阅读说明：本技术 一种复合型多传感器柱塞泵滑靴副承载特性模拟测试试验机构 (Compound multi-sensor plunger pump piston shoe pair bearing characteristic simulation test mechanism ) 是由 张斌 赵春晓 洪昊岑 龚国芳 杨华勇 程国赞 贾连辉 许顺海 孙志洪 任中永 王 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复合型多传感器柱塞泵滑靴副承载特性模拟测试试验机构,涉及液压传动轴向柱塞泵测试技术领域。所述试验机构主要包括实验装置及嵌入式承载特性采集模块两部分。实验装置主要包括压力容腔、传动轴、斜盘、缸体、柱塞、斜盘止推杆和回位弹簧。嵌入式承载特性采集模块包括柱塞、嵌入式压力传感器和嵌入式位移传感器：其中嵌入式压力传感器均布于柱塞与斜盘的接触面表面,呈十字分布；嵌入式位移传感器均布于柱塞与斜盘的接触面表面,与嵌入式压力传感器间隔安装；通过嵌入式压力传感器和嵌入式位移传感器可以实现对柱塞与斜盘间间隙支撑油膜的压力特性和油膜尺度特征进行实时监测,实现对油膜承载特性的工况模拟测试和分析。(The invention discloses a composite type multi-sensor plunger pump sliding shoe pair bearing characteristic simulation test mechanism, and relates to the technical field of hydraulic transmission axial plunger pump tests. The testing mechanism mainly comprises an experimental device and an embedded bearing characteristic acquisition module. The experimental device mainly comprises a pressure cavity, a transmission shaft, a swash plate, a cylinder body, a plunger, a swash plate thrust rod and a return spring. The embedded bearing characteristic acquisition module comprises a plunger, an embedded pressure sensor and an embedded displacement sensor: the embedded pressure sensors are uniformly distributed on the surface of the contact surface of the plunger and the swash plate and are distributed in a cross shape; the embedded displacement sensors are uniformly distributed on the surface of the contact surface of the plunger and the swash plate and are installed at intervals with the embedded pressure sensors; the pressure characteristic and the oil film dimension characteristic of a gap supporting oil film between the plunger and the swash plate can be monitored in real time through the embedded pressure sensor and the embedded displacement sensor, and the working condition simulation test and analysis of the oil film bearing characteristic are realized.)

一种复合型多传感器柱塞泵滑靴副承载特性模拟测试试验 机构

技术领域

本发明涉及液压传动轴向柱塞泵测试技术领域，尤其涉及一种复合型多传感器柱塞泵滑靴副承载特性模拟测试试验机构。

背景技术

轴向柱塞泵是液压系统中的动力源，是液压领域中核心动力元件之一，其工作原理是通过柱塞在缸体中的往复运动，使密封工作腔的容积发生变化，从而实现吸、排油的过程。由于其体积小、控制流量方便、寿命长等优点，因而被广泛应用于机械加工、交通运输、航空航天等领域。轴向柱塞泵的滑靴副油膜是影响轴向柱塞泵使用寿命的关键结构，滑靴副结构存在间隙油膜支撑，其承载特性的优劣直接决定了柱塞泵滑靴结构的可靠性，因此对柱塞泵滑靴副结构承载特性的测量具有重要的研究意义。

目前针对于柱塞泵滑靴副的研究主要以仿真分析为主，实验研究主要以平面副泄漏作为应用场景，研究分析其机理，尚不能有效的模拟柱塞泵的实际工况。由于在柱塞泵运行过程中，柱塞本身存在着绕主轴的转动和在缸体内部的往复运动，其运动状态相对复杂，导致滑靴副间的支撑油膜成动压支撑平衡状态，传统的平面副支撑结构测试方法测试过程并不准确。因此，需要设计可以有效模拟柱塞泵实际工况滑靴副承载特性测量装置。

发明内容

为了克服高压柱塞泵滑靴副承载特性检测困难的现实问题，本发明提出了一种复合型多传感器柱塞泵滑靴副承载特性模拟测试试验机构。

本发明的目的是实现高压柱塞泵滑靴副的工况模拟及承载特性测量，通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种复合型多传感器柱塞泵滑靴副承载特性模拟测试试验机构，其包括实验装置和嵌入式承载特性采集模块；所述的实验装置包括压力容腔、传动轴、斜盘、缸体、柱塞、斜盘止推杆和回位弹簧；其中传动轴末端通过联轴器与动力输出装置相连，球头端与斜盘通过万向联轴节机构连接；回位弹簧一端固定在压力容腔的内壁上，另一端与斜盘抵接；斜盘止推杆的调节端穿出压力容腔，另一端与斜盘抵接；通过调整斜盘止推杆与回位弹簧可调整斜盘角度，用以模拟斜盘变量泵的变量过程；压力容腔通过保压压力油源提供压力环境，用以模拟柱塞泵泵壳内油液压力状态；缸体固定在压力容腔内，柱塞分布放置于缸体内；柱塞与缸体容腔间压力通过脉动模拟器进行高低压压力变化的切换，模拟柱塞泵的真实工况；

嵌入式承载特性采集模块包括嵌入式压力传感器和嵌入式位移传感器，其中嵌入式压力传感器均布于柱塞与斜盘的接触面表面，呈十字分布；嵌入式位移传感器均布于柱塞与斜盘的接触面表面，与嵌入式压力传感器间隔安装；通过嵌入式压力传感器和嵌入式位移传感器可以实现对柱塞与斜盘间间隙支撑油膜的压力特性和油膜尺度特征进行实时监测，实现对油膜承载特性的工况模拟测试和分析。

进一步的，所述的回位弹簧为推力弹簧，回位弹簧与传动轴平行布置。

进一步的，所述的斜盘止推杆与传动轴平行布置，其水平位置可通过压力容腔外的调节端进行调节。

进一步的，每个柱塞的入口均配置有一套压力脉冲模拟装置，压力脉冲模拟装置由电比例阀和脉动模拟器组成，其中脉动模拟器发出的脉动信号作用于电比例阀中用于驱动阀芯的电磁铁，通过对电比例阀阀芯的控制实现柱塞内油液压力的控制。；压力脉冲模拟装置用于模拟实际轴向柱塞泵柱塞腔的高低压切换工况，电比例阀连接的进油口油源的压力与轴向柱塞泵的实际负载工况相同。

进一步的，所述的压力容腔为耐压容腔，容腔压力由保压压力油源控制。

进一步的，所述的脉动模拟器通过加载符合压力脉动规律的控制波形控制电比例阀启闭，实现对柱塞泵进出口高低压切换状态的模拟。

进一步的，所述的嵌入式压力传感器和嵌入式位移传感器为无线通讯传感器或有线通讯传感器。

本发明的有益效果是：

1、所述的滑靴副承载特性模拟测试试验机构能够模拟滑靴副在柱塞泵壳体内工作的压力环境，承载特性检测更准确。

2、通过电比例阀可以实现对柱塞容腔内压力随主轴转动所发生的切换状态的模拟。

3、嵌入式承载特性采集模块可以对平面内的压力、油膜厚度进行测量，能够检测油膜的动态变化特性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1为装置剖视图；

图2为滑靴结构图；

图中，传动轴1、斜盘止推杆2、缸体3、回位弹簧4、压力容腔5、斜盘6、柱塞7、电比例阀8、驱动电磁铁9、脉动模拟器10、进油口油源11、保压压力油源12、嵌入式位移传感器13、嵌入式压力传感器14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明，本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

如图1-2所示，所述的多复合型多传感器柱塞泵滑靴副承载特性模拟测试试验机构包括实验装置和嵌入式承载特性采集模块。

如图1所示，实验装置包括压力容腔5、传动轴1、斜盘6、缸体3、柱塞7、斜盘止推杆2和回位弹簧4。如图1所示。其中传动轴与斜盘以球铰结构相链接，可以通过调整斜盘止推杆的进给深度控制斜盘的测试摆角；回位弹簧为推力弹簧；容腔压力由保压压力油源进行控制；缸体固定在压力容腔内；安装于缸体内的柱塞个数可以为奇数或偶数；保压压力油源和进油口油源的压力可以不同；每个柱塞与缸体的容腔压力由一只电比例阀进行控制；电比例阀通过驱动电磁铁进行控制；驱动电磁铁的驱动力与脉冲模拟器呈线性关系；脉冲模拟器的驱动曲线与柱塞泵的压力切换曲线相同。

如图2所示，嵌入式承载特性采集模块包括嵌入式压力传感器14和嵌入式位移传感器13。嵌入式压力传感器均布于柱塞与斜盘的接触面表面，呈十字分布；嵌入式位移传感器均布于柱塞与斜盘的接触面表面，与嵌入式压力传感器间隔安装；通过嵌入式压力传感器和嵌入式位移传感器可以实现对柱塞与斜盘间间隙支撑油膜的压力特性和油膜尺度特征进行实时监测，实现对油膜承载特性的工况模拟测试。

在本发明的一个具体实施例中，传动轴1的一端通过联轴器与电机相连，另一端为联轴节结构，联轴节的球头结构可以实现斜盘的轻微摆动，用以模拟轴向柱塞泵的变量过程。

斜盘的摆动通过调节斜盘止推杆2的进给量进行调节，回位弹簧4为止推弹簧；壳体内的压力由保压压力油源12确定，用于模拟泵壳的压力工况。

回位弹簧4与传动轴1平行布置，其一端固定在压力容腔5的内壁上，另一端与斜盘6抵接。所述的斜盘止推杆2与传动轴1平行布置，其调节端穿出压力容腔5，另一端与斜盘6抵接。

各个柱塞的入口均配置有一套压力脉冲模拟装置，压力脉冲模拟装置由电比例阀8和脉动模拟器10组成，其中脉动模拟器10发出的脉动信号作用于电比例阀8中用于驱动阀芯的电磁铁9，通过对阀芯的控制实现柱塞内油液压力的控制。压力脉冲模拟装置用于模拟实际轴向柱塞泵柱塞腔的高低压切换工况，电比例阀8的进油口油源11压力与轴向柱塞泵的实际负载工况相同。

本发明的滑靴副无旋转运动，因此在滑靴副表面加工用于检测摩擦副状态的传感器阵列；其中压力传感器为柔性的电阻薄膜压力传感器，位移传感器采用霍尔位移传感器，均可实现小型化和嵌入式安装。

测试机构的测试步骤如下：通过脉动模拟器对电比例阀进行控制，实现柱塞腔内油液的高低压切换；调整斜盘止推杆，使得斜盘的摆角发生变化；通过嵌入式压力传感器和嵌入式位移传感器对滑靴副的静压支撑动静态特性进行采集，并构建各个滑靴副的压力场和厚度场，得到滑靴副的关键参数测试数据；最后将传感器采集的数据传入上位机中。

所以，应用本申请实施例一方面可实现高压工况下，滑靴副承载特性的检测，提高检测的真实性和准确性，另一方面可以减少对主泵实体的破坏，通过工况模拟的方式将柱塞泵的滑靴副独立出结构本身，节约实验成本。