一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台的制作方法

本发明涉及柱塞运动模拟试验技术领域，更具体的说是涉及一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台。

背景技术：

目前，柱塞主要是在泵或压缩机中用来输送流体。斜盘式轴向柱塞泵主要包括主轴、缸体、柱塞、滑靴、回程盘、斜盘等；其工作原理为：在电机的驱动下，主轴通过花键联接带动缸体转动，缸体带动柱塞旋转，柱塞在斜盘和回程盘的作用下在缸孔中往复运动，柱塞头部安装有滑靴，由于回程盘的作用，迫使滑靴底部始终与斜盘保持贴合。为了使柱塞的往复运动与吸油、压油实现精准的切换，在缸体的配流端面与泵的吸油口和压油口之间安放了固定不动的配流盘，配流盘紧贴缸体相对滑动。缸体旋转时，柱塞腔的容积呈周期性变化，缸体每转动一周，每个柱塞完成一次吸油与压油。

但是，对于高速柱塞泵，柱塞组件所承受的离心力不可忽略。高速柱塞泵的转速通常在10000rpm以上，此类柱塞泵在航空航天、机器人等领域有着很广阔的应用前景。随着柱塞泵转速的不断提高，对柱塞的使用性能要求也不断提高，由于柱塞的使用性能要求较高，对于柱塞的性能研究的必要性也就越来越强。国内外已经存在了一些对于柱塞性能研究的试验台，然而现有结构多针对低转速大排量的泵开展研究，忽略了在高速情况下离心力对柱塞侧向力的影响，虽然在低转速的时候离心力影响不大，但是在高转速的情况下，离心力是不可忽视的。

因此，如何提供一种模拟效果好、且能够对高速柱塞泵的柱塞运动时的侧向力进行模拟测量的高精度模拟试验台，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台，通过模拟实际的柱塞泵带动柱塞转动的情况，并带有离心力施加功能，能够精确对柱塞运动时的侧向力进行模拟试验测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台，包括：台体、主腔体、转动部、驱动部、柱塞腔体、衬套、柱塞、螺钉和力传感器；

所述主腔体固定在所述台体的顶面；

所述转动部转动连接在所述主腔体的空腔内，所述柱塞腔体内壁与所述衬套侧壁之间填充一层树脂；

所述驱动部设置在所述台体内部，且用于驱动所述转动部转动；

所述柱塞腔体密封固定在所述主腔体顶部；

所述衬套套设在所述柱塞腔体的空腔内；

所述柱塞活动连接在所述衬套内，且所述柱塞底部与所述转动部连接，所述柱塞在所述转动部的带动下上下往复运动；

所述螺钉穿过所述柱塞腔体侧壁与所述衬套侧壁固定连接，所述螺钉连接有施力组件；

多个所述力传感器固定在所述柱塞腔体侧壁，且与所述衬套侧壁连接。

通过上述技术方案，本发明采用驱动部和转动部带动柱塞实现上下运动，通过控制电机实现柱塞在不同转速下的模拟，并通过螺钉和衬套的连接，直接在衬套上模拟施加向外的不同大小的离心力，通过力传感器能够对柱塞的侧向力大小进行测量，克服了传统的试验台在运动试验时缺乏离心力考虑的缺陷，模拟效果好，且测量精度高。

优选的，在上述一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台中，所述转动部包括转轴、斜盘、t型盘和滑靴；所述转轴底部与所述驱动部连接；所述斜盘固定在所述转轴的顶部，所述斜盘为顶面倾斜的圆盘，且边沿具有向上突起的环形卡沿；所述t型盘固定在所述斜盘的顶部中央，且与所述环形卡沿形成环形卡槽；所述滑靴滑动连接在所述环形卡槽内，且所述滑靴的顶部开设有与所述柱塞连接的球形凹槽。斜盘在转动过程中，由于斜面的高低不平，使滑靴在环形卡槽内实现上下运动，进而带动活塞做上下运动，能够有效模拟柱塞泵带动柱塞转动，且模拟精度高。

优选的，在上述一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台中，所述柱塞底部为球形结构，且转动连接在所述球形凹槽内。使柱塞和滑靴之间能够有足够大的自由度，以使柱塞能够适应滑靴在高低变化时的角度变化，顺畅度更高。

优选的，在上述一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台中，所述驱动部包括电机、扭矩转速仪和联轴器；所述电机固定在所述台体内部；所述电机顶部的动力输出端通过所述联轴器与所述扭矩转速仪连接；所述扭矩转速仪通过所述联轴器与所述转轴的底部连接。有效提高驱动部的驱动精度。

优选的，在上述一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台中，所述柱塞内部开设有轴向方向贯穿的第一进油孔；所述滑靴开设有可与所述第一进油孔连通的第二进油孔，且所述第二进油孔与所述环形卡槽连通。能够通过柱塞向滑靴和环形卡槽之间输入液压油，提高运动时的顺畅度，并提高运动精度。

优选的，在上述一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台中，所述柱塞腔体顶部固定有柱塞腔盖，所述柱塞腔盖开设有与所述第一进油孔连通的第三进油孔；所述柱塞腔盖顶端连接有与所述第三进油孔连通的进油管接头。保证液压油注入的顺畅度。

优选的，在上述一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台中，所述主腔体和所述柱塞腔体的连接处固定有与所述主腔体的空腔连通的回油管接头，所述回油管接头通过回油泵系统与所述进油管接头连接。液压油最终流入进主腔体的空腔内，利用回油管接头通过回油泵系统与所述进油管接头连接，能够实现液压油的反复循环利用。

优选的，在上述一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台中，所述施力组件包括支杆、滚轮、连接绳和砝码；所述支杆固定在所述台体的顶面；所述滚轮转动连接在所述支杆顶部，且与所述螺钉在同一水平面上；所述连接绳一端与所述螺钉固定连接，另一端绕过所述滚轮悬挂有不同数量的所述砝码。能够便于离心力的施加，操作简单，效果明显。

优选的，在上述一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台中，8个所述力传感器呈十字交叉状，在所述柱塞腔体侧壁分上下两层布置形成力传感器阵列。经过进一步数据处理可获取柱塞腔体侧壁侧向力的应力分布情况。

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高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台，具有以下有益效果：

1、本发明采用驱动部和转动部带动柱塞实现上下运动，通过控制电机实现柱塞在不同转速下的模拟，并通过螺钉和衬套的连接，直接在衬套上模拟施加向外的不同大小的离心力，通过力传感器能够对柱塞的侧向力大小进行测量，克服了传统的试验台在运动试验时缺乏离心力考虑的缺陷，模拟效果好，且测量精度高。

2、本发明的斜盘在转动过程中，由于斜面的高低不平，使滑靴在环形卡槽内实现上下运动，进而带动活塞做上下运动，能够有效模拟柱塞泵带动柱塞转动，且模拟精度高。

3、本发明利用回油管接头通过回油泵系统与所述进油管接头连接，能够通过柱塞向滑靴和环形卡槽之间输入液压油，提高运动时的顺畅度，并提高运动精度，同时能够实现液压油的反复循环利用。

4、通过在衬套上布置传感器阵列，实现对柱塞侧向力的精确测量。

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整体结构示意图；

图2附图为本发明提供的台体顶部的结构示意放大图；

图3附图为本发明提供的台体顶部的结构半剖主视图；

图4附图为本发明提供的台体顶部的结构半剖轴侧图；

图5附图为本发明提供的滑靴的结构示意图；

图6附图为本发明提供的整体主剖视图；

图7附图为本发明提供的柱塞连接部分的主剖视放大图。其中：

01-台体；

02-主腔体；

03-转动部；

030-转轴；

031-斜盘；

0310-环形卡沿；

032-t型盘；

033-滑靴；

0330-球形凹槽；

0331-第二进油孔；

034-环形卡槽；

035-角接触球轴承；

036-弹簧；

04-驱动部；

040-电机；

041-扭矩转速仪；

042-联轴器；

05-柱塞腔体；

06-衬套；

07-柱塞；

070-第一进油孔；

08-螺钉；

09-施力组件；

090-支杆；

091-滚轮；

10-柱塞腔盖；

100-第三进油孔；

11-进油管接头；

12-回油管接头；

13-力传感器。

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。

参见附图1至附图7，本发明实施例公开了一种高速柱塞泵的柱塞运动侧向力模拟测量试验台，包括：台体01、主腔体02、转动部03、驱动部04、柱塞腔体05、衬套06、柱塞07、螺钉08和力传感器13；

主腔体02固定在台体01的顶面；

转动部03转动连接在主腔体02的空腔内，柱塞腔体05内壁与所述衬套06侧壁之间填充一层树脂；

驱动部04设置在台体01内部，且用于驱动转动部03转动；

柱塞腔体05密封固定在主腔体02顶部；

衬套06套设在柱塞腔体05的空腔内；

柱塞07活动连接在衬套06内，且柱塞07底部与转动部03连接，柱塞07在转动部03的带动下上下往复运动；

螺钉08穿过柱塞腔体05侧壁与衬套06侧壁固定连接，螺钉08连接有施力组件09；

多个力传感器13固定在柱塞腔体05侧壁，且与衬套06侧壁连接。

需要说明的是，台体01为大理石材质。

为了进一步优化上述技术方案，转动部03包括转轴030、斜盘031、t型盘032和滑靴033；转轴030底部与驱动部04连接；斜盘031固定在转轴030的顶部，斜盘031为顶面倾斜的圆盘，且边沿具有向上突起的环形卡沿0311；t型盘032固定在斜盘031的顶部中央，且与环形卡沿0311形成环形卡槽034；滑靴033滑动连接在环形卡槽034内，且滑靴033的顶部开设有与柱塞07连接的球形凹槽0330。

需要说明的是，转轴030和主腔体02内壁之间设置有角接触球轴承035，转轴030上还套设有弹簧036。

为了进一步优化上述技术方案，柱塞07底部为球形结构，且转动连接在球形凹槽0330内。

为了进一步优化上述技术方案，驱动部04包括电机040、扭矩转速仪041和联轴器042；电机040固定在台体01内部；电机040顶部的动力输出端通过联轴器042与扭矩转速仪041连接；扭矩转速仪041通过联轴器042与转轴030的底部连接。

为了进一步优化上述技术方案，柱塞07内部开设有轴向方向贯穿的第一进油孔070；滑靴033开设有可与第一进油孔070连通的第二进油孔0331，且第二进油孔0331与环形卡槽034连通。

为了进一步优化上述技术方案，柱塞腔体05顶部固定有柱塞腔盖10，柱塞腔盖10开设有与第一进油孔070连通的第三进油孔100；柱塞腔盖10顶端连接有与第三进油孔100连通的进油管接头11。

为了进一步优化上述技术方案，主腔体02和柱塞腔体05的连接处固定有与主腔体02的空腔连通的回油管接头12，回油管接头12通过回油泵系统与进油管接头11连接。

为了进一步优化上述技术方案，施力组件09包括支杆090、滚轮091、连接绳和砝码；支杆090固定在台体01的顶面；滚轮091转动连接在支杆090顶部，且与螺钉08在同一水平面上；连接绳一端与螺钉08固定连接，另一端绕过滚轮091悬挂有不同数量的砝码。

为了进一步优化上述技术方案，8个力传感器13呈十字交叉状，在柱塞腔体05侧壁分上下两层布置形成力传感器阵列。

本发明的工作原理为：

电机040驱动转轴030转动，转轴030带动斜盘031转动，斜盘031在转动时，由于柱塞07限位在衬套06内，使滑靴033静止，而且与环形卡槽034产生相对的运动，由于斜盘031的倾斜面高低不同，进而带动柱塞07上下运动。能够有效模拟柱塞泵的运动，而且，通过调节电机040的转速实现柱塞07的不同频率的运动。

液压油从进油管接头11进入，通过柱塞腔盖10上开设的第三进油孔100，流入柱塞07上开设的第一进油孔070，然后通过滑靴033上开设的第二进油孔0331，进入环形卡槽034，对滑靴033的相对运动进行润滑。

将连接绳挂在螺钉08上，并绕过滚轮091悬挂砝码，对衬套06施加一定的力，进而实现对柱塞07的离心力的施加，该力的大小通过理论计算获得，通过调节砝码的数量，实现对离心力的控制。通过力传感器13组成的力传感器阵列对衬套06上的力进行感应测量，从而获得衬套06对柱塞07侧向力的大小。

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。