一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置及方法

1.本发明涉及液压测试技术领域，更具体的说是涉及一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置及方法。


背景技术：

2.柱塞副作为轴向柱塞泵三大摩擦副之一，其油膜特性对柱塞泵最高工作压力、效率、摩擦磨损、温升等性能存在很大的影响。因此，进行柱塞副油膜特性实验研究，可以为提高轴向柱塞泵的工作性能、满足轴向柱塞泵高速高压发展趋势奠定基础。
3.目前对柱塞泵柱塞副油膜压力进行实验分析，常用的实验方法主要有两种，分别为搭建单柱塞实验平台；对实际泵中的部件进行改造，直接在实体泵中进行柱塞副油膜测试。由于实际泵的结构复杂，有些部件对于柱塞副的测试无实际作用，因此，选取单个柱塞搭建实验平台，对柱塞的实际工况进行模拟。但是在传感器的安装上，柱塞与缸体结构紧凑，传感器布置和信号传输困难极大；另一方面如果测点布置过少难以捕捉整个油膜的特性参数。
4.因此，研究出一种可以捕捉整个油膜的特性参数的柱塞泵柱塞副油膜测试装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种可以捕捉整个油膜的特性参数的柱塞泵柱塞副油膜测试装置及方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置，包括：
8.缸体，所述缸体的外表面设有多个预设压力测点，传感器设置于预设压力测点处，内部设有柱塞腔，所述柱塞腔内设有柱塞；
9.斜盘，所述斜盘的一端连接有马达，另一端与柱塞远离柱塞腔内部的一端相贴合，所述斜盘带动柱塞在柱塞腔内往复运动。
10.优选的，所述缸体远离斜盘的一端设有驱动组件，所述驱动组件包括：电机、蜗轮以及蜗杆，所述蜗杆与缸体相连接，所述蜗轮与电机的输出轴相连接，所述电机带动蜗轮转动，所述蜗轮与蜗杆相啮合，且蜗轮转动带动蜗杆转动，所述缸体随蜗杆同步转动。通过驱动组件可以调整缸体的角度，方便对柱塞副油膜压力测试点进行测量。
11.优选的，所述柱塞与斜盘贴合的一端设有滑靴，所述滑靴与斜盘表面相贴合。
12.一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置的测试方法，测试方法的步骤如下：
13.s1，定义柱塞副油膜压力分布矩阵为其中为柱塞的位置角度，m为缸体周向压力测点数，n为缸体轴向压力测点数；
14.[0015][0016]
其中，pc和pa分别为柱塞腔压力和大气压力；并在缸体的表面标定压力测点的初始位置，采集各传感器的压力值和马达转速；
[0017]
s2，通过电机带动蜗轮转动，并带动缸体旋转一定角度，使得用于标定的压力测点置于特定位置，定义缸体此时的角度为初始角度，并记录该角度下测点压力值填入矩阵；
[0018]
s3，重复步骤s2中的操作，使缸体旋转一周，用测点的压力值填满分布矩阵，即可得到缸体在初始角度时，柱塞副油膜压力分布。
[0019]
优选的，所述步骤s2中缸体的初始角度即为ψ＝0，并测得n-2个测点的压力随时间变化为pi(t)；选择数据时域上一特征点，定义该位置为则n-2个测点的压力值记为对应压力矩阵(第i个测点)为
[0020][0021]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置及方法，其有益效果为：
[0022]
(1)本发明采用逆运动的形式，柱塞泵斜盘转动而缸体静止，解决了传统柱塞泵柱塞副压力测试传感器安装困难的问题；
[0023]
(2)缸体、电机、蜗轮蜗杆的设计，可以在缸体的轴向和周向采集无数个压力测量点，解决目前柱塞泵柱塞副压力测试点数目少的难题。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025]
图1为本发明提供的油膜测试装置的结构示意图；
[0026]
图2为本发明提供的图1中a-a处的剖视图；
[0027]
图3为本发明提供的缸体在初始位置时压力传感器在缸体表面的布置示意图；
[0028]
图4为本发明提供的在图3中压力传感器的分布条件下，柱塞位置角度为0时各测点压力值随时间变化曲线图；
[0029]
图5为本发明提供的缸体旋转45
°
时压力传感器在缸体表面的布置示意图；
[0030]
图6为本发明提供的在图5中压力传感器的分布条件下，柱塞位置角度为0时各测点压力值随时间变化曲线图；
[0031]
图7为本发明提供的柱塞位置角度为0时柱塞副油膜压力分布图；
[0032]
图8为本发明提供的在图3中压力传感器的分布条件下，柱塞位置角度为45
°
时各测点压力值随时间变化曲线图；
[0033]
图9为本发明提供的柱塞位置角度为45
°
时柱塞副油膜压力分布图。
[0034]
其中，图中，
[0035]
1-缸体；2-柱塞；3-斜盘；
[0036]
4-驱动组件；
[0037]
41-电机；42-蜗轮；43-蜗杆；
[0038]
5-滑靴；6-固定件。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
本发明实施例公开了一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置，包括：
[0041]
缸体1，缸体1的外表面设有多个预设压力测点，传感器设置于预设压力测点处，内部设有柱塞腔，柱塞腔内设有柱塞2；
[0042]
斜盘3，斜盘3的一端连接有马达，另一端与柱塞2远离柱塞腔内部的一端相贴合，斜盘3带动柱塞2在柱塞腔内往复运动。
[0043]
为了进一步地优化上述技术方案，缸体1远离斜盘3的一端设有驱动组件4，驱动组件4包括：电机41、蜗轮42以及蜗杆43，蜗杆43与缸体1相连接，蜗轮42与电机41的输出轴相连接，电机41带动蜗轮42转动，蜗轮42与蜗杆43相啮合，且蜗轮42转动带动蜗杆43转动，缸体1随蜗杆43同步转动。蜗杆43与缸体1的连接处设有固定件6，通过固定件6将蜗杆43与缸体1相连接。缸体1的外表面呈八面体结构，在缸体1的八个面的同一位置处均设有标定压力测点，并在缸体1八个面的其他位置分布若干个压力测点，如图3、图5中m代表了缸体1展开状态的八个面，圆圈代表压力传感器在缸体1八个面上的分布位置，其中n＝5所指代的这一列是标定压力测点的位置，且缸体1被旋转一定角度后标定压力测点所在方位是一致的，且当缸体1被旋转后，会将之前的标定压力测点处的压力传感器拆卸，安装到新的标定压力测点位置处。
[0044]
为了进一步地优化上述技术方案，柱塞2与斜盘3贴合的一端设有滑靴5，滑靴5与斜盘3表面相贴合。
[0045]
一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置的测试方法，测试方法的步骤如下：
[0046]
s1，定义柱塞副油膜压力分布矩阵为其中为柱塞2的位置角度，m为缸体1周向压力测点数，n为缸体1轴向压力测点数；本实施例中以n＝1期n＝6为边界条件，即
[0047][0048][0049]
其中，pc和pa分别为柱塞腔压力和大气压力；并在缸体1的表面标定压力测点的初始位置，采集各传感器的压力值和马达转速；
[0050]
s2，通过电机41带动蜗轮42转动，并带动缸体1旋转一定角度，使得用于标定的压力测点置于正上方，定义缸体1此时的角度为初始角度即ψ＝0，压力传感器的布置如图3所示，用于标定的压力传感器p5所处的面即为m＝1。设定测试工况为：柱塞腔压力为5mpa，斜盘转速为300r/min，测得4个测点的压力随时间变化为pi(t)，i＝2，3，4，5。
[0051]
4个测点的压力在1个周期内的变化如图4，在用于标定的压力传感器时域曲线上
取一特征点(此处选择压力尖峰值)，将此位置定义为此刻4个测点的压力值分别记为如图4所示。
[0052]
将其对应至压力矩阵为：
[0053][0054][0055][0056][0057]
s3，用电机41带动蜗轮42蜗杆43使缸体1旋转45
°
(即ψ＝45)，此时压力传感器布置如图5所示。保持工况不变：柱塞腔压力为5mpa，斜盘3转速为300r/min，测得4个测点的压力随时间变化为pi(t)，i＝2，3，4，5。
[0058]
通过试验已经验证缸体1上同一位置处的柱塞副压力不变，找到此时p5压力曲线中的特征点(步骤s2中提到的压力尖峰值)。
[0059]
p5处传感器采集的数据的压力尖峰值对其他位置的传感器的示数也为的柱塞副压力值；此刻4个测点的压力值分别记为塞副压力值；此刻4个测点的压力值分别记为如图6所示。将其对应至压力矩阵为：
[0060][0061][0062][0063][0064]
s4，用电机41带动缸体1旋转90
°
，135
°
，180
°
，225
°
，270
°
，315
°
，再重复步骤s2-s3，即可将柱塞副油膜压力分布矩阵填满，得到柱塞2位置角度时的柱塞副油膜压力分布，如图7所示。
[0065]
s5，由于传感器采集频率为2000hz，斜盘3转速为300r/min，所以斜盘3旋转一圈，传感器采集400个点。只需要将图6的压力测点平移50个点，即可得到柱塞2位置角度时4个测点的压力值，记为时4个测点的压力值，记为如图8所示。其中压力传感器的布置如上图3所示，将其对应至压力矩阵为:
[0066][0067][0068][0069][0070]
s6，重复步骤s2-s5，即可得到柱塞2位置角度时的柱塞副油膜压力分布，如图9所示。
[0071]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0072]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置，其特征在于，包括：缸体(1)，所述缸体(1)的外表面设有多个预设压力测点，传感器设置于预设压力测点处，内部设有柱塞腔，所述柱塞腔内设有柱塞(2)；斜盘(3)，所述斜盘(3)的一端连接有马达，另一端与柱塞(2)远离柱塞腔内部的一端相贴合，所述斜盘(3)带动柱塞(2)在柱塞腔内往复运动。2.根据权利要求1所述的一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置，其特征在于，所述缸体(1)远离斜盘(3)的一端设有驱动组件(4)，所述驱动组件(4)包括：电机(41)、蜗轮(42)以及蜗杆(43)，所述蜗杆(43)与缸体(1)相连接，所述蜗轮(42)与电机(41)的输出轴相连接，所述电机(41)带动蜗轮(42)转动，所述蜗轮(42)与蜗杆(43)相啮合，且蜗轮(42)转动带动蜗杆(43)转动，所述缸体(1)随蜗杆(43)同步转动。3.根据权利要求2所述的一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置，其特征在于，所述柱塞(2)与斜盘(3)贴合的一端设有滑靴(5)，所述滑靴(5)与斜盘(3)表面相贴合。4.如权利要求1-3所述的一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置的测试方法，其特征在于，测试方法的步骤如下：s1，定义柱塞副油膜压力分布矩阵为其中为柱塞(2)的位置角度，m为缸体(1)周向压力测点数，n为缸体(1)轴向压力测点数；(1)周向压力测点数，n为缸体(1)轴向压力测点数；其中，p
c
和p
a
分别为柱塞腔压力和大气压力；并在缸体(1)的表面标定压力测点的初始位置，采集各传感器的压力值和马达转速；s2，通过电机(41)带动蜗轮(42)转动，并带动缸体(1)旋转一定角度，使得用于标定的压力测点置于特定位置，定义缸体(1)此时的角度为初始角度，并记录该角度下测点压力值填入矩阵；s3，重复步骤s2中的操作，使缸体(1)旋转一周，用测点的压力值填满分布矩阵，即可得到缸体(1)在初始角度时，柱塞副油膜压力分布。5.根据权利要求4所述的一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置的测试方法，其特征在于，所述步骤s2中缸体(1)的初始角度即为ψ＝0，并测得n-2个测点的压力随时间变化为p
i
(t)；选择数据时域上一特征点，定义该位置为则n-2个测点的压力值记为对应压力矩阵(第i个测点)为

技术总结
本发明公开了一种柱塞泵柱塞副油膜测试装置及方法，其中油膜测试装置包括：缸体和斜盘；缸体的外表面设有多个预设压力测点，传感器设置于预设压力测点处，内部设有柱塞腔，柱塞腔内设有柱塞；斜盘的一端连接有马达，另一端与柱塞远离柱塞腔内部的一端相贴合，斜盘带动柱塞在柱塞腔内往复运动。本发明选取的压力测试点数目多，可以捕捉整个油膜的特性参数。可以捕捉整个油膜的特性参数。可以捕捉整个油膜的特性参数。


技术研发人员：董洪康 赵晨恺 王冬云
受保护的技术使用者：浙江师范大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/7/21