一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法
阅读说明：本技术 一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法 (Plunger pump rotating assembly streaming loss simulation measurement method ) 是由 潮群 雷军波 陶建峰 刘成良 贡亮 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法：将测试泵缸体轴的伸出端连接扭矩传感器,扭矩传感器连接驱动电机；将测试泵壳体内的油液排出,使壳体内的缸体轴和柱塞与油液分离,启动驱动电机,通过扭矩传感器测得空载状态下的摩擦力矩M-(0)；将柱塞置于缸体轴内部,油液注满壳体内部,启动驱动电机,缸体轴参与绕流运动,通过扭矩传感器测得绕流阻力矩M-(1)；将柱塞露出缸体轴外部,油液注满壳体内部,启动驱动电机,缸体轴和柱塞均参与绕流运动,通过扭矩传感器测得绕流阻力矩M-(2)；缸体轴在充液壳体内的绕流阻力矩M-(c)＝M-(1)-M-(0)；柱塞在充液的壳体内的绕流阻力矩M-(p)＝M-(2)-M-(1)。(The invention discloses a method for simulating and measuring the streaming loss of a plunger pump rotating assembly, which comprises the following steps: connecting the extending end of the cylinder shaft of the test pump with a torque sensor, and connecting the torque sensor with a driving motor; discharging oil in the test pump shell, separating a cylinder shaft and a plunger in the shell from the oil, starting a driving motor, and measuring the friction torque M in an idle state through a torque sensor 0 (ii) a Arranging a plunger inside a cylinder shaft, filling oil into the shell, starting a driving motor, enabling the cylinder shaft to participate in the bypass flow movement, and measuring bypass flow resistance moment M through a torque sensor 1 (ii) a The plunger piston is exposed out of the cylinder shaft, the oil is filled in the shell, the driving motor is started, the cylinder shaft and the plunger piston both take part in the circumfluence movement,measuring the bypass flow resistance moment M through a torque sensor 2 (ii) a Circumferential flow resistance moment M of cylinder shaft in liquid filling shell c ＝M 1 ‑M 0 (ii) a Bypass flow resistance M of plunger in liquid filled housing p ＝M 2 ‑M 1 。)
技术领域
本发明涉及液压元件技术领域，更具体的说是涉及一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法。
背景技术
轴向柱塞泵/马达是流体传动与控制学科最为重要的动力/执行元件之一，在各行各业都得到了广泛和深入的应用。由于在泵/马达的壳体内部充满了具有一定粘度的液压油，壳体内部旋转件的高速绕流运动造成了粘性摩擦损失及局部的涡流损失等功率损失，统称之为“绕流损失”。绕流损失对轴向柱塞泵/马达的效率具有重要的影响，尤其是当泵/马达工作于高转速时，如应用在航空航天领域的航空泵，转速基本都在几万转每分钟数量级，而高速化是轴向柱塞泵/马达发展的必然趋势，因此对于绕流损失的相关研究具有重要的意义。
柱塞泵旋转组件绕流损失主要包括两部分：一是缸体及驱动轴产生的绕流损失；二是安装在缸体上的柱塞产生的绕流损失。现有技术中提供的技术方案和研究一般只能实现对以上绕流损失的整体测量，无法对各项绕流损失进行剥离，导致对于柱塞泵旋转组件绕流损失研究不能进一步深化。
因此，如何提供一种能够实现对柱塞泵旋转组件绕流损失进行各类损失剥离的模拟测量方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法，包括以下步骤：
S1、将测试泵的缸体轴的伸出端连接扭矩传感器，所述扭矩传感器连接驱动电机；
S2、将所述测试泵的壳体内的油液排出，使所述壳体内的缸体轴和柱塞与油液分离，启动所述驱动电机，通过所述扭矩传感器测得空载状态下的摩擦力矩M0；
S3、将所述柱塞置于所述缸体轴内部，油液注满所述壳体内部，启动所述驱动电机，所述缸体轴参与绕流运动，通过所述扭矩传感器测得绕流阻力矩M1；
S4、将所述柱塞露出所述缸体轴外部，油液注满所述壳体内部，启动所述驱动电机，所述缸体轴和所述柱塞均参与绕流运动，通过所述扭矩传感器测得绕流阻力矩M2；
S5、所述缸体轴在充液的所述壳体内的绕流阻力矩Mc＝M1-M0；所述柱塞在充液的所述壳体内的绕流阻力矩Mp＝M2-M1。
通过上述技术方案，本发明先依次测得壳体无油状态下缸体运转、壳体充液状态下缸体运转、壳体充液状态下缸体+柱塞运转时的力矩，再通过运算可以将缸体轴和柱塞在充液壳体内的绕流阻力矩进行剥离，实现数据细化，在保证旋转结构转动惯量不变的条件下，准确测量出缸体轴以及柱塞的绕流阻力矩。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述壳体内部安装有多个热电偶，用于获得绕流场的温度变化值。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述测试泵包括：
壳体；所述壳体为上下开口的筒状结构；所述壳体的底端侧壁开设有出油口；
上端盖；所述上端盖密封连接在所述壳体的顶端开口处，且中部开设有进油口；
缸体轴；所述缸体轴包括轴体和缸体；所述轴体与所述壳体的底端开口通过轴承组件密封转动连接，所述轴体底端伸出所述壳体外部；所述缸体固定在所述轴体的顶端，且与所述壳体内壁和所述上端盖之间存在间隙；所述缸体绕旋转中心等间距地开设有多个上下贯通的柱塞腔；所述柱塞腔为一级阶梯孔，所述一级阶梯孔的顶部孔径大于底部孔径，且底部孔的内壁具有内螺纹；
缸体摩擦片；所述缸体摩擦片固定在所述缸体顶面，且其底面开设有与所述一级阶梯孔的顶部孔对应且孔径一致的配合孔，顶面与所述上端盖之间存在间隙；
柱塞；所述柱塞包括依次连接的螺纹段和扰流段；所述螺纹段与所述内螺纹连接；所述扰流段位于所述缸体下方或者位于所述一级阶梯孔的顶部孔和所述配合孔内部。
本发明提供的测试泵结构的优点在于：柱塞通过螺纹实现与缸体的可拆卸连接，能够实现缸体与柱塞的内置与外置两类连接方式，简单方便地实现柱塞的参与选择。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述壳体顶沿具有用于与所述上端盖连接的上法兰盘，所述上法兰盘与所述上端盖通过螺钉连接；所述壳体底沿具有下法兰盘，所述壳体底沿具有向其内腔径向凸出的环形架，所述环形架底面具有向下延伸的安装筒，所述环形架和所述安装筒用于与所述轴承组件连接。便于壳体的相应零件的连接安装。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述轴承组件包括推力轴承、轴承和轴承端盖；所述推力轴承套设在所述轴体上，且卡设在所述环形架中部通孔顶面开设的沉孔内；所述轴承内圈套设在所述轴体上，外圈套设在所述安装筒内部；所述轴承端盖与所述安装筒的底端通过螺钉连接。能够满足轴体的转动稳定性需求。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述轴体上具有与所述推力轴承顶面抵接的径向凸环。能够满足安装需求。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述上法兰盘顶面开设有环形的密封槽，所述密封槽内垫设有密封圈。能够提高密封性能。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述出油口一端开设在所述环形架顶面，另一端开设在所述下法兰盘的侧壁。结构布局合理。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述上端盖顶面安装有多个伸入所述壳体内部的热电偶。用于获得绕流场的温度变化值。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述螺纹段端头开设有一字槽。便于对柱塞拧动。
优选的，在上述一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法中，所述缸体为圆柱体，且直径与所述缸体摩擦片相等。结构一体性强。
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旋转组件绕流损失模拟测量方法，具有以下有益效果：
1、本发明先依次测得壳体无油状态下缸体运转、壳体充液状态下缸体运转、壳体充液状态下缸体+柱塞运转时的力矩，再通过运算可以将缸体轴和柱塞在充液壳体内的绕流阻力矩进行剥离，实现数据细化，在保证旋转结构转动惯量不变的条件下，准确测量出缸体轴以及柱塞的绕流阻力矩。
2、本发明提供的测试泵结构的优点在于：柱塞通过螺纹实现与缸体的可拆卸连接，能够实现缸体与柱塞的内置与外置两类连接方式，简单方便地实现柱塞的参与选择。
附图说明
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。
图1附图为本发明提供的测试泵结构剖视图；
图2附图为本发明提供的测试泵外部结构示意图；
图3附图为本发明提供的缸体轴和缸体摩擦片配合后的结构示意图；
图4附图为本发明提供的缸体轴结构示意图；
图5附图为本发明提供的柱塞结构示意图；
图6附图为本发明提供的柱塞外置状态的结构剖面图；
图7附图为本发明提供的柱塞内置状态的结构剖面图；
图8附图为本发明提供的壳体结构示意图；
图9附图为本发明提供的轴承端盖结构示意图。
其中：
1-壳体；
11-出油口；12-上法兰盘；121-密封槽；13-下法兰盘；14-环形架；141-沉孔；15-安装筒；
2-上端盖；
21-进油口；
3-缸体轴；
31-轴体；311-径向凸环；32-缸体；321-柱塞腔；
4-缸体摩擦片；
41-配合孔；
5-柱塞；
51-螺纹段；511-一字槽；52-扰流段；
6-轴承组件；
61-推力轴承；62-轴承；63-轴承端盖；
7-热电偶。
具体实施方式
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。
本发明实施例公开了一种柱塞泵旋转组件绕流损失模拟测量方法，包括以下步骤：
S1、将测试泵的缸体轴3的伸出端连接扭矩传感器，扭矩传感器连接驱动电机；
S2、将测试泵的壳体1内的油液排出，使壳体1内的缸体轴3和柱塞5与油液分离，启动驱动电机，通过扭矩传感器测得空载状态下的摩擦力矩M0；
S3、将柱塞5置于缸体轴3内部，油液注满壳体1内部，启动驱动电机，缸体轴3参与绕流运动，通过扭矩传感器测得绕流阻力矩M1；
S4、将柱塞5露出缸体轴3外部，油液注满壳体1内部，启动驱动电机，缸体轴3和柱塞5均参与绕流运动，通过扭矩传感器测得绕流阻力矩M2；
S5、缸体轴3在充液壳体1内的绕流阻力矩Mc＝M1-M0；柱塞5在充液壳体1内的绕流阻力矩Mp＝M2-M1。
为了进一步优化上述技术方案，壳体1内部安装有多个热电偶7，用于获得绕流场的温度变化值。
参见附图1至附图9，测试泵包括：
壳体1；壳体1为上下开口的筒状结构；壳体1的底端侧壁开设有出油口11；
上端盖2；上端盖2密封连接在壳体1的顶端开口处，且中部开设有进油口21；
缸体轴3；缸体轴3包括轴体31和缸体32；轴体31与壳体1的底端开口通过轴承组件6密封转动连接，轴体31底端伸出壳体1外部；缸体32固定在轴体31的顶端，且与壳体1内壁和上端盖2之间存在间隙；缸体32绕旋转中心均布有多个上下贯通的柱塞腔321；柱塞腔321为一级阶梯孔，一级阶梯孔的顶部孔径大于底部孔径，且底部孔的内壁具有内螺纹；
缸体摩擦片4；缸体摩擦片4固定在缸体32顶面，且其底面开设有与一级阶梯孔的顶部孔对应且孔径一致的配合孔41，顶面与上端盖2之间存在间隙；
柱塞5；柱塞5包括依次连接的螺纹段51和扰流段52；螺纹段51与内螺纹连接；扰流段52位于缸体32下方或者位于一级阶梯孔的顶部孔和配合孔41内部。
为了进一步优化上述技术方案，壳体1顶沿具有用于与上端盖2连接的上法兰盘12，上法兰盘12与上端盖2通过螺钉连接；壳体1底沿具有下法兰盘13，壳体1底沿具有向其内腔径向凸出的环形架14，环形架14底面具有向下延伸的安装筒15，环形架14和安装筒15用于与轴承组件6连接。
为了进一步优化上述技术方案，轴承组件6包括推力轴承61、轴承62和轴承端盖63；推力轴承61套设在轴体31上，且卡设在环形架14中部通孔顶面开设的沉孔141内；轴承62内圈套设在轴体31上，外圈套设在安装筒15内部；轴承端盖63与安装筒15的底端通过螺钉连接。
为了进一步优化上述技术方案，轴体31上具有与推力轴承61顶面抵接的径向凸环311。
为了进一步优化上述技术方案，上法兰盘12顶面开设有环形的密封槽121，密封槽121内垫设有密封圈。
为了进一步优化上述技术方案，出油口11一端开设在环形架14顶面，另一端开设在下法兰盘13的侧壁。
为了进一步优化上述技术方案，上端盖2顶面安装有多个伸入壳体1内部的热电偶7。
为了进一步优化上述技术方案，螺纹段51端头开设有一字槽511。
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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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。
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