一种柱塞式液压元件的压紧力测量系统的制作方法

本发明涉及液压技术领域，具体地，涉及一种柱塞式液压元件的压紧力测量系统。

背景技术：

柱塞式液压元件主要包括轴向柱塞泵（马达）、浮杯式液压泵（马达）和基于前两者的液压变压器等，在上述液压元件的配流副在设计过程中，通常采用剩余压紧力系数设计原则。剩余压紧力系数对于配流副的性能影响很大，如果剩余压紧力系数过大，那么配流盘和柱塞缸的摩擦增大，机械效率降低，甚至会出现“烧盘”；如果剩余压紧力系数过小，那么配流盘和柱塞缸配合间隙过大导致泄漏量增大，容积效率降低。因此准确测量剩余压紧力，并定量研究剩余压紧力与工作效率的关系，对于优化相关结构参数、提高元件效率具有重要意义。

由于柱塞式液压元件的配流副剩余压紧力与系统压力、柱塞缸转速、温度等多因素耦合作用，因此剩余压紧力测量难度很大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种柱塞式液压元件的压紧力测量系统，该压紧力测量系统能够测量不同压力、转速、温度等参数下的剩余压紧力，有助于研究配流副的多场耦合机理。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种柱塞式液压元件的压紧力测量系统，包括柱塞托盘、配流盘及承托装置；

所述柱塞托盘的周向设有多个用于容纳柱塞的空腔结构；

所述配流盘上开设有低压腰形槽和高压腰形槽；

所述承托装置上设有低压油路和高压油路；

所述柱塞托盘、所述配流盘及所述承托装置依次贴合布置安装；

还包括控制器、检测元件、稳压调压回路、沟槽及调压通路；

所述沟槽设于所述配流盘与所述柱塞托盘配合的端面；

所述调压通路穿过所述承托装置和所述配流盘与所述沟槽连通；

所述稳压调压回路的供油口与所述调压通路连通；

所述检测元件设置在所述承托装置和所述配流盘的通孔内，能够获取所述配流盘和所述柱塞托盘的配合面外周的油膜的信号，并传递给所述控制器；

所述控制器能够控制所述稳压调压回路的供油压力。

可选的，所述调压通路包括第一接油孔和第二接油孔；所述第一接油孔为设于所述配流盘的通孔，与所述沟槽连通；所述第二接油孔为设于所述承托装置的通孔，与所述第一接油孔连通。

可选的，所述第一接油孔为斜孔，所述第一接油孔的第一端口位于所述沟槽的底部，第二端口与所述配流盘的圆心轴线的距离大于所述第一端口与所述圆心轴线的距离。

可选的，所述压紧力测量系统设有多个所述沟槽，每个所述沟槽均设有所述调压通路和所述稳压调压回路，所述调压通路设置在所示沟槽的中心位置；多个所述沟槽分布在所述配流盘的端面的所述高压腰型槽外侧的同一圆周上，位于所述高压腰型槽一侧的所述沟槽的数量多于位于所述低压腰型槽一侧的所述沟槽的数量，所述沟槽的分布关于所述高压腰型槽的对称线对称。

可选的，所述稳压调压回路包括比例减压阀、两位两通阀和蓄能器，所述两位两通阀位于所述比例减压阀的下游位，所述蓄能器的接入位置位于所述比例减压阀和所述两位两通阀之间。

可选的，所述稳压调压回路还包括温度传感器、压力传感器和减法器，所述温度传感器将液压油的温度信号传递给所述控制器；所述压力传感器和所述减法器构成反馈回路，将修正压力信号传递给所述比例减压阀。

可选的，所述配流盘上设有第一安装孔，所述承托装置上设有第二安装孔，所述第一安装孔与所述第二安装孔的轴线共线，所述检测元件安装在所述第一安装孔和所述第二安装孔内；所述检测元件包括多个测微仪和多个测温仪，多个所述测微仪和多个所述测温仪周向等间距分布在所述高压腰型槽外侧的同一圆周上，所述测微仪检测所述油膜的厚度信号，所述测温仪检测所述油膜的温度信号。

可选的，四个所述测微仪均布在所述圆周上，所述测微仪测量的所述油膜与所述柱塞托盘接触的侧面为平面，所述平面垂直于所述测微仪的轴线。

本发明还提供了一种柱塞式液压元件的压紧力测量系统，包括配流盘及承托装置；

所述配流盘上开设有低压腰形槽和高压腰形槽；

所述承托装置上设有低压油路及高压油路；

所述配流盘与所述承托装置贴合安装；

还包括控制器、检测元件、稳压调压回路、沟槽及调压通路；

所述沟槽设于所述承托装置与所述配流盘配合的端面；

所述调压通路穿过所述承托装置与所述沟槽连通；

所述稳压调压回路的供油口与所述调压通路连通；

所述检测元件设置在所述承托装置的通孔内，能够获取所述承托装置和所述配流盘的配合面的油膜的信号，并传递给所述控制器；

所述控制器能够控制所述稳压调压回路的供油压力。

可选的，所述调压通路为设置在所述承托装置上的第三接油孔，与所述沟槽连通。

可选的，所述压紧力测量系统设有多个所述沟槽，每个所述沟槽均设有所述调压通路和所述稳压调压回路，所述调压通路设置在所述沟槽的中心位置；多个所述沟槽分布在所述承托装置的端面的所述高压油路外侧的同一圆周上，位于所述高压油路一侧的所述沟槽的数量多于位于所述低压油路一侧的所述沟槽的数量。

可选的，所述稳压调压回路包括比例减压阀、两位两通阀和蓄能器，所述两位两通阀位于所述比例减压阀的下游位，所述蓄能器的接入位置位于所述比例减压阀和所述两位两通阀之间。

可选的，所述稳压调压回路还包括温度传感器、压力传感器和减法器，所述温度传感器将液压油的温度信号传递给所述控制器；所述压力传感器和所述减法器构成反馈回路，将修正压力信号传递给所述比例减压阀。

可选的，所述承托装置上设有台阶孔，所述检测元件安装在所述台阶孔内；所述检测元件包括多个测微仪和多个测温仪，多个所述测微仪和多个所述测温仪分布在同一圆周上，所述测微仪检测所述油膜的厚度信号，所述测温仪检测所述油膜的温度信号。

本发明还提供了一种柱塞式液压元件的效率测量系统，所述效率测量系统用于测量柱塞式液压元件的主轴转速、主轴扭矩、容积效率、机械效率，包括上述任一项所述的柱塞式液压元件的压紧力测量系统。

本发明提供的柱塞式液压元件的压紧力测量系统，包括控制器、检测元件和调压系统，调压系统包括稳压调压回路、调压通路和沟槽，沟槽设置在测量压紧力的端面，稳压调压回路通过调压通路向沟槽提供一定压力的液压油，同时通过检测元件获得油膜的情况。油膜厚度不稳定时，剩余压紧力接近于零，此时通过调压系统内液压油的压力值能够间接推算出剩余压紧力的数直。调压系统内液压油的压力为零时，剩余压紧力最大，然后不断增大液压油的压力，剩余压紧力将不断减小，可以获得不同剩余压紧力时，柱塞式液压元件的工作状态。该压紧力测量系统能够测量不同压力、转速、温度等参数下的剩余压紧力，有助于研究剩余压紧力与工作效率的关系，对于优化相关结构参数、提高元件效率具有重要意义。

本发明还提供了一种柱塞式液压元件的效率测量系统，包括上述柱塞式液压元件的压紧力测量系统，所述压紧力测量系统具有上述技术效果，故该效率测量系统也具有相应的技术效果。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明所提供的安装有所述压紧力测量系统的一种柱塞泵的整体结构示意图；

图2为图1中的柱塞泵的a向示意图；

图3为图2中的b-b剖面的局部结构示意图；

图4为图1中的柱塞泵的配流盘的结构示意图；

图5为本发明所提供的安装有所述压紧力测量系统的另一种柱塞泵的端面结构视图；

图6为图5中的c-c剖面的局部结构示意图；

图7为本发明所提供的压紧力测量系统中的稳压调压回路的示意图；

其中，图1至图7中的附图标记和部件名称之间的对应关系如下：

主轴1；柱塞2；柱塞托盘3；

配流盘4；低压腰型槽41；高压腰型槽42；第一接油孔43；第一安装孔44；

承托装置5；低压油路51；高压油路52；第二接油孔53；第二安装孔54；第三接油孔55；台阶孔56；

沟槽6；测微仪61；测温仪62；

稳压调压回路7；比例减压阀71；两位两通阀72；蓄能器73；温度传感器74；压力传感器75；减法器76。

具体实施方式

以下结合附图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。

请参考图1至图4，图1为本发明所提供的安装有所述压紧力测量系统的一种柱塞泵的整体结构示意图，图2为图1中的柱塞泵的a向示意图，图3为图2中的b-b剖面的局部结构示意图，图4为图1中的柱塞泵的配流盘的结构示意图。

本发明所提供的压紧力测量系统可以用于轴向柱塞泵（马达）、浮杯式液压泵（马达）和基于前两者的液压变压器等液压元件，这类元件的共同特征就是都具有配流副，下面主要以轴向柱塞泵为例详细阐述本发明。

在图1中，该轴向柱塞泵包括壳体、轴承、主轴1、柱塞2、柱塞托盘3、配流盘4、承托装置5，承托装置5可以为后盖。主轴1驱动柱塞托盘3旋转并带动柱塞2在柱塞腔内周期性的伸出和压入，固定不动的配流盘4的左、右端面分别与旋转的柱塞缸的右端面和承托装置5的左端面贴合，当柱塞2在柱塞腔中伸出时，外部油箱的低压油通过配流盘4的低压腰形槽41进入柱塞腔，当柱塞2在柱塞腔中压入时，柱塞腔中的高压油通过配流盘4的高压腰形槽42排出。

本发明所提供的一种柱塞式液压元件的压紧力测量系统，主要包括两种实现方式，一种是安装于配流盘4的方式，能够测得柱塞托盘3的剩余压紧力，另一种是安装于承托装置5的方式，能够检测配流盘4的剩余压紧力。

第一种具体的实施方式中，本发明提供了一种柱塞式液压元件的压紧力测量系统，包括柱塞托盘3、配流盘4及承托装置5；

柱塞托盘3的周向设有多个用于容纳柱塞2的空腔结构；

配流盘4上开设有低压腰形槽41和高压腰形槽42；

承托装置5上设有低压油路51和高压油路52；

柱塞托盘3、配流盘4及承托装置5依次贴合布置安装；

还包括控制器、检测元件、稳压调压回路7、沟槽6及调压通路；

沟槽6设于配流盘4与柱塞托盘3配合的端面；

调压通路穿过承托装置5和配流盘4与沟槽6连通；

稳压调压回路7的供油口与调压通路连通；

检测元件设置在承托装置5和配流盘4的通孔内，能够获取配流盘4和柱塞托盘3的配合面外周的油膜的信号，并传递给控制器；

控制器能够控制稳压调压回路7的供油压力。

本发明提供的柱塞式液压元件的压紧力测量系统，包括控制器、检测元件和调压系统，调压系统包括稳压调压回路7、调压通路和沟槽6，沟槽6设置在测量压紧力的端面，稳压调压回路7通过调压通路向沟槽6提供一定压力的液压油，在此实施例中沟槽6设置在配流盘4与柱塞托盘3配合的端面，调压通路穿过承托装置5和配流盘4与沟槽6连通，稳压调压回路7内液压油的压力可控，沟槽6内的液压油向柱塞托盘3施加压力，通过液压油的压力与沟槽6的面积能够计算出液压油对柱塞托盘3施加的压力。

调压系统内液压油的压力为零时，剩余压紧力最大，然后不断增大液压油的压力，剩余压紧力将不断减小，在此过程中，可以通过检测元件获得油膜的情况，还可以获得不同剩余压紧力时，柱塞式液压元件的工作状态。

油膜厚度不稳定时，剩余压紧力接近于零，此时通过调压系统内液压油的压力值能够间接推算出剩余压紧力的数直。该压紧力测量系统能够测量不同压力、转速、温度等参数下的剩余压紧力，有助于研究剩余压紧力与工作效率的关系，对于优化相关结构参数、提高元件效率具有重要意义。

进一步的实施方式中，调压通路包括第一接油孔43和第二接油孔53；第一接油孔43为设于配流盘4的通孔，与沟槽6连通；第二接油孔53为设于承托装置5的通孔，与第一接油孔43连通。

稳压调压回路7通过调压通路向沟槽6提供液压油，沟槽6设置在配流盘4的端面，则调压通路需要通过承托装置5和配流盘4，如图3所示，承托装置5的第二接油孔53与配流盘4的第一接油孔43连通，第一接油孔43与沟槽6连通。

进一步的，第一接油孔43为斜孔，第一接油孔43的第一端口位于沟槽6的底部，第二端口与配流盘4的圆心轴线的距离大于第一端口与所述圆心轴线的距离。

沟槽6的位置需要设置在配流盘4与柱塞托盘3配合的端面上，同时配流盘4上还设有高压腰形槽41和低压腰形槽42，如图4所示，沟槽6的位置与腰形槽的位置较近，第一接油孔43如果为直孔，则容易与腰型槽相互干涉故将第一接油孔43设置为斜孔，能够保证第一接油孔43可靠的向沟槽6供油。

一种优选的实施方式中，压紧力测量系统设有多个沟槽6，每个沟槽6均设有调压通路和稳压调压回路7，调压通路设置在沟槽6的中心位置；多个沟槽6分布在配流盘4的端面的高压腰型槽42外侧的同一圆周上，位于高压腰型槽42一侧的沟槽6的数量多于位于低压腰型槽41一侧的沟槽6的数量，沟槽6的分布关于高压腰型槽42的对称线对称。

在配流盘4的端面上设有多个沟槽6，每个沟槽6对应一组调压通路和稳压调压回路7，多个稳压调压回路7同时向多个沟槽6供油，同时向柱塞托盘3施加压力，多个沟槽6分布在同一个圆周上，多个沟槽6根据压力情况分布，能够使柱塞托盘3在整个圆周上受力均匀，如图4所示，低压腰型槽41一侧设置的沟槽6的数量较少，高压腰型槽42一侧设置的沟槽6的数量较多。

高压腰型槽42一侧的压力大于低压腰型槽41一侧的压力，压力大的一侧的沟槽6的数量多于压力小的一侧的沟槽6的数量，则压力大的一侧，沟槽6内液压油施加的力也较大，能够对压力起到均衡的作用，能够使柱塞托盘3整体的受力均匀。

请参考图7，图7为本发明所提供的压紧力测量系统中的稳压调压回路的示意图。

一种具体的实施方式中，稳压调压回路7包括比例减压阀71、两位两通阀72和蓄能器73，两位两通阀72位于比例减压阀71的下游位，蓄能器73的接入位置位于比例减压阀71和两位两通阀72之间。

高压油源通过稳压调压回路7向沟槽6供油，稳压调压回路7中两位两通阀72相当于开关阀，控制器能够通过比例减压阀71调节通向沟槽6的液压油的压力，进而调节对柱塞托盘3施加的作用力的大小。

蓄能器73是一种能量储蓄装置，能够将稳压调压回路7中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压能释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力稳定。

进一步具体的实施方式中，稳压调压回路7还包括温度传感器74、压力传感器75和减法器76，温度传感器74将液压油的温度信号传递给控制器；压力传感器75和减法器76构成反馈回路，将修正压力信号传递给比例减压阀71。

来自高压油源的压力油经过比例减压阀71、蓄能器73、两位两通阀72、压力传感器75、温度传感器74后与沟槽6的第二接油孔53连通。压力传感器75和减法器76为比例减压阀71的输出压力增加了闭环控制环节，具体的，控制器提供的输入压力信号ua与压力传感器75检测的反馈压力信号ub经过减法器后，能够得到修正压力信号uc，将修正压力信号传给比例减压阀71，增加了比例减压阀71输出压力的准确度。

温度传感器74和压力传感器75检测的数据都传递给控制器，同时控制器还控制比例减压阀71，还可以为控制器设置显示屏，显示各检测数据及整个控制过程。

一种具体的实施方式中，配流盘4上设有第一安装孔44，承托装置5上设有第二安装孔54，第一安装孔44与第二安装孔54的轴线共线，检测元件安装在第一安装孔44和第二安装孔54内；检测元件包括多个测微仪61和多个测温仪62，多个测微仪61和多个测温仪62周向等间距分布在高压腰型槽42外侧的同一圆周上，测微仪61检测油膜的厚度信号，测温仪62检测油膜的温度信号。

该压紧力测量系统中设有多个检测元件，检测元件包括测微仪61和测温仪62，测微仪61和测温仪62分布在同一个圆周上，如图2所示，图2中测微仪61和测温仪62所在的位置均为第二安装孔54，如图3所示，第一安装孔44与第二安装孔54的轴线共线，检测元件一部分位于第一安装孔44内，另一部分位于第二安装孔54内。

第一安装孔44位于配流盘4的周部，且正对着配流盘4与柱塞托盘3的配合面外周的油膜，便于检测元件感知油膜的变化，并将油膜的厚度变化和温度变化均传递给控制器，能够得到不同压力、转速、温度等参数下的剩余压紧力值。

进一步优选的实施方式中，四个测微仪61均布在圆周上，测微仪61测量的油膜与柱塞托盘3接触的侧面为平面，平面垂直于测微仪61的轴线。

如图2所示，四个测微仪61在圆周上分别成直角分布，能够分别感知油膜四个位置的厚度变化。测微仪61在配流盘4的第一安装孔44内接触油膜，油膜对面的面与柱塞托盘3接触，该油膜对面的面与测微仪61轴向垂直时，测微仪61测量的油膜厚度的变化比较准确。

请参考图5和图6，图5为本发明所提供的安装有所述压紧力测量系统的另一种柱塞泵的端面结构视图，图6为图5中的c-c剖面的局部结构示意图。

第二种具体的实施方式中，本发明公开了一种柱塞式液压元件的压紧力测量系统，包括配流盘4及承托装置5；

配流盘4上开设有低压腰形槽41和高压腰形槽42；

承托装置5上设有低压油路51及高压油路52；

配流盘4与承托装置5贴合安装；

还包括控制器、检测元件、稳压调压回路7、沟槽6及调压通路；

沟槽6设于承托装置5与配流盘4配合的端面；

调压通路穿过所述承托装置5与沟槽6连通；

稳压调压回路7的供油口与调压通路连通；

检测元件设置在承托装置5的通孔内，能够获取承托装置5和配流盘4的配合面的油膜的信号，并传递给控制器；

控制器能够控制稳压调压回路7的供油压力。

本发明提供的柱塞式液压元件的压紧力测量系统，包括控制器、检测元件和调压系统，调压系统包括稳压调压回路7、调压通路和沟槽6，沟槽6设置在测量压紧力的端面，稳压调压回路7通过调压通路向沟槽6提供一定压力的液压油，在此实施例中沟槽6设置在承托装置5与配流盘4配合的端面，调压通路穿过承托装置5与沟槽6连通，稳压调压回路7内液压油的压力可控，沟槽6内的液压油向配流盘4施加压力，通过液压油的压力与沟槽6的面积能够计算出液压油对配流盘4施加的压力。

调压系统内液压油的压力为零时，剩余压紧力最大，然后不断增大液压油的压力，剩余压紧力将不断减小，在此过程中，可以通过检测元件获得油膜的情况，还可以获得不同剩余压紧力时，柱塞式液压元件的工作状态。

油膜厚度不稳定时，剩余压紧力接近于零，此时通过调压系统内液压油的压力值能够间接推算出剩余压紧力的数直。该压紧力测量系统能够测量不同压力、转速、温度等参数下的剩余压紧力，有助于研究剩余压紧力与工作效率的关系，对于优化相关结构参数、提高元件效率具有重要意义。

具体的实施方式中，调压通路为设置在承托装置5上的第三接油孔55，与沟槽6连通。

稳压调压回路7通过调压通路向沟槽6提供液压油，沟槽6设置在承托装置5的端面，则调压通路需要通过承托装置5，如图6所示，承托装置5的第三接油孔55与沟槽6连通。

在具体的实施方式中，压紧力测量系统设有多个沟槽6，每个沟槽6均设有调压通路和稳压调压回路7，调压通路设置在沟槽6的中心位置；多个沟槽6分布在承托装置5的端面的高压油路52的同一圆周上，位于高压油路52一侧的沟槽6的数量多于位于低压油路51一侧的沟槽6的数量。

在承托装置5的端面上设有多个沟槽6，每个沟槽6对应一组调压通路和稳压调压回路7，多个稳压调压回路7同时向多个沟槽6供油，同时向配流盘4施加压力，多个沟槽6分布在同一个圆周上，多个沟槽6根据压力情况分布，能够使配流盘4在整个圆周上受力均匀，如图5所示，低压油路51一侧设置的沟槽6的数量较少，高压油路52一侧设置的沟槽6的数量较多。

请参考图7，图7为本发明所提供的压紧力测量系统中的稳压调压回路的示意图。

另一种优选的实施方式中，稳压调压回路7包括比例减压阀71、两位两通阀72和蓄能器73，两位两通阀72位于比例减压阀71的下游位，蓄能器73的接入位置位于比例减压阀71和两位两通阀72之间。

高压油源通过稳压调压回路7向沟槽6供油，稳压调压回路7中两位两通阀72相当于开关阀，控制器能够通过比例减压阀71调节通向沟槽6的液压油的压力，进而调节对配流盘4施加的作用力的大小。

进一步具体的实施方式中，稳压调压回路7还包括温度传感器74、压力传感器75和减法器76，温度传感器74将液压油的温度信号传递给控制器；压力传感器75和减法器76构成反馈回路，将修正压力信号传递给比例减压阀71。

来自高压油源的压力油经过比例减压阀71、蓄能器73、两位两通阀72、压力传感器75、温度传感器74后与沟槽6的第三接油孔55连通。压力传感器75和减法器76为比例减压阀71的输出压力增加了闭环控制环节，具体的，控制器提供的输入压力信号ua与压力传感器75检测的反馈压力信号ub经过减法器后，能够得到修正压力信号uc，将修正压力信号传给比例减压阀71，增加了比例减压阀71输出压力的准确度。

温度传感器74和压力传感器75检测的数据都传递给控制器，同时控制器还控制比例减压阀71，还可以为控制器设置显示屏，显示各检测数据及整个控制过程。

另一种具体的实施方式中，承托装置5上设有台阶孔56，检测元件安装在台阶孔56内；检测元件包括多个测微仪61和多个测温仪62，多个测微仪61和多个测温仪62分布在同一圆周上，测微仪61检测油膜的厚度信号，测温仪62检测油膜的温度信号。

该压紧力测量系统中设有多个检测元件，检测元件包括测微仪61和测温仪62，测微仪61和测温仪62分布在同一个圆周上，如图5所示，测微仪61和测温仪62位于图5中的台阶孔56内。

台阶孔56位于承托装置5周部，其内部的检测元件感知承托装置5与配流盘4之间的油膜的变化，并将油膜的厚度变化和温度变化均传递给控制器，能够得到不同压力、转速、温度等参数下的剩余压紧力值。

本发明还提供了一种柱塞式液压元件的效率测量系统，所述效率测量系统用于测量柱塞式液压元件的主轴转速、主轴扭矩、容积效率、机械效率，包括上述各实施方式所述的柱塞式液压元件的压紧力测量系统。

压紧力测量系统具有上述技术效果，故该效率测量系统也具有相应的技术效果。

柱塞式液压元件的效率测量系统的其他技术特征请参考现有技术，本文不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。