CN115855467B - 一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台，该往复式回程结构包括斜盘、回程盘、球面柱塞、带孔缸体、缸体套、被试柱塞和被试滑靴。若干个球面柱塞安装于带孔缸体壁面，球面端与回程盘的上端面接触。高压油流入带孔缸体的环形凹槽，通过垂直于带孔缸体表面开设的四个缸体进油路沟通四个球面柱塞孔，使得四个球面柱塞始终压紧回程盘，迫使被试滑靴被紧压在斜盘表面滑动。本发明可以实现柱塞滑靴组件的可靠回程，有效防止高速工况下的滑靴倾覆和偏磨，提高了单柱塞滑靴组件试验台安装回程机构的可行性，准确复现了极高转速下柱塞滑靴组件多体动力学及界面油膜承载润滑特性。

Description

一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台

技术领域

本发明涉及斜盘式轴向柱塞泵试验台领域，尤其涉及一种适用于高速工况下单柱塞滑靴组件测试试验台的往复式回程结构。

背景技术

轴向柱塞泵作为液压系统的动力元件，是影响整个系统性能的关键元件。轴向柱塞泵关键摩擦副的性能测试可以为研发过程中改进结构设计和提升加工工艺提供重要依据，也是判断轴向柱塞泵整体性能的重要手段，其中，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，柱塞副与滑靴副试验研究对柱塞泵性能提升具有重要意义。国内外学者通常搭建单柱塞滑靴组件试验台，既逼近于真实泵内柱塞副与滑靴副的动力学行为，又降低传感器的安装难度和成本。

高压高速化的发展趋势对轴向柱塞泵的工作转速提出了更高的要求，但是导致柱塞滑靴组件的受力工况恶劣。在试验台的测试过程中，高速工况下滑靴油膜承载力、离心力矩、球铰副摩擦力矩、滑靴底面粘性摩擦力矩增大，回程压紧力无法与之平衡，造成滑靴倾覆和偏磨磨损，严重影响滑靴的承载润滑特性，导致对高速工况下单柱塞滑靴组件性能测试的准确度和可行性降低。因此，需要在试验台上安装类似真实轴向柱塞泵的回程盘结构，其功能为克服柱塞滑靴组件的倾覆力和惯性力，保证柱塞滑靴组件的顺利回程。

目前实际柱塞泵常用的回程方式为弹簧回程和定间隙回程。在轴向柱塞泵中，缸体转动带动柱塞滑靴组件做沿中心轴线的往复运动，而斜盘静止，因此回程盘仅存在平行于斜盘面的转动。相反，在单柱塞滑靴组件试验台中，采用斜盘转动，柱塞滑靴组件缸体静止的方案，因此斜盘与回程盘会保持某一倾斜角度以缸体中心轴线为旋转轴心旋转。在高速工况下回程盘沿脱离斜盘方向的惯性力变大，导致回程盘发生高频摆动，无法保持与斜盘面平行且紧压滑靴，不仅无法起到回程作用，反而会造成回程盘下端面和中心孔分别于与滑靴底部和侧面的接触碰撞，加剧滑靴磨损。此外，试验台运行工况较多，系统压力变化范围广，为使滑靴与斜盘之间始终具有一定的预封油接触比压，需要根据不同工况调节回程压紧力大小。同时，由于试验台的空间有限，回程弹簧安装结构设计复杂，安装空间可能不足；由于试验台斜盘与传动轴一体式连接，定间隙结构安装困难。因此，实际轴向柱塞泵上使用的回程结构不适用于单柱塞滑靴组件试验台。

发明内容

本发明的目的在于针对高速工况下单柱塞滑靴组件测试试验台上滑靴倾覆问题，克服因旋转组件原理差异导致的使用与实际轴向柱塞泵相同回程结构存在的缺陷，提出一种适用于单柱塞滑靴组件试验台的、实现高速工况下抗滑靴倾覆的、具有较小脱盘惯性力的、自适应调节滑靴副间隙的往复式回程结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台，其特征在于，包括斜盘、回程盘、球面柱塞、带孔缸体、缸体套、被试柱塞和被试滑靴。

所述被试滑靴包括被试滑靴台阶面和被试滑靴底面，所述回程盘为圆柱环，回程盘下端面与被试滑靴台阶面贴合，被试滑靴底面与斜盘贴合。所述回程盘的圆柱环中心孔与被试滑靴侧面为间隙配合；

所述带孔缸体壁面上具有沿周向均布的三个及以上的球面柱塞孔和一个被试柱塞孔，所述球面柱塞孔环绕被试柱塞孔等弧度均布，所述球面柱塞孔(7.1)内均安装有球面柱塞，当处于外死点时，四个球面柱塞均处于最大伸出状态，因此球面柱塞长度满足在外死点位置时球面柱塞不全部脱离球面柱塞孔；当处于内死点时，四个球面柱塞均处于最大缩进状态，因此球面柱塞孔长度满足在内死点位置时保证球面柱塞有足够的缩进空间。

所述被试柱塞孔中安装被试柱塞，所述带孔缸体开有环形凹槽，在环形凹槽中对应球面柱塞孔的位置开有缸体进油路，与球面柱塞孔连通，通入液压油；被试柱塞和被试滑靴通过球铰连接；

所述球面柱塞的球面端与回程盘上端面接触，通过球面柱塞孔中的液压油压力将球面柱塞压紧在回程盘上端面。

进一步地，所述缸体套制有销孔，使得缸体套通过销固定于带孔缸体上。

进一步地，所述主泵依次连接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溢流阀，高压油通过三通管接头，一路进入被试柱塞孔，一路连接减压阀再连接回程进油管路。

进一步地，通过调节球面柱塞孔中液压油压力，进而调节被试滑靴和斜盘之间的间隙，使得被试滑靴与斜盘中间始终存在油膜，因此产生一定的承载力，防止两者发生固体接触造成磨损。

进一步地，所述缸体套进油口与带孔缸体的环形凹槽相通，进油口两端开设密封槽，分别内置密封圈。

本发明的有益效果是：针对高速工况下单柱塞滑靴组件试验台的滑靴倾覆问题，设计了一种低惯量自适应调压往复式回程结构。该回程结构体积小、质量轻，因此在高速工况下，回程盘沿脱离斜盘方向的惯性力减小，抑制了回程盘的高频摆动，能够保持紧压滑靴底面，实现了柱塞滑靴组件在吸油区的可靠回程，同时，系统高压油同时作用于被试柱塞滑靴组件和回程盘，因此当系统压力变化时，滑靴副油膜承载力和回程压紧力均发生相应调整，实现对滑靴副间隙的自适应调节，避免了变工况时回程压紧力与油膜承载力不平衡造成的滑靴倾覆和偏磨磨损。将系统高压油引入安装于带孔缸体壁内的球面柱塞孔中，通过液压力压紧回程盘，不需要额外安装弹簧压紧结构或定间隙结构，结构简单，减小了安装空间。本发明提高了单柱塞滑靴组件试验台安装回程机构的可行性，准确复现了极高转速下柱塞滑靴组件多体动力学及界面油膜承载润滑特性，实现了摩擦副独立测试后的流固动力学特征准确拟实。

附图说明

图1是带往复式回程结构的柱塞滑靴测试组件结构示意图；

图2是带孔缸体的结构示意图；

图3是柱塞滑靴测试组件位于外死点处的剖视图；

图4是柱塞滑靴测试组件位于内死点处的剖视图；

图5是具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台的液压原理图；

图6是现有技术中利用中心弹簧回程的单柱塞滑靴组件测试试验台的结构示意图

图7是现有技术中利用中心弹簧回程的单柱塞滑靴组件测试试验台的结构剖视图

其中的附图标记为，斜盘1、回程盘2、回程盘下端面2.1、回程盘上端面2.2、回程盘3、被试滑靴台阶面3.1、被试滑靴底面3.2、回程盘4、球面柱塞5、球面端5.1、缸体套6、缸体套进油口6.1、密封槽6.2、带孔缸体7、球面柱塞孔7.1、被试柱塞孔7.2、环形凹槽7.3、缸体进油路7.4、管接头8、密封圈9、主泵10、比例溢流阀11、流量传感器12、单向阀13、减压阀14、回程进油管路15、油箱16、中心弹簧17、中心球铰18、双柱塞回程盘19、辅助柱塞20、辅助安装座21、底部流道21.1。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例一

如图1-4所示，为包含本发明回程机构的单柱塞滑靴组件测试试验台的一种实施例，在所示的优选实施例中，所述具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台，包括斜盘1、回程盘2、球面柱塞5、带孔缸体7、缸体套6、被试柱塞4和被试滑靴3。其中，回程盘2为圆柱环，回程盘下端面2.1与被试滑靴台阶面3.1贴合，被试滑靴底面3.2与斜盘1贴合。回程盘2中心孔与被试滑靴3为间隙配合；所述带孔缸体7壁面上具有沿周向均布的三个及以上的球面柱塞孔7.1和一个被试柱塞孔7.2，所述球面柱塞孔7.1内均安装有球面柱塞5，若球面柱塞孔7.1数量设计过少，则可能造成球面柱塞5对回程盘2的压紧力不够，无法实现抗倾覆的功能；若球面柱塞孔7.1数量设计过多，则各个球面柱塞5表面与球面柱塞孔7.1表面形成的球面柱塞副会累加产生较大的轴向粘性摩擦力和固体接触摩擦力，造成对被试柱塞5的轴向摩擦力的测量干扰。在本实施例中，球面柱塞孔的数量为4个；所述球面柱塞孔7.1深度为24毫米；所述球面柱塞5的球面端5.1与回程盘上端面2.2接触，通过球面柱塞孔7.1中的液压油压力将球面柱塞5压紧在回程盘上端面2.2。所述被试柱塞孔7.2中安装被试柱塞4，所述带孔缸体7开有环形凹槽7.3，在环形凹槽7.3中对应球面柱塞孔7.1的位置开有缸体进油路7.4，与球面柱塞孔7.1连通，通入液压油；被试柱塞4和被试滑靴3通过球铰连接；

缸体套进油口6.1与带孔缸体7的环形凹槽7.3相通，进油口两端开设密封槽6.2，分别内置密封圈9,防止此处高压油产生泄漏。缸体套6制有销孔6.3，使得缸体套6销固定于带孔缸体7上。

图3-4所示为单柱塞滑靴组件分别位于外死点和内死点状态时的局部剖面图。当处于图3所示的外死点时，四个球面柱塞5均处于最大伸出状态，因此在设计球面柱塞长度时，应满足在该位置时球面柱塞不全部脱离球面柱塞孔7.1；当处于图4所示的内死点时，四个球面柱塞5均处于最大缩进状态，因此在设计球面柱塞孔长度时，应满足在该位置时球面柱塞孔7.1的长度可以保证球面柱塞5有足够的缩进空间。

图5为液压原理图，其中：主泵10吸油口通过流道接通油箱16，主泵10压油口依次连接流量传感器12和单向阀13。所述主泵10和流量传感器12之间的管路上连接有比例溢流阀11，所述比例溢流阀11出油口连接油箱16，用于调节油液压力。高压油通过三通管接头，一路进入被试柱塞孔7.2为被试柱塞4供油，一路连接减压阀14再连接回程进油管路15。高压油液通过回程进油管路15进入带孔缸体7的环形凹槽7.3，使得高压油可以同时流入四个球面柱塞孔7.1，四个球面柱塞5通过高压油压力始终压紧回程盘2，迫使被试滑靴3被紧压在斜盘1表面滑动。同时，可以通过减压阀14调节高压油液的压力大小，从而实现对压紧力的调节。

实施例二

如图6-7所示，为现有的单柱塞滑靴组件测试试验台，与实施例一的不同之处在于回程盘结构和回程压紧力形式。在所选实施例中，采用弹簧回程的方案，即中心弹簧17压缩，压紧中心球铰18和双柱塞回程盘19，使得双柱塞回程盘19紧贴滑靴台阶面，将滑靴压向斜盘。该实施例中设有辅助柱塞20和辅助安装座21。辅助安装座21用于安装中心弹簧17、中心球铰18和辅助柱塞20，并设有底部流道21.1为辅助柱塞20供油。

实施例一提出的本发明与实施例二对比，具有以下优点：

首先，由于试验台采用斜盘转动，柱塞滑靴组件缸体静止的方案，因此斜盘与回程盘会保持某一倾斜角度以缸体中心轴线为旋转轴心旋转，因此回程盘也存在沿中心轴线的往复运动。在实施例二中，双柱塞回程盘体积较大，质量较重，因此，在高速工况下回程盘沿脱离斜盘方向的惯性力较大，导致回程盘发生高频摆动，无法始终保持与斜盘面平行且紧压滑靴，不仅无法起到回程作用，反而会造成回程盘下端面和中心孔分别于与滑靴阶梯面和侧面的接触碰撞，加剧滑靴磨损。而实施例一中，回程盘具有体积小，质量轻的特点，因此在沿脱离斜盘方向的惯性力小，能避免回程盘在高速工况下发生的高频摆动，使其保持紧贴滑靴，具有较高的稳定性，能有效防止高速工况下的滑靴倾覆和偏磨。

其次，在试验台的不同系统压力下，滑靴副的油膜承载力不同，若油膜承载力大于回程压紧力，滑靴将被油膜压力推离斜盘，滑靴副间隙变大；若回程压紧力远大于油膜承载力，则滑靴副间隙变小，滑靴和斜盘可能发生固体接触，造成滑靴表面磨损。因此，要确保滑靴副始终存在一定油膜厚度，需使油膜承载力和回程压紧力大小保持适当的差值。实施例二中，若要在不同系统压力下调节回程压紧力，使其与不同的滑靴油膜承载力平衡，必须调节中心弹簧后的螺栓，通过改变中心弹簧的压缩量改变回程压紧力，过程繁琐，操作空间小，操作困难；而在实施例一中，系统液压力作为回程压紧力，其优点在于当滑靴副油膜承载力随系统压力变化时，回程压紧力也会相应变化，实现对滑靴副油膜厚度的自适应调节。例如，当系统压力变小时，滑靴副油膜承载力变小，与此同时，回程压紧力也变小，反之亦然。因此滑靴副油膜厚度不会因滑靴油膜承载力的减小而减小，也不会因滑靴油膜承载力的增大而增大，而是始终存在一定厚度，使得滑靴油膜承载力和回程压紧力在不同系统压力下保持平衡。同时，在液压系统中，还配有减压阀作为调节回程压紧力的备选方式，调节方式简便快捷。

最后，实施例一与实施例二相比，不用安装辅助支座和辅助柱塞，使用安装在带孔缸体壁内的球面柱塞压紧回程盘，使得试验台结构更加简洁紧凑。

本发明具有如下特点：

(1)本发明设计的回程盘相较于实际柱塞泵用回程盘，具有体积小，质量轻的特点，因此在随斜盘做高速旋转运动时，沿脱离斜盘方向的惯性力小，能避免回程盘在高速工况下发生的高频摆动，使其保持紧贴滑靴，具有较高的稳定性，能有效防止高速工况下的滑靴倾覆和偏磨。

(2)本发明的回程压紧力为液压力。当采用液压力为回程压紧力时，可引入系统高压油至球面柱塞孔内，回程压紧力大小随系统压力和滑靴油膜承载力变化，实现对滑靴副油膜厚度的自适应调节，同时也可通过减压阀对回程压紧力进行无极调节，合理利用了试验台资源，兼顾了回程结构的稳定性和灵活性。

(3)使用安装在带孔缸体壁内的球面柱塞压紧回程盘，不外加弹簧压紧结构或在斜盘安装定间隙结构，使得试验台结构更加简洁紧凑。

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 (5)

1.一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台，其特征在于，该试验台包括斜盘(1)、回程盘(2)、球面柱塞(5)、带孔缸体(7)、缸体套(6)、被试柱塞(4)和被试滑靴(3)；

所述被试滑靴(3)包括被试滑靴台阶面(3.1)和被试滑靴底面(3.2)，所述回程盘(2)为圆柱环，回程盘下端面(2.1)与被试滑靴台阶面(3.1)贴合，被试滑靴底面(3.2)与斜盘(1)贴合；所述回程盘(2)的圆柱环中心孔与被试滑靴(3)侧面为间隙配合；

所述带孔缸体(7)壁面上具有沿周向均布的三个及以上的球面柱塞孔(7.1)和一个被试柱塞孔(7.2)，所述球面柱塞孔(7.1)环绕被试柱塞孔(7.2)等弧度均布，所述球面柱塞孔(7.1)内均安装有球面柱塞(5)，当处于外死点时，四个球面柱塞(5)均处于最大伸出状态，因此球面柱塞长度满足在外死点位置时球面柱塞不全部脱离球面柱塞孔(7.1)；当处于内死点时，四个球面柱塞(5)均处于最大缩进状态，因此球面柱塞孔长度满足在内死点位置时保证球面柱塞(5)有足够的缩进空间；

所述被试柱塞孔(7.2)中安装被试柱塞(4)，所述带孔缸体(7)开有环形凹槽(7.3)，在环形凹槽(7.3)中对应球面柱塞孔(7.1)的位置开有缸体进油路(7.4)，与球面柱塞孔(7.1)连通，通入液压油；被试柱塞(4)和被试滑靴(3)通过球铰连接；

所述球面柱塞(5)的球面端(5.1)与回程盘上端面(2.2)接触，通过球面柱塞孔(7.1)中的液压油压力将球面柱塞(5)压紧在回程盘上端面(2.2)。

2.根据权利要求1所述的一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台，其特征在于：所述缸体套(6)制有销孔(6.3)，使得缸体套(6)通过销固定于带孔缸体(7)上。

3.根据权利要求1所述的一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台，其特征在于：该单柱塞滑靴组件测试试验台还包括主泵(10)，所述主泵(10)依次连接流量传感器(12)和单向阀(13)，所述主泵(10)和流量传感器(12)之间的管路上连接有溢流阀(11)，高压油通过三通管接头，一路进入被试柱塞孔(7.2)，一路连接减压阀(14)再连接回程进油管路(15)。

4.根据权利要求1所述的一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台，其特征在于：通过调节球面柱塞孔(7.1)中液压油压力，进而调节被试滑靴(3)和斜盘(1)之间的间隙，使得被试滑靴(3)与斜盘(1)中间始终存在油膜，因此产生一定的承载力，防止两者发生固体接触造成磨损。

5.根据权利要求1所述的一种具有往复式回程结构的单柱塞滑靴组件测试试验台，其特征在于：所述缸体套(6)具有缸体套进油口(6.1)，所述缸体套进油口(6.1)与带孔缸体(7)的环形凹槽(7.3)相通，进油口两端开设密封槽(6.2)，分别内置密封圈(9)。