CN108266361B - 一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机及测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机及系统。在测试样机中，主轴通过花键驱动缸体旋转，前后端盖和透明筒壁共同组成密封壳体，方便外界观察流场和组件运动状况，液压分离力主要由拉杆承受；缸体内利用油封分割为二，可分别测量配流副、滑靴副和柱塞副两侧的泄漏；相比于普通柱塞泵结构，缸体和配流盘之间增加一过渡盘，方便安装位移传感器测量油膜以及调节配流盘和缸体配流面结构尺寸；斜盘和滑靴之间增加旋转盘，方便安装位移传感器和压力传感器，位移传感器对准滑靴密封带，压力传感器对准滑靴油室，旋转盘可旋转以改变测量位置，实现对滑靴状态的连续捕捉，旋转盘调定位置后通过定位机构固定于前端盖，防止因滑靴摩擦产生旋转。

Description

一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机及测试系统
技术领域
本发明属于液压系统研究领域，尤其涉及一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机及测试系统。
背景技术
轴向柱塞泵具有高可靠性、高功率密度和高效率等优点，因此常作为液压系统动力元件的首选，尤其是在航空、车辆等领域更是难以替代。轴向柱塞泵主要由斜盘、柱塞、缸体、配流盘和传动轴等组成，其工作是依靠柱塞在缸体孔内作往复运动时产生的容积变化进而吸油和压油完成的。
当前，随着工业应用对柱塞泵的工作品质要求的不断提高，尤其是柱塞泵面向高压高速的发展趋势，要求人们更加深入研究轴向柱塞泵内部工作机理，除了理论建模，试验研究也是不可或缺的手段。
国内外学者针对柱塞泵的压力流量特性、流场特性、摩擦副润滑特性、效率特性等开展了一系列理论和试验研究，并且研发了诸多试验样机，取得很多成效，但这些试验泵或试验部件，或是对柱塞泵真实结构和运行条件改变太大而无法模拟其实际工作状态；或是取实泵做试验而很难对关注点做针对性测量而得到详尽数据，因此大大限制了试验效果，亟需一种既可以模拟整泵工作状态又可以支持内部多功能测量的试验样机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机及测试系统，旨在解决现有试验样机无法模拟柱塞泵的实际工作状态或者获得针对性的测量数据等问题。
本发明是这样实现的，一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机，该测试样机包括圆柱型壳体，所述壳体包括前端盖、后端盖以及连接前后端盖的透明筒壁；所述壳体轴心处设有主轴，所述主轴一端从前端盖伸出，且所述主轴另一端设置在后端盖上；在前端盖至后端盖方向上，所述壳体腔内设有均与壳体共轴心的斜盘、旋转盘、缸体、过渡盘以及配流盘；其中，
所述斜盘固定前端盖上，所述斜盘上设有旋转盘，所述旋转盘上设有用于将旋转盘固定在斜盘上的定位机构，所述斜盘与旋转盘之间设有压力传感器和第一位移传感器，所述旋转盘远离斜盘方向侧设有以壳体轴心为中心对称分布的若干滑靴；
所述壳体内设有以壳体轴心为中心对称分布的若干柱塞，所述柱塞一端与所述滑靴相对，且每一所述柱塞另一端分别设于缸体一柱塞腔内，所述缸体固定在主轴上且与主轴之间形成腔室，该腔室内设有中心弹簧，所述中心弹簧靠前端盖方向的前端顶在主轴上，且所述中心弹簧后端压紧在腔室底端；所述缸体与壳体腔壁内侧之间通过油封密封；所述缸体靠后端盖方向端固定在过渡盘上，所述过渡盘以接触且可互相运动的方式设置在配流盘上，所述配流盘固定在后端盖上，所述后端盖上设有用于检测过渡盘位移情况的第二位移传感器。
优选地，所述旋转盘上设有球铰、回程盘，所述球铰、回程盘压紧滑靴在斜盘上。
优选地，所述壳体还包括若干以壳体轴心为中心对称分布的若干拉杆，所述拉杆位于筒壁外侧，且所述拉杆两端分别连接在前端盖和后端盖上。
优选地，所述定位机构为定位销；所述定位销固定在旋转盘靠斜盘方向侧，所述斜盘上设有若干与所述定位销适配的销孔。
本发明进一步公开了一种研究用多功能轴向柱塞泵测试系统，该系统包括权利要求上述测试样机，所述系统还包括：
固定在所述测试样机的主轴端部、用于驱动主轴转动的驱动电机；
设于所述测试样机的主轴上、用于测量主轴转速转矩的转速转矩仪；
用于为所述测试样机提供背压的补油泵；
用于对所述测试样机壳体内包括流场、零部件运动状态在内的信息进行记录的高速摄像机；
用于作为负载连接测试样机高压侧的加载阀；
用于对所述测试样机中压力、位移、温度数据收集并处理的数据采集系统；
用于控制所述驱动电机工作、采集所述转速转矩仪信号数据的控制台；其中，
所述驱动电机输出轴端连接测试样机的主轴端，且所述驱动电机输出轴或测试样机的主轴上设有转速转矩仪，所述转速转矩仪与控制台信号线连接；所述补油泵、加载阀分别设置在于缸体导通的管道上；所述高速摄像机的拍摄镜头正对测试样机的透明筒壁；所述补油泵、加载阀、高速摄像机分别与数据采集系统信号线连接，所述数据采集系统与控制台数据线连接。
本发明克服现有技术的不足，提供一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机及测试系统。在测试样机中，主轴通过花键(位于主轴的中部，和缸体结合处)驱动缸体(斜盘不动)旋转，前后端盖和透明筒壁共同组成密封壳体，方便外界观察流场和组件运动状况，液压分离力主要由拉杆承受；缸体内利用油封分割为二，可分别测量配流副、滑靴副和柱塞副两侧的泄漏；相比于普通柱塞泵结构，缸体和配流盘之间增加一过渡盘，一方面方便安装位移传感器测量油膜，另一方面方便调节配流盘和缸体配流面结构尺寸，以免重新加工缸体；斜盘和滑靴之间增加旋转盘，方便安装位移传感器和压力传感器，位移传感器对准滑靴密封带，压力传感器对准滑靴油室，旋转盘可旋转以改变测量位置，实现对滑靴状态的连续捕捉，旋转盘调定位置后通过定位机构固定于前端盖，防止因滑靴摩擦产生旋转。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)透明壳体。采用透明壳体便于直接观察泵内部流场，干式壳体情况下还可以直接观测滑靴、柱塞自转行为，以及摩擦副泄漏情况；采用拉杆承受液压分离力。
(2)隔腔设计。在缸体内加装油封将泵腔分割为二的，左侧可测量泵滑靴副和柱塞副泄漏，右侧可测量配流副泄漏，更加详细验证柱塞泵泄漏规律。
(3)尺寸可调配流盘结构。配流盘结构设计是柱塞泵设计的难点，往往需要重复验证。用过渡盘和配流盘的配合，一方面方便安装位移传感器测量油膜，另一方面方便调节配流盘和缸体配流面结构尺寸，以免重新加工缸体，节约成本。
(4)滑靴副测试结构。斜盘和滑靴之间增加旋转盘，方便安装位移传感器和压力传感器，斜盘固定后过渡盘可旋转以改变测量位置，实现对滑靴状态的连续捕捉，旋转盘调定位置后通过定位机构固定于前端盖，防止因滑靴摩擦产生旋转。此结构简单，并可实现不同角度下对滑靴底部油膜的测量。
附图说明
图1是本发明一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机的剖视结构图；
图2是本发明一种研究用多功能轴向柱塞泵测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1是本发明一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机的剖视结构图。
本发明公开了一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机10，该测试样机10包括圆柱型壳体，所述壳体包括前端盖11、后端盖12以及连接前后端盖12的透明筒壁13；所述壳体轴心处设有主轴14，所述主轴14一端从前端盖11伸出，且所述主轴14另一端设置在后端盖12上；在前端盖11至后端盖12方向上，所述壳体腔内设有均与壳体共轴心的斜盘15、旋转盘16、缸体17、过渡盘18以及配流盘19；其中，
所述斜盘15固定前端盖11上，所述斜盘15上设有旋转盘16，所述旋转盘16上设有用于将旋转盘16固定在斜盘15上的定位机构(图中省略视图)，所述斜盘15与旋转盘16之间设有压力传感器110和第一位移传感器111，所述旋转盘16远离斜盘15方向侧设有以壳体轴心为中心对称分布的若干滑靴112；
所述壳体内设有以壳体轴心为中心对称分布的若干柱塞113，所述柱塞113一端与所述滑靴112相对，且每一所述柱塞113另一端分别设于缸体17一柱塞113腔内，所述缸体17固定在主轴14上且与主轴14之间形成腔室，该腔室内设有中心弹簧114，所述中心弹簧114靠前端盖方向的前端顶在主轴14上，且所述中心弹簧114后端压紧在腔室底端；所述缸体17与壳体腔壁内侧之间通过油封115密封；所述缸体17靠后端盖12方向端固定在过渡盘18上，所述过渡盘18以接触且可互相运动的方式设置在配流盘19上，所述配流盘19固定在后端盖12上，所述后端盖12上设有用于检测过渡盘18位移情况的第二位移传感器116。
在本发明实施例中，主轴14通过花键(位于主轴14的中部，和缸体17结合处)驱动缸体17(斜盘15不动)旋转，前后端盖12和透明筒壁13共同组成密封壳体，方便外界观察流场和组件运动状况，液压分离力主要由拉杆承受；缸体17内利用油封115分割为二，可分别测量配流副、滑靴112副和柱塞113副两侧的泄漏；相比于普通柱塞113泵结构，缸体17和配流盘19之间增加一过渡盘18，一方面方便安装第一位移传感器111测量油膜，另一方面方便调节配流盘19和缸体17配流面结构尺寸，以免重新加工缸体17；斜盘15和滑靴112之间增加旋转盘16，方便安装第一位移传感器111和压力传感器110，第一位移传感器111对准滑靴112密封带，压力传感器110对准滑靴112油室，旋转盘16可旋转以改变测量位置，实现对滑靴112状态的连续捕捉，旋转盘16调定位置后通过定位机构固定于前端盖11，防止因滑靴112摩擦产生旋转。
在本发明实施例中，所述定位机构为定位销(图中省略标号)；所述定位销固定在旋转盘16靠斜盘15方向侧，所述斜盘15上设有若干与所述定位销适配的销孔。
在本发明实施例中，为使测试样机10结构更稳定，所述壳体还包括若干以壳体轴心为中心对称分布的若干拉杆(图中省略视图)，所述拉杆位于筒壁13外侧，且所述拉杆两端分别连接在前端盖11和后端盖12上。
在本发明实施例中，所述旋转盘16上设有球铰117、回程盘118，所述球铰117、回程盘118压紧滑靴112在斜盘15上。
在本发明的实际应用过程中，本发明进一步提供了研究用多功能轴向柱塞113泵测试系统，如图2所示，该系统包括上述测试样机10，以及还包括：
固定在所述测试样机10的主轴14端部、用于驱动主轴14转动的驱动电机20；
设于所述测试样机10的主轴14上、用于测量主轴14转速转矩的转速转矩仪30；
用于为所述测试样机提供背压的补油泵40；
用于对所述测试样机10壳体内包括流场、零部件运动状态在内的信息进行记录的高速摄像机50；
用于作为负载连接测试样机高压侧的加载阀60；
用于对所述测试样机10中压力、位移、温度数据收集并处理的数据采集系统70；
用于控制所述驱动电机20工作、采集所述转速转矩仪30信号数据的控制台80；其中，所述驱动电机20输出轴端连接测试样机10的主轴14端，且所述驱动电机20输出轴或测试样机10的主轴14上设有转速转矩仪30，所述转速转矩仪30与控制台80信号线连接；所述补油泵40、加载阀60分别设置在于缸体17导通的管道上；所述高速摄像机50的拍摄镜头正对测试样机10的透明筒壁13；所述补油泵40、加载阀60、高速摄像机50分别与数据采集系统70信号线连接，所述数据采集系统70与控制台80数据线连接。
在本发明实施例中，测试样机10为透明壳体，高速摄像机50可直接观察泵内部流场，干式壳体情况下还可以直接观测滑靴112、柱塞113自转行为，以及摩擦副泄漏情况；采用拉杆承受液压分离力。测试样机10中缸体17内加装油封115将泵腔分割为二，左侧可测量泵滑靴112副和柱塞113副泄漏，右侧可测量配流副泄漏，更加详细验证柱塞113泵泄漏规律。配流盘19结构设计是柱塞113泵设计的难点，往往需要重复验证。用过渡盘18和配流盘19的配合，一方面方便安装第一位移传感器111测量油膜，另一方面方便调节配流盘19和缸体17配流面结构尺寸，以免重新加工缸体17，节约成本。斜盘15和滑靴112之间增加旋转盘16，方便安装位移传感器和压力传感器110，斜盘15固定后过渡盘18可旋转以改变测量位置，实现对滑靴112状态的连续捕捉，旋转盘16调定位置后通过定位机构固定于前端盖11，防止因滑靴112摩擦产生旋转。此结构简单，并可实现不同角度下对滑靴112底部油膜的测量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种研究用多功能轴向柱塞泵测试样机，其特征在于，该测试样机包括圆柱型壳体，所述壳体包括前端盖、后端盖以及连接前后端盖的透明筒壁；所述壳体轴心处设有主轴，所述主轴一端从前端盖伸出，且所述主轴另一端设置在后端盖上；在前端盖至后端盖方向上，所述壳体腔内设有均与壳体共轴心的斜盘、旋转盘、缸体、过渡盘以及配流盘；其中，
所述斜盘固定前端盖上，所述斜盘上设有旋转盘，所述旋转盘上设有用于将旋转盘固定在斜盘上的定位机构，所述斜盘与旋转盘之间设有压力传感器和第一位移传感器，所述旋转盘远离斜盘方向侧设有以壳体轴心为中心对称分布的若干滑靴；位移传感器对准滑靴密封带，压力传感器对准滑靴油室，旋转盘可旋转以改变测量位置，实现对滑靴状态的连续捕捉，旋转盘调定位置后通过定位机构固定于前端盖，防止因滑靴摩擦产生旋转；
所述壳体内设有以壳体轴心为中心对称分布的若干柱塞，所述柱塞一端与所述滑靴相对，且每一所述柱塞另一端分别设于缸体一柱塞腔内，所述缸体固定在主轴上且与主轴之间形成腔室，该腔室内设有中心弹簧，所述中心弹簧靠前端盖方向的前端顶在主轴上，且所述中心弹簧后端压紧在腔室底端；所述缸体与壳体腔壁内侧之间通过油封密封；所述缸体靠后端盖方向端固定在过渡盘上，所述过渡盘以接触且可互相运动的方式设置在配流盘上，所述配流盘固定在后端盖上，所述后端盖上设有用于检测过渡盘位移情况的第二位移传感器。
2.如权利要求1所述的研究用多功能轴向柱塞泵测试样机，其特征在于，所述旋转盘上设有球铰、回程盘，所述球铰、回程盘压紧滑靴在斜盘上。
3.如权利要求2所述的研究用多功能轴向柱塞泵测试样机，其特征在于，所述壳体还包括若干以壳体轴心为中心对称分布的若干拉杆，所述拉杆位于筒壁外侧，且所述拉杆两端分别连接在前端盖和后端盖上。
4.如权利要求3所述的研究用多功能轴向柱塞泵测试样机，其特征在于，所述定位机构为定位销；所述定位销固定在旋转盘靠斜盘方向侧，所述斜盘上设有若干与所述定位销适配的销孔。
5.一种研究用多功能轴向柱塞泵测试系统，其特征在于，该系统包括权利要求1～4任一项所述的测试样机，所述系统还包括：
固定在所述测试样机的主轴端部、用于驱动主轴转动的驱动电机；
所述驱动电机输出轴端连接测试样机的主轴端，且所述驱动电机输出轴或测试样机的主轴上设有转速转矩仪，
用于为所述测试样机提供背压的补油泵；
用于对所述测试样机壳体内包括流场、零部件运动状态在内的信息进行记录的高速摄像机；
用于作为负载连接测试样机高压侧的加载阀；
用于对所述测试样机中压力、位移、温度数据收集并处理的数据采集系统；
用于控制所述驱动电机工作、采集所述转速转矩仪信号数据的控制台；其中，
所述转速转矩仪与控制台信号线连接；所述补油泵、加载阀分别设置在于缸体导通的管道上；所述高速摄像机的拍摄镜头正对测试样机的透明筒壁；所述补油泵、加载阀、高速摄像机分别与数据采集系统信号线连接，所述数据采集系统与控制台数据线连接。
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