，使得连接件2-8一端及滑动板2-5另一端之间允许存在沿第二轴轴向上的相对运动，之间相对运动的位置通过调节螺母2-6限制调节。

这样伺服电机、减速器、曲轴、连杆及滑动板组成了曲柄滑动机构，曲柄滑动机构的滑动方向和滑块导轨2-11的方向保持一致，为活塞杆的直线往复运动提供驱动力和速度控制。

在伺服电机2-1工作下，带动曲轴2-3旋转，进而带动连杆2-4另一端和滑动板2-5的整体在滑块导轨2-11导向下做水平往复移动，从而带动连接件2-8末端上的转接轴2-10推动推力传感器5带动实验测试部分3的活塞杆3-3做水平往复移动。

如图2和图3所示，加载模块1主要由T型支撑板1-8、手轮丝杠机构、滑块导轨机构、转接组件及滚轮组件1-7组成，T型支撑板1-8固定安装在实验测试部分3的缸体3-1之上，手轮丝杠机构、滑块导轨机构均竖直固定于T型支撑板1-8上，手轮丝杠机构和滑块导轨机构之间通过转接组件连接，转接组件通过加载力传感器1-5与滚轮组件1-7相连，滚轮组件1-7用于连接到实验测试部分3的活塞杆3-3周面上，实验测试部分3的活塞杆3-3侧方设置有位移传感器1-9，位移传感器1-9探头正对布置于活塞杆3-3外周面。

通过手轮丝杠机构带动转接组件在滑块导轨机构限位下上下升降移动，进而带动滚轮组件1-7对实验测试部分3的活塞杆3-3施加偏载，同时通过位移传感器1-9检测活塞杆3-3的水平轴向移动。

手轮丝杠机构包括丝杠螺母组件1-1和手轮，丝杠螺母组件1-1包括通过螺纹相互套装的丝杠和螺母，丝杠竖直布置且通过丝杠固定安装板1-2两端铰接安装于T型支撑板1-8，手轮和丝杠上端固定同轴连接，

滑块导轨机构包括滑块1-3和导轨，导轨竖直固定于T型支撑板1-8，滑块1-3滑动安装在导轨上；

转接组件包括转接板1-4、导向直线轴承1-6和竖直轴，手轮丝杠机构的螺母和滑块导轨机构的滑块1-3之间通过转接板1-4，转接板1-4底面经加载力传感器1-5和竖直轴上端固定连接，竖直轴沿实验测试部分3的活塞杆3-3的径向方向，竖直轴下端通过导向直线轴承1-6穿过T型支撑板1-8后和滚轮组件1-7连接。

转动手轮上的手柄进而带动丝杠转动，在滑块1-3和导轨的限位下形成丝杠螺母滑动副带动转接板1-4上下升降移动，进而再经加载力传感器1-5推动滚轮组件1-7上下升降移动。由此通过转动手柄可实现滚轮组件的对活塞杆的加载。

滚轮组件1-7包括加载轴1-7-1、侧板1-7-2、销轴1-7-3、滚轮1-7-4；加载轴1-7-1上端和竖直轴同轴固定连接，下端的两侧分别固定设有侧板1-7-2，两侧的侧板1-7-2之间连接有水平的销轴1-7-3，滚轮1-7-4活动套装在销轴1-7-3上。

如图5所示，实验测试部分3主要由缸体3-1、活塞杆3-3和端盖3-2组成，活塞杆3-3水平可轴向移动地装在缸体3-1中，且缸体3-1两端设置端盖3-2；

活塞杆3-3的两端设置有平行于轴向的切平面，加载模块1的滚轮组件1-7的滚轮1-7-4与切平面接触以施加液压缸工作时的偏心荷载，这样便于增大滚轮1-7与活塞杆3-3的接触面，减少试验过程中局部接触应力过大对零部件寿命的影响。。在偏心加荷载时候，通过加载模块1上安装的加载力传感器1-5和位移传感器1-9检测施加的偏心荷载压力大小和位移变化。

如图6所示，缸体3-1底部通过固定孔3-1-3和螺栓固定于底板4上，缸体3-1上开设有油孔3-1-2，可通过外部油源提供试验油压；

缸体3-1上设有安装孔3-1-1，安装孔3-1-1用于通过螺栓将加载模块1固定在实验测试部分3上。

本发明中，通过调节手轮可实现液压缸偏载量的控制，驱动模块2中活动连接件具有多个自由度，可消除驱动模块2输出运动方向与活塞杆偏心加载后不同轴对试验结果的影响；

针对每次的偏载试验，通过直线轴承上下的限位块的调整可实现法兰连接块垂直方向偏心引起滑块导轨上的附加力矩。

通过活塞杆3-3与连接轴2-10之间安装有的推力传感器5能够获得活塞在所测试加载工况下的摩擦力，同时通过两个加载模块1上的两个加载力传感器1-5可以获得活塞在所测加载工况下的偏载力。

在进行液压缸及密封件的偏载实验时，通过更换活塞杆3-3及端盖3-2可以实现不同配对结构或材料下的偏载实验。

本发明一实施实例的工作原理过程如下：

首先是通过调节加载模块1中手轮丝杠机构的手轮，使得丝杠螺母带动转接板1-4下降移动，从而使得滚轮组件1-7中的滚轮1-7-4与活塞杆3-3接触，使得活塞杆3-3产生偏心，两个加载模块1通过各自的手轮调整控制以实现被测试的活塞杆3-3两端同等的偏心或不同的偏心量以模拟液压缸的偏心工况；

手轮调整完成后，通过调节螺母2-6调节可动直线轴承2-7在第二轴上的位置，使得转接轴2-10轴向和活塞杆3-3的运动方向保持一致，以消除手轮调节后引起的驱动作用力与液压缸活塞运动方向不一致带来的附加作用力对试验测试结果的影响；

驱动模块2工作带动转接轴2-10轴向往复移动进而带动活塞杆3-3同步移动进行偏载实验，为活塞杆的运动模拟提供速度控制；

在试验过程中，通过调节实验测试部分3的缸体3-1内部的油压以满足不同压力下的密封测试需求，且通过监测多个加载力传感器1-5和推力传感器5的压力检测数据进而获得偏载实验结果，以获得偏载量或偏载力对液压缸密封特性及部件摩擦力的影响。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种适用于液压缸及密封件的偏载测试实验装置，其特征在于：包括底板(4)以及布置在底板(4)上的驱动模块(2)、加载模块(1)及实验测试部分(3)；驱动模块(2)通过推力传感器(5)与实验测试部分(3)的活塞杆(3-3)端面相连，两个加载模块(1)安装在实验测试部分(3)上面，两个加载模块(1)分布与实验测试部分(3)的活塞杆(3-3)两端的周面相连。

2.根据权利要求1所述的一种适用于液压缸及密封件的偏载实验装置，其特征在于：所述的驱动模块(2)包括伺服电机(2-1)、减速器(2-2)、曲轴(2-3)、连杆(2-4)、滑动板(2-5)、调节螺母(2-6)、可动直线轴承(2-7)、连接件(2-8)、转接件(2-9)、转接轴(2-10)和滑块导轨(2-11)；伺服电机(2-1)的输出轴经减速器(2-2)和曲轴(2-3)的一端连接，曲轴(2-3)水平布置且另一端交接支撑于底板(4)上，曲轴(2-3)和连杆(2-4)的一端交接，连杆(2-4)另一端和滑动板(2-5)的一端以第一轴铰接，滑动板(2-5)可滑动地连接装在固定于底板(4)的滑块导轨(2-11)上；滑动板(2-5)另一端通过可动直线轴承(2-7)和调节螺母(2-6)与连接件(2-8)的一端以第二轴铰接，连接件(2-8)另一端和转接件(2-9)一端以第三轴铰接，转接件(2-9)另一端安装有转接轴(2-10)。

3.根据权利要求2所述的一种适用于液压缸及密封件的偏载实验装置，其特征在于：所述的转接轴(2-10)一端装在转接件(2-9)上，另一端用于经推力传感器(5)与实验测试部分(3)的活塞杆(3-3)一端端面接触顶接。

4.根据权利要求2所述的一种适用于液压缸及密封件的偏载实验装置，其特征在于：所述的第一轴和第三轴的轴向相互平行，第二轴的轴向均和第一轴、第三轴垂直。

5.根据权利要求2所述的一种适用于液压缸及密封件的偏载实验装置，其特征在于：所述连接件(2-8)和滑动板(2-5)之间通过可动直线轴承(2-7)连接，使得连接件(2-8)一端及滑动板(2-5)另一端之间允许存在沿第二轴轴向上的相对运动，之间相对运动的位置通过调节螺母(2-6)限制调节。

6.根据权利要求1所述的一种适用于液压缸及密封件的偏载实验装置，其特征在于：所述的加载模块(1)主要由T型支撑板(1-8)、手轮丝杠机构、滑块导轨机构、转接组件及滚轮组件(1-7)组成，T型支撑板(1-8)固定安装在实验测试部分(3)之上，手轮丝杠机构、滑块导轨机构均竖直固定于T型支撑板(1-8)上，手轮丝杠机构和滑块导轨机构之间通过转接组件连接，转接组件通过加载力传感器(1-5)与滚轮组件(1-7)相连，滚轮组件(1-7)用于连接到实验测试部分(3)的活塞杆(3-3)周面上，实验测试部分(3)的活塞杆(3-3)侧方设置有位移传感器(1-9)。

7.根据权利要求6所述的一种适用于液压缸及密封件的偏载实验装置，其特征在于：所述手轮丝杠机构包括丝杠螺母组件(1-1)和手轮，丝杠螺母组件(1-1)包括通过螺纹相互套装的丝杠和螺母，丝杠竖直布置且两端铰接安装于T型支撑板(1-8)，手轮和丝杠上端固定同轴连接，

所述的滑块导轨机构包括滑块(1-3)和导轨，导轨竖直固定于T型支撑板(1-8)，滑块(1-3)滑动安装在导轨上；

所述的转接组件包括转接板(1-4)、导向直线轴承(1-6)和竖直轴，手轮丝杠机构的螺母和滑块导轨机构的滑块(1-3)之间通过转接板(1-4)，转接板(1-4)底面经加载力传感器(1-5)和竖直轴上端固定连接，竖直轴下端通过导向直线轴承(1-6)穿过T型支撑板(1-8)后和滚轮组件(1-7)连接。

8.根据权利要求6所述的一种适用于液压缸及密封件的偏载实验装置，其特征在于：所述的滚轮组件(1-7)包括加载轴(1-7-1)、侧板(1-7-2)、销轴(1-7-3)、滚轮(1-7-4)；加载轴(1-7-1)上端和竖直轴同轴固定连接，下端的两侧分别固定设有侧板(1-7-2)，两侧的侧板(1-7-2)之间连接有水平的销轴(1-7-3)，滚轮(1-7-4)活动套装在销轴(1-7-3)上。

9.根据权利要求1所述的一种用于液压缸及密封件的偏载实验装置，其特征在于：所述的实验测试部分(3)主要由缸体(3-1)、活塞杆(3-3)和端盖(3-2)组成，活塞杆(3-3)水平可轴向移动地装在缸体(3-1)中，且缸体(3-1)两端设置端盖(3-2)；

所述的活塞杆(3-3)的两端设置有平行于轴向的切平面，加载模块(1)的滚轮组件(1-7)的滚轮(1-7-4)与所述切平面接触以施加液压缸工作时的偏心荷载。

10.应用于权利要求1所述偏载实验装置的偏载实验方法，其特征在于：

首先是通过调节加载模块(1)中手轮丝杠机构的手轮，使得丝杠螺母带动转接板(1-4)下降移动，从而使得滚轮组件(1-7)中的滚轮(1-7-4)与活塞杆(3-3)接触，使得活塞杆(3-3)产生偏心，两个加载模块(1)通过各自的手轮调整控制以实现被测试的活塞杆(3-3)两端同等的偏心或不同的偏心量以模拟液压缸的偏心工况；

手轮调整完成后，通过调节螺母(2-6)调节可动直线轴承(2-7)在第二轴上的位置，使得转接轴(2-10)轴向和活塞杆(3-3)的运动方向保持一致；

驱动模块(2)工作带动转接轴(2-10)轴向往复移动进而带动活塞杆(3-3)同步移动进行偏载实验；

在试验过程中，通过调节实验测试部分(3)的缸体(3-1)内部的油压以满足不同压力下的密封测试需求，且通过监测多个加载力传感器(1-5)和推力传感器(5)的压力检测数据进而获得偏载实验结果。