CN105241658A - 一种变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置 - Google Patents

Abstract

一种变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，涉及测量弹流润滑油膜膜厚及其形状技术领域，包括基座(17)、缸体组件、驱动装置、测量装置和润滑装置，所述缸体组件包括弹簧组件(1)、活塞杆(2)、卡键(7)、活塞(8)、外缸筒(9)、玻璃衬套(10)、端盖(11)和导向套(12)，塞杆(2)左端穿过左侧的直线轴承(3)与固定在基座(17)上的弹簧组件(1)相连接，另一端穿过直线轴承(3)在弹簧组件(1)的作用下始终与凸轮(15)相接触；本发明能在动态情况下对变载荷液压缸内活塞与缸筒之间的油膜进行测量，且结构简单、操作方便，为液压缸弹流润滑的研究提供实验依据。

Description

一种变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置

技术领域

本发明涉及测量弹流润滑油膜膜厚及其形状技术领域，具体涉及一种变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置。

背景技术

利用光干涉法测量滚子摩擦副接触区的油膜，可以同时获得油膜厚度和油膜形状，经过不断的改进，它已广泛的应用于点接触和线接触、光滑表面和粗糙表面、润滑油膜和润滑脂膜、稳态和非稳态等不同弹流润滑问题的研究。光干涉法必须要满足两接触体之一是透明材料制成，会与实际工况形成差别。

液压缸缸体密闭，很难窥视其内部状况，直接对液压缸内摩擦副接触区的油膜厚度和形状进行实时测量非常困难。传统方法一般是将缸筒和活塞这一对做直线往复运动的摩擦副等效成一个当量圆柱和平面的模型，利用一旋转的转子和透明平面材料形成弹流润滑模型，再运用光干涉法对转子和平面之间的弹流润滑油膜厚度及其形状进行测量。由于设计方法的原因，传统实验装置利用简化了的液压缸中缸筒与活塞摩擦模型，这种装置不能真实的模拟液压缸的工作环境。

实际情况中的液压缸经常在工作载荷变动，活塞偏载等情况下工作，还有摩擦副的两个接触体均为弧形曲面情况的存在。采用轴向载荷和径向载荷均可变的实验装置，能更加真实地模拟液压缸的实际工作环境，同时也便于实验的测量；运用透明玻璃缸筒进行试验不仅真实模拟液压缸的摩擦副模型而且还可以满足实验测量的要求，实现对液压缸弹流润滑状况的动态实时测量。这种动态测量直线往复运动液压缸弹流润滑油膜膜厚和形状的装置很少见，可以帮助今后对液压缸弹流润滑问题的研究。

发明内容

本发明的目的主要为了解决上述问题，而提供一种变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置。

本发明包括基座、缸体组件、驱动装置、测量装置和润滑装置，所述缸体组件包括弹簧组件、活塞杆、卡键、活塞、外缸筒、玻璃衬套、端盖和导向套，塞杆左端穿过左侧的直线轴承与固定在基座上的弹簧组件相连接，另一端穿过直线轴承在弹簧组件的作用下始终与凸轮相接触，弹簧一端固定在机架上的弹簧座上，另一端穿过活塞杆左端上的导柱，活塞通过卡键与活塞杆连接，活塞杆穿过导向套，导向套固定在端盖上，玻璃衬套装在外缸筒内，缸体两侧的端盖通过四根拉杆将液压缸紧固起来，即采用拉杆式液压缸；

所述驱动装置包括电动机、凸轮和直线轴承，其中直线轴承对称的安装在缸体组件的两侧，电动机安装在基座上，凸轮与电动机的动力轴传动相连，活塞杆抵在凸轮的凸轮曲面上；

所述测量装置包括托台、数据处理模块、微型摄像机、光源组件和直线导轨滑台，数据处理模块、微型摄像机、光源组件和直线导轨滑台分别安装在托台上，光源安装在托台左侧，微型摄像机安装在直线导轨滑台的顶部，数据处理装置安装在托台右侧，托台固定在液压缸部分正下方的基座上；

所述润滑装置包括给油箱和集油箱，给油箱安装在端盖正上方，端盖内设有用于将给油箱内的油液输送到缸体内部的油路，外缸筒一端底部开有一卸油口，并用油管将卸油口和集油箱相连，形成流动油路。

所述弹簧组件由四根并联的高强度弹簧构成，弹簧固定在基座上的弹簧座上，活塞杆左端有四根导柱与之相配合，在活塞往复运动过程中，保证活塞杆右端始终与凸轮相接触，同时使得活塞杆在往复运动过程中轴向载荷是变动的，提供交变的轴向载荷。

所述直线轴承通过紧固块固定在基座上的阶梯孔内，在紧固块内孔和基座上的阶梯孔端面之间给挡块留有微动空间，直线轴承下部的挡块被平衡弹簧紧压在紧固块的内孔底部。

所述直线轴承上方设有砝码增减装置，砝码增减装置由砝码盘和砝码组成，所述砝码盘安装在直线轴承顶部，砝码放置在砝码盘上，挡块连接在直线轴承底部。

拉杆式液压缸用螺栓固定在基座上；活塞杆左端与弹簧组件相连，右端与凸轮接触。

所述外缸筒采用HT200高强度铸铁；玻璃衬套采用曲面钢化玻璃。

所述外缸筒正下方开有若干等距的通孔，外缸筒与玻璃衬套采用间隙配合。

给油箱安装在左端盖上，给油箱上有用于控制油液流量的开关，集油箱放置在基座下方的水平地面上。

所述直线导轨滑台组件是电动滑台。

本发明与现有技术相比，具有以下的主要的优点：

1.液压缸轴向载荷变动，能较为真实的模拟生产过程中液压缸的工作载荷。

2.可以通过增减砝码来控制液压缸的径向载荷，模拟液压缸在工作中偏载的现象。

3.直接用液压缸作为弹流润滑的模型，可以得到液压缸在工作时更加精确的弹流润滑特性参数。

4.采用外缸筒和玻璃衬套相配合的结构作为缸筒，不仅可以增强玻璃衬套的强度，而且还可以实现用光干涉法对弹流润滑油膜进行测量。

5.测量装置中的微型摄像机可以在平面内沿X-Y方向移动，测量过程中可以调整其位置，找到最佳的测量位置。

6.克服了不能对液压缸进行实时在线测量的难题，本装置可以实现对工作中的液压缸内部进行摩擦副间弹流润滑油膜进行测量。

7.本装置可以在液压缸连续工作的情况下，对缸体内部不同位置进行测量，由于不同位置的工作载荷不同，可以得到液压缸在不同工作载荷情况下的弹流润滑的油膜特性。

附图说明

图1是本发明提供的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置的结构示意图(剖视图)。

图2是图1的局部放大图。

图3是直线轴承组件主视图。

图4是直线轴承组件侧视图(局部剖视图)。

图5是弹簧座主视图。

图6是定位组件主视图。

图7是定位组件俯视图。

图8是定位组件仰视图。

图9是直线导轨剖视图。

图10是缸体组件主视图(剖视图)。

图11是端盖的主视图(剖视图)。

图12是端盖的侧视图。

图中：1.弹簧组件；2.活塞杆；3.直线轴承；4.平衡弹簧；5.紧固块；6.给油箱；7.卡键；8.活塞；9.外缸筒；10.玻璃衬套；11.端盖；12.导向套；13.砝码；14.挡块；15.凸轮；16.电动机；17.基座；18.集油箱；19.数据处理装置；20.支架；21.直线导轨；22.梯形丝杠；23.移动滑台；24.滚轮；25.微型摄像机；26.托台；27.光源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1-12所示，本发明包括基座17、缸体组件、驱动装置、测量装置和润滑装置，所述缸体组件包括弹簧组件1、活塞杆2、卡键7、活塞8、外缸筒9、玻璃衬套10、端盖11和导向套12，塞杆2左端穿过左侧的直线轴承3与固定在基座17上的弹簧组件1相连接，另一端穿过直线轴承3在弹簧组件1的作用下始终与凸轮15相接触，弹簧组件1一端固定在机架上的弹簧座上，另一端穿过活塞杆2左端上的导柱，活塞8通过卡键7与活塞杆2连接，活塞杆2穿过导向套12，导向套12固定在端盖11上，玻璃衬套10装在外缸筒9内，缸体两侧的端盖11通过四根拉杆将液压缸紧固起来，即采用拉杆式液压缸；

所述驱动装置包括电动机16、凸轮15和直线轴承3，其中直线轴承3对称的安装在缸体组件的两侧，电动机16安装在基座17上，凸轮15与电动机16的动力轴传动相连，活塞杆2抵在凸轮15的凸轮曲面上；

所述测量装置包括托台26、数据处理模块19、微型摄像机25、光源组件27和直线导轨滑台，托台26固定安装在基座17底部，数据处理模块19、微型摄像机25、光源组件27和直线导轨滑台分别安装在托台26上，光源27安装在托台26左侧，微型摄像机25安装在直线导轨滑台的顶部，数据处理装置19安装在托台26右侧，托台固定在液压缸部分正下方的基座17上；

所述润滑装置包括给油箱6和集油箱18，给油箱6安装在端盖11正上方，端盖11内设有用于将给油箱6内的油液输送到缸体内部的油路，外缸筒9一端底部开有一卸油口，并用油管将卸油口和集油箱18相连，形成流动油路。

所述弹簧组件1由四根并联的高强度弹簧构成，弹簧固定在基座17上的弹簧座上，活塞杆2左端有四根导柱与之相配合，在活塞8往复运动过程中，保证活塞杆2右端始终与凸轮15相接触，同时使得活塞杆2在往复运动过程中轴向载荷是变动的，提供交变的轴向载荷。

所述直线轴承3通过紧固块5固定在基座17上的阶梯孔内，在紧固块5内孔和基座17上的阶梯孔端面之间给挡块14留有微动空间，直线轴承3下部的挡块14被平衡弹簧4紧压在紧固块5的内孔底部。

所述直线轴承3上方设有砝码增减装置，砝码增减装置由砝码盘和砝码13组成，所述砝码盘安装在直线轴承3顶部，砝码13放置在砝码盘上，挡块14连接在直线轴承3底部。

拉杆式液压缸用螺栓固定在基座17上；活塞杆2左端与弹簧组件1相连，右端与凸轮15接触。

所述外缸筒9采用HT200高强度铸铁；玻璃衬套10采用曲面钢化玻璃。

所述外缸筒9正下方开有若干等距的通孔，外缸筒9与玻璃衬套10采用间隙配合。

给油箱6安装在左端盖11上，给油箱6上有用于控制油液流量的开关，集油箱18放置在基座17下方的水平地面上。

所述直线导轨滑台组件是电动滑台。

直线导轨滑台组件，结构如图6、图7、图8、图9所示，包括支架20、直线导轨21、梯形丝杠22、移动滑台23、滚轮24，支架20将直线导轨21和梯形丝杠22固定在托台26上，移动滑台23装在直线导轨21上，上述梯形丝杠22与电机相连，并将电机的转动转换为移动滑台23沿直线导轨21的直线滑动。

变载荷工况液压缸弹流润滑油膜厚度及其形状的测量实验有以下步骤：

1、打开给油箱6上的流量开关，让油液流入液压缸内部进行润滑，当有油液流入集油箱18时，打开电机16的开关让其运转，使活塞8在玻璃衬套10内做往复直线运动，当油液充分的浸润玻璃衬套10的内壁后调整流量开关，使油液缓慢流出。

2、打开光源27，调整移动滑台23在直线导轨21上的位置以及微型摄像机25在移动滑台23上的位置，使光源射出的光，经微型摄像机25内的反光镜反射后刚好可以射进外缸筒9正下方的左边第一个小孔内，并根据输出的图像，再进行微调，直到获得最佳的图像效果为止，记录此时的弹流润滑光干涉图像。每个小孔位置处弹簧组件1的压缩量不同，根据活塞的行程和弹簧原长和活塞在极限位置处弹簧的压缩量的得出在测量位置处弹簧的压缩量，可得出该位置处的活塞8的工作负载。在电机16连续运转的情况下，用此方法依次得到剩下的小孔位置处的弹流润滑图像和活塞8的工作负载大小。

3、实验过程中，如果需要测定某一工作载荷下，偏载对油膜的影响状况，可以将微型摄像机对准该载荷下相应的小孔，并在直线轴承3上的砝码盘中添加砝码13，同时记录每次增减砝码13后的光干涉图像和砝码13数量，平衡弹簧4的压缩量很小，砝码的重量近似等于直线轴承3对活塞杆2的作用力，即活塞8所受到的偏载荷大小。

4、实验过程中，如果需要测定在一定偏载荷下，工作载荷对油膜的影响情况，可以根据要求在直线轴承3上的砝码盘中添加相应数量的砝码13，即标定偏载荷的大小。依次移动移动滑台23，记录每一小孔位置处的光干涉图像，和相应点处的活塞8的行程算出弹簧组件1的压缩量得出活塞8的工作负载。

5、实验过程中，通过数据处理装置19，将采集到的高清图像进行处理和计算得到弹流润滑油膜的厚度及其形状。

6、结束实验时，先关掉电机16，再关掉给油箱6上的流量调节开关。

Claims (9)

1.一种变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，包括基座(17)、缸体组件、驱动装置、测量装置和润滑装置，其特征在于：

所述缸体组件包括弹簧组件(1)、活塞杆(2)、卡键(7)、活塞(8)、外缸筒(9)、玻璃衬套(10)、端盖(11)和导向套(12)，活塞杆(2)左端穿过左侧的直线轴承(3)与固定在基座(17)上的弹簧组件(1)相连接，另一端同样穿过直线轴承(3)，在弹簧组件(1)的作用下活塞杆(2)始终与凸轮(15)相接触。弹簧(1)一端固定在机架上的弹簧座上，另一端穿过活塞杆(2)左端上的导柱，活塞(8)通过卡键(7)与活塞杆(2)连接，活塞杆(2)穿过导向套(12)，导向套(12)固定在端盖(11)上，玻璃衬套(10)装在外缸筒(9)内，缸体两侧的端盖(11)通过四根拉杆将液压缸紧固起来，即采用拉杆式液压缸；

所述驱动装置包括电动机(17)、凸轮(16)和直线轴承(3)，其中直线轴承(3)对称的安装在缸体组件的两侧，电动机(16)安装在基座(17)上，凸轮(15)与电动机(16)的动力轴传动相连，活塞杆(2)抵在凸轮(15)的凸轮曲面上；

所述测量装置包括托台(26)、数据处理模块(19)、微型摄像机(25)、光源组件(27)和直线导轨滑台，托台(26)固定安装在基座(17)底部，数据处理模块(19)、微型摄像机(25)、光源组件(27)和直线导轨滑台分别安装在托台(26)上，光源组件(27)安装在托台(26)左侧，微型摄像机(25)安装在直线导轨滑台的顶部，数据处理装置(19)安装在托台(26)右侧，托台固定在液压缸部分正下方的基座(17)上；

所述润滑装置包括给油箱(6)和集油箱(18)，给油箱(6)安装在端盖(11)正上方，端盖(11)内设有用于将给油箱(6)内的油液输送到缸体内部的油路，外缸筒(9)一端底部开有一卸油口，并用油管将卸油口和集油箱(18)相连，形成流动油路。

2.根据权利要求1所述的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，其特征在于所述弹簧组件(1)由四根并联的高强度弹簧构成，弹簧固定在基座(17)上的弹簧座上，活塞杆(2)左端有四根导柱与之相配合，在活塞(8)往复运动过程中，保证活塞杆(2)右端始终与凸轮(15)相接触，同时使得活塞杆(2)在往复运动过程中轴向载荷是变动的，提供交变的轴向载荷。

3.根据权利要求1所述的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，其特征在于所述直线轴承(3)通过紧固块(5)固定在基座(17)上的阶梯孔内，在紧固块(5)内孔和基座(17)上的阶梯孔端面之间给挡块(14)留有微动空间，直线轴承(3)下部的挡块(14)被平衡弹簧(4)紧压在紧固块(5)的内孔底部。

4.根据权利要求3所述的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，其特征在于所述直线轴承(3)上方设有砝码增减装置，砝码增减装置由砝码盘和砝码(13)组成，所述砝码盘安装在直线轴承(3)顶部，砝码(13)放置在砝码盘上，挡块(14)连接在直线轴承(3)底部。

5.根据权利要求1所述的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，其特征在于拉杆式液压缸用螺栓固定在基座(17)上；活塞杆(2)左端与弹簧组件(1)相连，右端与凸轮(15)接触。

6.根据权利要求1所述的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，其特征在于所述外缸筒(9)采用HT200高强度铸铁；玻璃衬套(10)采用曲面钢化玻璃。

7.根据权利要求6所述的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，其特征在于所述外缸筒(9)正下方开有若干等距的通孔，外缸筒(9)与玻璃衬套(10)采用间隙配合。

8.根据权利要求1所述的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，其特征在于给油箱(6)安装在左端盖(11)上，给油箱(6)上有用于控制油液流量的开关，集油箱(18)放置在基座(17)下方的水平地面上。

9.根据权利要求1所述的变载荷工况液压缸弹流润滑实验装置，其特征在于所述直线导轨滑台组件是电动滑台。