CN108661903A - 一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统及方法 - Google Patents

一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统及方法 Download PDF

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    • F04C14/28—Safety arrangements; Monitoring

Abstract

本发明公开了一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统及方法，啮合齿轮和侧板间端面形成油脂间隙，所述侧板背对油脂间隙的一面设置有静压平衡槽，水泵出口分别与电磁阀和电磁溢流阀相连，电磁阀的另一端连接至静压平衡槽，电磁阀、电磁溢流阀以及水泵形成液压回路，压力检测单元设置在侧板上面对油脂间隙的一侧，压力检测单元、电磁阀、电磁溢流阀以及水泵电机均与控制器电连接，电磁溢流阀设定为压力检测单元检测到的实时压力数值。采用压力传感器获取内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙的压力以控制电磁溢流阀的溢流压力，最终借助液压回路对内啮合齿轮润滑脂泵的轴向力进行平衡。

Description

一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统及方法
技术领域
本发明涉及一种压力平衡系统及方法，尤其是一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统及方法。
背景技术
PIV技术能够对泵流场特征进行定量的表征，是探究泵内部流体流动机理最为直接和有效的手段。PIV技术核心是通过测量示踪粒子在已知很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的瞬态速度分布，其中，捕捉示踪粒子需要依靠激光对待测流场进行照射，并采用显微镜和CCD相机实现示踪粒子运动轨迹的捕获。因此，采用PIV技术进行泵的流场分析过程中，需要对泵的壳体材质进行限制，均需选用透明材质的材料。
内啮合齿轮泵端面间隙为啮合齿轮与侧板之间构成一对摩擦副。啮合齿轮端面与侧板之间的减摩是依靠间隙之间形成润滑脂液膜的润滑和支撑作用，并且间隙液膜的流动也是泵内泄漏的通道。端面间隙内部的流体具有较高的压力，迫使啮合齿轮和侧板相分离，产生较高轴向力，严重影响了内啮合齿轮泵的运转平稳性。为了削弱轴向力对泵运转的不利影响，通常均需在侧板背面开设静压平衡槽和静压平衡孔，将端面间隙内部的高压流体引入侧板背面，进而对端面间隙内部的流体压力进行平衡。实际上，这种方法并不能够达到很好的效果，端面间隙各点压力不一致，开设静压平衡孔位置对消除轴向力的效果影响很大。另外，针对内啮合齿轮润滑脂泵，润滑脂介质具有一定的颜色，静压平衡槽内部的润滑脂将会致使采用PIV技术无法考察端面间隙内部的流场。因而，开发既能够对内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力进行平衡的系统，同时不影响PIV实验装置对端面间隙流场进行可视化研究的装置，对研究内啮合齿轮润滑脂泵的端面间隙流场特征具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统及方法，可以实现对内啮合齿轮润滑脂泵的轴向力进行平衡，同时不影响PIV实验装置对端面间隙流场进行可视化研究，克服了现有技术的不足。
技术方案：一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统，啮合齿轮和侧板间端面形成油脂间隙，所述侧板背对油脂间隙的一面设置有静压平衡槽，水泵出口分别与电磁阀和电磁溢流阀相连，电磁阀的另一端连接至静压平衡槽，电磁阀、电磁溢流阀以及水泵形成液压回路，压力检测单元设置在侧板上面对油脂间隙的一侧，压力检测单元、电磁阀、电磁溢流阀以及水泵电机均与控制器电连接，电磁溢流阀设定为压力检测单元检测到的实时压力数值。
优选的，所述液压回路内为透明的流体。
优选的，所述流体为纯水。
优选的，所述压力检测单元包括多个压力传感器，压力传感器间隔布置在侧板上，控制器将多个压力传感器检测的压力平均值设置为电磁溢流阀的溢流压力值。
优选的，所述压力传感器设置在侧板上的通孔内，压力传感器与侧板通孔密封连接。
一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡方法，啮合齿轮和侧板间端面形成油脂间隙，在侧板背对油脂间隙的一侧设置可容纳流体的静压平衡槽，实时获取油脂间隙侧的压力值并在静压平衡槽内填充等值压力的流体，并设置流体的液压回路。
优选的，所述液压回路为电磁阀、电磁溢流阀和水泵组成的液压回路，水泵的出口分别与电磁阀和电磁溢流阀相连，电磁阀的另一端连接至静压平衡槽，将溢流电磁阀的溢流值设置为油脂间隙侧的压力值。
优选的，所述油脂间隙侧的压力值采取多点取值的方式，电磁溢流阀的溢流值设置为多点平均值。
有益效果：(1)采用压力传感器获取内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙的压力以控制电磁溢流阀的溢流压力，最终借助液压回路对内啮合齿轮润滑脂泵的轴向力进行平衡，能够根据端面间隙压力的变化，实现对轴向力平衡过程的动态调整；
(2)同时，采用多个压力传感器获取压力，并用压力平均值作为控制电磁溢流阀溢流压力的信号，以克服端面间隙各点压力不一致的问题；
(3)内啮合齿轮泵的侧板不开静压平衡孔，而是采用纯水注入泵侧板的静压平衡槽，纯水的透明效果不会对PIV实验装置的激光透光性产生影响。该系统在实现泵端面轴向力平衡的前提下，可以对泵端面间隙流场进行可视化表征，用以揭示泵端面间隙的流场变化规律。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的轴向力平衡系统原理图；
图2是本发明具体实施方式的啮合齿轮泵与侧板结构示意图；
图3是本发明的PIV试验系统原理图；
其中：1-啮合齿轮，2-端面间隙，3-侧板，4-电磁阀，5-电磁溢流阀，6-微流量水泵，7-控制器，8-压力传感器，9-激光源，10-显微镜，11-CCD相机，12-计算机，3a-静压平衡槽。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，为本发明提供的内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统，包括电磁阀4、电磁溢流阀5、微流量水泵6、控制器7和压力传感器8；微流量水泵6出口分别与电磁阀4和电磁溢流阀5相连，电磁阀4与泵侧板3的静压平衡槽3a相连；控制器7分别与电磁阀4、电磁溢流阀5和压力传感器8相连；压力传感器8用于采集啮合齿轮1和侧板3间端面间隙2润滑脂的压力，并将压力信号传递至控制器7，进而控制电磁溢流阀5调整溢流压力，最终借助液压系统回路实现对内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙2的轴向力进行平衡。
如图2所示，所述的内啮合齿轮润滑脂泵的侧板3不开静压平衡孔，侧板3的静压平衡槽3a与端面间隙2不连通，侧板3的静压平衡槽3a通入纯水以保证PIV测试过程中激光有较好透光效果，如图3所示，实现对内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙2的流场进行可视化表征。
将压力传感器8安装孔布置在侧板3上且为通孔，压力传感器8直接采集啮合齿轮1和侧板3之间端面间隙2润滑脂的压力，侧板3上均匀布置多个压力传感器8。压力传感器8与通孔之间密封连接。
一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡方法，控制器7基于压力传感器8采集到的泵端面间隙2润滑脂的压力信号，控制电磁阀4通电，调整电磁溢流阀5的溢流压力，使得电磁溢流阀5的溢流压力与端面间隙2的润滑脂压力一致；微流量水泵6开始运转，经电磁阀4向侧板3的静压平衡槽3a提供具有一定压力的纯水；当侧板3的静压平衡槽3a充满纯水时，微流量水泵6继续运转，液压回路内部的压力在很短的时间内迅速升高，当达到电磁溢流阀5的溢流压力时，开始溢流；随着内啮合齿轮润滑脂泵的运转，其端面间隙2内部的润滑脂压力为动态变化的，压力传感器8采集的压力信号传递至控制器7，进而控制电磁溢流阀5的溢流压力跟着动态调整，实现侧板3的静压平衡槽3a内的压力对端面间隙2的轴向力进行动态的平衡。
多个压力传感器8将压力信号传递控制器7，用于采集啮合齿轮1和侧板3之间端面间隙2润滑脂的压力，并将压力传感器8获得的多组压力值求平均，将平均压力值作为内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙2的压力，进而控制电磁溢流阀5的溢流压力，最终通过液压系统回路实现对端面间隙2轴向力的平衡。
PIV试验系统由激光源9、显微镜10、CCD相机11和计算机12构成，如图3所示，用于对啮合齿轮和侧板之间端面间隙的流场进行可视化测试。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统，啮合齿轮(1)和侧板(3)间端面形成油脂间隙，其特征在于，所述侧板(3)背对油脂间隙的一面设置有静压平衡槽(3a)，水泵出口分别与电磁阀(4)和电磁溢流阀(5)相连，电磁阀(4)的另一端连接至静压平衡槽(3a)，电磁阀(4)、电磁溢流阀(5)以及水泵形成液压回路，压力检测单元设置在侧板(3)上面对油脂间隙的一侧，压力检测单元、电磁阀(4)、电磁溢流阀(5)以及水泵电机均与控制器(7)电连接，电磁溢流阀(5)设定为压力检测单元检测到的实时压力数值。
2.根据权利要求1所述的内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统，其特征在于，所述液压回路内为透明的流体。
3.根据权利要求2所述的内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统，其特征在于，所述流体为纯水。
4.根据权利要求1所述的内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统，其特征在于，所述压力检测单元包括多个压力传感器(8)，压力传感器(8)间隔布置在侧板(3)上，控制器(7)将多个压力传感器(8)检测的压力平均值设置为电磁溢流阀(5)的溢流压力值。
5.根据权利要求4所述的内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡系统，其特征在于，所述压力传感器(8)设置在侧板(3)上的通孔内，压力传感器(8)与侧板(3)通孔密封连接。
6.一种内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡方法，其特征在于：啮合齿轮(1)和侧板(3)间端面形成油脂间隙，在侧板(3)背对油脂间隙的一侧设置可容纳流体的静压平衡槽(3a)，实时获取油脂间隙侧的压力值并在静压平衡槽(3a)内填充等值压力的流体，并设置流体的液压回路。
7.根据权利要求6所述的内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡方法，其特征在于：所述液压回路为电磁阀(4)、电磁溢流阀(5)和水泵组成的液压回路，水泵的出口分别与电磁阀(4)和电磁溢流阀(5)相连，电磁阀(4)的另一端连接至静压平衡槽(3a)，将溢流电磁阀(4)的溢流值设置为油脂间隙侧的压力值。
8.根据权利要求7所述的内啮合齿轮润滑脂泵端面间隙轴向力平衡方法，其特征在于：所述油脂间隙侧的压力值采取多点取值的方式，电磁溢流阀(5)的溢流值设置为多点平均值。
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