[发明专利]一种柱塞泵配流副摩擦系数的测量系统及计算方法

权利要求书

1.一种柱塞泵配流副摩擦系数的测量系统及计算方法，所述的测量系统包括配流副测试试验装置用液压-机械系统，两个压力传感器及压力传感器对应的频率数显表，一个转矩转速传感器及其对应的转矩转速数显表，四个温度传感器，一台研华数据采集板卡，一台计算机及一套自开发的上位机数据采集系统，其特征在于：其中传感器的设置数量与数据采集板卡的数据输入端口数量一致，研华数据采集板卡的数据输出通过USB接口传输到计算机，由计算机的上位机数据采集系统对数据进行动态显示并生成报表保存。

2.如权利要求1所述的一种基于高速高压轴向柱塞泵配流副测试试验装置应用的测量系统，其特征在于：所述的液压-机械系统，包括恒压泵站，一台蓄能器、一个卸荷溢流阀，一个比例减压阀，一个电磁换向阀，一台伺服电机，其中恒压泵站用于给液压系统提供恒压油，蓄能器用于液压系统的保压，卸荷溢流阀用于调节系统压力，模拟柱塞泵高压腔的压力，减压阀用于调节加载活塞的压力，模拟柱塞泵缸体所受到的压紧力，磁换向阀用于切换配流副测试装置的油路。伺服电机用于驱动配流副试验装置的缸体轴转动。

3.如权利要求1所述的一种基于高速高压轴向柱塞泵配流副测试试验装置应用的测量系统，其特征在于：所述的压力传感器分别用于测量高速高压轴向柱塞泵配流副测试试验台系统压力和加载活塞压紧力，压力传感器一用于测量试验台系统压力，即柱塞泵的实际工作压力；压力传感器二用于测量加载活塞的压紧力，该压紧力用于真实柱塞泵中缸体所受到的高压柱塞腔压紧力，所述的频率数显表用于显示高速高压轴向柱塞泵配流副测试试验台系统压力和加载活塞压紧力和缸体主轴转速的动态测量值，并将两个压力传感器和四个温度传感器输入数显表中的测量值输出到数据采集板卡，再由数据采集板卡输入到计算机中保存。

4.如权利要求1所述的一种基于高速高压轴向柱塞泵配流副测试试验装置应用的测量系统，其特征在于：上位机数据采集系统界面包括启停控制区、温度显示区、参数显示区一、参数显示区二和转速控制区，启停控制区用于控制数据采集系统的开启和停止，温度显示区用于显示配流副的实时温度，转速控制区用于控制伺服电机的转速，参数显示区一用于实时显示系统压力、压紧力、转速、转矩等参数的动态数值，参数显示区二用于实时显示系统压力、压紧力、转速、转矩等参数动态曲线。

5.一种柱塞泵配流副摩擦系数的测量系统及计算方法，其特征在于：所述的计算方法如下所述，

步骤一、给试验台通电后，对各传感器初始化并检查各部分是否正常；

步骤二、根据加载方式，对配流副试验装置进行受力分析，分析配流副试验装置在工作时受到的力和力矩的种类，其特征在于：配流副试验装置由加载活塞加载，加载活塞上开有四个油口，其中加载油口与加载活塞上腔联通，模拟配流副的液压压紧力，泄漏油口与下腔联通，模拟柱塞泵壳体压力，进油口与出油口与配流盘摩擦片的腰型窗口连通，产生液压分离力，所述的加载缸产生的压紧力与腰型窗口产生的分离力的相互作用来模拟配流副在不同工况下的受力情况，所述的液压系统通过卸荷溢流阀与比例减压阀分别提供泵的工作压力和压紧压力；

隔离分析缸体轴与缸体配流盘构成的装配体的受力情况，包括装配体承受的外力和外力矩，F为装配体所受到的外力，T为装配体所受到的外力矩，外部施加的压紧力F_c与推力轴承的推力F_B二力平衡，缸体轴的驱动力矩T_driven与配流副的摩擦力矩T_CV，缸体轴侧壁承受的摩擦力矩T_CLf，推力轴承的摩擦力矩T_B，以及密封的摩擦力矩T_Sf之和平衡，作用在配流副上的摩擦力矩可以表示为：

T_CV＝T_driven-T_CLf-T_Bf-T_Sf (1)

缸体轴的驱动力矩T_driven的大小可以由扭矩转速传感器测出，缸体轴侧壁承受的摩擦力矩T_CLf为油液的粘性摩擦力；推力轴承的摩擦力矩T_Bf与密封的摩擦力矩T_Sf为库伦摩擦与粘性摩擦相综合的混合摩擦，因此，可将所述的推力轴承的摩擦力矩T_Bf与密封的摩擦力矩T_Sf划分为库伦摩擦部分和粘性摩擦部分，分别求解，缸体轴承受的力矩进一步分解情况见表1；

表1摩擦力矩分类

步骤三、根据步骤二中的受力分析，获得配流副摩擦系数的表达式：库伦摩擦力的大小与法向压力大小成正比。推力轴承所承受的库伦摩擦力矩T_Bc可以表示为：

密封的库伦摩擦力矩T_Sc与密封圈与缸体轴之间的抱紧力相关F_S，可以将其认为是一个常数。因此，密封的库伦摩擦力矩表示为：

粘性摩擦力的大小与速度成正比，缸体轴承受的所有粘性摩擦力矩(T_CLv,T_Bv,与T_Sv)之和可以采用试验的手段获取，所述的外部施加的压紧力F_c为0时，即配流盘与缸体完全分离时，此时缸体轴的驱动力矩为粘性摩擦力矩与密封的库伦摩擦力矩之和，表示为：

T_no-load(ω)＝T_Sc+T_CLv(ω)+T_Bv(ω)+T_Sv(ω) (4)

根据公式(4)对试验结果进行拟合，得：

T_no-load(ω)＝B_inter+K_no-load·ω (5)

该一次函数的节距B_inter为密封库伦摩擦力矩T_Sc的大小，斜率K_no-load为粘性摩擦力矩随转速的变化率。联立(3.1)～(3.5)，配流副摩擦力矩可表示为：

因此，所述的流副的摩擦系数的大小可以表示为：

式(7)中，d_cv为缸体分度圆直径，单位mm；A_v为配流副有效作用面积，单位mm²，

步骤四、给试验台通电，并且对试验装置加压，调节电机转速，通过数据采集系统记录不同工况时的压力p_s、压紧力F_c、转速ω、转矩T_driven，步骤五、按照步骤三中所述的方法拟合出空载转矩T_no-load的表达式，并将步骤四中测量得到的参数带入步骤三中所述公式(7)求出配流副的摩擦系数的大小。