CN112855514B - 基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台，其特征在于，该试验台包括主泵、斜盘测试组件、驱动组件；所述斜盘测试组件包括测试组件和辅助组件，所述测试组件和辅助组件基本结构相同，所述驱动组件包括高速电机和高速齿轮箱；所述高速齿轮箱中的齿轮由高速电机提供驱动力；所述高速齿轮箱的输出轴作为斜盘轴，其上安装有斜盘。所述主泵吸油口通过流道接通净油箱，且主泵压油口连接引油管分别向测试缸体和辅助缸体的柱塞孔供油。本发明斜盘轴两端的柱塞滑靴组件为对顶结构，有效抵消斜盘轴组件所受轴向力，解决了轴承选型困难的问题，延长了测试系统的寿命，扩大了试验台的应用范围。

Description

基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台

技术领域

本发明涉及液压泵测试试验台设计领域，具体涉及一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副综合测试试验台。

背景技术

柱塞副、滑靴副是轴向柱塞泵实现吸排油功能的核心摩擦副，柱塞副的摩擦润滑性能主要体现在柱塞轴向方向由于往复运动产生的摩擦力，承载性能主要体现在柱塞径向方向上需要支撑的巨大侧向力作用，斜盘驱动力经由滑靴副传递到柱塞副，滑靴副的润滑承载性能对于柱塞泵正常工作至关重要，对柱塞副、滑靴副的力学承载特性进行准确的试验，有助于推进和发展摩擦润滑承载机理相关的基础理论研究，有助于研发设计新型的减摩抗磨、节能延寿柱塞副、滑靴副结构及考察其在实践中的性能表现，有助于发展和提升轴向柱塞泵的性能指标水平。

发明内容

本发明的目的在于针对航天航空领域对零部件重量、体积以及性能的特殊应用要求，提出一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副综合测试试验台，

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台，该试验台包括主泵、斜盘测试组件、驱动组件、节流阀、限压单向阀、冷却器、过滤器、冷却过滤泵、脏油箱和净油箱；

所述斜盘测试组件包括测试组件和辅助组件，所述测试组件和辅助组件基本结构相同，均包括腔体、缸体、引油管、喷油嘴、柱塞、滑靴、斜盘轴；所述测试组件还包括轴向力传感器和传感器座；所述引油管和柱塞均安装在缸体的柱塞孔中，所述引油管的球面头穿过轴向力传感器与测试缸体孔径形成间隙配合和间隙密封，引油管的另一端固定在传感器座上；所述柱塞与柱塞孔滑动连接，所述滑靴一端抵在柱塞上，另一端抵在斜盘轴上，滑靴通过油液压力压在斜盘轴上；所述喷油嘴靠近柱塞孔和斜盘轴安装，用于对柱塞、滑靴和斜盘轴进行冷却和润滑。所述辅助组件中的缸体为辅助缸体，直接固定安装在腔体中，所述测试组件中的缸体为测试缸体，通过轴向力传感器固定安装在传感器座上，所述传感器座固定在腔体中。所述腔体固定在试验台上。

所述驱动组件包括高速电机和高速齿轮箱；所述高速齿轮箱中的齿轮由高速电机提供驱动力；所述高速齿轮箱的输出轴作为斜盘轴，其上安装有斜盘。

所述冷却器的进油口通过过滤器连接冷却过滤泵，冷却器的出油口同时连接三通管接头和限压单向阀进油口，冷却器的出来的油通过三通管接头的一路进入喷油嘴，通过三通管接头的另一路进入节流阀进油口，所述节流阀出油口连接净油箱，所述限压单向阀的出油口连接脏油箱；

所述主泵吸油口通过流道接通净油箱，且主泵压油口连接引油管分别向测试缸体和辅助缸体的柱塞孔供油。

进一步地，所述主泵和引油管之间的管路上连接有流量传感器和单向阀，所述主泵和流量传感器之间的管路上连接有比例溢流阀，所述比例溢流阀的进油口与主泵的压油口连通，出油口连接净油箱，冷却过滤泵吸油口通过流道接通脏油箱，且压油口依次连通过滤器和冷却器。

进一步地，所述单向阀的出油口连接有压力传感器和压力表。所述节流阀的出油口也连接有压力表。

进一步地，所述净油箱连接有温度传感器，监测净油箱温度。

进一步地，所述净油箱和脏油箱位于同一个箱体中，中间通过隔板分隔，所述隔板高度低于箱体高度，当净油箱内的液位超过隔板高度时，油液从净油箱流入脏油箱，为脏油箱补油。

进一步地，所述驱动组件还包括联轴器、转速转矩传感器、驱动轴；所述高速电机通过联轴器与转速转矩传感器连接，所述转速转矩传感器与驱动轴连接；所述高速齿轮箱中具有两个相互啮合的齿轮，所述驱动轴和其中一个齿轮连接，提供驱动力，另一个齿轮连接高速齿轮箱的输出轴，输出轴从高速齿轮箱的两侧伸出，两个斜盘安装在高速齿轮箱的输出轴上。

本发明的有益效果是：针对航天航空方向对零部件的特殊应用要求，设计了一种采用减速比为1：1高速齿轮箱进行传动的双斜盘对顶结构用于高压高速柱塞泵柱塞副和滑靴副组件的性能测试，斜盘轴两端的柱塞滑靴组件为对顶结构，这种特殊的结构使得被测柱塞副和滑靴副组件在任何工作状态下受到的轴向力都能被辅助柱塞副和滑靴副组件的反向轴向力平衡，组件受力平衡就能够保证平稳运行，提高机械效率，同时减少噪音的产生。同时解决了单斜盘轴测试结构存在的高速高压下轴向力过大，测试困难，对轴承等元件选型要求高等问题，提高了轴承的寿命，降低了传统液压系统的复杂性，减少了液压系统的故障，延长了测试系统的寿命，扩大了试验台的应用范围。

附图说明

图1是本发明基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副综合测试试验台的液压原理图；

图2是斜盘测试组件结构示意图；

图3是斜盘轴与齿轮箱主体及安装示意图；

图4是引油管安装剖面图；

图5是试验台整体安装示意图；

图中，冷却过滤泵1、过滤器2、隔板3、主泵4、温度传感器5、净油箱6、比例溢流阀7、流量传感器8、单向阀9、压力表10、压力传感器11、节流阀12、限压单向阀13、冷却器、脏油箱15、高速电机201、联轴器202、转速转矩传感器203、辅助缸体204、驱动轴205、高速齿轮箱206、腔体207、柱塞208、滑靴209、传感器座210、轴向力传感器211、测试缸体212、喷油嘴213、斜盘轴214、引油管301。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提出的一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台，包括主泵4，比例溢流阀7，流量传感器8，单向阀9，压力表10，压力传感器11，节流阀12，限压单向阀13，冷却器14，过滤器2，冷却过滤泵1，温度传感器5、脏油箱15、净油箱6等。所述主泵4吸油口通过流道接通净油箱6，且主泵4压油口依次连接流量传感器8、单向阀9和引油管301分别向测试缸体212和辅助缸体204的柱塞孔供油。所述主泵4和流量传感器8之间的管路上连接有比例溢流阀7，所述比例溢流阀7的进油口与主泵4的压油口连通，出油口连接净油箱6。所述冷却过滤泵1吸油口通过流道接通脏油箱15，且压油口依次连通过滤器2和冷却器14。所述冷却器14的进油口通过过滤器2连接冷却过滤泵1，冷却器14的出油口同时连接三通管接头和限压单向阀13的进油口，冷却器14的出来的油通过三通管接头的一路进入喷油嘴213，通过三通管接头的另一路进入节流阀12进油口，所述节流阀12出油口连接净油箱6，所述限压单向阀13的出油口连接脏油箱15。

所述单向阀9的出油口连接有压力传感器11和压力表10。所述节流阀12的出油口也连接有压力表10。

所述净油箱6连接有温度传感器5。所述净油箱6和脏油箱15通过隔板3分隔，但在一定高度上是连通的，当净油箱6内的液位达到一定高度时，油液从净油箱6流入脏油箱15，为脏油箱15补油。

如图2-5所示，为斜盘测试组件，驱动组件的安装示意图，所述斜盘测试组件包括测试组件和辅助组件，所述测试组件和辅助组件基本结构相同，均包括腔体207、缸体、引油管301、喷油嘴213、柱塞208、滑靴209、斜盘轴214；所述测试组件还包括轴向力传感器211和传感器座210；所述驱动组件包括高速电机201、联轴器202、转速转矩传感器203、驱动轴205和高速齿轮箱206。

所述高速电机201通过联轴器202与转速转矩传感器203连接，所述转速转矩传感器203与驱动轴205连接，所述高速齿轮箱206的输出轴作为斜盘轴214，其上安装有斜盘。所述高速齿轮箱206中具有两个相互啮合的齿轮，所述驱动轴205和其中一个齿轮连接，提供驱动力，另一个齿轮连接高速齿轮箱206的输出轴，输出轴从高速齿轮箱的两侧伸出，两个斜盘安装在高速齿轮箱的输出轴上。所述柱塞208与柱塞孔滑动连接，所述滑靴209一端抵在柱塞208上，另一端抵在斜盘轴214上，滑靴209通过油液压力压在斜盘轴214上。所述辅助组件中的缸体为辅助缸体204，直接固定安装在腔体207中，所述测试组件中的缸体为测试缸体212，通过轴向力传感器211固定安装在传感器座210上，所述传感器座210固定在腔体207中。所述引油管301和柱塞208均安装在缸体的柱塞孔中，所述引油管301的球面头穿过轴向力传感器211与测试缸体212孔径形成间隙配合和间隙密封，引油管301的另一端固定在传感器座210上。

腔体207通过螺栓固定在试验台上。两个腔体壁面下端均开回油孔，通过直通管接头和液压管路回脏油箱15。

所述喷油嘴213靠近缸体内柱塞孔和斜盘轴214安装，且均依次连接直通管接头、管路和三通管接头一路连接节流阀12进油口，一路连接冷却器14出油口。所述节流阀12的进油口连接喷油嘴213，出油口连接净油箱6。

本发明可实现在高压高速的运动状态下，都能通过双斜盘结构有效地抵消斜盘轴组件的轴向力，减少了齿轮箱内轴承的载荷，降低了维修成本，在不损坏轴承的情况下测量单柱塞轴向摩擦力、柱塞腔压力、泄漏量、斜盘轴转速，转矩。根据测试对象不同，可加工不同的斜盘轴(变斜盘倾角)、不同的柱塞直径、不同的滑靴，实现多种规格形式柱塞副和滑靴副的测量。

本发明中主泵4从净油箱6吸油，高压油液通过流量传感器8和单向阀9和引油管301进入测试缸体212和辅助缸体204的柱塞腔，比例溢流阀7的进油口与主泵4的排油口连通，出油口连接净油箱6，用于调节油液压力，从而为测试缸体212和辅助缸体204的柱塞腔供油、补充泄漏并调控柱塞腔压力。在主泵4和引油管301之间安装流量传感器8，用于测试斜盘测试组件组件的泄漏量。供油压力通过压力传感器11进行检测。在高压油的作用下，滑靴209始终压向斜盘轴214。

冷却循环泵1从脏油箱15吸油，脏油液通过过滤器2过滤，通过冷却器14冷却，冷却后的干净油液一路流入喷油嘴213对斜盘测试组件进行额外冷却和润滑，一路通过节流阀12流回净油箱，节流阀12起到调节喷淋压力并对净油箱6补油的作用。系统设置限压单向阀13，当节流阀12的节流口开度较小，且喷油嘴213堵塞时，通过冷却器14的油液压力变高，当油液压力过高时，限压单向阀13打开，可将高压油引回脏油箱15，起到保护冷却回路元件的作用。

用压力表10监测喷淋压力和供油压力。用于冷却斜盘测试组件的脏油液和斜盘测试组件的泄漏脏油液通过腔体207的回油孔流回脏油箱15。

温度传感器5连接净油箱6，用于测试净油箱6内油液的温度。

斜盘测试组件中的高速电机201通过联轴器202带动驱动轴205转动，驱动轴205配合高速齿轮带动斜盘轴214旋转，推压柱塞208和压在斜盘表面的滑靴209，使得柱塞208在缸孔中产生往复运动，柱塞208和测试缸体212发生的相互作用力(轴向摩擦力)由轴向力传感器211进行检测；驱动轴205的转速和转矩通过转速转矩传感器203进行检测。进而可以计算出滑靴209的摩擦力。斜盘轴214两端为对顶结构，抵消轴向力。

本发明具有如下特点：

(1)测试斜盘轴组件采用减速比为1：1高速齿轮箱进行传动的双斜盘对顶结构，斜盘轴两端的柱塞滑靴组件为对顶结构，有效抵消斜盘轴组件所受轴向力。不仅能模拟真实泵内柱塞副、滑靴副的动力学行为，又能解决单斜盘轴测试结构存在的高压下轴向力过大，测试困难，对轴承等元件选型要求高等问题。

(2)引油管与测试缸体的柱塞孔采用间隙密封，消除了密封件的摩擦力，使轴向力传感器测得的力仅为所需柱塞副的摩擦力，降低了数据处理的难度，

(3)液压油路的冷却循环系统采用节流阀调节喷淋压力并能对净油箱补油，采用限压单向阀保护元件，提高系统地安全性能。改进后的试验台可应用于航空航天高压高速柱塞泵柱塞副和滑靴副组件的性能测试。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台，其特征在于，该试验台包括主泵、斜盘测试组件、驱动组件、节流阀、限压单向阀、冷却器、过滤器、冷却过滤泵、脏油箱和净油箱；

所述斜盘测试组件包括测试组件和辅助组件，所述测试组件和辅助组件基本结构相同，均包括腔体、缸体、引油管、喷油嘴、柱塞、滑靴、斜盘轴；所述测试组件还包括轴向力传感器和传感器座；所述引油管和柱塞均安装在缸体的柱塞孔中，所述引油管的球面头穿过轴向力传感器与测试缸体孔径形成间隙配合和间隙密封，引油管的另一端固定在传感器座上；所述柱塞与柱塞孔滑动连接，所述滑靴一端抵在柱塞上，另一端抵在斜盘轴上，在高压油的作用下，滑靴始终压向斜盘；所述喷油嘴靠近柱塞孔和斜盘轴安装，用于对柱塞、滑靴和斜盘轴进行冷却和润滑；斜盘轴两端的柱塞滑靴组件为对顶结构，这种特殊的结构使得被测柱塞副和滑靴副组件在任何工作状态下受到的轴向力都能被辅助柱塞副和滑靴副组件的反向轴向力平衡；所述辅助组件中的缸体为辅助缸体，直接固定安装在腔体中，所述测试组件中的缸体为测试缸体，通过轴向力传感器固定安装在传感器座上，所述传感器座固定在腔体中；所述腔体固定在试验台上；

所述驱动组件包括高速电机、高速齿轮箱、联轴器、转速转矩传感器和驱动轴；所述高速电机通过联轴器与转速转矩传感器连接，所述转速转矩传感器与驱动轴连接；所述高速齿轮箱中具有两个相互啮合的齿轮，所述驱动轴和其中一个齿轮连接，提供驱动力，另一个齿轮连接高速齿轮箱的输出轴；所述高速齿轮箱的输出轴作为斜盘轴，输出轴从高速齿轮箱的两侧伸出，两个斜盘安装在高速齿轮箱的输出轴上；驱动轴的转速和转矩通过转速转矩传感器进行检测，进而计算出滑靴的摩擦力，

所述冷却器的进油口通过过滤器连接冷却过滤泵，冷却器的出油口同时连接三通管接头和限压单向阀进油口，冷却器的出来的油通过三通管接头的一路进入喷油嘴，通过三通管接头的另一路进入节流阀进油口，所述节流阀出油口连接净油箱，所述限压单向阀的出油口连接脏油箱；

所述主泵吸油口通过流道接通净油箱，且主泵压油口连接引油管分别向测试缸体和辅助缸体的柱塞孔供油、补充泄漏并调控柱塞腔压力；所述净油箱和脏油箱位于同一个箱体中，中间通过隔板分隔，所述隔板高度低于箱体高度，当净油箱内的液位超过隔板高度时，油液从净油箱流入脏油箱，为脏油箱补油。

2.根据权利要求1所述的一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台，其特征在于：所述主泵和引油管之间的管路上连接有流量传感器和单向阀，所述主泵和流量传感器之间的管路上连接有比例溢流阀，所述比例溢流阀的进油口与主泵的压油口连通，出油口连接净油箱，冷却过滤泵吸油口通过流道接通脏油箱，且压油口依次连通过滤器和冷却器。

3.根据权利要求2所述的一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台，其特征在于：所述单向阀的出油口连接有压力传感器和压力表；所述节流阀的出油口也连接有压力表。

4.根据权利要求1所述的一种基于双旋转斜盘对顶驱动的高压高速液压泵摩擦副试验台，其特征在于：所述净油箱连接有温度传感器，监测净油箱温度。

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