CN1570605A - 轴向柱塞泵配流副润滑特性的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴向柱塞泵配流副润滑特性的测试装置。它的液压动力系统由主油路和加载油路组成，其中主油路动力系统为润滑膜测试平台提供高压油源，加载油路动力系统为配流副提供相应的压紧力用来平衡配流副密封带处的液压反推力；润滑膜测试平台用来试验研究不同工况下配流副的润滑特性；监测控制系统能够实时监测实验状态，采集实验过程中的多个工作参数，完成对实验测试数据的分析、处理等工作，并实现润滑试验系统中微米级润滑膜厚度的反馈控制。本测试装置采用计算机对实验中的各种工况进行在线监控，安全性和可靠性十分高。实验工况可调，试件更换容易。
Description
所属技术领域
本发明涉及配流副润滑特性的测试装置，尤其是涉及一种轴向柱塞泵配流副润滑特性的测试装置。
背景技术
配流副是轴向柱塞泵中最关键的摩擦副之一，也是最容易磨损失效的部件。因此，轴向柱塞泵配流副的滑动面通常应保证必要的润滑条件，要求在滑动面间形成适当厚度的润滑膜，使之起到液体润滑的作用。但是润滑膜不能太薄，否则就会发生“烧盘”破坏现象；润滑膜也不能太厚，否则密封作用小，泵的内泄漏增大，容积效率显著降低。所以，配流副的润滑特性设计对轴向柱塞泵的容积效率与工作寿命有着重要的影响。
国内有关轴向柱塞泵配流副润滑特性的研究开展的比较早，主要有哈尔滨工业大学、中国矿业大学及天津大学等研究单位。其所做试验以CY泵为主，试验用的泵的额定压力一般为15MPa、最大不超过25MPa，转速一般为1500rev/min。国外有关高压、高速、大流量的产品泵很成熟，但均未见这方面的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴向柱塞泵配流副润滑特性的测试装置，通过它可以试验研究油介质和水介质环境中如何应用现有设计方法来改善和提高配流副的润滑性能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是它包括液压动力系统、润滑膜测试平台和监测控制系统，其中：
1)液压动力系统包括主油路和加载油路，
主油路包括：手动变量柱塞泵通过第一吸油过滤器与装有加热器和温度传感器的油箱相连，第一台三相异步电机通过联轴器接手动变量柱塞泵，手动变量柱塞泵的高压油口通过第一精密压力过滤器分别与电磁卸荷溢流阀和第一单向阀的进油口相连，第一蓄能器通过第一高压截止阀分别与第一单向阀的出油口、比例溢流阀及二位四通电磁换向阀进油口相连，信号发生器的信号线经放大器与比例溢流阀的比例电磁铁连接，二位四通电磁换向阀的进油路处装有第一压力传感器和第一精密压力表，二位四通电磁换向阀出油口经第二高压截止阀分别与纯水液压源和配流副润滑特性运动装置的A口相连；
加载油路包括：定量柱塞泵通过第二吸油过滤器与油箱相连，第二台三相异步电机通过联轴器接定量柱塞泵，定量柱塞泵的高压油口通过第二精密压力过滤器分别与直动式溢流阀、第二单向阀的进油口相连，第二蓄能器通过第三高压截止阀分别与第二单向阀的出油口和第二精密压力表相连，四位四通比例伺服阀的进油口接第二单向阀的出油口，第二压力传感器接在配流副润滑特性运动装置的进油口，四位四通比例伺服阀的出油口分别接第二压力传感器与配流副润滑特性运动装置的C口，配流副润滑特性运动装置的泄漏油口通过第一低压截止阀、精密回油过滤器、流量传感器分别经第一低压截止阀接油箱和经第二低压截止阀接水箱，第一微型温度传感器安装在配流副润滑特性运动装置上；
2)润滑膜测试平台包括：变频调速电机通过联轴器、转矩转速传感器与配流副润滑特性运动装置的主轴相连接，变频器的控制线与变频调速电机连接；
3)监测控制系统包括：温度传感器安装在油箱上，3个微位移传感器等分安装在配流副润滑特性运动装置上，转矩转速传感器连接在变频调速电机和配流副润滑特性运动装置之间，所有传感器的数据线和数据采集卡的端子板相连，数据采集卡安装在工控机的主板上，工控机控制数据采集卡输出模拟量信号控制放大器、四位四通比例伺服阀及变频器。
压力传感器，四位四通比例伺服阀，配流副润滑特性运动装置，微位移传感器，数据采集卡，工控机，放大器构成精密位置反馈控制系统。
本发明具有的有益的效果是：
1、主油路动力系统为润滑膜测试平台提供高压油源，加载油路动力系统为配流副提供相应的压紧力用来平衡配流副密封带处的液压反推力；润滑膜测试平台用来试验研究不同工况下配流副的润滑特性；监测控制系统能够实时监测实验状态，采集实验过程中的多个工作参数，完成对实验测试数据的分析、处理等工作，并实现润滑试验系统中微米级润滑膜厚度的反馈控制，压力传感器测量系统的压力和液压缸提供的压力，将这两个压力值进行调整使配流副润滑膜厚度在预定的范围内变化。微位移传感器测量不同工况下配流副的润滑膜厚度。流量传感器测量配流副的泄漏流量；
2、本试验装置中的配流副润滑特性运动装置各零部件均采用不锈钢材料，适合于在各种矿物油介质和水介质环境下对轴向柱塞泵配流副的润滑特性进行测试；
3、实验工况可调，试件更换容易，可以在不同压力、温度、转速、配流副的材料和结构形式下对配流副的润滑特性进行测试；
4、本试验装置的润滑特性运动装置使用高精度电涡流位移传感器测量配流副间隙，以保证对润滑膜厚度的测量误差小于1μm；
5、本试验装置的加载油路部分采用比例伺服阀控制压力，该比例伺服阀压力调节范围大、响应频率高，使得可以通过计算机采用PID算法控制策略对微米级的润滑膜厚度进行反馈控制。
6、润滑特性试验装置采用计算机对实验中的各种工况进行在线监控，安全性和可靠性十分高。
7、轴向柱塞泵配流副润滑特性试验装置可以对排量为63ml/rev~160ml/rev的配流副进行润滑特性试验，试验压力最高为31.5MPa，转速最大为3000rev/min。该试验装置为设计国产的高压、高速、大流量轴向柱塞泵提供了试验平台。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明的配流副润滑特性运动装置结构示意图；
图3是本发明的配流副润滑特性运动装置结构右视图；
图4是本发明的右端盖结构放大图。
图1中：1、油箱，2、加热器，3、温度传感器，4、吸油过滤器，5、手动变量柱塞泵，6、三相异步电机，7、精密压力过滤器，8、电磁卸荷溢流阀，9、单向阀，10、高压截止阀，11、蓄能器，12、比例溢流阀，13、放大器，14、信号发生器，15、压力传感器，16、精密压力表，17、二位四通电磁换向阀，18、高压截止阀，19、吸油过滤器，20、三相异步电机，21、定量柱塞泵，22、精密压力过滤器，23、直动式溢流阀，24、单向阀，25、高压截止阀，26、蓄能器，27、精密压力表，28、压力传感器，29、四位四通比例伺服阀，30、纯水液压源，31、配流副润滑特性运动装置，32、微位移传感器，33、微型温度传感器，34、低压截止阀，35、精密回油过滤器，36、流量传感器，37、38低压截止阀，39、转矩转速传感器，40、联轴器，41、变频调速电机，42、变频器，43、数据采集卡，44、工控机，45、放大器。
图2、图3、图4中：31.1平键，31.2轴，31.3盖板，31.4骨架式油封，31.5螺钉，31.6弹簧垫圈，31.7向心球轴承，31.8弹性挡圈，31.9轴用方形圈，31.10旋转接头，31.11右端盖，31.12螺钉，31.13弹簧垫圈，31.14 O形密封圈，31.15圆锥滚子轴承，31.16孔用阶梯圈，31.17壳体，31.18骨架式油封，31.19 O形密封圈，31.20弹性挡圈，31.21隔离板，31.22弹性挡圈，31.23轴套，31.24螺钉，31.25弹簧垫圈，31.26摩擦盘，31.27保护盘，31.28螺钉，31.29螺钉，31.30弹簧垫圈，31.31左端盖，3 1.32螺钉，31.33配流盘定位块，31.34弹簧，31.35螺钉，31.36配流盘，31.37定位销，31.38微位移传感器，31.39 O形密封圈，31.40垫块，31.41、31.42、31.43微型温度传感器。
具体实施方式
如图1所示，包括液压动力系统、润滑膜测试平台和监测控制系统，其中：
1)液压动力系统包括主油路和加载油路，
主油路包括：手动变量柱塞泵5通过第一吸油过滤器4与装有加热器2和温度传感器3的油箱1相连，第一台三相异步电机6通过联轴器接手动变量柱塞泵5，手动变量柱塞泵5的高压油口通过第一精密压力过滤器7分别与电磁卸荷溢流阀8和第一单向阀9的进油口相连，第一蓄能器11通过第一高压截止阀10分别与第一单向阀9的出油口、比例溢流阀12及二位四通电磁换向阀17进油口相连，信号发生器14的信号线经放大器13与比例溢流阀12的比例电磁铁连接，二位四通电磁换向阀17的进油路处装有第一压力传感器15和第一精密压力表16，二位四通电磁换向阀17出油口经第二高压截止阀18分别与纯水液压源30和配流副润滑特性运动装置31的A口相连；
加载油路包括：定量柱塞泵21通过第二吸油过滤器19与油箱1相连，第二台三相异步电机20通过联轴器接定量柱塞泵21，定量柱塞泵21的高压油口通过第二精密压力过滤器22分别与直动式溢流阀23、第二单向阀24的进油口相连，第二蓄能器26通过第三高压截止阀25分别与第二单向阀24的出油口和第二精密压力表27相连，四位四通比例伺服阀29的进油口接第二单向阀24的出油口，第二压力传感器28接在配流副润滑特性运动装置31的进油口，四位四通比例伺服阀29的出油口分别接第二压力传感器28与配流副润滑特性运动装置31的C口，配流副润滑特性运动装置31的泄漏流口通过第一低压截止阀34、精密回油过滤器35、流量传感器36分别经第一低压截止阀38接油箱1和经第二低压截止阀37接水箱1.1，第一微型温度传感器33安装在配流副润滑特性运动装置31上；
2)润滑膜测试平台包括：变频调速电机41通过联轴器40、转矩转速传感器39与配流副润滑特性运动装置31的主轴31.2相连接，变频器42的控制线与变频调速电机41连接；
3)监测控制系统包括：温度传感器3安装在油箱1上，3个微位移传感器32等分安装在配流副润滑特性运动装置31上，转矩转速传感器39连接在变频调速电机41和配流副润滑特性运动装置31之间，所有传感器的数据线和数据采集卡43的端子板相连，数据采集卡43安装在工控机44的主板上，工控机44控制数据采集卡43输出模拟量信号控制放大器45、四位四通比例伺服阀29及变频器42。
如图2、图3所示，所说的配流副润滑特性运动装置31包括：左端盖31.31通过螺钉31.29，弹簧垫圈31.30和壳体31.17固定，配流盘31.36通过螺钉31.35固定在左端盖31.31上，配流盘定位块31.33通过螺钉31.32和左端盖31.31固定，保护盘31.27通过螺钉31.28和左端盖31.31固定，微位移传感器31.38、微位移传感器31.42、微位移传感器31.43、O形密封圈31.39通过螺纹固定在左端盖31.31上，右端盖31.11通过螺钉31.12，弹簧垫圈31.13固定在壳体31.17上，O形密封圈31.14装在右端盖31.11和壳体31.17之间起密封作用，装在主轴31.2上的旋转接头31.10、向心球轴承31.7、圆锥滚子轴承31.15和右端盖31.11孔紧配合，主轴31.2通过向心球轴承31.7、圆锥滚子轴承31.15固定轴向位置，轴用方形圈31.9和孔用阶梯圈31.16其密封作用，轴套31.23和摩擦盘31.26通过螺钉31.24、弹簧垫圈31.25、定位销31.37固定在一起，轴套31.23的另一端和主轴31.2轴径最大处紧配合，弹簧31.34装在轴套31.23和主轴31.2之间，隔离板31.21、O形密封圈31.19、骨架式油封31.18把壳体31.17内的容腔隔离为两腔，弹性挡圈31.20和弹性挡圈31.22分别固定隔离板31.21和骨架式油封31.18的位置，弹性挡圈31.8卡在在主轴31.2上固定向心球轴承31.7的位置，垫块31.40装在旋转接头31.10和固定向心球轴承31.7之间，盖板31.3通过螺钉31.5、弹簧垫圈31.6固定在右端盖31.11上，骨架式油封31.4在盖板31.3里，平键31.1固定在主轴31.2上，微型温度传感器31.41通过螺纹固定在左端盖31.31上。
主油路动力系统为润滑膜测试平台提供高压油源，加载油路动力系统为配流副提供相应的压紧力用来平衡配流副密封带处的液压反推力。
主油路中由三相异步电机6带动手动变量柱塞泵5为系统提供高压油源。由手动变量柱塞泵5提供的高压油通入左端盖31.31的A口。当对不同的配流盘31.36进行试验时，可以通过调节手动变量柱塞泵5来满足不同配流副所需的泄漏流量的要求。调节比例溢流阀12可以改变手动变量柱塞泵5的出口压力，该压力调整范围0～34MPa。当测试油液压柱塞泵的配流副时，打开高压截止阀18和低压截止阀38，关闭低压截止阀37；当测试水液压柱塞泵的配流副时，接通纯水液压源30，并关闭高压截止阀18和低压截止阀38，打开低压截止阀37即可。
加载油路中由定量柱塞泵21提供的高压油通入右端盖31.11上的C口，再经过旋转接头31.10及主轴31.2内部小孔后最终到达B处。可以通过调节四位四通比例伺服阀29的出口压力来控制右端盖31.11的C口压力，从而改变配流副的压紧系数。该加载力与配流副润滑膜分离力相平衡，使试验中的配流副的润滑膜厚度在一定的间隙范围内变化。
系统的主油路和加载的油路分开，以减小系统油路对加载油路的干扰。
润滑膜测试平台中变频调速电机41通过联轴器40驱动配流副润滑特性运动装置31进行润滑特性试验。
监测控制系统中压力传感器15测量系统的压力，压力传感器28测量配流副润滑特性运动装置31的C处入口压力，当这两个压力值达到一定的关系时，配流副润滑膜厚度才能在预定的范围内变化。微位移传感器32测量不同工况下配流副的润滑膜厚度。流量传感器33测量配流副的泄漏流量。转矩转速传感器39测量变频调速电机41输出的转矩与转速。温度传感器3测量油箱1的温度。微型温度传感器33测量配流副间液体的温度。所测得的实验数据都通过数据采集卡43到工控机44中。同时，工控机44还通过数据采集卡43对润滑膜厚度和变频器42进行反馈控制。
电机驱动主轴31.2，主轴31.2带动轴套31.23高速旋转。配流盘31.36固定在左端盖31.31上。高压液体从配流副润滑特性运动装置31的A处通入，经过配流副从内外密封带泄漏出去，泄漏流量可由流量传感器33测量。B处中的高压液体推动轴套31.23及摩擦盘31.26压紧配流盘31.36。该压紧力与配流副润滑膜分离力相平衡。通过四位四通比例伺服阀29调节B处液体压力即可改变对配流盘31.36的压紧力，从而改变配流副润滑间隙。
实验中采用电涡流微位移传感器直接测量配流副的润滑膜厚度。3只微位移传感器31.38、31.42、31.43的安装位置如图3所示，每个微位移传感器的分布角度为120°。根据三只微位移传感器测量的数值可以确定一个平面，既可获得润滑膜厚度的数值，又可确定配流副润滑膜的形状。
因为配流副高速的相对旋转运动会产生大量的剪切热，导致配流副间液体的温度上升得比装置容腔内的液体快，而粘温性是导致配流副润滑膜形成的关键因素之一，所以测量配流副间隙流体的温度十分重要。微型温度传感器31.41用来测量配流副间流体的温度，如图3所示。因此可以在实验中考察流体粘温性对配流副润滑膜的影响程度。
配流副润滑特性运动装置31中的零部件均由不锈钢制成，如图2所示，通过测试装置能够在各种矿物油介质和水介质下对多种材料的摩擦配副进行筛选。尤其可以在水环境中及高压高速条件下对新型工程材料的润滑机理及磨损机理进行研究，从而确定出最佳的水液压柱塞泵配流副材料配对及结构形式。
图4中，右端盖31.11中的D口为润滑向心球轴承31.7而开设。
图1中，隔离板31.21和骨架式油封31.18将配流副润滑特性运动装置31内部的容腔分为两部分，其中左边容腔可以通水和各种矿物油，右边容腔专门为泄漏矿物油。这样使得试验装置可以对矿物油介质和水介质下对多种材料的配流副进行润滑特性试验。
Claims (2)
1.一种轴向柱塞泵配流副润滑特性的测试装置，其特征在于它包括液压动力系统、润滑膜测试平台和监测控制系统，其中：
1)液压动力系统包括主油路和加载油路，
主油路包括：手动变量柱塞泵(5)通过第一吸油过滤器(4)与装有加热器(2)和温度传感器(3)的油箱(1)相连，第一台三相异步电机(6)通过联轴器接手动变量柱塞泵(5)，手动变量柱塞泵(5)的高压油口通过第一精密压力过滤器(7)分别与电磁卸荷溢流阀(8)和第一单向阀(9)的进油口相连，第一蓄能器(11)通过第一高压截止阀(10)分别与第一单向阀(9)的出油口、比例溢流阀(12)及二位四通电磁换向阀(17)进油口相连，信号发生器(14)的信号线经放大器(13)与比例溢流阀(12)的比例电磁铁连接，二位四通电磁换向阀(17)的进油路处装有第一压力传感器(15)和第一精密压力表(16)，二位四通电磁换向阀(17)出油口经第二高压截止阀(18)分别与纯水液压源(30)和配流副润滑特性运动装置(31)的A口相连；
加载油路包括：定量柱塞泵(21)通过第二吸油过滤器(19)与油箱(1)相连，第二台三相异步电机(20)通过联轴器接定量柱塞泵(21)，定量柱塞泵(21)的高压油口通过第二精密压力过滤器(22)分别与直动式溢流阀(23)、第二单向阀(24)的进油口相连，第二蓄能器(26)通过第三高压截止阀(25)分别与第二单向阀(24)的出油口和第二精密压力表(27)相连，四位四通比例伺服阀(29)的进油口接第二单向阀(24)的出油口，第二压力传感器(28)接在配流副润滑特性运动装置(31)的进油口，四位四通比例伺服阀(29)的出油口分别接第二压力传感器(28)与配流副润滑特性运动装置(31)的C口，配流副润滑特性运动装置(31)的泄漏油口通过第一低压截止阀(34)、精密回油过滤器(35)、流量传感器(36)分别经第一低压截止阀(38)接油箱(1)和经第二低压截止阀(37)接水箱(1.1)，第一微型温度传感器(33)安装在配流副润滑特性运动装置(31)上；
2)润滑膜测试平台包括：变频调速电机(41)通过联轴器(40)、转矩转速传感器(39)与配流副润滑特性运动装置(31)的主轴(31.2)相连接，变频器(42)的控制线与变频调速电机(41)连接；
3)监测控制系统包括：温度传感器(3)安装在油箱(1)上，3个微位移传感器(32)等分安装在配流副润滑特性运动装置(31)上，转矩转速传感器(39)连接在变频调速电机(41)和配流副润滑特性运动装置(31)之间，所有传感器的数据线和数据采集卡(43)的端子板相连，数据采集卡(43)安装在工控机(44)的主板上，工控机(44)控制数据采集卡(43)输出模拟量信号控制放大器(45)、四位四通比例伺服阀(29)及变频器(42)。
2.根据权利要求1所述一种轴向柱塞泵配流副润滑特性的测试装置，其特征在于：所说的配流副润滑特性运动装置(31)包括：左端盖(31.31)通过螺钉和壳体(31.17)固定，配流盘(31.36)通过螺钉固定在左端盖(31.31)上，配流盘定位块(31.33)通过螺钉和左端盖(31.31)固定，保护盘(31.27)通过螺钉和左端盖(31.31)固定，微位移传感器(31.38)、微位移传感器(31.42)、微位移传感器(31.43)通过螺纹固定在左端盖(31.31)上，右端盖(31.11)通过螺钉固定在壳体(31.17)上，O形密封圈(31.14)装在右端盖(31.11)和壳体(31.17)之间，装在主轴(31.2)上的旋转接头(31.10)、向心球轴承(31.7)、圆锥滚子轴承(31.15)和右端盖(31.11)孔紧配合，轴套(31.23)和摩擦盘(31.26)通过螺钉固定在一起，轴套(31.23)的另一端和主轴(31.2)轴径最大处紧配合，弹簧(31.34)装在轴套(31.23)和主轴(31.2)之间，隔离板(31.21)、O形密封圈(31.19)、骨架式油封(31.18)把壳体(31.17)内的容腔隔离为两腔，弹性挡圈(31.20)和弹性挡圈(31.22)分别固定隔离板(31.21)和骨架式油封(31.18)的位置，弹性挡圈(31.8)卡在在主轴(31.2)上固定向心球轴承(31.7)的位置，垫块(31.40)装在旋转接头(31.10)和固定向心球轴承(31.7)之间，盖板(31.3)通过螺钉固定在右端盖(31.11)上，微型温度传感器(31.41)通过螺纹固定在左端盖(31.31)上。
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