本發(fā)明涉及一種空化實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種模擬常規(guī)柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)一定溫度的液體內(nèi)部局部壓力降低到空氣分離壓時(shí)，液體內(nèi)部的空氣會(huì)析出，當(dāng)壓力進(jìn)一步降低到液體的飽和蒸氣壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生汽化，形成氣泡(又稱空泡，空穴)，當(dāng)氣泡隨液流運(yùn)動(dòng)到壓力較高的地方后，泡內(nèi)的蒸汽重新凝結(jié)，氣泡潰滅。這種液流內(nèi)的空泡產(chǎn)生、發(fā)展、潰滅的過程，以及由此產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)變化過程稱為空化?？栈陌l(fā)生往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)器效率下降并引起振動(dòng)、噪聲和材料表面破壞等問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使機(jī)器不能正常工作。

柱塞泵在工程中應(yīng)用極廣，多適用于高壓大流速場合，因此空化現(xiàn)象十分嚴(yán)重。針對柱塞泵的空化研究早在上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)開始，其中空化可視化研究尤其重要。但由于柱塞泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流速高壓力大，給柱塞泵內(nèi)部空化現(xiàn)象可視化觀測帶來了很大的困難。

一個(gè)觀測效果良好的可視化實(shí)驗(yàn)裝置對柱塞泵空化研究有很重要的意義，之前已經(jīng)有很多學(xué)者設(shè)計(jì)過柱塞泵的可視化實(shí)驗(yàn)裝置。有一種是采用透明管道觀測柱塞泵吸油口的空化現(xiàn)象，但無法觀測柱塞泵腔體內(nèi)部的空化過程；另一種是使用高速攝像機(jī)通過觀測孔拍攝柱塞泵配油盤內(nèi)部的空化圖像，但因?yàn)樾】坠庹諒?qiáng)度不足，所拍攝空化圖像尺度與清晰度受限。

學(xué)者筑地澈浩通過設(shè)計(jì)制造部分透明的柱塞泵來進(jìn)行柱塞腔內(nèi)部的空化觀測，在實(shí)驗(yàn)和模擬方面都取得了不錯(cuò)的成果。但是透明材料由于本身的剛度問題無法承受柱塞泵常規(guī)工況時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而無法模擬出常規(guī)工況下的空化現(xiàn)象。另外這種裝置采用側(cè)面光源，光強(qiáng)不均勻，并且有折射現(xiàn)象，拍攝出的空化圖像存在失真。并且這種裝置采用完整的九柱塞結(jié)構(gòu)，拍攝時(shí)柱塞腔處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此高速攝像機(jī)捕捉到的只是柱塞腔運(yùn)動(dòng)到鏡頭前那一瞬間的空化圖像，不完整，不連續(xù)。

上述設(shè)計(jì)都有各自的缺陷，為了消除缺點(diǎn)并完善設(shè)計(jì)，需要重新構(gòu)思，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)裝置。

柱塞泵的可視化實(shí)驗(yàn)裝置主要是為了觀測柱塞泵的內(nèi)部空化，因此新裝置要想辦法在已有前提下盡量模擬出柱塞泵常規(guī)工況下的空化環(huán)境。在常規(guī)的液壓環(huán)境中，空化數(shù)可以直接表征空化程度，保證空化數(shù)相似可以模擬出相應(yīng)的空化環(huán)境?？栈瘮?shù)是研究空化時(shí)涉及到的一個(gè)參數(shù)，它由壓力差、流體密度以及流速?zèng)Q定，而類似的柱塞泵可視化實(shí)驗(yàn)裝置往往由于透明材料的剛度問題無法達(dá)到柱塞泵的常規(guī)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的流速也會(huì)降低，因此在保證壓力差和流體密度兩項(xiàng)不變的情況下，流速成為影響空化條件的重要因素。如果某個(gè)可視化裝置能夠模擬出相應(yīng)的流速，就可以近似模擬出柱塞泵常規(guī)工況下的空化環(huán)境。假設(shè)某個(gè)裝置整體透明，其所能承受的運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對較，但是可以通過流道設(shè)計(jì)提升其內(nèi)部液體的流速，進(jìn)而保證空化數(shù)相似，模擬出相應(yīng)的空化環(huán)境，使用這種方法可以處理上述日本學(xué)者的裝置遇到的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種使用低速單杠柱塞泵模擬常規(guī)柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種模擬常規(guī)柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)裝置，包括：

可視化實(shí)驗(yàn)組件：包括可視化的單桿柱塞泵泵體和活塞推桿單元，所述的單桿柱塞泵泵體包括泵體外殼，以及安置在泵體外殼內(nèi)的內(nèi)嵌套，該內(nèi)嵌套中帶有兩段連通的流道，其中截面積較大的一段為與所述活塞推桿單元配合的運(yùn)動(dòng)段流道，其用于提供活塞推桿單元運(yùn)動(dòng)的空間，另一段截面積較小的流道則為形成空化現(xiàn)象的空化段流道，其還接通所述單桿柱塞泵泵體的油進(jìn)出口；

正弦驅(qū)動(dòng)組件：連接并驅(qū)動(dòng)所述活塞推桿單元在單桿柱塞泵內(nèi)做正弦往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

油箱：通過進(jìn)出油管路與所述單桿柱塞泵泵體的油進(jìn)出口連接。

進(jìn)一步的，所述的泵體外殼和內(nèi)嵌套均采用透明材料制成，使得單桿柱塞泵泵體側(cè)面完全透明可視化。

進(jìn)一步的，所述的泵體外殼一端開口，內(nèi)部帶有用于安裝內(nèi)嵌套的中空空腔，所述的內(nèi)嵌套插入所述泵體外殼中后，采用泵體封蓋與泵體外殼固定并封住開口。這樣內(nèi)嵌套采用可更換的方式放置在泵體外殼中，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在泵體內(nèi)放入帶相應(yīng)的面積比的流道的內(nèi)嵌套，以完成空化模擬實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)一步的，所述的泵體封蓋內(nèi)還設(shè)有供活塞推桿單元穿過的通孔，該通孔內(nèi)置用于徑向定位活塞推桿單元運(yùn)動(dòng)方向的直線軸承，在泵體封蓋的外端面還設(shè)有用于固定直線軸承的軸承擋蓋。可以有效的保證活塞推桿單元的運(yùn)動(dòng)按設(shè)定方向運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而避免對較為脆弱的泵體與內(nèi)嵌套等造成損壞。

進(jìn)一步的，所述的正弦驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和正弦傳動(dòng)單元，其中，正弦傳動(dòng)單元分別連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸和活塞推桿單元，并用于將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功傳遞給活塞推桿單元，并使其在單桿柱塞泵內(nèi)做正弦往復(fù)運(yùn)動(dòng)。使用正弦驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)柱塞正弦運(yùn)動(dòng)，替代了常規(guī)柱塞泵的斜盤或斜軸結(jié)構(gòu)，簡化了實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步的，所述的正弦傳動(dòng)單元包括傳動(dòng)軸、正弦輪、變量滑塊和滾輪，其中，所述的傳動(dòng)軸的一端通過聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接，另一端固定連接正弦輪的圓心點(diǎn)，所述的變量滑塊垂直安裝在所述正弦輪上，在變量滑塊的端部位置還裝有滾輪；

所述的活塞推桿單元上還帶有垂直于正弦往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向并與所述滾輪匹配的滾輪滑槽，滾輪隨正弦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，沿滾輪滑槽上下運(yùn)動(dòng)，并使與滾輪滑槽連接的活塞推桿單元按正弦規(guī)律往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述的正弦輪上還設(shè)有距圓心距離不同的多個(gè)安裝點(diǎn)，所述變量滑塊以可拆卸的方式安裝在所述安裝點(diǎn)上，使得變量滑塊距圓心的距離可調(diào)。變量滑塊到圓心的距離可調(diào)，使得活塞推桿單元的正弦運(yùn)動(dòng)行程等可變，進(jìn)而可以改變單桿柱塞泵的排量。

更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述的活塞推桿單元包括活塞推桿，活塞推桿置于所述內(nèi)嵌套中的一端上設(shè)有與運(yùn)動(dòng)段流道匹配的柱塞，在活塞推桿上還垂直安裝有所述滾輪滑槽。

進(jìn)一步的，在進(jìn)出油管路上還設(shè)有閥組，該閥組的一端連接單桿柱塞泵泵體的油進(jìn)出口，另一端引兩條油路連接所述油箱，所述的兩條油路上分別設(shè)有一個(gè)流向相反的單向閥。通過兩個(gè)單向閥的開合動(dòng)作，可配合單桿柱塞泵的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)吸油排油過程。

進(jìn)一步的，所述的可視化實(shí)驗(yàn)裝置還包括用于安裝所述可視化實(shí)驗(yàn)組件、正弦驅(qū)動(dòng)組件和油箱的底盤，在底盤的邊緣位置還設(shè)有溝槽，所述的底盤上還放有實(shí)驗(yàn)防護(hù)罩。實(shí)驗(yàn)防護(hù)罩的設(shè)置可以有效的防止泵體爆裂和高壓油泄露噴濺等危險(xiǎn)情況危及實(shí)驗(yàn)者的安全。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明的一種使用低速單杠柱塞泵模擬常規(guī)柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)裝置，采用固定的單缸柱塞泵結(jié)構(gòu)，運(yùn)行過程中只有活塞在運(yùn)動(dòng)，柱塞腔位置并不會(huì)發(fā)生變化，保證了使用高速攝像機(jī)所拍攝的圖像是連續(xù)的和完整的。

(2)本發(fā)明的一種使用低速單杠柱塞泵模擬常規(guī)柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)裝置，柱塞腔結(jié)構(gòu)整體透明，可以在柱塞腔對面安置強(qiáng)光源對鏡頭直射。本裝置提供的光線來自于鏡頭對面光源的直射，不會(huì)因折射使空化圖像失真，避免了探頭內(nèi)置或局部開窗觀測帶來的光源強(qiáng)度不夠、拍攝速度不夠的問題。

(3)本發(fā)明的一種使用低速單杠柱塞泵模擬常規(guī)柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)裝置，采用了不同面積比的內(nèi)嵌流道結(jié)構(gòu)，避免了低剛度有機(jī)玻璃柱塞泵實(shí)驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速低帶來的流速不足問題，保證了實(shí)驗(yàn)裝置與真實(shí)金屬柱塞泵的內(nèi)部流動(dòng)空化數(shù)相似。內(nèi)嵌套結(jié)構(gòu)的可更換設(shè)計(jì)，更方便進(jìn)行不同流速的空化觀測。

(4)本發(fā)明的一種使用低速單杠柱塞泵模擬常規(guī)柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)裝置使用正弦機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞正弦運(yùn)動(dòng)，替代了常規(guī)柱塞泵的斜盤或斜軸結(jié)構(gòu)，以較為簡單的結(jié)構(gòu)復(fù)現(xiàn)真實(shí)的柱塞泵空化過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的可視化試驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的正弦傳動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(a)和圖(b)分別為兩個(gè)不同視角的視圖；

圖3為本發(fā)明的單桿柱塞泵泵體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的閥組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-底盤，2-油箱，3-驅(qū)動(dòng)電機(jī)，4-正弦傳動(dòng)單元，5-傳動(dòng)軸支架，6-活塞推桿單元，7-橫板，8-單桿柱塞泵泵體，9-閥組，401-傳動(dòng)軸，402-正弦輪，403-變量滑塊，404-滾輪，405-滑塊螺釘，406-聯(lián)軸器，801-泵體外殼，802-內(nèi)嵌套，803-泵體封蓋，804-直線軸承，805-軸承擋蓋，806-封蓋螺釘，901-閥塊，902-吸油單向閥，903-排油單向閥，904-安全閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例

一種模擬常規(guī)柱塞泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：

可視化實(shí)驗(yàn)組件：包括可視化的單桿柱塞泵泵體8和活塞推桿單元6，單桿柱塞泵泵體8包括泵體外殼801，以及安置在泵體外殼801內(nèi)的內(nèi)嵌套802，該內(nèi)嵌套802中帶有兩段連通的流道，其中截面積較大的一段為與活塞推桿單元6配合的運(yùn)動(dòng)段流道，其用于提供活塞推桿單元6運(yùn)動(dòng)的空間，另一段截面積較小的流道則為形成空化現(xiàn)象的空化段流道，其還接通單桿柱塞泵泵體8的油進(jìn)出口；

正弦驅(qū)動(dòng)組件：連接并驅(qū)動(dòng)活塞推桿單元6在單桿柱塞泵內(nèi)做正弦往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

油箱2：通過進(jìn)出油管路與單桿柱塞泵泵體8的油進(jìn)出口連接。

泵體外殼801和內(nèi)嵌套802均采用透明材料制成，使得單桿柱塞泵泵體8側(cè)面完全透明可視化。

作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，如圖3所示，泵體外殼801一端開口，內(nèi)部帶有用于安裝內(nèi)嵌套802的中空空腔，內(nèi)嵌套802插入泵體外殼801中后，采用泵體封蓋803與泵體外殼801固定并封住開口。泵體封蓋803內(nèi)還設(shè)有供活塞推桿單元6穿過的通孔，該通孔內(nèi)置用于徑向定位活塞推桿單元6運(yùn)動(dòng)方向的直線軸承804，在泵體封蓋803的外端面還設(shè)有用于固定直線軸承804的軸承擋蓋805，軸承擋蓋805與泵體封蓋803均通過封蓋螺釘806實(shí)現(xiàn)固定。上述定位裝置的設(shè)置可以有效的保證活塞推桿單元6的運(yùn)動(dòng)按設(shè)定方向運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而避免對較為脆弱的泵體與內(nèi)嵌套802等造成損壞。

作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，正弦驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)3和正弦傳動(dòng)單元4，其中，正弦傳動(dòng)單元4分別連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的輸出軸和活塞推桿單元6，并用于將驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的輸出功傳遞給活塞推桿單元6，并使其在單桿柱塞泵內(nèi)做正弦往復(fù)運(yùn)動(dòng)。使用正弦驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)柱塞正弦運(yùn)動(dòng)，替代了常規(guī)柱塞泵的斜盤或斜軸結(jié)構(gòu)，簡化了實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)。

上述方案中更進(jìn)一步的細(xì)化如圖2所示(包括圖2a、圖2b)，正弦傳動(dòng)單元4包括傳動(dòng)軸401、正弦輪402、變量滑塊403、滾輪404和橫板7，其中，橫板7主要是為了給傳動(dòng)軸401和活塞推桿等提供合適的安裝位置，傳動(dòng)軸401通過傳動(dòng)軸支架5支撐安裝，傳動(dòng)軸401的一端通過聯(lián)軸器406與驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的輸出軸連接，另一端固定連接正弦輪402的圓心點(diǎn)，變量滑塊403垂直安裝在正弦輪402上，在變量滑塊403的端部位置還裝有滾輪404；

活塞推桿單元6上還帶有垂直于正弦往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向并與滾輪404匹配的滾輪滑槽，滾輪404隨正弦輪402轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，沿滾輪滑槽上下運(yùn)動(dòng)，并使與滾輪滑槽連接的活塞推桿單元6按正弦規(guī)律往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊茥U單元6包括活塞推桿，活塞推桿置于內(nèi)嵌套802中的一端上設(shè)有與運(yùn)動(dòng)段流道匹配的柱塞，在活塞推桿上還垂直安裝有滾輪滑槽。

在上述細(xì)化方案中還可以進(jìn)一步優(yōu)選為，正弦輪402上還設(shè)有距圓心距離不同的多個(gè)安裝點(diǎn)，變量滑塊403通過滑塊螺釘405安裝在安裝點(diǎn)上，使得變量滑塊403距圓心的距離可調(diào)。變量滑塊403到圓心的距離可調(diào)，使得活塞推桿單元6的正弦運(yùn)動(dòng)行程等可變，進(jìn)而可以改變單桿柱塞泵的排量。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，在進(jìn)出油管路上還設(shè)有閥組9，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，閥組9包括閥塊901，閥塊901的一端連接單桿柱塞泵泵體8的油進(jìn)出口，另一端引兩條油路連接油箱2，兩條油路上分別設(shè)有一個(gè)流向相反的單向閥，分別為吸油單向閥902和排油單向閥903，閥塊901上還設(shè)有安全閥904，安全閥904通過旁通管路接通油箱2。通過兩個(gè)單向閥的開合動(dòng)作，可配合單桿柱塞泵的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)吸油排油過程。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，可視化實(shí)驗(yàn)裝置還包括用于安裝可視化實(shí)驗(yàn)組件、正弦驅(qū)動(dòng)組件和油箱2的底盤1，在底盤1的邊緣位置還設(shè)有溝槽，底盤1上還放有實(shí)驗(yàn)防護(hù)罩。實(shí)驗(yàn)防護(hù)罩的設(shè)置可以有效的防止泵體爆裂和高壓油泄露噴濺等危險(xiǎn)情況危及實(shí)驗(yàn)者的安全。

上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。