一种液压泵配流副润滑特性在线测试装置

1.本发明涉及液压元件测试技术领域，特别涉及一种液压泵配流副润滑特性在线测试装置。


背景技术：

2.轴向柱塞泵是工程机械领域最为重要的动力元件之一，在盾构机、挖掘机等中都发挥了关键的作用。随着工业行业的不断发展，轴向柱塞泵呈现出了高转速、高压力、大排量的发展趋势。轴向柱塞泵中的配流副在运动时会在其间形成油膜起到润滑的作用，但若油膜厚度太厚导致密封效果变差，配流副间泄漏增加，轴向柱塞泵的效率降低；若厚度太薄则导致润滑效果不佳，配流盘和缸体异常磨损。配流副的泄漏和润滑直接影响泵的性能，故配流副的润滑特性研究具有重要价值。目前国内外对配流副润滑特性测试装置的研究主要有以下几种：
3.1.模型泵式测试装置。浙江大学曾研制了一种此类型装置。该装置能够在不改变泵/马达基体结构的基础上，采用无线遥测的手段，实现对其内部高速旋转的柱塞副的油膜特性进行测试。该装置保留了泵中的主要结构，测试环境非常接近泵的真实工况，但是结构复杂，拆装维护困难；柱塞的旋转对传感器影响较大，并且容易损坏传感器；因为使用了微型传感器和无线传输装置，使得装置成本较高。
4.2.剥离式测试装置。此类装置的设计思路是将配流副从泵中剥离出来，使用外部设备模拟配流副在泵中的工作环境。南京航空航天大学研制了一种此类型装置。此装置可模拟油膜生成和高压偏载的工作环境，测试摩擦转矩、油膜支承力等参数。但此装置只设计了高压油区，与泵中高低压环境有所差别；开式外壳结构使得高压区压力不高；缺少油膜特性在线测试功能。浙江大学也研制了一种此类型装置。该装置为密闭壳体，高压区压力可以达到较高值，配流盘平行地安装有微位移传感器，在主轴端使用液压方式加载，可以测得摩擦转矩、油膜厚度等参数。此装置同样只有高压油区，与泵中高低压环境有所差别；在旋转的主轴上使用了液压加载，导致附加结构较多，稳定性降低；压力传感器只安装在控制阀的出口和模拟部分的入口，导致不能得到较完整的油膜压力场。


技术实现要素：

5.为了更好地检测配流副各种参数，本发明的实施例提供了一种液压泵配流副润滑特性在线测试装置，包括：
6.模拟部分，包括壳体以及设置在壳体两侧的左端盖、右端盖，所述壳体内设置有移动构件和转动构件，所述移动构件包括加载盘，所述加载盘的外伸轴穿过左端盖并位于壳体外，所述加载盘位于所述壳体内的部分固定有配流盘，所述转动构件包括摩擦盘和与摩擦盘传动连接的主轴，所述主轴穿过右端盖且保持摩擦盘位于壳体内，所述摩擦盘与所述配流盘形成球面配流副；所述加载盘上设置有两个第一贯通孔，两个所述第一贯通孔上设置有转接头，所述转接头用于与外部油源连通，所述加载盘上还设置有两个第一腰型盲孔，
所述第一贯通孔对应的设置在第一腰型盲孔内，所述配流盘的低压区设置有一个第一腰型通孔，所述配流盘的高压区设置有三个第二腰型通孔，所述第一腰型通孔的通过面积大于第二腰型通孔的通过面积；所述配流盘在高低压过渡区以及第二腰型通孔之间设置有压力检测孔，所述压力检测孔为通孔，所述配流盘在背向摩擦盘的一面布置有温度检测孔，所述温度检测孔为盲孔，若干所述温度检测孔呈环形的布置在所述配流盘的内、外密封带处；所述配流盘在圆周方向均布有三个位移检测台；
7.转动部分，用于带动主轴进行转动；
8.推动部分，用于与移动构件连接以调整配流盘与摩擦盘之间的间隙；
9.检测部分，包括设置在压力检测孔内的压力检测传感器、设置在温度检测孔内的温度检测传感器、设置在所述位移检测台上的位移检测传感器以及连接加载盘和推动部分的六分量力传感器。
10.优选的，所述转动构件还包括旋转轴套，所述旋转轴套的内圈与主轴传动连接，所述摩擦盘设置在所述旋转轴套上，所述旋转轴套的外圈连接有支撑构件，所述支撑构件与所述壳体的内壁抵接。
11.优选的，所述壳体内壁靠近右端盖一侧设置有三层阶梯结构，所述支撑结构包括隔离板和支撑板，所述隔离板与所述支撑板平行地间隔设置，所述旋转轴套穿过隔离板和支撑板，所述旋转轴套与所述隔离板之间设置有密封件，所述旋转轴套与所述支撑板之间设置有推力球轴承，所述推力球轴承的外圈与所述支撑板卡接，所述推力球轴承的内圈与旋转轴套过盈配合。
12.优选的，所述旋转轴套与所述主轴之间花键连接，所述旋转轴套与所述主轴之间还设置有提供轴向预紧力的碟形弹簧。
13.优选的，所述右端盖在中心处设置有外凸起和内凸起，所述内凸起和外凸起之间形成凸起腔，所述主轴穿过所述凸起腔，所述主轴与所述外凸起之间设置有双列调心轴承，所述主轴与所述内凸起之间设置有圆锥滚子轴承。
14.优选的，所述摩擦盘朝向配流盘的一面设置有若干仿制盲孔。
15.优选的，所述转动部分为主轴驱动电机，所述主轴驱动电机通过联轴器与所述主轴连接。
16.优选的，所述推动部分包括底座，所述底座上平行设置有螺杆，所述螺杆螺接有加载架，六分量力传感器一端与所述加载架连接，另一端与所述加载盘连接，所述加载架可推动所述加载盘移动。
17.优选的，所述推动部分还包括锁紧构件，所述锁紧构件设置在所述左端盖上并限制所述加载盘的轴向位移。
18.本发明的上述方案有如下的有益效果：
19.基于将配流副剥离出来的思想设计，使得在检测的过程中没有多余的结构干扰检测过程，整个装置结构紧凑、功能齐全，便于拆装。在配流盘上安装检测部分，可以同时进行油膜特性、压力场和温度场的在线测试，结合工控机可实现实时采集、汇总、处理数据，使得测试结果清晰明了；并且检测部分安装在不旋转的配流盘上，排除了旋转对检测部分的影响，使得检测结果更加的真实可靠。
附图说明
20.图1是本发明的整体示意图；
21.图2是模拟部分剖视图；
22.图3是配流盘朝向摩擦盘一面的示意图；
23.图4是加载盘的结构示意图；
24.图5是推动部分的俯视图。
25.【附图标记说明】
26.1-模拟部分、10-壳体、11-左端盖、12-右端盖、13-移动构件、14-转动构件、131-加载盘、132-配流盘、133-旋转轴套、134-支撑构件、1341-隔离板、1342-支撑板、1343-推力球轴承、1344-碟形弹簧、135-配流定位块，141-摩擦盘、142-主轴、143-摩擦定位块、144-仿制盲孔、1311-第一贯通孔、1312-转接头、1314-通油管、1315-第一腰型盲孔，1321-第一腰型通孔、1322-第二腰型通孔、1323-压力检测孔、1324-温度检测孔、1325-位移检测台、121-外凸起、122-内凸起、123-双列调心轴承，124-圆锥滚子轴承；
27.2-转动部分、21-主轴驱动电机、22-联轴器；
28.3-推动部分、31-底座、32-螺杆、33-加载架、34-六分量力传感器、35-锁紧件。
具体实施方式
29.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
30.如图1-5所示，本发明的实施例提供了一种液压泵配流副润滑特性在线测试装置，包括模拟部分1、检测部分、转动部分2和推动部分3，其中模拟部分1用于模拟不同泵体内环境，检测部分用于检测模拟出来的泵体内环境各项参数，推动部分3用于形成多种条件下的泵体内环境，转动部分2模拟泵体的工作状态。
31.具体来说，模拟部分1包括壳体10以及设置在壳体10两侧的左端盖11和右端盖12，在壳体10内部设置有移动构件13和转动构件14，其中移动构件13包括加载盘131，加载盘131的外伸轴穿过左端盖11并且位于壳体10外部，加载盘131上设置有配流盘132，配流盘132设置在壳体10内，配流盘132通过配流定位块135可拆卸地装配在加载盘131上，通过更换不同的配流盘132及配流定位块135可以实现多尺寸的测试。前述的转动构件14包括摩擦盘141和与摩擦盘141传动连接的主轴142，其中，主轴142穿过右端盖12并且保证摩擦盘141位于壳体10内，摩擦盘141与配流盘132形成球面配流副。
32.在加载盘131上还设置有两个第一贯通孔1311，优选的，两个第一贯通孔1311垂直于加载盘131设置，每个第一贯通孔1311内设置有转接头1312，该转接头1312可以通过通油管1314与外部油源连通。通油管1314可以穿过左端盖11便于与转接头1312连通。在加载盘131上朝向配流盘132的一面还设置有第一腰型盲孔1315，前述的第一贯通孔1311设置在第一腰型盲孔1315内。
33.通常，配流盘132从功能上分为高压区、低压区以及高低压过渡区，在本技术中，低压区内设置有一个第一腰型通孔1321，在高压区设置有三个第二腰型通孔1322。前述的第一腰型通孔1321的通过面积要大于第二腰型通孔1322的通过面积。
34.在高低压过渡区以及第二腰型通孔1322之间设置有压力检测孔1323，压力检测孔
1323为通孔，在配流盘132背向摩擦盘141的一面布置有温度检测孔1324，该温度检测孔1324为盲孔。为保证压力检测孔1323、温度检测孔1324方便装配各种传感器，可以采用螺纹结构进行安装。需要指出的是，压力检测孔1323优选的内壁设置有细牙螺纹，一方面细牙螺纹便于将压力检测传感器固定于压力检测孔1323中，另一方面，细牙螺纹也起到了一定的密封作用，减少通孔油液泄漏对油膜的影响。
35.通常，配流盘132从结构上分为本体和设置在本体上的内密封带、外密封带，其中第一腰型通孔的内侧为内密封带、第一腰型通孔的外侧为外密封带，本技术中，温度检测孔1324设置在内、外密封带处，位于内密封带处的温度检测孔1324和位于外密封带的温度检测孔1324均呈环形排布，且圆心重合。配流盘132的外缘凸出有三个位移检测台1325，任意相邻两个位移检测台1325之间的夹角为120
°
。
36.前述的检测部分包括设置在压力检测孔1323内的压力检测传感器、设置在温度检测孔1324内的温度检测传感器、设置在所述位移检测台1325上的位移检测传感器以及连接加载盘131和推动部分3的六分量力传感器34。其中压力检测传感器采用压电式压力传感器，体积小、动态特性好、耐高温；位移检测传感器为电涡流微位移传感器，实现非接触式测量，避免影响配流副的旋转运动，且可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高；温度检测传感器为热电偶式温度传感器，结构小巧便于安装，测得数据通过外部工控机结合油液和金属的热传导系数可计算出配流副间油膜的温度场。
37.前述的转动部分2用于带动主轴142转动，模拟泵体的工作状态，前述的推动部分3用于与加载盘131连接以调整配流盘132与摩擦盘141之间的间隙大小。
38.在本技术中，基于将配流副剥离出来的思想设计，使得在检测的过程中没有多余的结构干扰检测过程，整个装置结构紧凑、功能齐全，便于拆装。在配流盘132上安装检测部分，可以同时进行油膜特性、压力场和温度场的在线测试，结合工控机可实现实时采集、汇总、处理数据，使得测试结果清晰明了；并且检测部分安装在不旋转的配流盘132上，排除了旋转对检测部分的影响，使得检测结果更加的真实可靠。
39.此外，温度检测传感器安装在盲孔内，既能通过油液和金属的热传导系数计算得到测试结果，还能够在达到测试目的的前提下，尽量减小对配流盘132和摩擦盘141形成的油膜进行破坏，进一步的减少了因结构改变而导致的误差，更加真实地模拟不同工况。
40.进一步的，为了更好地模拟配流副在泵中的工作环境，在摩擦盘141朝向配流盘132的一面还设置有仿制盲孔144，该仿制盲孔144依照不同泵的结构，仿照缸体底部结构而制作。
41.前述的推动部分3不但有调整配流盘132与摩擦盘141之间间隙的作用，还具有另一层作用。具体来说，当油液通入到壳体10内，油液会推动配流盘132和配擦盘轴向分离，导致检测环境发生变化，影响检测效果。因此在本实施例中，还提供一种效果较好的推动部分3。推动部分3包括底座31，在底座31上设置有螺杆32，优选的螺杆32平行于底座31，在螺杆32上螺接有加载架33，当螺杆32转动时，加载架33沿着螺杆32进行进退动作。
42.具体来说，在底座31上设置有两根平行的导轨，导轨的长度方向与螺杆32的长度方向平行，每根导轨上设置有两个滑块，加载架33设置在四个滑块上。加载架33的底部还设置有丝杠螺块，丝杠螺块与螺杆32进行螺接。为保证加载架33水平发生移动，底座31上还设置有丝杆支撑座，丝杆支撑座设置在螺杆32的两端，一方面支撑螺杆32，避免螺杆32在转动
过程中，丝杠螺块与底座31发生碰撞，另一方面通过调整丝杠支撑座的高度也可以保证加载架33水平移动。在加载架33上设置前述的六分量力传感器34，六分量力传感器34的另一端与加载盘131连接。螺杆32通过推动电机进行带动，推动电机与螺杆32之间优选的采用啮合传动。
43.推动部分3采用滚珠丝杠的方式进行加载，并且设置在不旋转的配流盘132一侧，使得加载更加稳定，定位更加精准。此外，采用滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动，可传递较大的转矩且传动平稳。
44.前述的六分量力传感器34可以同时检测空间直角坐标系三个坐标轴方向的压力以及绕三个坐标轴的转矩，即可测量油膜产生的分离力和配流副间的摩擦转矩，进而通过工控机计算出配流副间的摩擦系数。
45.进一步的，为降低推动部分3所受的反作用力，推动部分3还包括锁紧构件，该锁紧构件设置在左端盖11上，并且可以限制加载盘131的轴向位移。在本实施例中，锁紧构件采用楔形块锁紧原理对加载盘131进行锁紧。
46.转动构件14还包括旋转轴套133，该旋转轴套133的内圈与主轴142传动连接，摩擦盘141通过摩擦定位块143设置在旋转轴套133上，旋转轴套133的外圈设置有支撑构件134，支撑构件134与壳体10的内壁抵接。
47.前述的支撑构件134包括隔离板1341和支撑板1342，其中隔离板1341和支撑板1342平行地间隔设置，旋转轴套133穿过隔离板1341和支撑板1342，旋转轴套133与隔离板1341之间设置有密封件，旋转轴套133与支撑板1342之间设置有推力球轴承1343。推力球轴承1343的外圈与支撑板1342卡接，防止旋转轴套133向因轴向分离力而向远离配流盘132的方向移动。优选的，推力球轴承1343的内圈与旋转轴套133过盈配合。
48.进一步的，壳体10的内壁在靠近右端盖的一侧设置有三层阶梯结构，隔离板1341和支撑板1342分别与三层阶梯结构抵接。其中隔离板1341用于隔离油液，隔离板1341与旋转轴套133之间以及与壳体10之间密封处理。支撑板1342与三层阶梯结构抵接以消除轴向分离力。
49.主轴142与旋转轴套133之间采用花键连接，在旋转轴套133与主轴142之间还设置有提供轴向预紧力的碟形弹簧1344，保证旋转轴套133与主轴142轴向方向上预紧。
50.右端盖12在中心处还还设置有内凸起122和外凸起121，内凸起122与外凸起121之间形成凸起腔，主轴142穿过凸起腔，主轴142与外凸起121之间设置有双列调心轴承123，主轴142与内凸起122之间设置有圆锥滚子轴承124。双列调心轴承123具有自动调心性，可以补偿不同心度和轴挠度造成的误差，也可以承受一定的轴向力。圆锥滚子轴承124相较于双列调心轴承123可承受稍大的轴向力。
51.转动部分2在本实施例中采用主轴142电机，主轴142电机通过联轴器22与主轴142传动连接。
52.在本技术方案中，主轴142电机带动主轴142转动，将转矩传递至旋转轴套133，安装在旋转轴套133上的摩擦盘141也随之转动，与配流盘132形成旋转摩擦运动的配流副，高低压油液通过通油管进入到配流盘132与摩擦盘141之间，在旋转运动和油液静压的作用下形成油膜，并向两侧产生轴向分离力，模拟配流副的高低压油膜支撑，将配流盘132和摩擦盘141撑开，起到润滑作用。推动部分3对加载盘131施加轴向加载力，与油膜产生的轴向分
离力相平衡，模拟配流盘132的受力情况，并使油膜厚度处于一定的范围内。
53.在配流盘132和摩擦盘141工作的空间内还设置有溢油孔，溢油孔外接流量计可测得配流副间的泄漏流量。
54.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，包括：模拟部分(1)，包括壳体(10)以及设置在壳体(10)两侧的左端盖(11)、右端盖(12)，所述壳体(10)内设置有移动构件(13)和转动构件(14)，所述移动构件(13)包括加载盘(131)，所述加载盘(131)的外伸轴穿过左端盖(11)并位于壳体(10)外，所述加载盘(131)位于所述壳体(10)内的部分固定有配流盘(132)，所述转动构件(14)包括摩擦盘(141)和与摩擦盘(141)传动连接的主轴(142)，所述主轴(142)穿过右端盖(12)且保持摩擦盘(141)位于壳体(10)内，所述摩擦盘(141)与所述配流盘(132)形成球面配流副；所述加载盘(131)上设置有两个第一贯通孔(1311)，两个所述第一贯通孔(1311)上设置有转接头(1312)，所述转接头(1312)用于与外部油源连通，所述加载盘(131)上还设置有两个第一腰型盲孔(1315)，所述第一贯通孔(1311)对应的设置在第一腰型盲孔(1315)内，所述配流盘(132)的低压区设置有一个第一腰型通孔(1321)，所述配流盘(132)的高压区设置有三个第二腰型通孔(1322)，所述第一腰型通孔(1321)的通过面积大于第二腰型通孔(1322)的通过面积；所述配流盘(132)在高低压过渡区以及第二腰型通孔(1322)之间设置有压力检测孔(1323)，所述压力检测孔(1323)为通孔，所述配流盘(132)在背向摩擦盘(141)的一面布置有温度检测孔(1324)，所述温度检测孔(1324)为盲孔，若干所述温度检测孔(1324)呈环形的布置在所述配流盘(132)的内、外密封带处；所述配流盘(132)在圆周方向均布有三个位移检测台(1325)；转动部分(2)，用于带动主轴(142)进行转动；推动部分(3)，用于与移动构件(13)连接以调整配流盘(132)与摩擦盘(141)之间的间隙；检测部分，包括设置在压力检测孔(1323)内的压力检测传感器、设置在温度检测孔(1324)内的温度检测传感器、设置在所述位移检测台(1325)上的位移检测传感器以及连接加载盘(131)和推动部分(3)的六分量力传感器(34)。2.根据权利要求1所述的液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，所述转动构件(14)还包括旋转轴套(133)，所述旋转轴套(133)的内圈与主轴(142)传动连接，所述摩擦盘(141)设置在所述旋转轴套(133)上，所述旋转轴套(133)的外圈连接有支撑构件(134)，所述支撑构件(134)与所述壳体(10)的内壁抵接。3.根据权利要求2所述的液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，所述壳体(10)内壁靠近右端盖(12)一侧设置有三层阶梯结构，所述支撑结构包括隔离板(1341)和支撑板(1342)，所述隔离板(1341)与所述支撑板(1342)平行地间隔设置，所述旋转轴套(133)穿过隔离板(1341)和支撑板(1342)，所述旋转轴套(133)与所述隔离板(1341)之间设置有密封件，所述旋转轴套(133)与所述支撑板(1342)之间设置有推力球轴承(1343)，所述推力球轴承(1343)的外圈与所述支撑板(1342)卡接，所述推力球轴承(1343)的内圈与旋转轴套(133)过盈配合。4.根据权利要求3所述的液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，所述旋转轴套(133)与所述主轴(142)之间花键连接，所述旋转轴套(133)与所述主轴(142)之间还设置有提供轴向预紧力的碟形弹簧(1344)。5.根据权利要求3或4所述的液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，所述右端盖(12)在中心处设置有外凸起(121)和内凸起(122)，所述内凸起(122)和外凸起(121)
之间形成凸起腔，所述主轴(142)穿过所述凸起腔，所述主轴(142)与所述外凸起(121)之间设置有双列调心轴承(123)，所述主轴(142)与所述内凸起(122)之间设置有圆锥滚子轴承(124)。6.根据权利要求1所述的液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，所述摩擦盘(141)朝向配流盘(132)的一面设置有若干仿制盲孔(144)。7.根据权利要求1所述的液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，所述转动部分(2)为主轴驱动电机(21)，所述主轴驱动电机(21)通过联轴器(22)与所述主轴(142)连接。8.根据权利要求1所述的液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，所述推动部分(3)包括底座(31)，所述底座(31)上平行设置有螺杆(32)，所述螺杆(32)螺接有加载架(33)，六分量力传感器(34)一端与所述加载架(33)连接，另一端与所述加载盘(131)连接，所述加载架(33)可推动所述加载盘(131)移动。9.根据权利要求8所述的液压泵配流副润滑特性在线测试装置，其特征在于，所述推动部分(3)还包括锁紧构件，所述锁紧构件设置在所述左端盖(11)上并限制所述加载盘(131)的轴向位移。

技术总结
本发明提供了一种液压泵配流副润滑特性在线测试装置，涉及液压元件测试技术领域，包括模拟部分、转动部分、推动部分、检测部分，基于将配流副剥离出来的思想设计，使得在检测的过程中没有多余的结构干扰检测过程，整个装置结构紧凑、功能齐全，便于拆装。在配流盘上安装检测部分，可以同时进行油膜特性、压力场和温度场的在线测试，结合工控机可实现实时采集、汇总、处理数据，使得测试结果清晰明了；并且检测部分安装在不旋转的配流盘上，排除了旋转对检测部分的影响，使得检测结果更加的真实可靠。靠。靠。


技术研发人员：夏毅敏 单昊忞 夏士奇 罗春雷 马浩钦 王成瑜 李正辉
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/8