CN110095287B - 直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损测试方法。目前没有模拟单作用变量叶片泵在正常工况下摩擦磨损的测试仪。本发明包括直叶片、叶片导槽和定子内曲线模拟凸轮；本发明将定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓最低点与直叶片接触后，第二伺服电机带动直叶片，当压力传感器反馈的压力值等于设定值时第二伺服电机停止；定子内曲线轮廓模拟凸轮转动，达到转动时间后停止；液压油通过检测通道，并依次经消光式粒度仪和消光式颗粒计数器后排出，消光式粒度仪检测脱落的金属颗粒粒径，消光式颗粒计数器检测脱落的金属颗粒数量；计算定子内曲线轮廓模拟凸轮及直叶片磨损掉的总质量。本发明可靠模拟直叶片变量泵工作环境，并测量磨损量。

Description

直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损测试方法

技术领域

本发明属于摩擦副检测技术领域，具体涉及一种叶片泵定子内表面摩擦副摩擦磨损性能测试方法。

背景技术

单作用变量叶片泵定子可移动，通过改变定子和转子的偏心来实现变量，此种泵高效节能，可作为中高压叶片泵在冶金、机床、塑机等行业中广泛应用。应用中我们发现单作用变量叶片泵目前主要存在以下不足之处:定子的内腔磨损、划伤及叶片与侧板磨损,造成泄漏从而降低了叶片泵的效率及使用寿命。检测单作用变量叶片泵定子内腔与叶片之间摩擦是提高单作用变量叶片泵效率、延长单作用变量叶片泵使用寿命的关键之一。但是目前没有一种可以模拟单作用变量叶片泵在正常工作状况下的摩擦磨损的测试仪，因此有必要发明一种在液压油浸没条件下对单作用变量叶片泵定子内腔磨损进行测试的装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损测试方法。

本发明直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损测试方法，采用的直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损检测装置，包括驱动装置、检测腔、直叶片、叶片导槽、加载装置、定子内曲线模拟凸轮、激光发射器、检测系统和计算机；所述的检测腔包括检测腔腔体和检测腔盖，检测腔盖与检测腔腔体可拆卸连接；检测腔腔体材质为有机玻璃，激光发射器固定在检测腔腔体外；检测腔腔体的底部开设有放油口，且放油口通过开关阀与检测通道一端连通。所述的驱动装置包括第一伺服电机、旋转轴和第一联轴器；旋转轴通过轴承支承在检测腔腔体的侧壁上，第一伺服电机的输出轴与旋转轴通过第一联轴器连接；叶片导槽固定在检测腔腔体内壁上，所述的叶片导槽包括顶部槽道和底部槽道；直叶片与叶片导槽的底部槽道构成滑动副；叶片导槽采用有机高分子材料。

所述的加载装置包括第二伺服电机、第二联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母和加载环；第二伺服电机的底座固定在检测腔腔体内壁上，第二伺服电机的输出轴与滚珠丝杠通过第二联轴器连接；丝杠螺母与滚珠丝杠构成螺旋副，并与加载环固定；所述的滚珠丝杠与直叶片同轴设置；加载环底面与直叶片顶面之间设有弹簧；所述直叶片的底面与定子内曲线轮廓模拟凸轮构成凸轮副；定子内曲线轮廓模拟凸轮通过键连接固定在旋转轴上。

所述的检测系统包括压力传感器、速度传感器、消光式粒度仪和消光式颗粒计数器；所述的压力传感器设置在加载环底面，检测直叶片和弹簧之间的压力；所述的速度传感器检测第一伺服电机的输出轴转速；检测通道另一端依次连通消光式粒度仪和消光式颗粒计数器。所述的消光式粒度仪检测液压油中金属颗粒的平均粒度，消光式颗粒计数器检测液压油中金属颗粒数目；所述的压力传感器、速度传感器、消光式粒度仪和消光式颗粒计数器的信号输出端均接计算机；第一伺服电机和第二伺服电机均由计算机控制。

该直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损测试方法，具体如下：

步骤一、加工定子内曲线轮廓模拟凸轮，对定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓进行表面处理；

步骤二、打开检测腔盖，将弹簧嵌入叶片导槽的底部槽道内，然后将直叶片装到叶片导槽的底部槽道内，直叶片上端与弹簧接触；接着将定子内曲线轮廓模拟凸轮与旋转轴位于检测腔腔体内的一端固定，并使得定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓与直叶片下端接触。

步骤三、向检测腔腔体内倒入液压油，保证液压油完全浸没曲线轮廓模拟凸轮和直叶片，然后向液压油中加入同位素示踪粒子，打开激光发射器，闭合检测腔盖。

步骤四、待同位素示踪粒子扩散在液压油中，计算机控制第一伺服电机转动五圈；计算机记录压力传感器反馈的压力值，并计算第一伺服电机每圈转动过程中压力传感器反馈的压力最小值，并求取五个压力最小值的平均值。

步骤五、降低第一伺服电机的转速，当压力传感器反馈的压力值达到步骤四中五个压力最小值的平均值时，计算机控制第一伺服电机停止运动；此时，定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓最低点与直叶片接触。

步骤六、计算机控制第二伺服电机开始转动，当压力传感器反馈的压力值等于计算机设定的压力值时第二伺服电机停止运动；计算机设定的压力值等于直叶片变量泵实际工作时定子内轮廓上距离转子轮廓圆圆心最远点与直叶片接触时的压力值。

步骤七、第一伺服电机按照计算机设定的输出转速和转动时间转动，定子内曲线轮廓模拟凸轮开始转动。

步骤八、定子内曲线轮廓模拟凸轮和直叶片摩擦过程中，液压油里的同位素示踪粒子吸附在从定子内曲线轮廓模拟凸轮或直叶片上脱落的金属颗粒上。

步骤九、第一伺服电机达到转动时间后停止，打开放油口处的开关阀，检测腔腔体内的液压油通过检测通道，并依次经消光式粒度仪和消光式颗粒计数器后排出，消光式粒度仪检测脱落的金属颗粒粒径，消光式颗粒计数器检测脱落的金属颗粒数量。

步骤十、液压油排尽后，打开检测腔盖，取下曲线轮廓模拟凸轮、直叶片和弹簧。

步骤十一、计算脱落的所有金属颗粒总体积为：

其中，D_p为检测到的所有金属颗粒粒径的平均粒径值，N为检测到的金属颗粒数量，K_v为体积修正系数，K_v取值为0.99～1.01；

步骤十二、计算定子内曲线轮廓模拟凸轮及直叶片磨损掉的总质量

m＝VρK_m

其中，ρ为定子内曲线轮廓模拟凸轮及直叶片的密度，K_m为质量修正系数，K_m取值为0.99～1.01。

所述定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓由定子内轮廓圆的半径R、转子轮廓圆半径r、定子内轮廓圆圆心与转子轮廓圆圆心的距离a和转子轮廓圆圆心到叶片运动槽中心线的垂直距离b决定，具体由公式(1)和(2)联立得到：

其中，x为转子相对竖直朝上的初始线转过的角度，y为叶片运动槽外端沿直叶片运动方向到定子内轮廓的距离，e为定子内轮廓圆圆心与转子轮廓圆圆心在叶片运动槽中心线上的投影的距离。

本发明具有的有益效果：

本发明结构简单，使摩擦副完全处于液压油之中，通过伺服电机和滚珠丝杠结合可以使载荷加载更加准确，可靠模拟了直叶片变量泵工作环境，使得测量结果更有参考价值。本发明通过消光式粒度仪、消光式颗粒计数器在不破坏配对关系情况下，对磨损量进行测量，测试结果准确性较高；通过同位素示踪粒子与磨粒结合，可以通过肉眼定性的观察磨损情况。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明中定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓参数计算图；

图3为本发明中定子内曲线轮廓模拟凸轮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1和3所示，直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损检测装置，包括驱动装置、检测腔、直叶片5、叶片导槽14、加载装置、定子内曲线模拟凸轮18、激光发射器15、检测系统和计算机；

驱动装置包括第一伺服电机1、旋转轴3和第一联轴器2；旋转轴3通过轴承支承在检测腔的检测腔腔体4侧壁上，第一伺服电机1的输出轴与旋转轴3通过第一联轴器2连接；

检测腔包括检测腔腔体4和检测腔盖9，检测腔盖9与检测腔腔体4可拆卸连接(通过配合连接或螺纹连接)；检测腔腔体4材质为有机玻璃，激光发射器15固定在检测腔腔体4外；检测腔腔体4侧面开有圆孔，用来支承旋转轴3；检测腔腔体4的底部开设有放油口，且放油口通过开关阀19与检测通道一端连通。

叶片导槽14固定在检测腔腔体4内壁上，叶片导槽14包括顶部槽道和底部槽道；直叶片5与叶片导槽14的底部槽道构成滑动副；叶片导槽14采用有机高分子材料；

加载装置包括第二伺服电机8、第二联轴器10、滚珠丝杠11、丝杠螺母7和加载环12；第二伺服电机8的底座固定在检测腔腔体4内壁上，第二伺服电机8的输出轴与滚珠丝杠11通过第二联轴器10连接；丝杠螺母7与滚珠丝杠11构成螺旋副，并与加载环12固定；滚珠丝杠11与直叶片5同轴设置；加载环12底面与直叶片5顶面之间设有弹簧6；直叶片5底面与定子内曲线轮廓模拟凸轮18构成凸轮副；定子内曲线轮廓模拟凸轮18通过键连接固定在旋转轴3上。

如图2所示，定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓由定子21内轮廓圆的半径R、转子20轮廓圆半径r、定子内轮廓圆圆心与转子轮廓圆圆心的距离a和转子轮廓圆圆心到叶片运动槽中心线的垂直距离b决定，具体由公式(1)和(2)联立得到：

其中，x为转子相对竖直朝上的初始线转过的角度，y为叶片运动槽外端沿直叶片运动方向到定子21内轮廓的距离，e为定子内轮廓圆圆心与转子轮廓圆圆心在叶片运动槽中心线上的投影的距离。

检测系统包括压力传感器13、速度传感器、消光式粒度仪16和消光式颗粒计数器17；压力传感器13设置在加载环12底面，用来检测直叶片5和弹簧6之间的压力；速度传感器检测第一伺服电机1的输出轴转速；检测通道另一端依次连通消光式粒度仪16和消光式颗粒计数器17。消光式粒度仪16用来检测液压油中金属颗粒的平均粒度；消光式颗粒计数器17用来检测液压油中金属颗粒数目；压力传感器13、速度传感器、消光式粒度仪16和消光式颗粒计数器17的信号输出端均接计算机；第一伺服电机和第二伺服电机均由计算机控制。

该直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损检测装置的测试方法，具体如下：

步骤一、加工定子内曲线轮廓模拟凸轮18，对定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓进行表面处理(磨光)；

步骤二、打开检测腔盖9，将弹簧6嵌入叶片导槽的底部槽道内，然后将直叶片5装到叶片导槽的底部槽道内，直叶片上端与弹簧6接触；接着将定子内曲线轮廓模拟凸轮18与旋转轴3位于检测腔腔体内的一端固定，并使得定子内曲线轮廓模拟凸轮18与直叶片下端接触。

步骤三、向检测腔腔体内倒入液压油，保证液压油完全浸没曲线轮廓模拟凸轮和直叶片5，然后向液压油中加入同位素示踪粒子，打开激光发射器15，闭合检测腔盖9。

步骤四、待同位素示踪粒子完全扩散在液压油中，计算机控制第一伺服电机1转动五圈；计算机记录压力传感器13反馈的压力值，并计算第一伺服电机1每圈转动过程中压力传感器13反馈的压力最小值，并求取五个压力最小值的平均值。

步骤五、降低第一伺服电机1的转速，当压力传感器13反馈的压力值达到步骤四中五个压力最小值的平均值时，计算机控制第一伺服电机1停止运动；此时，定子内曲线轮廓模拟凸轮18的轮廓最低点与直叶片5接触。

步骤六、计算机控制第二伺服电机8开始转动，当压力传感器13反馈的压力值等于计算机设定的压力值时第二伺服电机8停止运动；计算机设定的压力值等于直叶片变量泵实际工作时定子内轮廓上距离转子轮廓圆圆心最远点与直叶片接触时的压力值。

步骤七、第一伺服电机1按照计算机设定的输出转速和转动时间转动，定子内曲线轮廓模拟凸轮在液压油浸没的条件下开始转动。

步骤八、定子内曲线轮廓模拟凸轮和直叶片5摩擦过程中，液压油里的同位素示踪粒子吸附在从定子内曲线轮廓模拟凸轮或直叶片5上脱落的金属颗粒上。

步骤九、第一伺服电机1达到转动时间后停止，打开放油口处的开关阀19，检测腔腔体内的液压油通过检测通道，并依次经消光式粒度仪16和消光式颗粒计数器17后排出，消光式粒度仪16检测脱落的金属颗粒粒径，消光式颗粒计数器检测脱落的金属颗粒数量。

步骤十、液压油排尽后，打开检测腔盖9，取下曲线轮廓模拟凸轮、直叶片5和弹簧6。

步骤十一、计算脱落的所有金属颗粒总体积为：

其中，D_p为检测到的所有金属颗粒粒径的平均粒径值，N为检测到的金属颗粒数量，K_v为体积修正系数，K_v取值为0.99～1.01；

步骤十二、计算定子内曲线轮廓模拟凸轮及直叶片5磨损掉的总质量

m＝VρK_m

其中，ρ为定子内曲线轮廓模拟凸轮及直叶片5的密度(定子内曲线轮廓模拟凸轮和直叶片5的材质相同)，K_m为质量修正系数，K_m取值为0.99～1.01。

Claims (1)

1.直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损测试方法，采用的直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损检测装置，包括驱动装置、检测腔、直叶片、叶片导槽、加载装置、定子内曲线模拟凸轮、激光发射器、检测系统和计算机，其特征在于：所述的检测腔包括检测腔腔体和检测腔盖，检测腔盖与检测腔腔体可拆卸连接；检测腔腔体材质为有机玻璃，激光发射器固定在检测腔腔体外；检测腔腔体的底部开设有放油口，且放油口通过开关阀与检测通道一端连通；所述的驱动装置包括第一伺服电机、旋转轴和第一联轴器；旋转轴通过轴承支承在检测腔腔体的侧壁上，第一伺服电机的输出轴与旋转轴通过第一联轴器连接；叶片导槽固定在检测腔腔体内壁上，所述的叶片导槽包括顶部槽道和底部槽道；直叶片与叶片导槽的底部槽道构成滑动副；叶片导槽采用有机高分子材料；

所述的加载装置包括第二伺服电机、第二联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母和加载环；第二伺服电机的底座固定在检测腔腔体内壁上，第二伺服电机的输出轴与滚珠丝杠通过第二联轴器连接；丝杠螺母与滚珠丝杠构成螺旋副，并与加载环固定；所述的滚珠丝杠与直叶片同轴设置；加载环底面与直叶片顶面之间设有弹簧；所述直叶片的底面与定子内曲线轮廓模拟凸轮构成凸轮副；定子内曲线轮廓模拟凸轮通过键连接固定在旋转轴上；

所述的检测系统包括压力传感器、速度传感器、消光式粒度仪和消光式颗粒计数器；所述的压力传感器设置在加载环底面，检测直叶片和弹簧之间的压力；所述的速度传感器检测第一伺服电机的输出轴转速；检测通道另一端依次连通消光式粒度仪和消光式颗粒计数器；所述的消光式粒度仪检测液压油中金属颗粒的平均粒度，消光式颗粒计数器检测液压油中金属颗粒数目；所述的压力传感器、速度传感器、消光式粒度仪和消光式颗粒计数器的信号输出端均接计算机；第一伺服电机和第二伺服电机均由计算机控制；

该直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损测试方法，具体如下：

步骤一、加工定子内曲线轮廓模拟凸轮，对定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓进行表面处理；

步骤二、打开检测腔盖，将弹簧嵌入叶片导槽的底部槽道内，然后将直叶片装到叶片导槽的底部槽道内，直叶片上端与弹簧接触；接着将定子内曲线轮廓模拟凸轮与旋转轴位于检测腔腔体内的一端固定，并使得定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓与直叶片下端接触；

步骤三、向检测腔腔体内倒入液压油，保证液压油完全浸没曲线轮廓模拟凸轮和直叶片，然后向液压油中加入同位素示踪粒子，打开激光发射器，闭合检测腔盖；

步骤四、待同位素示踪粒子扩散在液压油中，计算机控制第一伺服电机转动五圈；计算机记录压力传感器反馈的压力值，并计算第一伺服电机每圈转动过程中压力传感器反馈的压力最小值，并求取五个压力最小值的平均值；

步骤五、降低第一伺服电机的转速，当压力传感器反馈的压力值达到步骤四中五个压力最小值的平均值时，计算机控制第一伺服电机停止运动；此时，定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓最低点与直叶片接触；

步骤六、计算机控制第二伺服电机开始转动，当压力传感器反馈的压力值等于计算机设定的压力值时第二伺服电机停止运动；计算机设定的压力值等于直叶片变量泵实际工作时定子内轮廓上距离转子轮廓圆圆心最远点与直叶片接触时的压力值；

步骤七、第一伺服电机按照计算机设定的输出转速和转动时间转动，定子内曲线轮廓模拟凸轮开始转动；

步骤八、定子内曲线轮廓模拟凸轮和直叶片摩擦过程中，液压油里的同位素示踪粒子吸附在从定子内曲线轮廓模拟凸轮或直叶片上脱落的金属颗粒上；

步骤九、第一伺服电机达到转动时间后停止，打开放油口处的开关阀，检测腔腔体内的液压油通过检测通道，并依次经消光式粒度仪和消光式颗粒计数器后排出，消光式粒度仪检测脱落的金属颗粒粒径，消光式颗粒计数器检测脱落的金属颗粒数量；

步骤十、液压油排尽后，打开检测腔盖，取下曲线轮廓模拟凸轮、直叶片和弹簧；

步骤十一、计算脱落的所有金属颗粒总体积为：

其中，D_p为检测到的所有金属颗粒粒径的平均粒径值，N为检测到的金属颗粒数量，K_v为体积修正系数，K_v取值为0.99～1.01；

步骤十二、计算定子内曲线轮廓模拟凸轮及直叶片磨损掉的总质量

m＝VρK_m

其中，ρ为定子内曲线轮廓模拟凸轮及直叶片的密度，K_m为质量修正系数，K_m取值为0.99～1.01；

所述定子内曲线轮廓模拟凸轮的轮廓由定子内轮廓圆的半径R、转子轮廓圆半径r、定子内轮廓圆圆心与转子轮廓圆圆心的距离a和转子轮廓圆圆心到叶片运动槽中心线的垂直距离b决定，具体由公式(1)和(2)联立得到：

其中，x为转子相对竖直朝上的初始线转过的角度，y为叶片运动槽外端沿直叶片运动方向到定子内轮廓的距离，e为定子内轮廓圆圆心与转子轮廓圆圆心在叶片运动槽中心线上的投影的距离。

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