CN115949653A - 内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，该试验台由电气驱动装置、液压加载装置和柱塞组件测试装置组成；电气驱动装置为柱塞组件测试装置提供驱动力；液压加载装置为柱塞组件测试装置提供液压负载；柱塞组件测试装置由两个对称布置的柱塞组件、两个缸体和一个凸轮组成；两个柱塞组件作用在凸轮上的力完全平衡；两个缸体内的油液通过管路相连通。本发明通过柱塞组件在凸轮上对顶的结构，模拟了柱塞组件在内曲线液压马达中的运动规律，减小了电机的驱动扭矩；通过将两个缸体内油液相连通，降低了液压系统能耗，延长了试验台的寿命。此外，柱塞组件的滚动摩擦力矩和柱塞副泄漏量可以直接测得，提高了测试结果的准确性。

Description

内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台

技术领域

本发明设计内曲线马达测试试验台设计领域，具体设计一种内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台。

背景技术

内曲线液压马达以其低稳定转速、高输出扭矩、低噪声、高效率、高功重比等优点被广泛应用于各种大型装备的回转驱动。柱塞组件作为内曲线液压马达的核心传动部分在马达长期服役过程中最易失效。其内部的滚轮副、滚轮-导轨副和柱塞-缸体副直接影响内曲线液压马达的机械效率和容积效率，在高压下各个摩擦副的失效将直接导致内曲线液压马达的故障。现有的测试方法大多采用单柱塞结构，能耗大且无法准确测得柱塞-缸体副的泄漏。本发明提出一种对称结构的柱塞组件摩擦副试验台，能直接测得柱塞组件中滚动摩擦副的的摩擦力矩和柱塞-缸体副的泄漏量。有助于推进内曲线液压马达基础理论的研究，同时为研发新型减摩抗磨、节能沿寿摩擦副材料提供试验基础，提升内曲线液压马达的性能指标水平。

发明内容

本发明针对内曲线液压马达柱塞组件摩擦副测试存在的问题，为研究高性能长寿命柱塞组件摩擦副，提出一种内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，该试验台包括电气驱动装置、液压加载装置和柱塞组件测试装置；

所述柱塞组件测试装置包括主轴、凸轮、第一柱塞组件、第二柱塞组件、第一缸体、第二缸体、前导板、后导板、第一油路块和第二油路块；所述主轴通过轴承安装在前导板和后导板上；所述凸轮安装在主轴上；所述第一柱塞组件和第二柱塞组件的端部均具有导向轮和滚轮，第一柱塞组件和第二柱塞组件分别在第一缸体和第二缸体的柱塞腔中往复运动，同时导向轮在前导板和后导板中来回滚动，滚轮在凸轮上滚动；所述第一油路块和第二油路块分别安装在第一缸体和第二缸体的油口处；所述第一油路块和第二油路块连通；通过压力传感器和温度传感器测量通入两个缸体中液压油的压力和温度；

所述电气驱动装置通过伺服电机驱动柱塞组件测试装置的主轴，带动凸轮转动；伺服电机和主轴之间连接有扭矩传感器；

所述液压加载装置通过变频电机和主泵将液压油加载至第一油路块或第二油路块；主泵和第一油路块或第二油路块之间的管路上安装有流量传感器。

进一步地，所述电气驱动装置包括依次连接的伺服电机、减速器、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器；所述第二联轴器连接主轴。

进一步地，所述电气驱动装置的第二联轴器与柱塞组件测试装置中的主轴相连，为凸轮提供驱动力矩，凸轮旋转推动第一柱塞组件和第二柱塞组件往复运动。

进一步地，所述液压加载装置由油箱、变频电机、主泵、单向阀、溢流阀、换向阀、流量传感器和回油过滤器组成；所述油箱、主泵、单向阀、换向阀、流量传感器、柱塞组件测试装置和回油过滤器依次连接，所述回油过滤器连接到油箱；所述溢流阀与主泵的出油口并联；所述变频电机与主泵相连，驱动主泵为柱塞组件测试装置提供流量。

进一步地，所述液压加载装置中输出的高压油与第一油路块或第二油路块的油口相连，并通过引油管进入另一个油路块，为第一柱塞组件和第二柱塞组件提供相同的液压负载。

进一步地，所述柱塞组件测试装置中的凸轮，其升程曲线和回程曲线完全对称；所述第一柱塞组件和第二柱塞组件沿主轴中线对称布置，凸轮所受法向力和切向力平衡；所述伺服电机只需提供克服滚动摩擦力的输出扭矩；所述扭矩传感器测得的即为两个柱塞组件在凸轮上滚动产生的摩擦力矩。

进一步地，当第一柱塞组件在沿凸轮的升程运动时，第一缸体内柱塞腔的体积减小，油液被排出，此时第二柱塞组件沿凸轮的回程运动，第二缸体内的柱塞腔的体积增大；第一柱塞组件由最低点沿升程的运动距离和第二柱塞组件由最高点沿回程的运动距离相等，第一缸体的柱塞腔内排出的油液进入第二缸体的柱塞腔内，且排出的油液体积与第二缸体柱塞腔增大的体积相等。

进一步地，在实际运转中，由于柱塞副的泄漏，主泵需要向柱塞组件测试装置中补油；在稳定运转之后，主泵的补油量即为两个柱塞组件柱塞副的泄漏量；所述流量传感器所测的主泵的补油量即为该泄漏量。

进一步地，所述主轴的转速大小通过所述伺服电机的伺服控制器调节。

进一步地，所述柱塞组件测试装置中的第一柱塞组件和第二柱塞组件所受液压负载大小通过溢流阀调节。

本发明的有益效果是：本发明通过两个柱塞组件的对称分布实现了凸轮的力平衡，有效的减小了所需的驱动力矩；通过两个缸体的油液连通，实现了高压油的内循环，减小了溢流量。在电气驱动和液压加载两个方面均达到了节能的效果，延长了试验台的使用寿命。且柱塞组件的滚动摩擦力矩和泄漏量可以直接测得，提高了测试结果的准确性。

附图说明

图1 电气驱动装置和柱塞组件测试装置示意图。

图2 液压加载装置原理图。

图3 柱塞组件测试装置剖面示意图。

图中，底座101、伺服电机102、减速器103、电机-减速器安装座104、第一联轴器105、扭矩传感器106、第二联轴器107、油箱201、变频电机202、主泵203、单向阀204、溢流阀205、换向阀206、流量传感器207、回油过滤器208、第一油路块301、第一压力传感器302、第一温度传感器303、第一缸体304、引油管305、第一柱塞组件306、后轴承307、第二压力传感器308、第二温度传感器309、第二油路块310、第二缸体311、第二缸体安装板312、第二柱塞组件313、凸轮314、前轴承315、主轴316、前导板317、第一缸体安装板318、盖板319、后导板320。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步具体描述。

本发明提出一种内曲线液压马达柱塞组件吗摩擦副试验台，该试验台包括电气驱动装置、液压加载装置和柱塞组件测试装置。

如图1所示，电气驱动装置包括底座101、伺服电机102、减速器103、电机-减速器安装座104、第一联轴器105、扭矩传感器106和第二联轴器107。

伺服电机102的输出轴与减速器103相连，伺服电机102和减速器103一起安装在电机-减速器安装座104上，电机-减速器安装座104通过螺栓固定在底座101上。减速器103的输出轴与第一联轴器105相连，第一联轴器105与扭矩传感器106的一端相连，扭矩传感器106的另一端与第二联轴器107相连。

如图2所示，液压加载装置由油箱201、变频电机202、主泵203、单向阀204、溢流阀205、换向阀206、流量传感器207和回油过滤器208组成。

变频电机202与主泵203相连，驱动主泵203为柱塞组件测试装置提供流量，主泵203进油口与油箱201相连，出油口与溢流阀205并联，与单向阀204串联，单向阀204的出油口与换向阀206串联，换向阀206的出油口与流量传感器207串联，所流量传感器207流出的油液流入柱塞组件测试装置。回油过滤器208一端与柱塞组件测试装置相连，另一端与油箱201相连，对柱塞组件测试装置中的泄漏油液进行过滤。

如图1和图3所示，柱塞组件测试装置包括主轴316、前轴承315、后轴承307、凸轮314、第一柱塞组件306、第二柱塞组件313、第一缸体304、第二缸体311、前导板317、后导板320、盖板319、第一缸体安装板318、第二缸体安装板312、第一油路块301、第二油路块310、引油管305、第一压力传感器302、第二压力传感器308、第一温度传感器303和第二温度传感器309。

前轴承315和后轴承307分别安装在前导板317和后导板320上。主轴316安装在前轴承315和后轴承307上。凸轮314安装在主轴316上。第一缸体304、第二缸体311分别安装在第一缸体安装板318和第二缸体安装板312上；所述第一柱塞组件306和第二柱塞组件313的端部均具有导向轮和滚轮，第一柱塞组件306和第二柱塞组件313分别在第一缸体304和第二缸体311中往复运动，同时导向轮在前导板317和后导板320中来回滚动，滚轮在凸轮314上滚动。第一油路块301和第二油路块310分别安装在第一缸体304和第二缸体311的进油口处。第一油路块301和第二油路块310通过引油管305相连。第一压力传感器302和第一温度传感器303安装在第一油路块301上，第二压力传感器308和第二温度传感器309安装在第二油路块310上。前导板317、后导板320、第一缸体安装板318、第二缸体安装板312以及盖板319通过螺钉连接在一起，固定在底座101上，形成一个箱体。盖板319上开口，作为柱塞组件测试时的观察窗口。

电气驱动装置的第二联轴器107与柱塞组件测试装置中的主轴316相连，为凸轮314提供驱动力矩，凸轮314旋转推动第一柱塞组件306和第二柱塞组件313在第一缸体304和第二缸体311的柱塞腔中往复运动。

液压加载装置中输出的高压油与第一油路块301的进油口相连，并通过引油管305进入第二油路块310，为第一柱塞组件306和第二柱塞组件313提供相同的液压负载。无论在进程还是回程，第一柱塞组件306和第二柱塞组件313均受同样压力油液的作用，压在凸轮314上。在内曲线液压马达的实际运转过程中，柱塞组件在进程阶段受高压，回程阶段受低压，因此该试验台有加速试验的效果。

柱塞组件测试装置中的凸轮314，可以做成简易的偏心圆，也可根据内曲线液压马达中导轨曲线的运动规律制成相应运动规律的凸轮。但是其升程曲线和回程曲线必须保证完全对称。第一柱塞组件306和第二柱塞组件313沿主轴316中线对称布置，因此凸轮314所受法向力和切向力平衡。伺服电机102只需提供克服滚动摩擦力的输出扭矩。此时扭矩传感器106测得的即为两个柱塞组件在凸轮上滚动产生的摩擦力矩。

第一柱塞组件306和第二柱塞组件313沿主轴316中线对称布置，当第一柱塞组件306在沿凸轮314的升程运动时，第一缸体304内柱塞腔的体积减小，油液被排出，此时第二柱塞组件313沿凸轮314的回程运动，第二缸体311内的柱塞腔的体积增大。第一柱塞组件306由最低点沿升程的运动距离和第二柱塞组件313由最高点沿回程的运动距离相等，在忽略柱塞副泄漏的理想情况下，第一缸体304的柱塞腔内排出的油液全部进入第二缸体311的柱塞腔内，且排出的油液体积与第二缸体柱塞腔增大的体积相等。在实际运转中，由于柱塞副的泄漏，主泵203需要向柱塞组件测试装置中补油。在试验台稳定运转之后，主泵203的补油量即为两个柱塞组件柱塞副的泄漏量。此时流量传感器207所测即为该泄漏量。

凸轮314的转速大小通过伺服电机102的伺服控制器调节。第一柱塞组件306和第二柱塞组件313所受液压负载大小通过溢流阀205调节。

本发明的具体的测试过程如下：

a）开启变频电机202，驱动主泵203输出高压油，高压油进入第一油路块301，然后通入第一缸体304的柱塞腔内，推动第一柱塞组件306与凸轮314接触。第一油路块301中的油液通过引油管305进入第二油路块310，油液通入第二缸体311的柱塞腔内，推动第二柱塞组件313与凸轮314接触；

b）开启伺服电机102，驱动主轴316，带动凸轮314旋转，第一柱塞组件306和第二柱塞组件313在凸轮314的推动下分别在第一缸体304和第二缸体311的柱塞腔中往复运动。同时，第一柱塞组件306和第二柱塞组件313上的导向轮在前导板317和后导板320中来回滚动，第一柱塞组件306和第二柱塞组件313上的滚轮沿凸轮314滚动；

c）调节伺服电机102的转速可以调节凸轮314的转速，第一柱塞组件306和第二柱塞组件313所受液压负载大小通过溢流阀205调节；

d）两个柱塞组件上滚动接触摩擦副的摩擦力通过扭矩传感器106直接测得，两个柱塞与缸体之间的泄漏量通过流量传感器207直接测得。

e）第一缸体304和第二缸体311的柱塞腔中油液的压力和温度通过第一压力传感器302、第二压力传感器308、第一温度传感器303和第二温度传感器309分别测得。

本发明具有以下特点：

通过两个柱塞组件的对称分布实现了凸轮的力平衡，有效的减小了所需的驱动力矩；主轴所受径向力减小，所需主轴轴径和轴承尺寸也变小，使结构更加紧凑，耐久性好；通过连通两个缸体柱塞腔内的油液，实现了高压油的内循环，一个柱塞组件在升程阶段是另一个柱塞组件处于对称的回程阶段，一个柱塞腔内排出的油液进入另一个柱塞腔，主液压回路只需向柱塞腔中补油，减小了所需的油箱大小，在电气驱动和液压加载两个方面均达到了节能的效果，延长了试验台的使用寿命；由于凸轮受力平衡，凸轮旋转所需克服的力矩即为柱塞组件运动过程中的滚动摩擦力矩，通过扭矩传感器可以直接测得提高了摩擦扭矩测试的准确性；柱塞组件中泄漏的油液直接从缸体排出，难以收集且难以实时测量泄漏量，本发明通过测试补油量的方式测得两个柱塞组件的泄漏量，有效地得到了柱塞-缸体副的实时泄漏变化；本发明一次试验可以测试两个柱塞组件，能够方便地进行对比试验，提高了试验效率。

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 (10)

1.一种内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，该试验台包括电气驱动装置、液压加载装置和柱塞组件测试装置；

所述柱塞组件测试装置包括主轴、凸轮、第一柱塞组件、第二柱塞组件、第一缸体、第二缸体、前导板、后导板、第一油路块和第二油路块；所述主轴通过轴承安装在前导板和后导板上；所述凸轮安装在主轴上；所述第一柱塞组件和第二柱塞组件的端部均具有导向轮和滚轮，第一柱塞组件和第二柱塞组件分别在第一缸体和第二缸体的柱塞腔中往复运动，同时导向轮在前导板和后导板中来回滚动，滚轮在凸轮上滚动；所述第一油路块和第二油路块分别安装在第一缸体和第二缸体的油口处；所述第一油路块和第二油路块连通；通过压力传感器和温度传感器测量通入两个缸体中液压油的压力和温度；

所述电气驱动装置通过伺服电机驱动柱塞组件测试装置的主轴，带动凸轮转动；伺服电机和主轴之间连接有扭矩传感器；

所述液压加载装置通过变频电机和主泵将液压油加载至第一油路块或第二油路块；主泵和第一油路块或第二油路块之间的管路上安装有流量传感器。

2.根据权利要求1所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，所述电气驱动装置包括依次连接的伺服电机、减速器、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器；所述第二联轴器连接主轴。

3.根据权利要求2所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，所述电气驱动装置的第二联轴器与柱塞组件测试装置中的主轴相连，为凸轮提供驱动力矩，凸轮旋转推动第一柱塞组件和第二柱塞组件往复运动。

4.根据权利要求1所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，所述液压加载装置由油箱、变频电机、主泵、单向阀、溢流阀、换向阀、流量传感器和回油过滤器组成；所述油箱、主泵、单向阀、换向阀、流量传感器、柱塞组件测试装置和回油过滤器依次连接，所述回油过滤器连接到油箱；所述溢流阀与主泵的出油口并联；所述变频电机与主泵相连，驱动主泵为柱塞组件测试装置提供流量。

5.根据权利要求4所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，所述液压加载装置中输出的高压油与第一油路块或第二油路块的油口相连，并通过引油管进入另一个油路块，为第一柱塞组件和第二柱塞组件提供相同的液压负载。

6.根据权利要求1所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，所述柱塞组件测试装置中的凸轮，其升程曲线和回程曲线完全对称；所述第一柱塞组件和第二柱塞组件沿主轴中线对称布置，凸轮所受法向力和切向力平衡；所述伺服电机只需提供克服滚动摩擦力的输出扭矩；所述扭矩传感器测得的即为两个柱塞组件在凸轮上滚动产生的摩擦力矩。

7.根据权利要求6所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，当第一柱塞组件在沿凸轮的升程运动时，第一缸体内柱塞腔的体积减小，油液被排出，此时第二柱塞组件沿凸轮的回程运动，第二缸体内的柱塞腔的体积增大；第一柱塞组件由最低点沿升程的运动距离和第二柱塞组件由最高点沿回程的运动距离相等，第一缸体的柱塞腔内排出的油液进入第二缸体的柱塞腔内，且排出的油液体积与第二缸体柱塞腔增大的体积相等。

8.根据权利要求7所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，在实际运转中，由于柱塞副的泄漏，主泵需要向柱塞组件测试装置中补油；在稳定运转之后，主泵的补油量即为两个柱塞组件柱塞副的泄漏量；所述流量传感器所测的主泵的补油量即为该泄漏量。

9.根据权利要求1所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，所述主轴的转速大小通过所述伺服电机的伺服控制器调节。

10.根据权利要求4所述的内曲线液压马达柱塞组件摩擦副试验台，其特征在于，所述柱塞组件测试装置中的第一柱塞组件和第二柱塞组件所受液压负载大小通过溢流阀调节。

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