CN107036728B - 轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性测试装置，其润滑油膜温度测试平台主要包括K型热电偶传感器、织构化滑靴。液压泵为润滑润滑油膜温度测试平台提供动力源；流量控制阀控制测试平台的输入流量；K型热电偶传感器通过螺纹固定在被测织构化滑靴的试验件上，且两个温度传感器180°对称安装，用于测量不同工况和不同表面织构形式下滑靴副油膜温度特性，溢流阀控制测试平台的最高输入压力、亿恒数据采集系统能够收集测试平台在不同工况下的油膜温度数据，完成对实验数据的分析和处理等工作。
Description
技术领域
本发明涉及轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性测试装置。
背景技术
目前，轴向柱塞泵滑靴副热力学性能的试验研究，国内外研究机构提出了一些的试验方案，大多数以平面滑靴副为研究对象，测试滑靴副油膜特性。常用的测试方法有两种，一种是简化或改制柱塞泵的结构，模拟柱塞泵运动，进行局部的内部参数测量，这种方案设计加工简单易实现，但在功能上与实际柱塞泵的差别较大，测试结果存在一定的误差；另一种为模型泵方案，是在实际柱塞泵的结构基础上，通过改造局部结构，在泵内部布置传感器，对柱塞泵内摩擦副特性进行测试，由于保持泵的原有结构，模型泵保留了泵的实际功能，且测试结果较为真实，但考虑到实际柱塞泵往往结构非常紧凑，对于模型泵试验装置的设计和加工都具有较大难度。
滑靴副作为轴向柱塞泵的关键摩擦副之一，频繁承受周期性压力冲击，且运动速度较高，接触比压较大，导致滑靴副极易产生润滑失效，甚至严重磨损，影响柱塞泵的使用寿命。因此，轴向柱塞泵滑靴副的润滑性能设计，不仅有利于提高柱塞泵的工作性能，而且有利于提高其使用寿命。
发明内容
本发明解决了现有技术中采用现有模拟装置无法测试柱塞泵中织构化滑靴副油膜温度的性能参数，测试结果存在误差，而在实际柱塞泵往往结构非常紧凑，滑靴的性能参数测试存在传感器安置困难、实验装置的加工难度较大、测试信号的外界振动干扰显著等问题。
表面织构技术是一种以改善表面界面性能为目的工程技术，通过微/纳加工方法在表面获取图案化的非光滑表面(表面织构)，主要以凹坑、沟槽等微结构单元构成材料表面的微结构阵列，其微结构单元具有0.01-0.03 mm的深度和宽度，与传统的加工表面相比，材料表面的微结构单元具有独特的润滑减摩特性。
为了达到上述目的，本发明采用液压泵、流量控制阀、溢流阀、亿恒数据采集系统和润滑油膜温度测试平台，构成轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性检测装置，其中：
润滑油膜温度测试平台主要包括K型热电偶传感器、滑靴、斜盘、驱动轴和电动机。液压泵为润滑润滑油膜温度测试平台提供动力源；流量控制阀控制测试平台的输入流量；溢流阀控制测试平台的最高输入压力、亿恒数据采集系统能够收集测试平台在不同工况下的油膜温度数据，完成对实验数据的分析和处理等工作。
液压泵、流量控制阀和溢流阀构成液压动力系统，变频电机控制液压泵的转速。液压泵的高压油口分别与流量控制阀和溢流阀的进油口相联，流量控制阀的出油口与织构化滑靴副测试装置的进油口相连，并在测试装置的进油口处安装压力传感器。测试装置中被测滑靴的密封带处设置测量孔，测量孔的直径为0.5-1mm，在测量孔处安装K型热电偶传感器，并将测试装置的泄漏油口与流量传感器相连接。溢流阀的出油口依次与回油过滤器、散热器相连接。
润滑油膜温度测试平台包括：织构化滑靴副测试装置的底座和端盖固定，将被测织构化滑靴的试验件与调整平板连接，并通过调整螺钉固定在端盖上，四个调整螺钉成90°等分，对称分布在调整平板的两侧，斜盘与驱动轴连接，通过螺钉固定在驱动轴上，并与推力轴承紧密配合。圆锥滚子轴承与端盖孔配合，K型热电偶传感器通过螺纹固定在被测织构化滑靴的试验件上，两个温度传感器180°对称安装在滑靴上面。变频调速电机与联轴器相连接，联轴器的另一端与织构化滑靴副测试装置的驱动轴相连接，变频电机的控制线与变频电机相连接。
亿恒数据采集系统包括：K型热电偶传感器180°对称安装在被测试滑靴上，且测试装置的进油口处和泄漏油口处分别安装压力传感器和流量传感器。所有传感器的数据线与数据采集卡的接触板相连，数据采集卡安装在计算机的主板上，可以实时地输出试验数据，并在计算机上显示相应的数据曲线。
1. 织构化滑靴副热力学特性测试平台用来试验研究不同工况和不同表面织构形式下滑靴副油膜温度特性。亿恒数据采集系统能够实时地监测油膜温度的动态变化规律，采集试验过程中的压力和泄漏流量等工作参数，完成对测试数据的分析和处理。压力传感器测试系统的压力，K型热电偶传感器测量不同工况和不同表面织构形式下滑靴副油膜温度特性，流量传感器测量滑靴副的泄漏流量；
2. 本试验装置中被测试滑靴试验件与调整平板相互连接，可以通过四个调整螺钉的螺纹深度来调整滑靴的倾斜角度，倾斜角度控制范围在0.01°~0.08°，适用于测试不同倾覆角度下织构化滑靴副油膜温度特性；
3. 本实验装置中的被测滑靴试验件更换容易，可以加工出圆形、椭圆形、正方形、三角形和球面等表面织构形状，可以在不同压力、转速、温度、滑靴表面织构形式下对滑靴副的油膜温度特性进行测试；
4. 本实验装置使用高精度K型热电偶传感器测量滑靴副间隙油膜温度，以保持对油膜温度的测量误差在±2°C；
5. 织构化滑靴副热力学特性试验装置的试验压力范围为0~40 MPa，变频电机的输入转速为3000~4600 r/min，该试验装置可以为高速重载轴向柱塞泵滑靴副可靠性设计提供试验平台。
本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更佳详细的描述。
附图说明
图1是本发明的控制结构示意图。
图2是本发明的测量装置内部结构示意图。
图3是本发明的滑靴结构示意图。
图4是本发明的滑靴表面示意图。
图5是本发明的凹坑结构示意图。
其中：1、底座；2、斜盘；3、驱动轴；4、电动机；5、织构化滑靴；6、凹坑；7、测量孔；8、液压泵；9、溢流阀；10、过滤网；11、散热器；12、流量控制阀；13、压力传感器；14、进油口；15、流量传感器；16、热电偶传感器；17、亿恒数据采集系统；18、计算机；19、端盖；20、调整平板；21、下限位轴头；22、滚子轴承；23、推力轴承；24、调整螺钉；25、泄漏油口。
具体实施方式
如图1-5所示，本实施例的轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性测试装置，包括润滑油膜温度测试平台、液压系统以及测试系统；
润滑油膜温度测试平台包括底座1、安装在底座1上的端盖19、安装在端盖19与底座1围成的测试空腔内的斜盘2、插装设置在斜盘2上的驱动轴3、设置在驱动轴3下端的下限位轴头21、带动驱动轴3旋转的电动机4、上下活动设置在端盖19上且下端面与斜盘2上端面接触的织构化滑靴5、设置在织构化滑靴5下端面上的凹坑6或沟槽、设置在织构化滑靴5上且与凹坑6或沟槽连通的测量孔7、用于感知测量孔7温度的热电偶传感器16、设置在织构化滑靴5上且与凹坑6或沟槽连通的进油口14以及设置在底座1或端盖19上且与测试空腔连通的泄漏油口25；
液压系统包括油箱以及出口与进油口14连接的液压泵8；
测量系统包括热电偶传感器16信号的数据采集系统；数据采集系统与计算机18连接。热电偶传感器16为K型且至少两个圆周阵列设置在织构化滑靴5上。进油口14通过织构化滑靴5下表面上且与斜盘2上表面之间的接触间隙与凹坑6连通或进油口14与凹坑6直接连通，从而实现对接触间隙热量或直接对织构化滑靴5进行测试。
还包括设置在进油口14处的压力传感器13和/或设置在泄漏油口25处的流量传感器15；数据采集系统接受流量传感器15和/或压力传感器13信号。
液压泵8的出口与油箱之间还连接有安全支路，在安全支路依次设置有溢流阀9、过滤网10以及散热器11。从而实现安全保护，过滤与冷却油液作用。
润滑油膜温度测试平台包括设置在斜盘2下端面与底座1上表面之间的推力轴承23以及设置在斜盘2下端轴外侧壁与底座1上表面内止口之间的滚子轴承22；转动灵活。
斜盘2通过螺栓与下限位轴头21连接调整平板20。
在端盖19或调整平板20上设置有用于调整斜盘2斜度的调整螺钉24。调整方便。
在进油口14与液压泵8之间设置有流量控制阀12。适用范围广。
数据采集系统为亿恒数据采集系统17。
凹坑6为圆坑、方坑或锥坑等常见结构。
使用本发明时，电动机4-驱动轴3-斜盘2-织构化滑靴5运动；
液压泵8-流量控制阀12-压力传感器13-进油口14-间隙或直接-凹坑6-测量孔7-热电偶传感器16；进油口14-测试内腔-泄漏油口25-流量传感器15-油箱；
压力传感器13、流量传感器15、热电偶传感器16、亿恒数据采集系统17-计算机18从而得出测试信息。
本装置采用表面织构技术加工出具有一定织构图案的测试滑靴试验件，其织构参数如下：织构直径为0.1-0.3mm，织构深度为0.01-0.02mm，面积率为5%-10%。
本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不在一一例举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性测试装置，其特征在于：包括润滑油膜温度测试平台、液压系统以及测试系统；
所述润滑油膜温度测试平台包括底座(1)、安装在底座(1)上的端盖(19)、安装在端盖(19)与底座(1)围成的测试空腔内的斜盘(2)、插装设置在斜盘(2)上的驱动轴(3)、设置在驱动轴(3)下端的下限位轴头(21)、带动驱动轴(3)旋转的电动机(4)、上下活动设置在端盖(19)上且下端面与斜盘(2)上端面接触的织构化滑靴(5)、设置在织构化滑靴(5)下端面上的凹坑(6)或沟槽、设置在织构化滑靴(5)上且与凹坑(6)或沟槽连通的测量孔(7)、用于感知测量孔(7)温度的热电偶传感器(16)、设置在织构化滑靴(5)上的进油口(14)以及设置在底座(1)或端盖(19)上且与所述测试空腔连通的泄漏油口(25)；所述的凹坑(6)或沟槽作为微结构单元，均具有0.01-0.03mm的深度和宽度；
进油口(14)通过织构化滑靴(5)下表面上且与斜盘(2)上表面之间的接触间隙与凹坑(6)连通或进油口(14)与凹坑(6)直接连通；
所述液压系统包括油箱以及出口与进油口(14)连接的液压泵(8)；
所述测量系统包括热电偶传感器(16)信号的数据采集系统；所述数据采集系统与计算机(18)连接；
还包括设置在进油口(14)处的压力传感器(13)和/或设置在泄漏油口(25)处的流量传感器(15)；所述数据采集系统接受流量传感器(15)和/或压力传感器(13)信号；
液压泵(8)的出口与油箱之间还连接有安全支路，在安全支路依次设置有溢流阀(9)、过滤网(10)以及散热器(11)；
所述润滑油膜温度测试平台包括设置在斜盘(2)下端面与底座(1)上表面之间的推力轴承(23)以及设置在斜盘(2)下端轴外侧壁与底座(1)上表面内止口之间的滚子轴承(22)；
斜盘(2)通过螺栓与下限位轴头(21)连接调整平板(20)；
在端盖(19)或调整平板(20)上设置有用于调整斜盘(2)斜度的调整螺钉(24)；
将被测织构化滑靴的试验件与调整平板连接，并通过调整螺钉固定在端盖上，四个调整螺钉成90°等分，对称分布在调整平板的两侧，斜盘与驱动轴连接，通过螺钉固定在驱动轴上，并与推力轴承紧密配合，通过四个调整螺钉的螺纹深度来调整滑靴的倾斜角度，倾斜角度控制范围在0.01°～0.08°。
2.根据权利要求1所述的轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性测试装置，其特征在于:在进油口(14)与液压泵(8)之间设置有流量控制阀(12)。
3.根据权利要求1所述的轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性测试装置，其特征在于:所述数据采集系统为亿恒数据采集系统(17)。
4.根据权利要求1所述的轴向柱塞泵织构化滑靴副热力学特性测试装置，其特征在于:凹坑(6)为圆坑、方坑或锥坑。
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