CN111779663B - 一种斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统及方法。检测系统包括被测泵和模型泵两部分，被测泵的活塞腔内安装柱塞压力传感器、斜盘上安装角位移传感器，变量活塞腔内安装油液压力传感器；模型泵与被测泵在结构和尺寸上相同，各部件的安装位置也相同，模型泵以电动推杆组代替被测泵的被测泵柱塞。被测泵出油口安装先导阀，用于调节进入被测泵和模型泵变量活塞的流量。通过被测泵斜盘的角位移反馈被测泵的输出流量，通过不断调节电动推杆的推力以模拟被测泵内对应位置柱塞受油液的压力，使得模型泵的斜盘所处工况能够有效的模拟被测泵斜盘的实际工况特性，进而实现对整泵变量过程的工况模拟。

Description

一种斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检 测系统及方法

技术领域

本发明涉及液压元件检测技术，尤其涉及一种斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统及方法。

背景技术

轴向柱塞泵为液压系统提供动力来源，是液压领域中最为关键的动力元件之一，其工作原理是通过柱塞在缸体中的往复运动，使密封工作腔的容积发生变化，从而实现吸、排油的过程。由于其结构简单、功率密度高、噪音低、效率高和有自吸能力等优点，被广泛应用于机床锻压、冶金、工程、矿山、船舶等机械及其他液压传动系统中。

轴向柱塞泵通过变量机构改变斜盘倾角的大小和方向，控制柱塞往复行程的大小，进而调节输出流量。斜盘倾角通过预置弹簧力与输出油液产生的液压力的动态平衡进行自动调节，但斜盘不仅受到变量弹簧和柱塞的作用力，还受到柱塞的作用力矩和滑靴振动的干扰，且力矩大小随轴向柱塞泵的转动不断变化，这些都会对轴向柱塞泵的变量特性造成影响。对轴向柱塞泵变量过程的工况进行模拟，并对斜盘倾角进行实时精确的测量，有助于研究轴向柱塞泵的真实变量特性。故开发一种轴向柱塞泵真实变量控制特性的工况模拟实时检测系统显得尤为重要。

现有方法一般是直接在泵内斜盘上安装角位移传感器来对斜盘倾角进行测量，但斜盘在泵体内部运动时，会受到柱塞作用力矩和滑靴间歇性振动的干扰，在测量过程中会因为力矩及振动的干扰而出现测量值的突变，无法连续准确地测得斜盘的倾角值。而且由于泵壳的遮挡，无法直观准确的观测到泵体内部的真实变量过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统及其方法，通过实时检测被测泵斜盘角度反馈泵的输出流量，同时调节电动推杆的推力以模拟被测泵内对应位置柱塞受油液的压力，使得模型泵的斜盘所处工况能够有效的模拟被测泵斜盘的实际工况特性，进而实现对整泵变量过程的工况模拟。

本发明公开了一种斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统，其包括模型泵、被测泵、控制器和先导阀；

所述的被测泵包括被测泵主轴、被测泵出油口、被测泵端盖、被测泵泵壳、被测泵变量活塞、被测泵角位移传感器、被测泵柱塞、被测泵斜盘、被测泵回程弹簧、被测泵柱塞压力传感器；被测泵的柱塞腔下死点位安装有被测泵柱塞压力传感器，被测泵斜盘上安装有被测泵角位移传感器，变量活塞腔内安装油液压力传感器，被测泵柱塞压力传感器、被测泵角位移传感器、被测泵油液压力传感器分别与控制器连接；

所述的模型泵包括模型泵角位移传感器、模型泵回程弹簧、电动推杆、模型泵斜盘、模型泵接触力传感器、模型泵变量活塞、模型泵端盖、模型泵泵壳；模型泵斜盘与变量活塞分别和被测泵的斜盘与变量活塞具有相同的结构和尺寸，模型泵上各部件与被测泵上对应部件采用相同的布置方式，且对应部件所在位置的分布圆半径一致；电动推杆安装在模型泵端盖上，电动推杆的推出侧紧贴模型泵斜盘，每个电动推杆与模型泵斜盘之间安装有模型泵接触力传感器，模型泵斜盘上安装有模型泵角位移传感器，变量活塞腔内安装油液压力传感器，模型泵接触力传感器、模型泵角位移传感器、模型泵油液压力传感器分别与控制器连接；

被测泵出油口连接先导阀，先导阀出口分别连接模型泵变量活塞和被测泵变量活塞。

作为本发明的一种优选方案，所述的被测泵为斜盘式轴向变量柱塞泵，所述的模型泵安装在被测泵主轴上，被测泵端盖与所述的模型泵端盖紧贴布置；被测泵与所述的模型泵上对应部件采用镜像对称的布置方式。

作为本发明的一种优选方案，所述的模型泵还包括模型泵主轴，所述的模型泵与被测泵相互独立，先导阀分别连接模型泵变量活塞和被测泵变量活塞；模型泵主轴与被测泵主轴同步转动。

作为本发明的一种优选方案，所述的模型泵泵壳为透明材质。

作为本发明的一种优选方案，所述的模型泵变量活塞的数量与被测泵变量活塞的数量相同。

作为本发明的一种优选方案，所述的电动推杆的数量与被测泵柱塞的数量相同，电动推杆在模型泵端盖上的布置和被测泵柱塞在被测泵端盖上的布置方式相同，布置位置所在的分布圆半径一致。

本发明还公开了一种所述测试系统的测试方法，其包括如下步骤：

被测泵与模型泵同步转动；通过被测泵油液压力传感器和模型泵油液压力传感器，测得被测泵出口压力Y₁和模型泵出口压力Y₂，调整先导阀使Y₁＝Y₂，保证测试开始时被测泵和模型泵处于相同的油液压力下；

被测泵的出口油液流经先导阀后，再分别接入被测泵变量活塞和模型泵变量活塞，通过控制先导阀使流入两个变量活塞的流量相等，进而使模型泵斜盘和被测泵斜盘的倾角一致；

通过被测泵柱塞压力传感器和被测泵角位移传感器测得各被测泵柱塞的柱塞压力Pi和斜盘倾角α₁，其中i为被测泵柱塞的数量；柱塞压力Pi随被测泵主轴的转动而实时变化；该压力数据被实时发送给控制器；由于电动推杆不转动，而被测泵柱塞实时转动，依照电动推杆在模型泵分布圆上的位置，以被测泵分布圆上相同的位置作为各电动推杆的虚拟位置，将此虚拟位置数据输入控制器；控制器实时选取与每个电动推杆虚拟位置距离最近的两个被测泵柱塞的压力值，然后根据分布圆上每个电动推杆虚拟位置距离相邻两个被测泵柱塞的角度值，按比例计算出每个电动推杆虚拟位置处对应的压力值，即每个电动推杆需要平衡的压力值P_i合，最后根据公式F_i＝P_i合A输出各个电动推杆需要施加的推力值Fi，其中A为电动推杆的截面积；电动推杆作用在模型泵斜盘上，通过模型泵接触力传感器和模型泵角位移传感器测得各电动推杆对模型泵斜盘的推力Ti以及模型泵的斜盘倾角α₂；

将所测得模型泵的推杆压力Ti和斜盘倾角α₂反馈给控制器；控制器计算推杆压力Ti与被测泵柱塞的柱塞压力Pi的差值，然后形成压力偏差信号，控制器根据压力偏差信号调整施加给推杆的推力Fi；

控制器计算模型泵的斜盘倾角α₂与被测泵的斜盘倾角α₁的差值，然后形成角度偏差信号，控制器根据角度偏差信号调整流入被测泵变量活塞和模型泵变量活塞的流量；

当被测泵的斜盘倾角α₁保持稳定不变时，通过模型泵斜盘上的角位移传感器测得模型泵的斜盘倾角α₂即为被测泵运行状态中的斜盘倾角；通过对模型泵各部件的工况观察以及传感器的参数显示，即可实现对被测泵真实变量控制特性的工况模拟。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明采用了将斜盘的运动从泵体中独立出来进行复现的技术手段，避免了直接在被测泵中检测所遇到的滑靴副泄漏及与斜盘发生碰撞而产生的干扰，减少了检测的噪声。

2、本发明采用了用电动推杆模拟柱塞运动的技术手段，克服了斜盘在转动时于高压油区和低压油区之间过渡时流量脉动造成的振动干扰，同时通过电动推杆补偿实际被测泵中柱塞对斜盘的推力作用，使得动态特性检测更加精确。

3、本发明通过构造模型泵，同时使用透明材质的模型泵泵壳，将被测泵内部的斜盘动作可视化，可直观地对斜盘在泵体内部的运动状态进行观测。

4、相比于传统的流场可视化方法，由于被测泵的泵体结构并未被破坏，因此模型泵可以工作于高压工况下。

附图说明

图1是实施例中斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统的结构示意图；

图2是实施例中一种通轴式的斜盘式轴向变量柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统的结构示意图；

图3是本发明通轴式及斜盘式轴向变量柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统的检测原理框图。

图中：油箱(1)、先导阀(2)、控制器(3)、模型泵端盖(4)、模型泵油液压力传感器(5)、模型泵变量活塞(6)、模型泵角位移传感器(7)、模型泵接触力传感器(8)、模型泵斜盘(9)、电动推杆(10)、模型泵主轴(11)、模型泵回程弹簧(12)、模型泵泵壳(13)、被测泵油液压力传感器(14)、被测泵变量活塞(15)、被测泵角位移传感器(16)、被测泵斜盘(17)、被测泵主轴(18)、被测泵泵壳(19)、被测泵柱塞(20)、被测泵柱塞压力传感器(21)、被测泵回程弹簧(22)、被测泵出油口(23)、被测泵端盖(24)、端盖连接板(25)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明，本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例测试系统包括油箱1、先导阀2、控制器3、模型泵端盖4、模型泵油液压力传感器5、模型泵变量活塞6、模型泵角位移传感器7、模型泵接触力传感器8、模型泵斜盘9、电动推杆10、模型泵主轴11、模型泵回程弹簧12、模型泵泵壳13、被测泵油液压力传感器14、被测泵变量活塞15、被测泵角位移传感器16、被测泵斜盘17、被测泵主轴18、被测泵泵壳19、被测泵柱塞20、被测泵柱塞压力传感器21、被测泵回程弹簧22、被测泵出油口23、被测泵端盖24。其中模型泵主轴与被测泵主轴同步运动。

测试系统各部件相互连接关系如下：

在被测泵的柱塞腔下死点位安装被测泵柱塞压力传感器，被测泵斜盘上安装被测泵角位移传感器，变量活塞腔内安装油液压力传感器，被测泵柱塞压力传感器、被测泵角位移传感器、被测泵油液压力传感器分别与控制器连接；

将电动推杆安装在模型泵端盖上，电动推杆的推出侧紧贴模型泵斜盘，每个电动推杆与模型泵斜盘之间安装有模型泵接触力传感器，模型泵斜盘上安装有模型泵角位移传感器，变量活塞腔内安装油液压力传感器，模型泵接触力传感器、模型泵角位移传感器、模型泵油液压力传感器分别与控制器连接；

被测泵出油口处连接先导阀，先导阀出口分别连接模型泵变量活塞和被测泵变量活塞。

所述的测试系统采用构造模型泵的方式将泵内运动可视化。所述的模型泵采用电动推杆模拟被测泵柱塞运动，电动推杆与模拟被测泵柱塞的数量、布置方式和布置位置完全相同。所述的测试系统采用柱塞压力传感器及控制器将被测泵柱塞受力传递给模型泵。所述的测试系统采用先导阀控制模型泵斜盘与被测泵斜盘的倾角一致。

模型泵的尺寸与测试泵相同，模型泵上各部件与被测泵上对应部件的采用相同的布置方式，且各对应部件布置位置的分布圆半径一致。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1的差别在于，所述的被测泵为通轴式斜盘式变量轴向柱塞泵，所述的模型泵安装在所述的被测泵主轴上(实施例2中，被测泵和模型泵共用一条主轴，即图中模型泵主轴11和被测泵主轴18为同一部件)，所述的被测泵端盖与所述的模型泵端盖通过端盖连接板25进行连接；所述的被测泵与所述的模型泵上各部件采用镜像对称布置的方式布置。实施例2其它部件的布置要求和布置方式均与实施例1相同。

如图3所示，为本发明通轴式斜盘式轴向变量柱塞泵的倾角测试方法的程序框图，实施例1和实施例2所述测试系统的测试方法是相同的。

在测试时，被测泵与模型泵同步转动；通过被测泵油液压力传感器和模型泵油液压力传感器，测得被测泵出口压力Y₁和模型泵出口压力Y₂，调整先导阀使Y₁＝Y₂，保证测试开始时被测泵和模型泵处于相同的油液压力下；

被测泵的出口油液流经先导阀后，再分别接入被测泵变量活塞和模型泵变量活塞，通过控制先导阀使流入两个变量活塞的流量相等，进而使模型泵斜盘和被测泵斜盘的倾角一致；

通过被测泵柱塞压力传感器和被测泵角位移传感器测得各被测泵柱塞的柱塞压力Pi和斜盘倾角α₁，其中i为被测泵柱塞的数量；柱塞压力Pi随被测泵主轴的转动而实时变化；该压力数据被实时发送给控制器；由于电动推杆不转动，而被测泵柱塞实时转动，依照电动推杆在模型泵分布圆上的位置，以被测泵分布圆上相同的位置作为各电动推杆的虚拟位置，将此虚拟位置数据输入控制器；控制器实时选取与每个电动推杆虚拟位置距离最近的两个被测泵柱塞的压力值，然后根据分布圆上每个电动推杆虚拟位置距离相邻两个被测泵柱塞的角度值，按比例计算出每个电动推杆虚拟位置处对应的压力值，即每个电动推杆需要平衡的压力值P_i合，最后根据公式F_i＝P_i合A输出各个电动推杆需要施加的推力值Fi，其中A为电动推杆的截面积；电动推杆作用在模型泵斜盘上，通过模型泵接触力传感器和模型泵角位移传感器测得各电动推杆对模型泵斜盘的推力Ti以及模型泵的斜盘倾角α₂；

将所测得模型泵的推杆压力Ti和斜盘倾角α₂反馈给控制器；控制器计算推杆压力Ti与被测泵柱塞的柱塞压力Pi的差值，然后形成压力偏差信号，控制器根据压力偏差信号调整施加给推杆的推力Fi；

控制器计算模型泵的斜盘倾角α₂与被测泵的斜盘倾角α₁的差值，然后形成角度偏差信号，控制器根据角度偏差信号调整流入被测泵变量活塞和模型泵变量活塞的流量；

当被测泵的斜盘倾角α₁保持稳定不变时，通过模型泵斜盘上的角位移传感器测得模型泵的斜盘倾角α₂即为被测泵运行状态中的斜盘倾角；通过对模型泵各部件的工况观察以及传感器的参数显示，即可实现对被测泵真实变量控制特性的工况模拟。

在本发明图1所示的实施例1中，模型泵和被测泵的端盖朝向同一侧，电动推杆在模型泵分布圆上的位置与被测泵分布圆上的虚拟位置对于观察者而言是完全相同的。在图2所示的实施例2中，模型泵和被测泵是镜像安装的，电动推杆在模型泵分布圆上的位置与被测泵分布圆上的虚拟位置是呈镜像关系的。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统，其特征在于包括被测泵、模型泵、控制器和先导阀；

所述的被测泵包括被测泵主轴、被测泵出油口、被测泵端盖、被测泵泵壳、被测泵变量活塞、被测泵角位移传感器、被测泵柱塞、被测泵斜盘、被测泵回程弹簧、被测泵柱塞压力传感器；被测泵的柱塞腔下死点位安装有被测泵柱塞压力传感器，被测泵斜盘上安装有被测泵角位移传感器，变量活塞腔内安装油液压力传感器，被测泵柱塞压力传感器、被测泵角位移传感器、被测泵油液压力传感器分别与控制器连接；

所述的模型泵包括模型泵角位移传感器、模型泵回程弹簧、电动推杆、模型泵斜盘、模型泵接触力传感器、模型泵变量活塞、模型泵端盖、模型泵泵壳；模型泵斜盘与变量活塞分别和被测泵的斜盘与变量活塞具有相同的结构和尺寸，模型泵上各部件与被测泵上对应部件采用相同的布置方式，且对应部件所在位置的分布圆半径一致；电动推杆安装在模型泵端盖上，电动推杆的推出侧紧贴模型泵斜盘，每个电动推杆与模型泵斜盘之间安装有模型泵接触力传感器，模型泵斜盘上安装有模型泵角位移传感器，变量活塞腔内安装油液压力传感器，模型泵接触力传感器、模型泵角位移传感器、模型泵油液压力传感器分别与控制器连接；

被测泵出油口连接先导阀，先导阀出口分别连接模型泵变量活塞和被测泵变量活塞。

2.根据权利要求1所述的斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统，其特征在于所述的被测泵为斜盘式轴向变量柱塞泵，所述的模型泵安装在被测泵主轴上，被测泵端盖与所述的模型泵端盖紧贴布置；被测泵与所述的模型泵上对应部件采用镜像对称的布置方式。

3.根据权利要求1所述的斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统，其特征在于所述的模型泵还包括模型泵主轴，所述的模型泵与被测泵相互独立，先导阀分别连接模型泵变量活塞和被测泵变量活塞；模型泵主轴与被测泵主轴同步转动。

4.根据权利要求1所述的斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统，其特征在于所述的模型泵泵壳为透明材质。

5.根据权利要求1-4任一项所述的斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统，其特征在于，所述的模型泵变量活塞的数量与被测泵变量活塞的数量相同。

6.根据权利要求1-4任一项所述的斜盘式变量轴向柱塞泵的变量控制特性工况模拟实时检测系统，其特征在于，所述的电动推杆的数量与被测泵柱塞的数量相同，电动推杆在模型泵端盖上的布置和被测泵柱塞在被测泵端盖上的布置方式相同，布置位置所在的分布圆半径一致。

7.一种如权利要求6所述检测系统的变量控制特性工况模拟实时检测方法，其特征在于包括如下步骤：

被测泵与模型泵同步转动；通过被测泵油液压力传感器和模型泵油液压力传感器，测得被测泵出口压力Y₁和模型泵出口压力Y₂，调整先导阀使Y₁＝Y₂，保证测试开始时被测泵和模型泵处于相同的油液压力下；

被测泵的出口油液流经先导阀后，再分别接入被测泵变量活塞和模型泵变量活塞，通过控制先导阀使流入两个变量活塞的流量相等，进而使模型泵斜盘和被测泵斜盘的倾角一致；

通过被测泵柱塞压力传感器和被测泵角位移传感器测得各被测泵柱塞的柱塞压力Pi和斜盘倾角α₁，其中i为被测泵柱塞的数量；柱塞压力Pi随被测泵主轴的转动而实时变化；该压力数据被实时发送给控制器；由于电动推杆不转动，而被测泵柱塞实时转动，依照电动推杆在模型泵分布圆上的位置，以被测泵分布圆上相同的位置作为各电动推杆的虚拟位置，将此虚拟位置数据输入控制器；控制器实时选取与每个电动推杆虚拟位置距离最近的两个被测泵柱塞的压力值，然后根据分布圆上每个电动推杆虚拟位置距离相邻两个被测泵柱塞的角度值，按比例计算出每个电动推杆虚拟位置处对应的压力值，即每个电动推杆需要平衡的压力值P_i合，最后根据公式F_i＝P_i合A输出各个电动推杆需要施加的推力值Fi，其中A为电动推杆的截面积；电动推杆作用在模型泵斜盘上，通过模型泵接触力传感器和模型泵角位移传感器测得各电动推杆对模型泵斜盘的推力Ti以及模型泵的斜盘倾角α₂；

将所测得模型泵的推杆压力Ti和斜盘倾角α₂反馈给控制器；控制器计算推杆压力Ti与被测泵柱塞的柱塞压力Pi的差值，然后形成压力偏差信号，控制器根据压力偏差信号调整施加给推杆的推力Fi；

控制器计算模型泵的斜盘倾角α₂与被测泵的斜盘倾角α₁的差值，然后形成角度偏差信号，控制器根据角度偏差信号调整流入被测泵变量活塞和模型泵变量活塞的流量；

当被测泵的斜盘倾角α₁保持稳定不变时，通过模型泵斜盘上的角位移传感器测得模型泵的斜盘倾角α₂即为被测泵运行状态中的斜盘倾角；通过对模型泵各部件的工况观察以及传感器的参数显示，即可实现对被测泵真实变量控制特性的工况模拟。

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