CN100376886C - 轴向柱塞泵滑靴副润滑特性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向柱塞泵滑靴副润滑特性试验装置。由液压动力系统、润滑膜测试平台和监测控制系统组成，它的液压动力系统为润滑膜测试平台提供高压油源；润滑膜测试平台用来试验研究不同工况下滑靴副的润滑特性；监测控制系统能够实时监测实验状态，采集实验过程中的多个工作参数，完成对实验测试数据的分析、处理等工作。本试验装置采用计算机对实验中的各种工况进行在线监控，安全性和可靠性十分高。实验工况可调，试件更换容易。

Description

轴向柱塞泵滑靴副润滑特性试验装置

技术领域

本发明涉及滑靴副润滑特性试验装置，尤其是涉及一种轴向柱塞泵滑靴副润滑特性试验装置。

技术背景

滑靴副是轴向柱塞泵中最关键的摩擦副之一，也是最容易磨损失效的部件。因此，轴向柱塞泵滑靴副的滑动面通常应保证必要的润滑条件，要求在滑动面间形成适当厚度的润滑膜，使之起到液体润滑的作用。但是润滑膜不能太薄，否则就会发生“烧靴”破坏现象；润滑膜也不能太厚，否则密封作用小，泵的内泄漏增大，容积效率显著降低。所以，滑靴副的润滑特性设计对轴向柱塞泵的容积效率与工作寿命有着重要的影响。

国内有关轴向柱塞泵滑靴副润滑特性的研究开展的比较早，主要有哈尔滨工业大学、中国矿业大学及天津大学等研究单位。其所做试验以CY泵为主，试验用的泵的额定压力一般为15MPa、最大不超过25MPa，转速一般为1500rev/min。国外有关高压、高速、大流量的产品泵很成熟，但均未见这方面的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴向柱塞泵滑靴副润滑特性试验装置，通过它可以试验研究油介质和水介质环境中如何应用现有设计方法来改善和提高滑靴副的润滑性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括液压动力系统、润滑膜测试平台和监测控制系统，其中：

1)液压动力系统包括：手动变量柱塞泵通过吸油过滤器与装有加热器的油箱相连，三相异步电机通过联轴器接手动变量柱塞泵，手动变量柱塞泵的高压油口通过精密压力过滤器分别与电磁卸荷溢流阀和单向阀的进油口相连，蓄能器通过第一高压截止阀分别与单向阀的出油口、比例溢流阀及二位四通电磁换向阀进油口相连，信号发生器的信号线经放大器与比例溢流阀的比例电磁铁连接，二位四通电磁换向阀的进油路处装有压力传感器和精密压力表，二位四通电磁换向阀出油口经第二高压截止阀分别与纯水液压源和滑靴副润滑特性运动装置的A1和A2口相连，滑靴副润滑特性运动装置的泄漏口接微型温度传感器，并依次与第一低压截止阀、精密回油过滤器、流量传感器相接后分两路，一路与第二低压截止阀、油箱相接，另一路与第三低压截止阀、水箱相接；

2)润滑膜测试平台包括：变频调速电机通过联轴器、转矩转速传感器、另一联轴器与滑靴副润滑特性运动装置的斜盘轴相连接，变频器的控制线与变频调速电机连接；

3)监测控制系统包括：温度传感器安装在油箱上，3个微位移传感器安装在滑靴副润滑特性运动装置中的第一滑靴上，所有装置中的传感器的数据线和数据采集卡的端子板相连，数据采集卡安装在工控机的主板上，数据采集卡输出接变频器。

所说的滑靴副润滑特性运动装置包括：左端盖和壳体固定，对称分布的两柱塞套通过螺纹固定在左端盖上，两柱塞分别放置在各自的柱塞套中，孔用阶梯圈嵌在柱塞和柱塞套之间，顶杆套通过螺纹固定在左端盖上，弹簧在顶杆套中紧压顶杆，顶杆顶在压板中间，压板将第一滑靴和第二滑靴分别压紧在止推盘上，两滑靴和柱塞分别通过球头辊压包合连接，三个微位移传感器90°等分安装在第一滑靴上面及两侧，止推盘通过定位销固定在斜盘轴端面上，装在斜盘轴上的向心球轴承、圆锥滚子轴承和右端盖孔紧配合，第一骨架式油封安装在右端盖的孔内，弹性挡圈固定第一骨架式油封的位置，右端盖和壳体固定，O形密封圈装在右端盖和壳体之间，弹性挡圈卡在在斜盘轴上固定向心球轴承的位置，盖板固定在右端盖上，第二骨架式油封固定在盖板的内孔，微型温度传感器通过螺纹固定在左端盖上。

本发明具有的有益的效果是：

1、液压动力系统为润滑膜测试平台提供高压油源；润滑膜测试平台用来试验研究不同工况下滑靴副的润滑特性；监测控制系统能够实时监测实验状态，采集实验过程中的多个工作参数，完成对实验测试数据的分析、处理等工作，压力传感器测量系统的压力，微位移传感器测量不同工况下滑靴副的润滑膜厚度，流量传感器测量滑靴副的泄漏流量；

2、本试验装置中的滑靴副润滑特性运动装置各零部件均采用不锈钢材料，适合于在各种矿物油介质和水介质环境下对轴向柱塞泵滑靴副的润滑特性进行测试；

3、实验工况可调，试件更换容易，可以在不同压力、温度、转速、滑靴副的材料和结构形式下对滑靴副的润滑特性进行测试；

4、本试验装置的润滑特性运动装置使用高精度电涡流位移传感器测量滑靴副间隙，以保证对润滑膜厚度的测量误差小于1μm；

5、润滑特性试验装置采用计算机对实验中的各种工况进行在线监控，安全性和可靠性十分高；

6、轴向柱塞泵滑靴副润滑特性试验装置可以对排量为63ml/rev～160ml/rev的滑靴副进行润滑特性试验，试验压力最高为31.5MPa，转速最大为3000rev/min。该试验装置为设计国产的高压、高速、大流量轴向柱塞泵提供了试验平台。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是图1的滑靴副润滑特性运动装置结构示意图；

图3是图2的滑靴副润滑特性运动装置结构A向视图；

图4是图2的微位移传感器安装位置B-B向视图；

图5是图3的微型温度传感器安装C-C向视图；

图6是图3的微位移传感器的电缆密封D-D向视图。

图1中：1、油箱，1.1、水箱，2、加热器，3、温度传感器，4、吸油过滤器，5、手动变量柱塞泵，6、三相异步电机，7、精密压力过滤器，8、电磁卸荷溢流阀，9、单向阀，10、高压截止阀，11、蓄能器，12、比例溢流阀，13、放大器，14、信号发生器，15、压力传感器，16、精密压力表，17、二位四通电磁换向阀，18、高压截止阀，19、滑靴副润滑特性运动装置，19.21、微位移传感器，21、微型温度传感器，22、低压截止阀，23、精密回油过滤器，24、流量传感器，25、低压截止阀，26、低压截止阀，27、联轴器，28、转矩转速传感器，29、联轴器，30、变频调速电机，31、变频器，32、数据采集卡，33、工控机，34、纯水液压源。

图2、图3、图4、图5、图6中：19.1平键，19.2斜盘轴，19.3骨架式油封，19.4盖板，19.5弹簧垫圈，19.6螺钉，19.7弹簧垫圈，19.8向心球轴承，19.9右端盖，19.10圆锥滚子轴承，19.11螺钉，19.12弹簧垫圈，19.13 O形密封圈，19.14骨架式油封，19.15弹性挡圈，19.16壳体，19.17滑靴，19.18定位销，19.19止推盘，19.20滑靴，19.21微位移传感器，19.22压板，19.23左端盖，19.24孔用阶梯圈，19.25顶杆，19.26柱塞套，19.27柱塞，19.28弹簧，19.29顶杆套，19.30螺钉，19.31弹簧垫圈，19.32压片，19.33压片，19.34压片，19.35压片，19.36螺钉，19.37微型温度传感器，19.38 O形密封圈，19.39电缆密封，19.40左压紧环，19.41压紧螺栓，19.42右压紧环，19.43压紧螺栓。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括液压动力系统、润滑膜测试平台和监测控制系统，其中：

1)液压动力系统包括：手动变量柱塞泵5通过吸油过滤器4与装有加热器2的油箱1相连，三相异步电机6通过联轴器接手动变量柱塞泵5，手动变量柱塞泵5的高压油口通过精密压力过滤器7分别与电磁卸荷溢流阀8和单向阀9的进油口相连，蓄能器11通过第一高压截止阀10分别与单向阀9的出油口、比例溢流阀12及二位四通电磁换向阀17进油口相连，信号发生器14的信号线经放大器13与比例溢流阀12的比例电磁铁连接，二位四通电磁换向阀17的进油路处装有压力传感器15和精密压力表16，二位四通电磁换向阀17出油口经第二高压截止阀18分别与纯水液压源34和滑靴副润滑特性运动装置19的A1口和A2口相连，滑靴副润滑特性运动装置19的泄漏口接微型温度传感器21，并依次与第一低压截止阀22、精密回油过滤器23、流量传感器24相接后分两路，一路与第二低压截止阀25、油箱1相接，另一路与第三低压截止阀26、水箱1.1相接；

2)润滑膜测试平台包括：变频调速电机30通过联轴器29、转矩转速传感器28、联轴器27与滑靴副润滑特性运动装置19的斜盘轴19.2相连接，变频器31的控制线与变频调速电机30连接；

3)监测控制系统包括：温度传感器3安装在油箱1上，3个微位移传感器19.21安装在滑靴副润滑特性运动装置19中的第一滑靴19.20上，转矩转速传感器28连接在变频调速电机30和滑靴副润滑特性运动装置19之间，所有传感器的数据线和数据采集卡32的端子板相连，数据采集卡32安装在工控机33的主板上，工控机33控制数据采集卡32输出模拟量信号控制变频器31。

如图2、图3、图4、图5、图6所示，所说的滑靴副润滑特性运动装置19包括：左端盖19.23通过螺钉19.30、弹簧垫圈19.31和壳体19.16固定，柱塞套19.26通过螺纹固定在左端盖19.23上，两柱塞19.27分别放置在各自的柱塞套19.26中，孔用阶梯圈19.24嵌在柱塞19.27和柱塞套19.26之间，顶杆套19.29通过螺纹固定在左端盖19.23上，弹簧19.28在顶杆套19.29中紧压顶杆19.25，顶杆19.25顶在压板19.22中间，压板19.22将第一滑靴19.20和第二滑靴19.17分别压紧在止推盘19.19上，第一滑靴19.20和柱塞19.27通过球头辊压包合连接，三个微位移传感器19.21通过螺纹90°安装在第一滑靴19.20上面及两侧，止推盘19.19通过定位销19.18固定在斜盘轴19.2上，装在斜盘轴19.2上的向心球轴承19.8、圆锥滚子轴承19.10和右端盖19.9孔紧配合，骨架式油封19.14安装在右端盖19.9的孔内，弹性挡圈19.15固定第一骨架式油封19.14的位置，右端盖19.9通过螺钉19.11和弹簧垫圈19.12和壳体19.16固定，O形密封圈19.13装在右端盖19.9和壳体19.16之间，弹性挡圈19.5卡在在斜盘轴19.2上固定向心球轴承19.8的位置，盖板19.4通过螺钉19.6弹簧垫圈19.7固定在右端盖19.9上，第二骨架式油封19.3固定在盖板19.4的内孔。压片19.32通过螺钉19.36固定在第一滑靴19.20上，压片19.33通过螺钉19.36固定在压板19.22上，压片19.34通过螺钉19.36固定在第一滑靴19.20上，压片19.35通过螺钉19.36固定在压板19.22上，用耒压紧电缆密封19.39，微型温度传感器19.37(即图1中的微型温度传感器21)通过螺纹固定在左端盖19.23上，O形密封圈19.38放置在微型温度传感器19.37和左端盖19.23之间，压紧螺栓19.41和压紧螺栓19.43分别通过左压紧环19.40和右压紧环19.42压紧电缆密封19.39。

液压动力系统为润滑膜测试平台提供高压油源。液压油路中由三相异步电机6带动手动变量柱塞泵5为系统提供高压油源。由手动变量柱塞泵5提供的高压油通入左端盖19.23的A1口和A2口。当对不同的滑靴副19.20进行试验时，可以通过调节手动变量柱塞泵5来满足不同滑靴副所需的泄漏流量的要求。调节比例溢流阀12可以改变手动变量柱塞泵5的出口压力，该压力调整范围0～34MPa。当测试油液压柱塞泵的滑靴副时，打开高压截止阀18和低压截止阀22、低压截止阀25，关闭低压截止阀26；当测试水液压柱塞泵的滑靴副时，接通纯水液压源34，并关闭高压截止阀18和低压截止阀25，打开低压截止阀26即可。

润滑膜测试平台中变频调速电机30通过联轴器29驱动滑靴副润滑特性运动装置19进行润滑特性试验。

监测控制系统中压力传感器15测量系统的压力，微位移传感器19.21测量不同工况下滑靴副的润滑膜厚度。流量传感器24测量滑靴副的泄漏流量。转矩转速传感器28测量变频调速电机30输出的转矩与转速。温度传感器3测量油箱1的温度。微型温度传感器21测量滑靴副间液体的温度。所测得的实验数据都通过数据采集卡32到工控机33中。同时，工控机33还通过数据采集卡32对变频器31进行反馈控制。

电机驱动主轴19.2，主轴19.2带动止推盘19.19高速旋转。高压液体从滑靴副润滑特性运动装置19的A1和A2处通入，经过滑靴副从内外密封带泄漏出去，泄漏流量可由流量传感器24测量。

实验中采用电涡流微位移传感器直接测量滑靴副的润滑膜厚度。三只微位移传感器19.21的安装位置如图4所不，根据三只微位移传感器测量的数值可以确定一个平面，既可获得润滑膜厚度的数值，又可确定滑靴副润滑膜的形状。

因为滑靴副高速的相对旋转运动会产生大量的剪切热，导致滑靴副间液体的温度上升得比装置容腔内的液体快，而粘温性是导致滑靴副润滑膜形成的关键因素之，所以测量滑靴副间隙流体的温度十分重要。微型温度传感器19.37用来测量滑靴副间流体的温度，如图5所示。因此可以在实验中考察流体粘温性对滑靴副润滑膜的影响程度。

滑靴副润滑特性运动装置19中的零部件均由不锈钢制成，如图2所示，通过测试装置能够在各种矿物油介质和水介质下对多种材料的摩擦配副进行筛选。尤其可以在水环境中及高压高速条件下对新型工程材料的润滑机理及磨损机理进行研究，从而确定出最佳的水液压柱塞泵滑靴副材料配对及结构形式。

如图6所示，从左边旋紧压紧螺栓19.41就可以通过左压紧环19.40压紧电缆密封19.39，从而对滑靴副润滑特性运动装置19的3只微位移传感器19.21的电缆出口进行密封。

Claims (2)

1.一种轴向柱塞泵滑靴副润滑特性试验装置，其特征在于：包括液压动力系统、润滑膜测试平台和监测控制系统，其中：

1)液压动力系统包括：手动变量柱塞泵(5)通过吸油过滤器(4)与装有加热器(2)的油箱(1)相连，三相异步电机(6)通过联轴器接手动变量柱塞泵(5)，手动变量柱塞泵(5)的高压油口通过精密压力过滤器(7)分别与电磁卸荷溢流阀(8)和单向阀(9)的进油口相连，蓄能器(11)通过第一高压截止阀(10)分别与单向阀(9)的出油口、比例溢流阀(12)及二位四通电磁换向阀(17)进油口相连，信号发生器(14)的信号线经放大器(13)与比例溢流阀(12)的比例电磁铁连接，二位四通电磁换向阀(17)的进油路处装有压力传感器(15)和精密压力表(16)，二位四通电磁换向阀(17)出油口经第二高压截止阀(18)分别与纯水液压源(34)和滑靴副润滑特性运动装置(19)的A1和A2口相连，滑靴副润滑特性运动装置(19)的泄漏口接微型温度传感器(21)，并依次与第一低压截止阀(22)、精密回油过滤器(23)、流量传感器(24)相接后分两路，一路与第二低压截止阀(25)、油箱(1)相接，另一路与第三低压截止阀(26)、水箱(1.1)相接；

2)润滑膜测试平台包括：变频调速电机(30)通过联轴器(29)、转矩转速传感器(28)、另一联轴器(27)与滑靴副润滑特性运动装置(19)的斜盘轴(19.2)相连接，变频器(31)的控制线与变频调速电机(30)连接；

3)监测控制系统包括：温度传感器(3)安装在油箱(1)上，3个微位移传感器(19.21)安装在滑靴副润滑特性运动装置(19)中的第一滑靴(19.20)上，所有装置中的传感器的数据线和数据采集卡(32)的端子板相连，数据采集卡(32)安装在工控机(33)的主板上，数据采集卡(32)输出接变频器(31)。

2.根据权利要求1所述一种轴向柱塞泵滑靴副润滑特性试验装置，其特征在于：所说的滑靴副润滑特性运动装置(19)包括：左端盖(19.23)和壳体(19.16)固定，对称分布的两柱塞套(19.26)通过螺纹固定在左端盖(19.23)上，两柱塞(19.27)分别放置在各自的柱塞套(19.26)中，孔用阶梯圈(19.24)嵌在柱塞(19.27)和柱塞套(19.26)之间，顶杆套(19.29)通过螺纹固定在左端盖(19.23)上，弹簧(19.28)在顶杆套(19.29)中紧压顶杆(19.25)，顶杆(19.25)顶在压板(19.22)中间，压板(19.22)将第一滑靴(19.20)和第二滑靴(19.17)分别压紧在止推盘(19.19)上，第一滑靴(19.20)和柱塞(19.27)通过球头辊压包合连接，三个微位移传感器(19.21)90°等分安装在第一滑靴(19.20)上面及两侧，止推盘(19.19)通过定位销(19.18)固定在斜盘轴(19.2)端面上，装在斜盘轴(19.2)上的向心球轴承(19.8)、圆锥滚子轴承(19.10)和右端盖(19.9)孔紧配合，第一骨架式油封(19.14)安装在右端盖(19.9)的孔内，第一弹性挡圈(19.15)固定第一骨架式油封(19.14)的位置，右端盖(19.9)和壳体(19.16)固定，O形密封圈(19.13)装在右端盖(19.9)和壳体(19.16)之间，第二弹性挡圈(19.5)卡在在斜盘轴(19.2)上固定向心球轴承(19.8)的位置，盖板(19.4)固定在右端盖(19.9)上，第二骨架式油封(19.3)固定在盖板(19.4)的内孔，微型温度传感器(19.37)通过螺纹固定在左端盖(19.23)上。

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