阅读说明：本技术 能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件及测试装置 (Rotating assembly capable of measuring plunger pump plunger turbulence loss and testing device ) 是由 赵江澳 付永领 付剑 孙少博 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件及测试装置,壳体的底端侧壁开设有出油口；上端盖密封连接在壳体的顶端开口处,且中部开设有进油口；轴体与壳体的底端开口通过轴承组件密封转动连接；缸体底面中心与轴体顶端一体固定成型；缸体环绕旋转中心线等间距开设有多个贯通的柱塞腔；柱塞腔为一级阶梯孔,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；缸体摩擦片固定在缸体顶面,且其底面开设有配合孔；柱塞的数量与柱塞腔的数量相同；柱塞包括依次连接的螺纹段和扰流段；螺纹段与内螺纹连接；扰流段位于缸体下方或者位于一级阶梯孔的顶部孔和配合孔内部,用来实现柱塞和滑靴在流场中的扰流运动的模拟。(The invention discloses a rotating assembly and a testing device capable of measuring plunger turbulence loss of a plunger pump, wherein an oil outlet is formed in the side wall of the bottom end of a shell; the upper end cover is connected to the opening at the top end of the shell in a sealing mode, and an oil inlet is formed in the middle of the upper end cover; the shaft body is in sealed rotary connection with the bottom opening of the shell through a bearing assembly; the center of the bottom surface of the cylinder body and the top end of the shaft body are integrally and fixedly formed; the cylinder body is provided with a plurality of penetrating plunger cavities at equal intervals around the rotation center line; the plunger cavity is a first-stage stepped hole, the top aperture of the first-stage stepped hole is larger than the bottom aperture, and the inner wall of the bottom hole is provided with internal threads; the cylinder friction plate is fixed on the top surface of the cylinder, and the bottom surface of the cylinder friction plate is provided with a matching hole; the number of the plungers is the same as that of the plunger cavities; the plunger comprises a thread section and a turbulent flow section which are connected in sequence; the thread section is connected with the internal thread; the turbulence section is positioned below the cylinder body or positioned in a top hole and a matching hole of the first-stage stepped hole, and is used for simulating the turbulence motion of the plunger and the sliding shoe in a flow field.)

能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件及测试装置

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能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件及测试装置。

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，转速可达到几万转每分钟数量级，而高速化是轴向柱塞泵/马达提高功率密度的主要手段，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，这主要是由于柱塞缸的柱塞连接结构所决定的，柱塞无法单独脱离于缸体之外，或者脱离后导致基础结构变化，导致对于柱塞泵旋转组件绕流损失研究不能进一步深化，进而提高了柱塞滑靴组件的优化设计难度

因此，如何单独测量柱塞滑靴组件对油液造成的扰流损失，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件及测试装置，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：

一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件，包括：

缸体；所述缸体环绕旋转中心线等间距开设有多个贯通的柱塞腔；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；

柱塞；所述柱塞的数量与所述柱塞腔的数量相同；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。

通过上述技术方案，本发明提供的缸体和缸体摩擦片配合开设用于容纳柱塞的通孔，使得柱塞在正装时露出缸体外部，反装时能够隐藏在缸体和缸体摩擦片内部，在不影响结构的基础上，能够通过正反装的形式使得柱塞选择性参与到绕流损失中，为各项绕流损失的剥离研究提供了基础。

优选的，在上述一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件中，所述螺纹段远离所述扰流段的端头端面开设有一字槽。便于对柱塞拧动。

优选的，在上述一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件中，所述扰流段与所述螺纹段连接的一端为尺寸缩小的变径结构。便于制造加工。

本发明还提供了一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置，包括壳体、上端盖、轴体和上述的能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件；

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；

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；

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；

所述缸体底面中心与所述轴体顶端一体固定成型，且所述缸体侧壁与所述壳体内壁之间存在间隙；所述缸体摩擦片顶面与所述上端盖之间存在间隙。

通过上述技术方案，本发明提供的测试装置的优点在于：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，可以将缸体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，准确测量出缸体以及柱塞的绕流阻力矩。

优选的，在上述一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置中，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，在上述一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置中，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，在上述一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置中，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，在上述一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置中，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，在上述一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置中，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，在上述一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置中，所述上端盖顶面安装有多个伸入所述壳体内部的热电偶，所述热电偶位于所述缸体侧壁与所述壳体内壁之间的间隙内。用于获得绕流场的温度变化值。

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能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件及测试装置，具有以下有益效果：

1、本发明提供的缸体和缸体摩擦片配合开设用于容纳柱塞的通孔，使得柱塞在正装时露出缸体外部，反装时能够隐藏在缸体和缸体摩擦片内部，在不影响结构的基础上，能够通过正反装的形式使得柱塞选择性参与到绕流损失中，为各项绕流损失的剥离研究提供了基础。

2、本发明提供的测试装置的优点在于：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，可以将缸体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，准确测量出缸体以及柱塞的绕流阻力矩。

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能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件的结构示意图；

图2附图为本发明提供的缸体和轴体的结构示意图；

图3附图为本发明提供的柱塞结构示意图；

图4附图为本发明提供的柱塞外置状态的结构剖面图；

图5附图为本发明提供的柱塞内置状态的结构剖面图；

图6附图为本发明提供的测试装置外部结构示意图；

图7附图为本发明提供的测试装置结构剖视图；

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-轴体；

31-径向凸环；

4-缸体；

41-柱塞腔；

5-缸体摩擦片；

51-配合孔；

6-柱塞；

61-螺纹段；611-一字槽；62-扰流段；621-变径结构；

7-轴承组件；

71-推力轴承；72-轴承；73-轴承端盖；

8-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。

实施例1：

参见附图1至附图5，本发明实施例公开了一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件，包括：

缸体4；缸体4环绕旋转中心线等间距开设有多个贯通的柱塞腔41；柱塞腔41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5；缸体摩擦片5固定在缸体4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51；

柱塞6；柱塞6的数量与柱塞腔41的数量相同；柱塞6包括依次连接的螺纹段61和扰流段62；螺纹段61与内螺纹连接；扰流段62位于缸体4外部下方。

为了进一步优化上述技术方案，螺纹段61远离扰流段62的端头端面开设有一字槽611。

为了进一步优化上述技术方案，扰流段62与螺纹段61连接的一端为尺寸缩小的变径结构621。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：柱塞6的螺纹段61与内螺纹连接；扰流段62位于一级阶梯孔的顶部孔和配合孔51内部。

实施例3：

参见附图6至附图9，本发明实施例公开了一种能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置，包括壳体1、上端盖2、轴体3和实施例1或2中的能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的旋转组件；

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密封连接在壳体1的顶端开口处，且中部开设有进油口21；

轴体3与壳体1的底端开口通过轴承组件7密封转动连接，轴体3底端伸出壳体1外部；

缸体4底面中心与轴体3顶端一体固定成型，且缸体4侧壁与壳体1内壁之间存在间隙；缸体摩擦片5顶面与上端盖2之间存在间隙。

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7连接。

为了进一步优化上述技术方案，轴承组件7包括推力轴承71、轴承72和轴承端盖73；推力轴承71套设在轴体3上，且卡设在环形架14中部通孔顶面开设的沉孔141内；轴承72内圈套设在轴体3上，外圈套设在安装筒15内部；轴承端盖73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3上具有与推力轴承71顶面抵接的径向凸环31。

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8，热电偶8位于缸体4侧壁与壳体1内壁之间的间隙内。

本实施例提供的能够测量柱塞泵柱塞扰流损失的测试装置的绕流损失模拟测量方法包括以下步骤：

S1、将轴体3的伸出端连接扭矩传感器，扭矩传感器连接驱动电机；

S2、将壳体1内的油液排出，使壳体1内的轴体3、缸体4和柱塞6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6置于缸体4内部，油液注满壳体1内部，启动驱动电机，轴体3和缸体4参与绕流运动，通过扭矩传感器测得绕流阻力矩M₁；

S4、将柱塞6露出缸体4外部，油液注满壳体1内部，启动驱动电机，轴体3、缸体4和柱塞6均参与绕流运动，通过扭矩传感器测得绕流阻力矩M₂；

S5、轴体3和缸体4在充液壳体1内的绕流阻力矩M_c＝M₁-M₀；柱塞6在充液壳体1内的绕流阻力矩M_p＝M₂-M₁。

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。