CN101963538B - 一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，包括：滑阀测压部分，包括阀腔体以及设置在阀腔体内可移动的阀芯；丝杆滑台部分，用于固定阀腔体并控制阀芯在水平方向上直线移动；步进电机控制部分，用于控制阀芯的移动。其中单轴驱动器控制步进电机的旋转；步进电机通过饶性联轴器将旋转运动传递给丝杆，通过滚珠丝杆副的螺旋传动将旋转运动转为直线运动，实现丝杆螺母的直线运动；丝杆螺母通过阀芯连接板将直线运动传递给阀芯；阀腔体有测压孔用于连接压力计。本发明所述的液压滑阀腔体内部流场压力测量装置安全可靠，结构简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压滑阀内部流场压力测量装置，特别是一种结构简单稳定的液压阀腔内部流场压力测量装置。
背景技术
液压滑阀是液压阀的一种基本结构形式，腔体内的压力分布是研究滑阀特性的重要依据。对于液压滑阀腔内压力测量，浙江大学研制了一种阀套移动式液压阀内部流场压力分布测量装置，此装置用量块调节开口，且需要高精度的间隙配合，对加工的要求较高。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种阀芯移动式液压滑阀腔体内部流场压力测量装置。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，包括：
滑阀测压部分，包括阀腔体以及设置在阀腔体内可移动的阀芯；
丝杆滑台部分，用于固定阀腔体并控制阀芯在水平方向上直线移动；
步进电机控制部分，用于控制阀芯的移动。
本发明中，优选地，所述阀芯包括轴芯，以及设置在轴芯上的前档块、中间档块和后档块，所述轴芯一端伸出阀腔体，且与一阀芯连接板的一端固定连接；所述中间档块与后档块间的部分为阀腔体的回油腔，中间档块与前档块间的部分为阀腔体的进油腔，所述阀腔体的回油腔上设有出油口，所述阀腔体的进油腔上设置有进油口，通过所述轴芯的中间档块的移动控制回油腔和进油腔的连通与封闭。
本发明中，优选地，所述测压部分包括三个以上贯穿阀腔体的用于测量轴芯与阀腔体之间液压的测压孔，所述测压孔与阀腔体外的压力计连接，并将信号传输给步进电机控制部分；所述中间档块端面设置有测量节流槽。
本发明中，优选地，所述阀腔体一端呈凸字形，其凸出面设有与阀腔体密封配合的阀腔体盖板，其凹陷处通过拉簧与所述阀腔体盖板连接，所述阀腔体盖板与所述轴芯的后档块之间设有用于平衡轴芯位置的弹簧。
本发明中，优选地，所述丝杆滑台部分包括滑台、设置在滑台一端的丝杆螺母、滚珠丝杆、滑台座、丝杆接头体、滑台座挡板以及底座；
所述滑台与滑台座活动连接，且滑台与滑台座之间设有滚珠；滑台的一端与所述阀芯连接板的一端固定连接，用于将滑台的运动传动给轴芯；
所述丝杆接头体设置在滑台座上，且通过滑台座挡板与滑台座固定连接；
所述丝杆螺母固定设置在滑台端面；
所述滚珠丝杆依次贯穿滑台座挡板、丝杆接头体、滑台座以及丝杆螺母；
所述底座分别与所述滑台座以及阀腔体固定连接。
本发明中，优选地，所述步进电机控制部分包括步进电机、联轴器、与计算机连接的步进电机驱动板以及数据采集卡；所述步进电机通过联轴器驱动所述滚珠丝杆运动，所述步进电机驱动板与所述步进电机电连接；所述数据采集卡连接分别连接压力计，用于将压力计的模拟信号转化为数字信号，传输给计算机。
本发明中，优选地，所述密封端盖上设有凹槽，凹槽内设有可活动的把手。
本发明的测量的目的在于分析液压滑阀的内部结构特性，分析原理在于，结构合理的液压滑阀其节流槽内的压力分布是均匀变化的，不应出现奇异点，否则说明液压滑阀的腔体内的结构存在问题。
有益效果：本发明所述的液压滑阀腔体内部流场压力测量装置由步进电机将旋转运动传递给丝杆，通过丝杆螺母将旋转运动转变为直线运动，阀芯连接板将直线运动传递给阀芯，实现阀芯步进，压力计同步测量节流槽及进油腔压力，从而获得节流槽及进油腔的压力分布情况，为设计合理、优化的液压滑阀具有实际意义，拉簧固定阀腔体与阀腔体盖板，可以方便拆卸，结构简单，成本小。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1a和图1b为本发明装置结构示意图。
图2a、图2b为本发明中丝杆螺母侧面结构与剖面示意图。
图3a、图3b为本发明中滑台侧面结构示意图。
图4a、图4b、图4c为本发明中滑阀测压部分正面剖面结构示意图。
图5为本发明中滑阀测压部分中阀腔体俯视结构示意图。
图6a和图6b为本发明滑阀节流槽与测压孔初始位置示意图。
图7a和图7b为本发明滑阀开口dd＝2mm时节流槽与测压孔相对位置示意图。
图8a和图8b为本发明滑阀开口dd＝3mm时节流槽与测压孔相对位置示意图。
图9a为本发明滑阀开口dd＝2mm时a1～a9的压力分布示意图。
图9b为本发明滑阀开口dd＝3mm时a1～a9的压力分布示意图。
图9c为本发明滑阀开口dd＝4mm时a1～a9的压力分布示意图。
具体实施方式：
如图1所示本发明公开了一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，包括滑阀测压部分，所述滑阀测压部分包括阀腔体以及设置在阀腔体内可移动的阀芯；丝杆滑台部分，用于固定阀腔体并控制阀芯在水平方向上直线移动；步进电机控制部分，用于控制阀芯的移动。
如图1a和图1b所示(图1b为图1a的A向视图)，步进电机1与滚珠丝杆2之间通过RB饶性联轴器3连接，然后通过滚珠丝杆副的螺旋传动将旋转运动转为直线运动，实现丝杆螺母4的直线运动，丝杆螺母4通过螺钉21与滑台5连接，滑台5通过阀芯连接板6与轴芯7连接，将直线运动传递给轴芯7，阀芯连接板6通过螺钉22与滑台5连接固定连接，阀芯连接板6通过螺钉23与轴芯7连接固定连接。阀腔体8上设进油口25和出油口24，进油口25接液压油源，出油口24连接油箱。阀腔体8上设有九个测压孔a1～a9(依据阀口轴向尺寸，轴向等间距布设测压孔a1～a8，a9设置在阀腔体8上与进油口对应的位置)用于连接压力计28，从而测得阀腔内压力；丝杆滑台部分和滑阀测压部分通过螺钉26固定在一个底座9上。所述的步进电机控制部分包括与计算机27连接的步进电机驱动板10(可以采用6560步进电机单轴驱动板)、步进电机1、RB饶性联轴器3、数据采集卡29(可以采用普通的A/D转换器)组成，所述步进电机通过联轴器驱动所述滚珠丝杆运动，所述步进电机驱动板与所述步进电机电连接；所述数据采集卡连接分别连接压力计，用于将压力计的模拟信号转化为数字信号，传输给计算机。所述丝杆滑台部分包括滑台5、设置在滑台一端的丝杆螺母4、滚珠丝杆2、滑台座11、丝杆接头体12、滑台座挡板13以及底座9；所述滑台与滑台座活动连接，且滑台与滑台座之间设有滚珠14；滑台的一端与所述阀芯连接板6的一端通过螺钉22固定连接，用于将滑台5的运动传动给轴芯；所述丝杆接头体设置在滑台座11上，且通过滑台座挡板13与滑台座11固定连接；滑台座挡板13分别与丝杆接头体12以及滑台座11通过螺钉30固定连接；所述丝杆螺母4固定设置在滑台5端面，通过螺栓21与滑台5连接；所述滚珠丝杆2依次贯穿滑台座挡板13、丝杆接头体12、丝杆螺母4以及滑台5；所述底座9分别与所述滑台座11以及阀腔体8固定连接。
如图2a、图2b所示，所述的丝杆螺母4与滑台5之间通过紧定螺钉21固定，滚珠丝杆2安装在丝杆螺母4腔内，丝杆螺母4槽内有滚珠31，滚珠丝杆2与丝杆螺母4组成滚珠丝杆副实现螺旋传动，从而丝杆螺母4作直线运动；滑台5两侧有凹槽，凹槽内安装有滚珠14，如图3a、图3b所示，滑台座11两侧下方有与滑台5尺寸同样大小的凹槽32，滑台5凹槽内的滚珠14可以在滑台座11凹槽内沿着前进方向做直线运动；滑台座11通过螺钉固定在底座9上。
图5所示，所述的液压滑阀被测压部分包括阀腔体8以及设置在阀腔体内可移动的阀芯，阀腔体8末端与阀腔体盖板16密闭连接。所述阀芯包括轴芯7，以及设置在 轴芯7上的前档块33、中间档块34和后档块35；所述轴芯7带有螺纹内孔一端伸出阀腔体，且与一阀芯连接板6的一端通过螺钉23固定连接，阀腔体盖板16与轴芯7另一端的后档块之间设有带有预紧力的压缩弹簧15用于平衡轴芯位置。；所述中间档块34与后档块35间的部分为阀腔体的回油腔36，中间档块34与前档块33间的部分为阀腔体的进油腔37，所述阀腔体的回油腔上设有出油口，所述阀腔体的进油腔上设置有进油口(如图1a所示)，通过所述轴芯的中间档块的移动控制回油腔和进油腔的连通与封闭。所述的阀腔体盖板16与阀腔体8之间有O型密封圈19；所述的轴芯7与阀腔体8之间有O型密封圈20；所述的阀腔体8外侧设有九个贯穿阀腔体的用于测量轴芯与阀腔体之间液压的测压孔a1～a9(依据阀口轴向尺寸，轴向等间距布设测压孔a1～a8，测压孔a9布设在阀腔体8上与进油口对应的位置，测压孔a9与丝杆螺母的距离等于进油口与丝杆螺母的距离)，用于连接压力计/或其它压力测量仪。
如图4a所示，所述阀腔体一端呈凸字形，其凸出面与阀腔体盖板密封配合，其凹陷处通过四根拉簧17与所述阀腔体盖板连接，阀腔体盖板16上有可供把手18放置的L型槽38，如图4b和图4c所示。拉簧17一端固定在把手18上，一端固定在阀腔体8外侧。需要更换轴芯时，只需要拉动把手18使拉簧17在L型槽内移动，阀腔体盖板16脱离阀腔体8。
如图6～图8所示，所述测压部分包括九个贯穿阀腔体的用于测量轴芯与阀腔体之间液压的测压孔，所述测压孔与阀腔体8外的压力计连接，并将信号传输给步进电机控制部分；所述中间档块端面设置有测量节流槽39。
本发明的压力测量步骤及原理：
(1)为测量方便液压滑阀阀芯中间档块的凸肩上开设1个测量节流槽，节流槽轴向长度aa(比如是6mm)，径向长度bb(比如是3mm)。初始，滑阀阀芯存在一段封油长度cc(比如2mm)使进出油口不相通，如图6所示。(2)将滑阀测压部分安置于油路中，高压油由液压泵提供(比如3MPa高压油)，被试阀腔体进油口25与液压泵出油口接通，被试阀腔体出油口24与油箱接通，此时，被试阀腔体进油腔压力3MPa，回油腔压力0MPa；(3)使用计算机控制步进电机1前进步数，比如1.8度的电机转动1圈200步，8细分后就是100步，丝杆行程5mm，每mm就是320步。控制电机前进320或640或其他(比如输入960)；(4)步进电机1旋转使丝杆螺母4直线移动4mm；(5)丝杆螺母4带动阀芯连接板6向左移动4mm，轴芯7向左移动4mm，测量节流槽在回油腔有了开口dd(此时dd＝2mm)，测量节流槽EE与FF轴向长度ee，此时ee＝4mm，而且aa＝dd+ee，图7所示的本发明节流槽39与测压孔a1～a9相对位置示意图，具有节流槽在回油腔具有开口dd＝2mm，进油腔与回油腔相通；(6)与此同时，压力 计/或其它压力测量仪将通过设置在阀腔体上的测压孔a1～a9测量节流槽内EE与FF间及进油腔的压力分布情况，图9a示意了从测压孔测得的压力分布，实心点表示了理想压力分布，如果测得的压力出现了奇异点，比如图9a所示的空心圆点G点，说明在此点区域出现了异常；(7)控制步进电机1步数前进320，轴芯7继续向左移动1mm，此时，测量节流槽在回油腔36有了开口dd(此时dd＝3mm)，节流槽EE与FF轴向长度ee＝3mm，图8所示的本发明节流槽39与测压孔a1～a9相对位置示意图，此时节流槽在回油腔36具有开口dd＝3mm，进油腔37与回油腔36相通；(8)同样与此同时，压力计/或其它压力测量仪将通过设置在阀腔体8上的小孔a1～a9测量节流槽内EE与FF间及进油腔37的压力分布情况。图9b示意了压力分布，测得的压力在小孔a6也就是在G点区域出现了奇异点。
表1：测压孔的压力值(MPa)对照表
| dd＝2mm | dd＝3mm | dd＝4mm | |
| 测压孔a1 | 1.181 | 1.381 | 1.643 |
| 测压孔a2 | 1.382 | 1.642 | 1.881 |
| 测压孔a3 | 1.381 | 1.641 | 1.481 |
| 测压孔a4 | 1.642 | 1.882 | 2.222 |
| 测压孔a5 | 1.644 | 1.881 | 2.221 |
| 测压孔a6 | 1.643 | 1.482 | 2.222 |
| 测压孔a7 | 1.880 | 2.224 | 2.592 |
| 测压孔a8 | 1.481 | 2.222 | 2.592 |
| 测压孔a9 | 2.223 | 2.592 | 2.821 |
表1中列出了开口距离dd＝2mm，dd＝3mm，dd＝4mm时从测压孔得出的压力值。测压孔a2和测压孔a3孔轴向尺寸相同，测压孔a4、测压孔a5和测压孔a6孔的轴向尺寸相同，测压孔a7和测压孔a8孔的轴向尺寸相同，测压孔a9距离进口最近压力最高，测压孔a1距离进口最远压力最小。当dd＝2mm时，测压孔a8孔(所在G点区域)测出的压力应该跟测压孔a7孔测出的压力相近且小于测压孔a9孔测出的压力，但是实测出的压力不符合这一规律；当dd＝3mm时，测压孔a6孔处在G点区域，测压孔a4、测压孔a5和测压孔a6孔测出的压力应该相近，但是测压孔a6孔测出的压力与测压孔a5孔的压力值不相近；当dd＝4mm时，测压孔a3孔处在G点区域，测压孔a2和测压孔a3孔测量的压力值应该相近，但测压孔a3孔测出的压力与测压孔a2孔压力不相近。综上也就是在G点区域压力出现了异常，流体流经此位置时出现了异常，阀芯或阀腔体在此区域需要改进。
结构合理的液压滑阀其节流槽内的压力分布均匀变化的，不应出现奇异点，如果出现奇异点，也就是某瞬间液压腔体内的流体压力突然升高或突然降低。如果突然升高， 会产生很高的压力冲击；如果突然降低，当低于当时温度下的液体的空气分离压时，会形成气泡，回发生气穴现象。压力冲击和气穴现象的发生都会给液压元件带来很大的影响，并发出强烈的噪声和振动，大大降低寿命(参见《流体传动与控制》科学出版社2009年9月第一版，ISBN：978-7-03-021826-1)。本发明所述的液压滑阀腔体内部流场压力测量装置由步进电机将旋转运动传递给丝杆，通过丝杆螺母将旋转运动转变为直线运动，阀芯连接板将直线运动传递给阀芯，实现阀芯步进，阀芯每移动一段，节流槽内的流场就会发生变化，压力计/或其它压力测量仪会测量节流槽内的压力，从而获得节流槽内的压力分布情况，如果测量的压力分布存在奇异点，阀芯7或阀腔体8就需要在有奇异点的区域做改进，通过阀芯的步进，液压油在阀腔体与节流槽内的各种流场下的压力都得到了分析，为全面判断节流槽或阀腔体结构是否合理、优化具有实际意义。比如当dd＝3mm时，a1～a9测量的理想压力值为图9中实心圆点所示，如果测量出了与实心圆点代表的压力值距离较远的压力值，比如图9中空心圆所示。图9a示意了从测压孔a1～a9测得的压力分布，实心点表示了理想压力分布，如果测得的压力出现了奇异点，比如图9a所示的从测压孔8测得的压力出现了奇异点，此奇异点在空心圆点G点区域，说明流体流经此位置时出现了异常，阀芯或阀腔体需要改进。图9a所示的本发明中滑阀开口dd＝2mm时的a1～a9压力分布示意图，图9a中G点所临近的孔8测的压力跟其他几点不一样。图9b所示的本发明中滑阀开口dd＝3mm时的a1～a9压力分布示意图，图9b中G点所临近的孔6测的压力跟其他几点不一样。图9c所示的本发明中滑阀开口dd＝4mm时的a1～a9压力分布示意图，图9c中G点所临近的孔3测的压力跟其他几点不一样。也就是在G点区域压力出现了异常，流体流经此位置时出现了异常，阀芯或阀腔体在此区域需要改进。
本发明提供了一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，其特征在于，包括：
滑阀测压部分，包括阀腔体(8)以及设置在阀腔体内可移动的阀芯；
丝杆滑台部分，用于固定阀腔体(8)并控制阀芯在水平方向上直线移动；
步进电机控制部分，用于控制阀芯的移动。
2.根据权利要求1所述的一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，其特征在于，所述阀芯包括轴芯(7)，以及设置在轴芯(7)上的前档块(33)、中间档块(34)和后档块(35)；所述轴芯(7)的一端伸出阀腔体(8)，且与一阀芯连接板(6)的一端固定连接；所述中间档块(34)与后档块(35)间的部分为阀腔体的回油腔(36)，中间档块(34)与前档块(33)间的部分为阀腔体的进油腔(37)，所述阀腔体的回油腔(36)上设有出油口(24)，所述阀腔体的进油腔(37)上设置有进油口(25)，通过所述轴芯(7)的中间档块(34)的移动控制回油腔和进油腔的连通与封闭。
3.根据权利要求2所述的一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，其特征在于，所述测压部分包括三个以上贯穿阀腔体的用于测量轴芯(7)与阀腔体(8)之间液压的测压孔，所述测压孔与阀腔体外的压力计(28)连接，并将信号传输给步进电机控制部分；所述中间档块(34)的端面设置有测量节流槽(39)。
4.根据权利要求3所述的一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，其特征在于，所述阀腔体(8)一端呈凸字形，其凸出面设有与阀腔体密封配合的阀腔体盖板(16)，其凹陷处通过拉簧(17)与所述阀腔体盖板(16)连接，所述阀腔体盖板(16)与所述轴芯(7)的后档块(35)之间设有用于平衡轴芯位置的弹簧(15)。
5.根据权利要求2所述的一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，其特征在于，所述丝杆滑台部分包括滑台(5)、丝杆螺母(4)，滚珠丝杆(2)、滑台座(11)、丝杆接头体(12)、滑台座挡板(13)以及底座(9)；
所述滑台与滑台座活动连接，且滑台与滑台座之间设有滚珠(14)；滑台的一端与所述阀芯连接板的另一端固定连接，用于将滑台的运动传动给轴芯；
所述丝杆接头体设置在滑台座上，且通过滑台座挡板与滑台座固定连接；
所述丝杆螺母固定设置在滑台端面；
所述滚珠丝杆依次贯穿滑台座挡板、丝杆接头体、滑台座以及丝杆螺母；
所述底座分别与所述滑台座以及阀腔体固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，其特征在于，所述步进电机控制部分包括步进电机(1)、联轴器(2)、与计算机连接的步进电机驱动板(10)以及数据采集卡(29)；所述步进电机通过联轴器驱动所述滚珠丝杆运动，所述步进电机驱动板与所述步进电机电连接；所述数据采集卡连接分别连接压力计(28)，用于将压力计的模拟信号转化为数字信号，传输给计算机。
7.根据权利要求4所述的一种液压滑阀腔体内部流场压力测量装置，其特征在于，所述阀腔体盖板上设有凹槽(38)，凹槽内设有可活动的把手(18)。
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