[发明专利]一种基于压电促动器的球阀微动磨损测试系统及方法

说明书

本发明一种基于压电促动器的球阀微动磨损测试系统及方法，系统包括电源散热模块、加载驱动模块和数据采集模块，数据采集模块连接到加载驱动模块，电源散热模块包括空压机和空气过滤器，加载驱动模块包括压电促动器驱动电源、压电促动器试验台和被测球阀，压电促动器试验台上设有压电促动器、力传感器和阀座，数据采集模块包括放大器、数据采集器和数据处理器；方法包括对被测球阀进行模拟微动磨损过程的测试，对压电促动器加载力信号数据的采集与处理。与现有技术相比，本发明具有提高测试系统的散热能力、提高测试系统的测试精度、减少实验时间等优点。

技术领域

本发明涉及磨损测试技术领域，尤其应用于行走机械、汽车发动机传动系统液压元件的磨损，具体涉及一种基于压电促动器的球阀微动磨损测试系统及方法。

背景技术

缸内直喷技术是燃油汽车供油的一个新技术，该技术能使燃油喷射量更精确，达到更好的经济性、动力性和环保性，是未来汽油汽车技术的发展趋势之一。在缸内直喷技术发展过程中，提高喷油压力，能使燃油雾化效果更好，燃烧更充分，故缸内直喷技术的高压化是燃油汽车供油系统的一个重要发展方向。

高压情况下，部分液压元件出现结构损伤问题，尤其是高压泵中球型卸荷阀，其球阀和阀座接触部分出现环形损伤，导致无法实现正常保压、卸荷功能。针对汽油直喷高压泵球阀损伤问题，结合理论和仿真研究的结果认为该损伤是由于球阀和阀座之间的微动磨损造成的。

微动磨损是接触部件之间由于剪切力振荡和较小的相对滑动幅度(通常在5～100μm范围内)发生微动导致的材料损失，要研究针对球阀微动损伤的优化方案，需要进行相应的试验来进行测试和验证。而进行微动磨损的测试最为关键的就是如何产生高频小位移的交变载荷，传统的液压驱动和电机驱动方式均无法达到很好的加载效果。

压电促动器广泛应用于光学、物理及生物医学等方面研究，利用压电促动器响应快、位移精确的优点对球阀进行加载能够实现对加载力的精确控制和及时调整并且能够实现两倍于原型加载频率的提升。

但是，现有的磨损测试中应用的压电促动器系统尚未有针对微动磨损测试的具体实现，并且微动磨损由于其高频、小位移的特点对测试系统的散热能力以及测试的精确度均提出了较高的要求。

中国专利201310509149.8公开了一种基于压电陶瓷激振器的薄壁结构件振动测试装置及方法，该装置利用压电陶瓷激振器产生稳定的、指定激振力和激振频率的线性激振信号，附加质量低，装置使用方便，但是该技术不适用于微动磨损测试的情形；中国专利201910642339.4公开了一种压电陶瓷促动器驱动的三足平台及控制方法，该三足平台使用精度高、成本低、体积小、控制简便，但是该技术没有针对驱动器以外的结构进行具体设计，并且不适用于微动磨损测试的情形。以上各装置均不适用于解决汽油直喷高压泵卸荷阀球阀微动磨损测试的问题，因此需要设计一种能够解决汽油直喷高压泵卸荷阀球阀微动磨损测试问题的装置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的测试系统的散热能力以及测试的精确度不足的缺陷而提供一种基于压电促动器的球阀微动磨损测试系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于压电促动器的球阀微动磨损测试系统，包括电源散热模块、加载驱动模块和数据采集模块，所述数据采集模块连接到加载驱动模块，所述电源散热模块包括空压机和空气过滤器，所述加载驱动模块包括压电促动器驱动电源、压电促动器试验台和被测球阀，所述压电促动器试验台上设有压电促动器、力传感器和阀座，所述数据采集模块包括放大器、数据采集器和数据处理器。

所述空压机的排气口连接所述空气过滤器的进气口。

进一步地，所述空压机的功能包括压缩和冷却空气，冷却后的空气通过所述进气口进入空气过滤器。

进一步地，所述空气过滤器的功能包括过滤空气中的油水。