本发明公开了一种柱塞‑铜套副环形缝隙流动的测量装置和测量方法，属于液压设备检测技术领域。该测量装置包括主体部分、供油装置以及收集测量装置；其中：主体部分用来固定铜套试件和柱塞试件，供油系统用来提供稳定压力的液压油，收集测量装置用来采集试验数据。本发明测量装置操作简单、控制方便；可以通过改变供油压力、液压油温度以及更换柱塞试件、铜套试件，从而探究不同供油压力、液压油温度、表面特征和缝隙高度对于柱塞‑铜套副的密封性和润滑性的影响。
1.一种柱塞-铜套副环形缝隙流动的测量装置，其特征在于，该测量装置包括主体部分，供油装置以及收集测量装置；
所述主体部分包括油封(1)、螺栓Ⅰ(2)、锁紧螺母(3)、螺栓Ⅱ(4)、端盖(5)、进油接口(6)、缸体(7)、压紧挡圈(8)、螺栓Ⅲ(9)、铜套试件(10)、柱塞试件(11)以及定位销(15)；所述压紧挡圈(8)配合螺栓Ⅲ(9)将铜套试件(10)固定在缸体(7)的孔内，螺栓Ⅰ(2)和锁紧螺母(3)将柱塞试件(11)与端盖(5)连接，然后端盖(5)通过螺栓Ⅱ(4)和定位销(15)连接在缸体(7)上，从而使柱塞试件(11)固定在铜套试件(10)内；
所述供油装置包括溢流阀(16)、流量计(17)、供油管(18)、节流阀(19)、液压泵(20)、过滤器(21)、油箱(22)、温度指示计(23)以及加热器(24)；所述过滤器(21)在油箱(22)内部，所述油箱(22)外连接着液压泵(20)，所述溢流阀(16)固定安装在液压泵(20)的一侧，所述流量计(17)和节流阀(19)安装在从液压泵(20)上导出的供油管(18)上，所述加热器(24)在油箱(22)内部，所述温度指示计(23)安装在油箱(22)上部；
所述收集测量装置包括收油管(12)、集油箱(13)和电子秤(14)；所述收油管(12)外挂在缸体(7)右端出油口下方，所述集油箱(13)设置在收油管(12)下方、电子秤(14)的上方；
所述供油装置的供油管(18)与所述主体部分的进油接口(6)相连接，从而使液压油从柱塞-铜套副的缝隙中流出，进入收集测量装置。
2.如权利要求1所述的测量装置用于进行缝隙特征-流量试验的方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)用螺栓Ⅲ(9)配合压紧挡圈(8)将铜套试件(10)固定在缸体(7)的孔内，然后通过锁紧螺母(3)和螺栓Ⅰ(2)将柱塞试件(11)和端盖(5)连接，再通过螺栓Ⅱ(4)和定位销(15)将端盖(5)连接在缸体(7)上，从而将柱塞试件(11)固定在铜套试件(10)内；
(b)更换铜套试件(10)在10-50um之间调节柱塞-铜套副之间的缝隙高度范围，在柱塞试件(11)表面加工成非光滑表面特征；
(c)打开加热器(24)，将液压油加热到固定温度并保持恒定，通过温度指示计(23)观察，打开液压泵(20)和节流阀(19)，通过供油管(18)供给到进油接口(6)，供油压力通过溢流阀(16)调节到固定供油压力并保持恒定；
(d)用收油管(12)收集液压油，等5min后，缝隙流动稳定，观察和记录电子秤(14)的数据和时间，然后再等20min后，再观察和记录电子秤(14)数据和时间，根据两组数据的差值得到平均流量数据；反复试验，测得5组数据结果后，取合理平均值作为试验结果。
3.如权利要求1所述的测量装置用于进行温度-流量试验的方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)用螺栓Ⅲ(9)配合压紧挡圈(8)将铜套试件(10)固定在缸体(7)的孔内，然后通过锁紧螺母(3)和螺栓Ⅰ(2)将柱塞试件(11)和端盖(5)连接，再通过螺栓Ⅱ(4)和定位销(15)将端盖(5)连接在缸体(7)上，从而将柱塞试件(11)固定在铜套试件(10)内；
(b)打开加热器(24)，将液压油加热到试验所需温度，通过温度指示计(23)观察，试验温度在20℃到70℃之间调节；
(c)打开液压泵(20)和节流阀(19)，通过供油管(18)供给到进油接口(6)，供油压力通过溢流阀(16)调节到固定供油压力并保持恒定；
(d)用收油管(12)收集液压油，等5min后，缝隙流动稳定，观察和记录电子秤(14)的数据和时间，然后再等20min后，再观察和记录电子秤(14)数据和时间，根据两组数据的差值得到平均流量数据；反复试验，测得5组数据结果后，取合理平均值作为试验结果。
4.如权利要求1所述的测量装置用于进行压差-流量试验的方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)用螺栓Ⅲ(9)配合压紧挡圈(8)将铜套试件(10)固定在缸体(7)的孔内，然后通过锁紧螺母(3)和螺栓Ⅰ(2)将柱塞试件(11)和端盖(5)连接，再通过螺栓Ⅱ(4)和定位销(15)将端盖(5)连接在缸体(7)上，从而将柱塞试件(11)固定在铜套试件(10)内；
(b)打开加热器(24)，将液压油加热到固定温度并保持恒定，通过温度指示计(23)观察；
(c)打开液压泵(20)和节流阀(19)，通过供油管(18)供给到进油接口(6)，供油压力通过溢流阀(16)在1MP-10MP之间调节；
(d)用收油管(12)收集液压油，等5min后，缝隙流动稳定，观察和记录电子秤(14)的数据和时间，然后再等20min后，再观察和记录电子秤(14)数据和时间，根据两组数据的差值得到平均流量数据；反复试验，测得5组数据结果后，取合理平均值作为试验结果。
一种柱塞-铜套副环形缝隙流动的测量装置和测量方法
技术领域
[0001] 本发明属于液压设备检测技术领域，具体涉及一种环形缝隙流动的流量测量装置与测量方法。
背景技术
[0002] 柱塞泵作为工程液压设备中常见的组成部件之一，其性能直接影响着各类机械装备工作的可靠性，而柱塞-铜套摩擦副的润滑性能和密封性能是影响柱塞泵工作品质的关键因素。在实际工作过程中，柱塞-铜套副既要保证足够的润滑性，又要保证良好的密封性，才能使柱塞泵正常稳定工作。近年来，非光滑表面特征的应用对于改善摩擦副之间的润滑性，影响摩擦副之间液压油的流动行为有着显著作用，许多现有研究将非光滑表面特征应用于柱塞-铜套副之间，从而提升其工作性能。
[0003] 在此背景下，本发明提出一种测量柱塞-铜套副在不同供油压力下的环形缝隙流量的测量装置，以流量变化来表征柱塞-铜套副的密封性和润滑性，从而探讨不同的非光滑表面特征对于柱塞-铜套副密封、泄漏等特性的影响。
发明内容
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用于检测柱塞-铜套副环形缝隙流动的测量装置和测量方法，以期通过该装置和方法，可以测量在不同条件下环形缝隙流动的平均流量，从而检验不同条件下柱塞-铜套副的密封、泄漏等特性。
[0005] 为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
[0006] 本发明所提供的一种柱塞-铜套副环形缝隙流动的测量装置，包括主体部分，供油装置以及收集测量装置。所述主体部分包括油封、螺栓Ⅰ、锁紧螺母、螺栓Ⅱ、端盖、进油接口、缸体、压紧挡圈、螺栓Ⅲ、铜套试件、柱塞试件以及定位销；所述压紧挡圈配合螺栓Ⅲ将铜套试件固定在缸体的孔内，螺栓Ⅰ和锁紧螺母将柱塞试件与端盖连接，然后端盖通过螺栓Ⅱ和定位销连接在缸体上，从而使柱塞试件固定在铜套试件内。所述供油装置包括溢流阀、流量计、供油管、节流阀、液压泵、过滤器、油箱、温度指示计以及加热器；所述过滤器在油箱内部，所述油箱外连接着液压泵，所述溢流阀固定安装在液压泵的一侧，所述流量计和节流阀安装在从液压泵上导出的供油管上，所述加热器在油箱内部，所述温度指示计安装在油箱上部。所述收集测量装置包括收油管、集油箱和电子秤；所述收油管外挂在缸体右端出油口下方，所述集油箱设置在收油管下方、电子秤的上方。所述供油装置的供油管与所述主体部分的进油接口相连接，从而使液压油从柱塞-铜套副的缝隙中流出，进入收集测量装置。
[0007] 本发明可进行以下三个实验项目：
[0008] 1、缝隙特征-流量试验，检测不同缝隙高度和柱塞表面特征下柱塞-铜套副环形缝隙流动的流量；
[0009] 2、温度-流量试验，检测不同油液温度下柱塞-铜套副环形缝隙流动的流量；
[0010] 3、压差—流量试验，检测不同供油压力下柱塞-铜套副环形缝隙流动的流量。
[0011] 具体方法如下：
[0012] 1)首先用螺栓Ⅲ配合压紧挡圈将铜套试件固定在缸体的孔内，然后通过锁紧螺母和螺栓Ⅰ将柱塞试件和端盖连接，再通过螺栓Ⅱ和定位销将端盖连接在缸体上，从而将柱塞试件固定在铜套内。
[0013] 2)缝隙表特征-流量试验中，通过更换所述铜套在0.01mm-0.05mm之间调节柱塞-铜套副之间的缝隙高度，柱塞试件表面加工成沟槽，凹坑等非光滑表面特征，从而探讨不同的缝隙特征对于柱塞-铜套副密封、泄漏等特性的影响。
[0014] 3)温度-流量试验中，打开所述加热器，将液压油加热到试验所需温度，通过温度显示器观察，试验温度在20℃到70℃之间调节，具体数值应该根据所用液压油的不同而进行改变，从而探讨不同的油液温度对于柱塞-铜套副密封、泄漏等特性的影响。
[0015] 4)压差—流量试验中，打开液压泵和节流阀，通过供油管供给到进油接口，供油压力通过溢流阀在1MP-10MP之间调节，从而探讨不同的供油压力对于柱塞-铜套副密封、泄漏等特性的影响。
[0016] 5)用收油管收集液压油，等5min后，缝隙流动稳定，观察和记录电子秤的数据和时间，然后再等20min后，再观察和记录电子秤的数据和时间，根据两组数据的差值得到平均流量数据。反复试验，测得5组数据结果后，取合理平均值作为试验结果。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
[0018] 1、是一种在静压条件下，对柱塞-铜套副的平均流量进行测量的装置以及使用该装置检验柱塞-铜套副密封性和泄漏特性的方法，为检测柱塞-铜套摩擦副的改善设计提供一个试验装置和方案；
[0019] 2、该测量装置操作简单、控制方便；可以通过改变供油压力、液压油温度以及更换柱塞试件、铜套试件，从而探究不同供油压力、液压油温度、表面特征和缝隙高度对于柱塞-铜套副的密封性和润滑性的影响。
附图说明
[0020] 图1是本发明测试装置结构示意图；
[0021] 图2是本发明测试装置中的主体部分的左视图(左)和右视图(右)；
[0022] 图3是本发明液压供油原理示意图；
[0023] 图中：1、油封；2、螺栓Ⅰ；3、锁紧螺母；4、螺栓Ⅱ；5、端盖；6、进油接口；7、缸体；8、压紧挡圈；9、螺栓Ⅲ；10、铜套试件；11、柱塞试件；12、收油管；13、集油箱；14、电子秤；15、定位销；16、溢流阀；17、流量计；18、供油管；19、节流阀；20、液压泵；21、过滤器；22、油箱；23、温度指示计；24、加热器。
具体实施方式
[0024] 以下结合附图和具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0025] 本发明一种测量柱塞-铜套副环形缝隙流动的测量装置包括主体部分，供油装置以及收集测量装置。如图1，图2所示，压紧挡圈8配合螺栓Ⅲ9将铜套试件10固定在缸体7的孔内，螺栓Ⅰ和锁紧螺母3将柱塞试件11与端盖5连接，然后端盖5通过螺栓Ⅱ4和定位销15连接在缸体7上，从而使柱塞试件11固定在铜套试件10内；收油管12外挂在缸体7右端出油口下方，集油箱13放置在电子秤14上方，和收油管12下方，定时记录电子秤14上的数据，即集油箱10的重量。如图3所示，其中过滤器21在油箱22内部，油箱22外连接着液压泵20，溢流阀16固定安装在液压泵20的一侧，流量计17和节流阀19安装在从液压泵20上导出的供油管18上，加热器24在油箱22内部，温度指示计23安装在油箱22上部，显示液压油温度。其中溢流阀16的作用是调节供油压力和防止油压过高损坏液压泵20；节流阀19的作用是控制液压油的流量。
[0026] 使用上述装置测量流量的方法(本试验使用的液压油为长城卓力HM抗磨液压油，粘度等级为46，下面的介绍用HM液压油代替)，具体步骤如下：
[0027] a)首先用螺栓Ⅲ9配合压紧挡圈8将铜套试件10固定在缸体7的孔内，然后通过锁紧螺母3和螺栓Ⅰ2将柱塞试件11和端盖5连接，再通过螺栓Ⅱ4和定位销15将端盖5连接在缸体7上，从而将柱塞试件11固定在铜套10内。
[0028] b)进行缝隙表面特征-流量试验。柱塞试件11的制造尺寸为 柱塞试件11将制备5组，其中一组表面是光滑表面，另外四组表面上加工有螺旋沟槽，沟槽截面是等腰三角形，宽为0.6mm，深为0.4mm。其中，螺升角分别为3°、6°、9°、12°，每组试件3个，从而探究不同螺升角的螺旋沟槽型非光滑表面特征对缝隙流动影响的试验。铜套10有三种，制造尺寸分别为 与柱塞试件11配合，从而形成
10-20um，20-30um，30-40um，三种高度范围的缝隙，探究不同缝隙高度情况下螺旋沟槽对缝隙流动影响的试验。将螺升角为3°的柱塞试件11与加工尺寸为 铜套10按照步
骤a)安装好后，打开液压泵20和节流阀19，通过供油管18供给到进油接口6，通过溢流阀16将供油压力调节为4MP。打开加热器24，通过温度显示器23观察，将液压油加热到30℃。用收油管12收集液压油，等5min后，缝隙流动稳定，观察和记录电子秤14的数据和时间，然后再等20min后，再观察和记录电子秤14的数据和时间，根据两组数据的差值得到平均流量数据。反复试验，测得5组数据结果后，取合理平均值作为试验结果。重复上述步骤，再进行其他柱塞、铜套配合的试验。
[0029] 表1、表2、表3分别提供的是5组柱塞试件11与制造尺寸为 的铜套10配合,在供油压力为4MP、HM液压油温度为30℃；供油压力为4MP、HM液压油温度为50℃；供油压力为8MP、HM液压油温度为30℃时的试验数据。
[0030] 表1
[0031]
[0032] 表2
[0033]
[0034] 表3
[0035]
[0036] c)进行温度-流量试验。通过加热器24改变液压油温度，探究在20℃、30℃、40℃、50℃四种情况下，加工有螺旋沟槽的柱塞对缝隙流动影响。将要进行的柱塞试件11、铜套10按照步骤a)安装好后，打开液压泵20和节流阀19，通过供油管18供给到进油接口6，通过溢流阀16将供油压力调节为4MP。打开加热器，通过温度显示器观察，将液压油加热到20℃。用收油管12收集液压油，等5min后，缝隙流动稳定，观察和记录电子秤14的数据和时间，然后再等20min后，再观察和记录电子秤14数据和时间，根据两组数据的差值得到平均流量数据。反复试验，测得5组数据结果后，取合理平均值作为试验结果。重复上述步骤，进行30℃、
40℃、50℃的试验。
[0037] 表4提供的是螺升角为6°的柱塞试件11与制造尺寸为 的铜套10配合,供油压力为4MP，在不同HM液压油温度下的试验数据。
[0038] 表4
[0039]
[0040] d)进行压差—流量试验，通过溢流阀16改变供油压力，探究在2MP、4MP、6MP、8MP四种情况下，加工有螺旋沟槽的柱塞对缝隙流动影响。将要进行的柱塞试件11、铜套10按照步骤a)安装好后，打开液压泵20和节流阀19，通过供油管18供给到进油接口6，通过溢流阀16将供油压力调节为2MP。打开加热器24，通过温度显示器23观察，将液压油加热到20℃。用收油管12收集液压油，等5min后，缝隙流动稳定，观察和记录电子秤14的数据和时间，然后再等20min后，再观察和记录电子秤14的数据和时间，根据两组数据的差值得到平均流量数据。反复试验，测得5组数据结果后，取合理平均值作为试验结果。重复上述步骤，进行4MP、6MP、8MP的试验。
[0041] 表5提供的是螺升角为6°的所述柱塞试件(11)与制造尺寸为 的所述铜套(10)配合,HM液压油温度为30℃，在不同供油压力下的试验数据。
[0042] 表5
[0043]
[0044] e)试验结论
[0045] 螺旋沟槽型非光滑表面特征虽然可以有效的改善柱塞-铜套摩擦副的润滑特性，减小摩擦系数，但是通过以上试验发现，与光滑表面相比，螺旋沟槽型的非光滑表面特征在静压条件下，将会加大柱塞-铜套之间的环形缝隙的泄漏量。这种效果随着螺升角的增大而增大，并且，随着工作压力和工作温度的升高，螺旋沟槽型非光滑表面特征对泄漏量的增加效果越来越明显。结合模拟仿真，分析其中的原理，螺旋沟槽型非光滑表面特征这柱塞-铜套摩擦副中，为液压油提供了一个“通道”，使摩擦副之间充满了更多的液压油，在改善了润滑特性的同时，也使液压油的流速加快，增加了泄漏量。因此，在采用螺旋沟槽型非光滑表面特征改善摩擦副之间的润滑特性时，一定要兼顾考虑其泄漏量的增加。
