數(shù)學通道的應用(十)-液壓泵理論流量和容積效率

最近，我一直在使用Pico Technology的發(fā)動機液壓系統(tǒng)套裝和流量計進行一些工作。組合在一起使用能幫助我同時查看發(fā)動機和液壓系統(tǒng)，以確定是其中一個有問題還是兩個同時出現(xiàn)了故障。

檢測液壓泵可靠性的常見測試稱為PQ測試。在PQ測試中，給液壓泵一個系統(tǒng)能承受的最大壓力，以確保在某些壓力下仍能夠產(chǎn)生規(guī)定大小的流量。如果定期進行此測試，可以跟蹤泵的運行狀況，并且可以提前發(fā)現(xiàn)任何明顯磨損或性能下降的跡象。

使用Pico的300 Lpm(L/min）和600 Lpm流量計，可以進行PQ測試，使用加載閥功能“加載”泵并記錄數(shù)據(jù)，而不是將所有數(shù)據(jù)記錄在紙上。此外，一旦存儲了數(shù)學通道文件，就可以自動為您完成設置，而您只需連接到計算機就可以進行下一項測試。現(xiàn)在我們看看數(shù)學通道公式從何而來？

我發(fā)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)非常有幫助的是將理論流量與實際流量進行比較，并計算出泵的容積效率。如何設置示波器以及需要捕獲哪些信號將基于我們將使用的數(shù)學通道公式。首先，我們需要理論流量，如下所示：

理論流量（LPM）=泵排量（cc / rev）*泵速（RPM）/ 1000

如果您使用加侖作為流量單位，則公式應為：

理論流量（GPM）=泵排量（cu ins / rev）*泵速（RPM）/ 231

在這我將使用第一個公式來計算理論流量，假設泵的排量為51 cc / rev。我們需要注意的是，此理論計算是基于效率為100％的泵，但是由于內(nèi)部泄漏這是不可能的，不過我們還是能根據(jù)公式計算出容積效率。

我們還需要計算出液壓泵的轉速。對于大多數(shù)汽車液壓系統(tǒng)，液壓泵是直接與發(fā)動機相連的：發(fā)動機轉速等于泵的轉速。如果我們使用發(fā)動機曲軸位置傳感器或其他信號來采集數(shù)據(jù)，是很容易獲得泵的轉速曲線的。如果泵是通過發(fā)動機外部驅動的（可能是皮帶或齒輪），則速度可以通過光學傳感器獲得，或者可以計算曲軸和泵之間的傳動比并將其納入公式中。在我這個例子中，發(fā)動機和泵直接相連，但是我們?nèi)匀恍枰獙⑶S位置傳感器信號輸出轉換為發(fā)動機RPM。

在測試期間，我將發(fā)動機轉速設定為1500 RPM的固定值。對于大多數(shù)汽車來說，這是一個合適的行駛速度，而且將來再次進行測試時，也可以用到它。所有這些信息都可以添加到PicoScope軟件的備注中，并且存儲在文件中。這樣的話，如果其他人需要根據(jù)您的方法進行測試，他們可以按照備注做相同的設置。

在這種情況下，我們可以選擇使用crank數(shù)學通道，但是由于RPM是固定的，因此從診斷的角度來看，我們并不是十分關注發(fā)動機轉速的波動。所以我將使用以下論壇文章中介紹的經(jīng)過過濾的數(shù)學通道：數(shù)學通道的應用(九)-計算空氣流量的理論值。這將使轉速曲線更加平滑，但由于泵的裝卸，仍將顯示出較大的發(fā)動機轉速變化。數(shù)學通道公式來自論壇文章，但我對其進行了一些微調(diào)，以改善RPM波形。由于曲軸傳感器上有一個37齒信號盤，因此我們需要添加一個比例系數(shù)以確保我們的RPM準確。在這種情況下，我選擇的比例系數(shù)為1.616。因此公式如下：RPM=1.616*LowPass(freq（A），4）

圖1 RPM數(shù)學通道

要精確測量RPM，最好的方法是放大曲軸傳感器信號并使用時間標尺來測量RPM。

圖2 曲軸傳感器信號計算RPM

如圖2所示，我使用了兩種方法測量RPM并且做了比較，值得慶幸的是兩者之間的差異很小，因此可以保存RPM數(shù)學通道以供將來使用。要計算理論流量，我們需要根據(jù)RPM數(shù)學通道公式進行修改，這意味著要創(chuàng)建一個新的數(shù)學通道：理論流量（LPM）=泵排量（cc / rev）*泵速（RPM）/ 1000= 51 *（1.616 *LowPass（freq（A），4））/ 1000

圖3 理論流量數(shù)學通道

現(xiàn)在，根據(jù)泵速和泵的排量51cc / rev，我們計算出了理論流量。然后進行PQ測試，該測試需要連接到液壓系統(tǒng)測出流量和壓力。請確保您接受過相關的培訓并且有個人防護裝備PPE，還必須防止任何可能發(fā)生的潛在污染。因此我們要檢查所有軟管、配件、WPS600C壓力傳感器以及流量計的清潔度。

安裝系統(tǒng)后，請確保您知道系統(tǒng)的最大工作壓力。開始加載泵之后，切記始終記住壓力值。Pico流量計配有防爆隔膜，遇到壓力峰值或加載閥泄露，可以為您提供一些保護。請記住，必須先更換防爆隔膜，然后才能進行下一步的測試。

圖4 PQ測試
圖4是一個最大工作壓力為260bar的系統(tǒng),通過時間標尺之間的差異，您會看到泵壓力為255.3 bar。因為我們不受泄壓閥的保護，所以我將壓力限制在最大工作壓力260bar以下。這樣既可以確保安全，又可以很好地體現(xiàn)泵的輸出功率。最重要的波形數(shù)據(jù)是流量，因為流量顯示了泵的工作狀況。通過使用標尺，我們可以看到在255.53bar處流量為69.79LPM，與我們的理論流量值78.35 LPM相比，相差了約9 LPM。所以我們知道泵的效率并不是100％，原因就是我前面提到的液壓泵內(nèi)部泄漏。

泵的容積效率（％）=（實際流量/理論流量）*100。在上述例子中，泵的容積效率=（69.79 / 78.35）*100%=89.07％。我們可以將公式輸入到數(shù)學通道中，就可以得到容積效率波形。請記住，您可以添加任意數(shù)量的數(shù)學通道，它們并不會影響到原始數(shù)據(jù)。因此，容積效率的數(shù)學公式為：D/(51*(1.616*LowPass(freq(A),4))/1000)*100

圖5 容積效率數(shù)學通道為了更易于觀察，我在加載和卸載泵的時間標尺之間添加了一個測量，測量的是容積效率的平均值。數(shù)學通道我已經(jīng)存儲在了PSDATA文件中，您可以點擊“閱讀原文”下載。
數(shù)學通道的應用可以揭示很多東西，并且我們可以使用它們進行更多的計算，希望將來數(shù)學通道能夠發(fā)揮更大的計算作用。END