配流副油膜特性测试试验台及实验系统

技术领域

本发明涉及斜盘式柱塞泵的测试实验工具技术领域，具体地涉及一种配流副油膜特性测试试验台，以及一种利用该实验台的配流副油膜特性测试实验系统。

背景技术

配流副是轴向柱塞泵实现吸排油功能的核心摩擦副。由配流盘、缸体端面及两者间的密封间隙组成，既起到配流做用，又要支撑缸体，维持缸体的受力平衡。轴向柱塞泵配流副的工作原理为：高速旋转的缸体与固定不动的配流盘之间作用有一对方向相反的力，即缸体柱塞腔中的高压油液所产生的对配流盘的压紧力，以及由配流窗口及密封带油膜压力所产生的对缸体的液压支承力。

配流副的设计直接影响到泵的耐久性和磨损情况，设计不当的配流副会影响柱塞泵的性能和效率，加剧磨损，降低柱塞泵的使用寿命。研究配流副的润滑承载性能对于柱塞泵正常工作至关重要，搭建配流副承载特性测试试验台，有助于深入研究配流副的润滑机制，为优化设计提供依据。同时，可以对配流副在不同工况下的性能和效率进行全面、定量的评估。例如，测试泵的流量输出、压力输出、效率、功率损耗等指标，了解泵在实际工作中的表现，并对其进行优化和改进。

因此需要一种简单有效的实验设备来模拟配流副的工作状态。

发明内容

针对现有技术中的上述不足或缺陷，本发明提供一种配流副油膜特性测试试验台，该试验台能够模拟配流盘在真实工作时的状态，并且便于检测排流盘的油膜特性。

一种配流副油膜特性测试试验台，包括：壳体，配流盘，配流盘安装在壳体内，配流盘与液压系统连接；摩擦盘，摩擦盘正对并贴靠所述配流盘设置，配流盘与摩擦盘之间形成有油膜，摩擦盘与动力系统连接，并受动力系统驱动旋转；压紧结构，压紧结构设置支撑在摩擦盘远离配流盘的一侧，并将摩擦盘压紧到配流盘上；位移传感器，位移传感器检测摩擦盘的位置。

优选的，壳体上安装通油轴，所述配流盘固定在通油轴上，通油轴有与供油管路连接，且通油轴内有中心孔，液压油经由中心孔输向配流盘。

优选的，配流盘与壳体之间设置压扭传感器。

优选的，所述传感器设置在壳体和通油轴之间，所述通油轴通过轴承安装到壳体上。

优选的，摩擦盘通过传动轴连接到动力系统上，所述传动轴转动安装在壳体上，且一端插入到壳体内连接并带动摩擦盘旋转，摩擦盘能够沿传动轴轴向滑动。

优选的，摩擦盘与传动轴之间通过齿式联轴器连接。

优选的，配流盘靠近摩擦盘的一侧带有供液压油流出的腰形窗口，所述压紧结构的施力方向对准配流盘的腰形窗口。

优选的，压紧结构与配流盘上腰形窗口一一对应。

优选的，所述压紧结构包括柱塞滑靴，柱塞滑靴包括设置在壳体上的活塞孔且活塞孔与液压系统连接，以及安装在缸孔内的活塞，活塞的外端设置滑靴，所述滑靴顶推摩擦盘并在摩擦盘上滑动。

优选的，所述活塞与所述滑靴上设置有过油孔，活塞孔内的液压油经过过油孔在滑靴与摩擦盘之间形成油膜。

优选的，所述位移传感器固定设置有多个，且多个位移传感器环绕摩擦盘间隔设置。

优选的，所述位移传感器设置有三个，呈等边三角形布置；

优选的，所述位移传感器为电涡流微位移传感器。

优选的，所述壳体内为中空的腔体，壳体底部开设回油孔道。

同时利用前文所提出的配流副油膜特性测试试验台，本发明提供一种配流副油膜特性测试实验系统，包括液压系统、动力系统和试验台所述试验台前文所述的配流副油膜特性测试试验台；液压系统的供油管路与配流盘连通，当压紧结构为柱塞滑靴时，液压系统的供油管路还与柱塞滑靴连通。

通过本发明上述技术方案一种配流副油膜特性测试试验台，具有如下效果：本发明提出了一种用来模拟配流盘在油泵内工作场景的试验台。将待实验的配流盘设置到试验台内，然后通榆液压油启动动力系统，即可开始进行摩擦及油膜特性的试验。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是配流副油膜特性测试实验系统的示意图；

图2配流副油膜特性测试试验台的剖面示意图；

图3是压紧结构和摩擦盘一侧的示意图，

图4是配流盘和位移传感器安装示意图

图5通油轴孔道示意图

图6缸体流道示意图

图7配流盘示意图

附图标记说明

主泵1、

第一单向阀2、

过滤器3、

溢流阀4、

油箱5、

比例减压阀6、

通油轴进口流量计7、

第二单向阀8、

壳体进油口流量计9、

第三单向阀10、

水冷却器11、

过滤器12、

通油轴13、中心孔131、中心回油孔132、低压区回油孔133、

胀套14、

压扭传感器15、

左端盖16、

壳体17、回油口171、进油口172、

位移传感器18、

配流盘19、压油腰型窗口191、外密封带192、内密封带193、

摩擦盘20、

柱塞滑靴21、

传动轴22、

缸体23、缸孔231、环形通油槽232、

右端盖24、

变频调速电机25。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”指相对于各部件本身轮廓的内、外。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了解决背景技术部分所指出的配流副需要一套简单使用的试验工具的问题。本发明提供一种配流副油膜特性测试试验台，如图2-图7所示，

一种配流副油膜特性测试试验台，包括：壳体17，配流盘19，摩擦盘20，压紧结构，位移传感器18。

其中壳体17就是一个容纳配流盘19和摩擦盘20的外壳，并且由于配流盘19是需要通入液压油的，因此油液被压力或者摩擦盘20旋转带动四处飞溅，所以需要一个壳体17来避免液压油飞溅。壳体17就是一个金属壳，然后壳体17的至少一端带有端盖可以打开，便于更换内部的配流盘19。

这里的配流盘19就是被实验的目标。配流盘19不属于实验台的一部分，需要对哪种配流盘19进行实验就将其安装到实验台上。实验完成之后就可以取下更换另外一种配流盘19。

如图7所示的，配流盘19带有连通低压油吸油腰形窗口和连通高压油的压油腰型窗口191，因此配流盘19的工作面的负载本身就是不平衡的。工作面也就是和柱塞泵的缸体相对发生摩擦的一侧，在本申请中就是配流盘19和摩擦盘20接触的一侧。

摩擦盘20，摩擦盘20就是一个金属盘，摩擦盘20正对并贴靠所述配流盘19设置，在实验时，摩擦盘20会高速旋转，然后配流盘19静止不动。

在实验过程中，配流盘19需要连通液压系统，高压的液压油要通过配流盘19的压油腰型窗口191，在配流盘外密封带192、内密封带193与摩擦盘20之间形成润滑油膜，图7中的上半部分为高压区，下半部分是低压区。

本装置就是在研究不同转速，不同压紧力，不同液压支承力的情况下，配流盘19和摩擦盘20之间油膜的特性。

因此摩擦盘20与动力系统连接，并受动力系统驱动旋转；动力系统只需要能够带动摩擦盘20转动并且能调速即可，其形式可以多种多样。例如可以采用调速电机甚至可以采用内燃机等等。

由于配流盘19上工作面一侧的压力不均匀，因此摩擦盘20与配流盘19相对的摩擦面的不同位置所受到的反作用力也是不均匀的。因此为了平衡摩擦盘20的转矩，还设置了压紧结构，压紧结构设置支撑在摩擦盘20远离配流盘19的一侧，并将摩擦盘20压紧到配流盘19上；具体地压紧结构就是对摩擦盘20施加顶推力，压紧结构对准摩擦盘20和配流盘19之间的高压区。一方面用来平衡摩擦盘20所受到的力矩，另一方面也是为了模拟配流盘19在柱塞泵内的真实情况，并保持油膜区域的状态稳定。

并且由于配流盘19是相对静止不动的，当油膜厚度发生变化也就意味着摩擦盘20需要发生位移，因此摩擦盘20是活动设置在壳体17内的。

位移传感器18，位移传感器18检测摩擦盘20的位置。位移传感器18固定设置，通过摩擦盘20的位移量确定摩擦盘20和配流盘19之间油膜的厚度。

如图2和图3中所示的，壳体17上安装通油轴13，所述配流盘19固定在通油轴13上，通油轴13有与供油管路连接，且通油轴13内有中心孔131，液压油经由中心孔131输向配流盘19。通油轴13有两个主要作用，一是用来可拆卸安装被实验的配流盘19，二是给配流盘19供油。通油轴13与液压系统连接，液压油就是通过通油轴13内的中心孔131流向配流盘19。通油轴13在配流盘19的安装面上也带有与配流盘19相适应的出油口。液压油从通油轴13的出油口流到配流盘19压油腰型窗口191，在配流盘外密封带192、内密封带193与摩擦盘20之间形成润滑油膜。

配流盘19与壳体17之间设置压扭传感器15，优选的，所述传感器设置在壳体17和通油轴13之间，所述通油轴13通过轴承安装到壳体17上。压扭传感器15用来检测当摩擦盘20旋转时，配流盘19所受到的绕自身轴线的转矩。因为配流盘19是安装在通油轴13上的，因此这个转矩会被传导到通油轴13上，然后压扭传感器15安装在壳体17上检测通油轴13的转矩即可。并且通油轴13用轴承安装在壳体17上。

如图2中所示的，摩擦盘20通过传动轴22连接到动力系统上，所述传动轴22转动安装在壳体17上，且一端插入到壳体17内连接并带动摩擦盘20旋转，摩擦盘20能够沿传动轴22轴向滑动。优选的，摩擦盘20与传动轴22之间通过齿式联轴器连接。

如图7中所示的，配流盘19靠近摩擦盘20的一侧带有供液压油流出的压油腰型窗口191，所述压紧结构的施力方向对准配流盘19的压油腰型窗口191；配流盘19高压区的压油腰型窗口191是液压油流出的位置，也就是在压油腰型窗口191及其周边密封带形成高压区。优选的，压紧结构与配流盘19上压油腰型窗口191位置对应。

由于配流盘19是静止不动的，因此高压区的位置也是不动的，所以压紧结构的位置也是固定不动的，始终和高压区对应。压紧结构包括多个，多个压紧结构呈扇形分布在高压区位置。

如图2和图5中所示的。所述压紧结构，是一个顶推结构，用来把摩擦盘20顶推向配流盘19。所以可以是一个电控的推杆，或者是液压的活塞式顶推结构，优选的压紧结构是柱塞滑靴21，柱塞滑靴21包括设置在壳体17上的活塞孔且活塞孔与液压系统连接，以及安装在柱塞孔内的活塞，活塞的外端设置滑靴，所述滑靴顶推摩擦盘20并在摩擦盘20上滑动。柱塞滑靴21一方面可以直接和配流盘19共用液压系统，不需要额外的配置动力。另一方面，所述柱塞与所述滑靴上设置有过油孔，缸孔内的液压油经过过油孔在滑靴与摩擦盘20之间形成油膜。柱塞的液压油会给滑靴和摩擦盘20之间提供润滑。

所述位移传感器18固定设置有多个，且多个位移传感器18环绕摩擦盘20间隔设置；优选的，所述位移传感器18设置有三个，呈等边三角形布置；三个位置传感器即可计算出整个油膜的厚度情况。优选的，所述位移传感器18为电涡流微位移传感器18。

所述壳体17内为中空的腔体，壳体17底部开设回油口171。壳体17上还包括用来给柱塞滑靴21提供液压油的进油口172。

配流副油膜特性测试实验系统，如图1中所示的。包括液压系统、动力系统和试验台，所述试验台为前文所提出的配流副油膜特性测试试验台；液压系统的供油管路与配流盘19连通，当压紧结构为柱塞滑靴21时，液压系统的供油管路还与柱塞滑靴21连通。

具体实施例：

1.液压系统

如图1中所示的，主泵1吸油口将高压油液输送至管路，分别经过第一单向阀2、过滤器3。溢流阀4的进油口与主泵1的排油口连通，出油口连接油箱5，用于调节油液压力。高压油分为两个加载油路：配流盘加载油路和柱塞加载油路。配流盘加载油路的高压油液分别通过比例减压阀6、通油轴进口流量计7进入通油轴中心孔131。配流副高压区的油压靠调节比例减压阀6控制。柱塞加载油路的高压油通过第二单向阀8和壳体进油口流量计9进入壳体进油口172，到达柱塞底面。壳体回油口171与液压系统回油管路相连，回收配流副和柱塞滑靴组件处的泄漏油液，通过第三单向阀10、水冷却器11和过滤器12回到油箱5。

2.配流副油膜特性测试试验台：

配流副润滑特性测试装置用于轴向柱塞泵配流副润滑特性的测试。并能对柱塞泵配流副进行润滑特性试验研究，测量不同工况下的润滑膜厚度、摩擦力和转矩。

配流副润滑特性测试装置主要包括：通油轴13、胀套14、压扭传感器15、左端盖16、壳体17、电涡流微位移传感器18、配流盘19、摩擦盘20、柱塞滑靴组件21、传动轴22、缸体23、右端盖24、变频调速电机25。

配流盘19与通油轴13通过螺栓固定在一起，静止不动。变频调速电机25驱动传动轴22旋转，传动轴22与摩擦盘20通过花键连接，带动摩擦盘20旋转，与配流盘19之间发生高速摩擦，模拟实际柱塞泵配流副配流盘与缸体的相对旋转运动。

通油轴13中心开孔道，与配流盘高压区压油腰型窗口191连通，高压油经过通油轴中心孔131从配流盘高压区压油腰型窗口191流出，在配流盘外密封带192、内密封带193与摩擦盘20之间形成润滑油膜。部分液压油从外密封带192、内密封带193泄漏出去，泄漏油液通过通油轴的中心回油孔132和低压区回油孔133流入壳体17腔内，通过壳体回油口171回油箱5。

配流盘19与摩擦盘20之间的润滑油膜产生液压支承力将两者试图推开，因此在摩擦盘20侧施加压紧力。由于配流盘高压区压油腰型窗口191与通油轴中心孔131存在一定距离，所以进油压力会对通油轴轴心产生力矩，若只在通油轴轴心反向施加推力，无法抵消力矩，因此通过安装柱塞滑靴组件21模拟泵的真实运作，设置与实际柱塞泵高压区相同数量的柱塞滑靴组件，在本案例中为4个。加载油路的高压油经过壳体进油口172进入缸体23的缸孔231推动柱塞滑靴组件21及摩擦盘20压紧配流盘19。缸体23上设有环形通油槽232，使得壳体进油口172高压油液可以进入每一个缸孔231内，作用于柱塞底部成为压紧力。该压紧力与配流副润滑油膜的液压支承力相平衡，同时不存在额外力矩。柱塞滑靴组件21与缸体23静止，柱塞滑靴组件21和高速旋转的摩擦盘20通过滑靴底面的油液形成动压支承，实现良好的润滑效果。

3.监测系统

实验中采用电涡流微位移传感器18直接测量配流副的润滑油膜厚度。在本案例中，设置3只电涡流微位移传感器18均布在通油轴的传感器定位孔134内，测量摩擦盘20的位移量。根据三只电涡流微位移传感器18测量的数值可以确定一个平面，既可获得润滑油膜厚度的数值，又可确定润滑油膜的形状。

配流副摩擦力和扭矩通过压扭传感器15测量。

通过以上技术方案：

(1)压紧端设有摩擦盘20模拟柱塞泵缸体及端面的工况，柱塞滑靴21，模拟了实际泵中高压区的真实施力方式，实现压紧力作用点和力矩的拟实。同时，可利用滑靴动压支承减小与摩擦盘20的接触比压和磨损，起到两者相对转动的润滑作用。

(2)加载油路一路通过配流轴达到配流盘19与摩擦盘20之间，进而形成油膜，模拟实际泵中配流窗口及密封带的液压支承力；一路通过与实际柱塞泵高压区数量相同的柱塞滑靴21底部，柱塞滑靴21底部高压油产生的顶推力顶推摩擦盘20。模拟实际泵中压力分布。基于剩余压紧力法通过比例减压阀调节摩擦盘与配流盘之间的液压支承力大小，使得配流盘保持良好的润滑条件和适当的挤压受力状态。通过变频调速电机驱动配流盘与摩擦盘做对磨运动，模拟轴向柱塞泵配流副动力学特征，实现配流副功能和工作原理的拟实。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。