CN109975009A - 一种阀口节流升温和热变形同步测量装置 - Google Patents

Abstract

一种阀口节流升温和热变形同步测量装置，由定位支架（1）、可视化平台（2）、阀口温度分布测量组件（3）、阀口热变形观测组件（4）、无纸记录仪（5）、显微镜（6）组成，定位支架（1）放置于实验台面上，其上安装可视化平台（2），可视化平台（2）内部嵌入阀口热变形观测组件（3），以及阀口温度分布测量组件（4），无纸记录仪（5）连通阀口温度分布测量组件（3），显微镜（6）的光源置于可视化平台（2）下方，其镜头位于可视化平台（2）上方并对准阀口热变形观测组件（4）。

Description

一种阀口节流升温和热变形同步测量装置

技术领域

本发明涉及液压阀技术，具体涉及液压阀口可视化观测，特别是液压阀口节流升温及热变形的精密测量技术。

背景技术

液压阀是重要的机械控制元件，当阀口较小，流量及压差较大时，油液节流升温使阀口产生热变形，直接影响整机工作的可靠性、稳定性与安全性。阀口在节流过程中，变形量处于微米级别，使得在高压环境下对阀口变形的实时观测成为难点。目前，阀口节流升温及热形变领域的研究，多通过数值分析的方法进行（参考浙江大学邵雪明教授、兰州理工大学冀宏教授、中国矿业大学王海冰相关研究），实验研究和所需装置更寥寥无几，因此实现阀口温度分布与微变形的同步测量，需要设计特殊的精密装置。

现有技术中，名称为“U形节流槽滑阀阀芯热特性研究”（杨旭博，兰州理工大学硕士学位论文，2018）公开了一种滑阀温度场测量装置，它存在着以下问题：1.检测阀芯温度时，必须先将滑阀停止工作，卸载压力，拧开测温口堵头后，才可将测温探头从滑阀外部伸入阀体内部进行测量，在这个操作过程中，阀口的局部高温极易扩散降低，因此测量具有滞后性，结果不准确；2.探入式测温无法在尺寸10mm~20mm的阀口密布，无法测量阀口部位的温度分布；3.阀芯与阀体相对轴向位置变化时，阀口开度随之改变，而固定在阀体上的测温孔无法在阀口变化时跟踪阀芯测量。

名称为“U形节流槽滑阀阀芯热特性研究”（杨旭博，兰州理工大学硕士学位论文，2018）还公开了一种滑阀变形场测量装置，它存在着以下问题：1.为了不影响流场控制体的形状，将阀口加工沉槽以贴入应变片，改变了阀口的原始形貌，继而改变了阀口传热特性与变形特性，影响了测量的准确性；2.通过应变片测量阀口变形具有间接性，对于测量微米级的阀口变形误差较大。

阀口节流升温是热形变的直接原因，是对应关系，二者的同步测量也是现有技术没有解决的。

如何能实时准确测量阀口部位的温度分布，并能同步观测到阀口的微米级变形，是本发明需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种阀口节流升温和热变形同步测量装置。

本发明是一种阀口节流升温和热变形同步测量装置，由定位支架1、可视化平台2、阀口温度分布测量组件3、阀口热变形观测组件4、无纸记录仪5、显微镜6组成，定位支架1放置于实验台面上，其上安装可视化平台2，可视化平台2内部嵌入阀口热变形观测组件3，以及阀口温度分布测量组件4，无纸记录仪5连通阀口温度分布测量组件3，显微镜6的光源置于可视化平台2下方，其镜头位于可视化平台2上方并对准阀口热变形观测组件4。

本发明的有益效果是：安全耐压、密封性好、位置微调精度高、能够同步实现阀口微观可视化观测与温度分布测量。

附图说明

图1是阀口温度分布及热变形同步观测装置安装示意图，图2是定位支架安装示意图，图3是支撑座示意图，图4是横向支撑板视图，图5是纵向支撑板视图，图6是可视化中层板安装示意图，图7是可视化平台安装示意图，图8是上密封压板，图9是下密封压板，图10是热阀芯零件示意图，图11是测温阀口示意图，图12是变形阀口示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种阀口节流升温和热变形同步测量装置，由定位支架1、可视化平台2、阀口温度分布测量组件3、阀口热变形观测组件4、无纸记录仪5、显微镜6组成，定位支架1放置于实验台面上，其上安装可视化平台2，可视化平台2内部嵌入阀口热变形观测组件3，以及阀口温度分布测量组件4粘接在可视化平台2上方，无纸记录仪5连通阀口温度分布测量组件3，显微镜6的光源置于可视化平台2下方，其镜头位于可视化平台2上方并对准阀口热变形观测组件4。

如图1~图5所示，所述的定位支架1上还设有支撑座1a、纵向定位滑轨1b、纵向支撑板1c、横向定位滑轨1d、横向支撑板1e、高度微调丝杠1f、丝杠螺母1g、丝杠轴承1h、丝杠旋钮1i、前加强板1j、后加强板1k，前加强板1j水平粘接在支撑座1a前端下侧，后加强板1k竖直插装在支撑座1a后端中部，丝杠轴承1h安装在支撑座1a四角，4根高度微调丝杠1f穿过丝杠轴承1h并竖直安装在支撑座1a四角，横向支撑板1e四角安装丝杠螺母1g，并同丝杠螺母1g一同穿过4根高度微调丝杠1f，丝杠旋钮1i安装在高度微调丝杠1f顶端，横向定位滑轨1d下方固定在横向支撑板1e上，上方固定纵向支撑板1c，纵向支撑板1c上方固定纵向定位滑轨1b。

如图1、图2、图6~图9所示，所述的可视化平台2上还设有下密封压板2a、下层透明板2b、中层透明板2c、上层透明板2d、上密封压板2e、热电偶丝密封筒2f、密封螺栓2g、通油口2h、热电偶丝导出孔2i、拉紧螺栓2j，通油口2h及热电偶丝导出孔2i开于上层透明板2d上，中层透明板2c与下层透明板2b粘接，18个密封螺栓2g均布，并依次穿过上密封压板2e、上层透明板2d、中层透明板2c、下层透明板2b、下密封压板2a的边沿，并将以上组件拉紧，拉紧螺栓依次穿过上层透明板2d上，中层透明板2c、下层透明板2b，并将以上组件拉紧，热电偶丝密封筒2f与热电偶丝导出孔2i同心，并且粘接在上层透明板2d上，上密封压板2e固定在纵向定位滑轨1b上。

如图1、图6、图7所示，所述的中层透明板2c中开有测温流道2k、变形流道2l、热零件安装槽2m、变零件安装槽2n、导线槽2o、大密封槽2p、大密封圈2q、泄油通道2r、小密封圈2s、拉紧螺栓孔2t，大密封圈2q安装于大密封槽2p内，小密封圈2s安装于拉紧螺栓孔2t内，测温流道2k与变形流道2l结构相同，位于阀口前端的流道较窄，泄油通道2r分布于较窄流道两侧，热零件安装槽2m与变零件安装槽2n结构相同。

如图1、、图6、图7、图10、图11所示，所述的阀口温度分布测量组件3上还设有热阀芯零件3a、热阀体零件3b、细长孔3c、热电偶丝3d，热阀芯零件3a与热阀体零件3b均嵌入中层透明板2c上的热零件安装槽2m内组成测温阀口，热阀芯零件3a沿两直角边均匀分布9个细长孔3c，热电偶丝3d分别穿过9个细长孔3c，并使热电偶丝3d端部与热阀芯零件3a直角边平齐，热电偶丝3d另一端引入导线槽2o，并依次穿出热电偶丝导出孔2i和热电偶丝密封筒2f，并与无纸记录仪5接通。

如图1、图6、图7、图12所示，所述的阀口热变形观测组件4由变阀芯零件4a、变阀体零件4b组成，变阀芯零件4a与变阀体零件4b均嵌入中层透明板2c上的变零件安装槽2n内组成变形阀口。

如图2、图3、图4、图5所示，所述的前加强板1j水平粘接在支撑座1a前端下侧，后加强板1k竖直插装在支撑座1a后端中部，丝杠轴承1h安装在支撑座1a四角，4根高度微调丝杠1f穿过丝杠轴承1h并竖直安装在支撑座1a四角，横向支撑板1e四角安装丝杠螺母1g，并同丝杠螺母1g一同穿过4根高度微调丝杠1f，丝杠旋钮1i安装在高度微调丝杠1f顶端，横向定位滑轨1d下方固定在横向支撑板1e上，上方固定纵向支撑板1c，纵向支撑板1c上方固定纵向定位滑轨1b。

如图1、图6、图7中所示的中层透明板2c，其上的大密封圈2q安装于大密封槽2p内，小密封圈2s安装于拉紧螺栓孔2t内，测温流道2k与变形流道2l结构相同，位于阀口前端的流道较窄，泄油通道2r分布于较窄流道两侧，导出高压区的多余油液，防止上层透明板2d与中层透明板2c间的高压区蔓延至低压区造成内泄漏，热零件安装槽2m与变零件安装槽2n结构相同，使阀口温度分布测量组件3和阀口热变形观测组件4具有相同的工况，以实现同步测量。

如图1、图6、图7、图8、图9所示，所述的可视化平台2，其通油口2h及热电偶丝导出孔2i开于上层透明板2d上，中层透明板2c与下层透明板2b粘接，上层透明板2d与下层透明板2b在密封螺栓2g的作用下，压紧中层透明板2c，使大密封圈2q被压缩，以防止内泄漏，热电偶丝密封筒2f与热电偶丝导出孔2i同心，并且粘接在上层透明板2d上，上密封压板2e固定在纵向定位滑轨1b上，拉紧螺栓2j从中部将三层透明板拉紧，压缩小密封圈2s防止外泄漏，并避免上层透明板2d与下层透明板2b因油液压力过高而产生变形，导致内泄漏甚至破裂的危险。

如图1、图7、图10、图11所示，所述的热阀芯零件3a与热阀体零件3b均嵌入中层透明板2c上的热零件安装槽2m内组成测温阀口，热阀芯零件3a沿两直角边均匀分布9个细长孔3c，热电偶丝3d分别穿过9个细长孔3c，并使热电偶丝3d端部与热阀芯零件3a直角边平齐，热电偶丝3d另一端引入导线槽2o，并依次穿出热电偶丝导出孔2i和热电偶丝密封筒2f，并与无纸记录仪5接通，在热电偶丝密封筒2h内填充热熔胶以起到密封作用，热阀体零件3b是一系列横向尺寸不同的零件，更换热阀体零件3b时，阀口开度随之改变，节流温升特性也随之改变。

如图1、图7、图12所示，所述的阀口热变形观测组件4由变阀芯零件4a、变阀体零件4b组成，变阀芯零件4a与变阀体零件4b均嵌入中层透明板2c上的变零件安装槽2n内组成变形阀口。变阀体零件4b是一系列横向尺寸不同的零件，更换热阀体零件4b时，阀口开度随之改变，热形变特性也随之改变。

本发明的可视化平台2中，并列构造了相同结构的测温流道2k和变形流道2l，使阀口温度分布测量与阀口热变形观测同步进行；泄油通道2r将高压区的多余油液导出油腔，拉紧螺栓2j从中部将三层透明板拉紧，压缩小密封圈2s，从而防止上层透明板2d与下层透明板2b因压力变形而导致内泄漏甚至破裂；采用高精度光学显微镜，透过可视化平台2，放大观测微米级的阀口热变形，并获得变形过程的图像和视频；设计的定位支架1具有横向定位、纵向定位、高度及水平微调的作用，解决了显微镜工作时难以定点捕捉被测样件的问题；通过精密加工，沿热阀芯零件3a两直角边均匀加工9个直径0.8mm的细长孔3c，并插入热电偶丝3d，实时测量阀口温度分布。

如图1、图2、图11、图12所示，工作时，接通显微镜6与无纸记录仪5电源，将显微镜6光源部分通过支撑座1a后端移入可视化平台2下方，之后将后加强板1k竖直插装在支撑座1a后端中部，起到加固作用，将显微镜6的镜头调整于可视化平台2上方，调节丝杠旋钮1i，阀口热变形观测组件4高度在显微镜6目镜调节范围内，继而精调目镜焦距，阀口热变形观测组件4在指定放大倍数下清晰可见，通过横向定位滑轨1d与纵向定位滑轨1b精调阀口热变形观测组件4的水平位置以便调整观测点，将热电偶丝3d由可视化平台2内穿出并连通无纸记录仪5，检查无纸记录仪5的测温通道是否工作正常，确保可视化平台2密封性良好后，开启液压油源，液压油经过中层透明板2c中两个并列的流道及实验阀口，产生节流温升，此时无纸记录仪5显示热阀芯零件3a的温度分布开始变化，同步观测变阀芯零件4a的阀口微观热变形，开始记录实验数据。

Claims (6)

1.一种阀口节流升温和热变形同步测量装置，其特征在于阀口节流升温和热变形同步测量装置由定位支架（1）、可视化平台（2）、阀口温度分布测量组件（3）、阀口热变形观测组件（4）、无纸记录仪（5）、显微镜（6）组成，定位支架（1）放置于实验台面上，其上安装可视化平台（2），可视化平台（2）内部嵌入阀口热变形观测组件（3），以及阀口温度分布测量组件（4），无纸记录仪（5）连通阀口温度分布测量组件（3），显微镜（6）的光源置于可视化平台（2）下方，其镜头位于可视化平台（2）上方并对准阀口热变形观测组件（4）。

2.根据权利要求1所述的阀口节流升温和热变形同步测量装置，其特征在于所述的定位支架（1）上还设有支撑座（1a）、纵向定位滑轨（1b）、纵向支撑板（1c）、横向定位滑轨（1d）、横向支撑板（1e）、高度微调丝杠（1f）、丝杠螺母（1g）、丝杠轴承（1h）、丝杠旋钮（1i）、前加强板（1j）、后加强板（1k），前加强板（1j）水平粘接在支撑座（1a）前端下侧，后加强板（1k）竖直插装在支撑座（1a）后端中部，丝杠轴承（1h）安装在支撑座（1a）四角，4根高度微调丝杠（1f）穿过丝杠轴承（1h）并竖直安装在支撑座（1a）四角，横向支撑板（1e）四角安装丝杠螺母（1g），并同丝杠螺母（1g）一同穿过4根高度微调丝杠（1f），丝杠旋钮（1i）安装在高度微调丝杠（1f）顶端，横向定位滑轨（1d）下方固定在横向支撑板（1e）上，上方固定纵向支撑板（1c），纵向支撑板（1c）上方固定纵向定位滑轨（1b）。

3.根据权利要求1所述的阀口节流升温和热变形同步测量装置，其特征在于所述的可视化平台（2）上还设有下密封压板（2a）、下层透明板（2b）、中层透明板（2c）、上层透明板（2d）、上密封压板（2e）、热电偶丝密封筒（2f）、密封螺栓（2g）、通油口（2h）、热电偶丝导出孔（2i）、拉紧螺栓（2j），通油口（2h）及热电偶丝导出孔（2i）开于上层透明板（2d）上，中层透明板（2c）与下层透明板（2b）粘接，18个密封螺栓（2g）均布，并依次穿过上密封压板（2e）、上层透明板（2d）、中层透明板（2c）、下层透明板（2b）、下密封压板（2a）的边沿，并将以上组件拉紧，拉紧螺栓依次穿过上层透明板（2d）上，中层透明板（2c）、下层透明板（2b），并将以上组件拉紧，热电偶丝密封筒（2f）与热电偶丝导出孔（2i）同心，并且粘接在上层透明板（2d）上，上密封压板（2e）固定在纵向定位滑轨（1b）上。

4.根据权利要求1所述的阀口节流升温和热变形同步测量装置，其特征在于所述的中层透明板（2c）中开有测温流道（2k）、变形流道（2l）、热零件安装槽（2m）、变零件安装槽（2n）、导线槽（2o）、大密封槽（2p）、大密封圈（2q）、泄油通道（2r）、小密封圈（2s）、拉紧螺栓孔（2t），大密封圈（2q）安装于大密封槽（2p）内，小密封圈（2s）安装于拉紧螺栓孔（2t）内，测温流道（2k）与变形流道（2l）结构相同，位于阀口前端的流道较窄，泄油通道（2r）分布于较窄流道两侧，热零件安装槽（2m）与变零件安装槽（2n）结构相同。

5.根据权利要求1所述的阀口节流升温和热变形同步测量装置，其特征在于所述的阀口温度分布测量组件（3）上还设有热阀芯零件（3a）、热阀体零件（3b）、细长孔（3c）、热电偶丝（3d），热阀芯零件（3a）与热阀体零件（3b）均嵌入中层透明板（2c）上的热零件安装槽（2m）内组成测温阀口，热阀芯零件（3a）沿两直角边均匀分布9个细长孔（3c），热电偶丝（3d）分别穿过9个细长孔（3c），并使热电偶丝（3d）端部与热阀芯零件（3a）直角边平齐，热电偶丝（3d）另一端引入导线槽（2o），并依次穿出热电偶丝导出孔（2i）和热电偶丝密封筒（2f），并与无纸记录仪（5）接通。

6.根据权利要求1所述的阀口节流升温和热变形同步测量装置，其特征在于所述的阀口热变形观测组件（4）由变阀芯零件（4a）、变阀体零件（4b）组成，变阀芯零件（4a）与变阀体零件（4b）均嵌入中层透明板（2c）上的变零件安装槽（2n）内组成变形阀口。