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数学通道的应用(十)-液压泵理论流量和容积效率

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发表于 2020-8-21 09:41:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
数学通道的应用(十)-液压泵理论流量和容积效率
作者:Steve Smith

最近,我一直在使用Pico Technology的发动机液压系统套装和流量计进行一些工作。组合在一起使用能帮助我同时查看发动机和液压系统,以确定是其中一个有问题还是两个同时出现了故障。


检测液压泵可靠性的常见测试称为PQ测试。在PQ测试中,给液压泵一个系统能承受的最大压力,以确保在某些压力下仍能够产生规定大小的流量。如果定期进行此测试,可以跟踪泵的运行状况,并且可以提前发现任何明显磨损或性能下降的迹象。

使用Pico的300 Lpm(L/min)和600 Lpm流量计,可以进行PQ测试,使用加载阀功能“加载”泵并记录数据,而不是将所有数据记录在纸上。此外,一旦存储了数学通道文件,就可以自动为您完成设置,而您只需连接到计算机就可以进行下一项测试。现在我们看看数学通道公式从何而来?


我发现对液压系统非常有帮助的是将理论流量与实际流量进行比较,并计算出泵的容积效率。如何设置示波器以及需要捕获哪些信号将基于我们将使用的数学通道公式。首先,我们需要理论流量,如下所示:

理论流量(LPM)=泵排量(cc / rev)*泵速(RPM)/ 1000

如果您使用加仑作为流量单位,则公式应为:

理论流量(GPM)=泵排量(cu ins / rev)*泵速(RPM)/ 231


在这我将使用第一个公式来计算理论流量,假设泵的排量为51 cc / rev。我们需要注意的是,此理论计算是基于效率为100%的泵但是由于内部泄漏这是不可能的,不过我们还是能根据公式计算出容积效率。


我们还需要计算出液压泵的转速对于大多数汽车液压系统,液压泵是直接与发动机相连的:发动机转速等于泵的转速。如果我们使用发动机曲轴位置传感器或其他信号来采集数据,是很容易获得泵的转速曲线的。如果泵是通过发动机外部驱动的(可能是皮带或齿轮),则速度可以通过光学传感器获得,或者可以计算曲轴和泵之间的传动比并将其纳入公式中。在我这个例子中,发动机和泵直接相连,但是我们仍然需要将曲轴位置传感器信号输出转换为发动机RPM。

      在测试期间,我将发动机转速设定为1500 RPM的固定值。对于大多数汽车来说,这是一个合适的行驶速度,而且将来再次进行测试时,也可以用到它。所有这些信息都可以添加到PicoScope软件的备注中,并且存储在文件中。这样的话,如果其他人需要根据您的方法进行测试,他们可以按照备注做相同的设置。  

在这种情况下,我们可以选择使用crank数学通道,但是由于RPM是固定的,因此从诊断的角度来看,我们并不是十分关注发动机转速的波动。所以我将使用以下论坛文章中介绍的经过过滤的数学通道:数学通道的应用(九)-计算空气流量的理论值。这将使转速曲线更加平滑,但由于泵的装卸,仍将显示出较大的发动机转速变化。数学通道公式来自论坛文章,但我对其进行了一些微调,以改善RPM波形。由于曲轴传感器上有一个37齿信号盘,因此我们需要添加一个比例系数以确保我们的RPM准确。在这种情况下,我选择的比例系数为1.616。因此公式如下:RPM=1.616*LowPass(freq(A),4)


图1.RPM数学通道.PNG
图1 RPM数学通道

要精确测量RPM,最好的方法是放大曲轴传感器信号并使用时间标尺来测量RPM。

图2.曲轴传感器信号计算RPM.PNG
图2 曲轴传感器信号计算RPM

如图2所示,我使用了两种方法测量RPM并且做了比较,值得庆幸的是两者之间的差异很小,因此可以保存RPM数学通道以供将来使用。要计算理论流量,我们需要根据RPM数学通道公式进行修改,这意味着要创建一个新的数学通道:

理论流量(LPM)=泵排量(cc / rev)*泵速(RPM)/ 1000= 51 *(1.616 *LowPass(freq(A),4))/ 1000


图3.理论流量数学通道.PNG
图3 理论流量数学通道

现在,根据泵速和泵的排量51cc / rev,我们计算出了理论流量。然后进行PQ测试,该测试需要连接到液压系统测出流量和压力。请确保您接受过相关的培训并且有个人防护装备PPE,还必须防止任何可能发生的潜在污染因此我们要检查所有软管、配件、WPS600C压力传感器以及流量计的清洁度。

安装系统后,请确保您知道系统的最大工作压力。开始加载泵之后,切记始终记住压力值。Pico流量计配有防爆隔膜,遇到压力峰值或加载阀泄露,可以为您提供一些保护。请记住,必须先更换防爆隔膜,然后才能进行下一步的测试。


图4.PQ测试.PNG
图4 PQ测试

图4是一个最大工作压力为260bar的系统,通过时间标尺之间的差异,您会看到泵压力为255.3 bar。因为我们不受泄压阀的保护,所以我将压力限制在最大工作压力260bar以下。这样既可以确保安全,又可以很好地体现泵的输出功率。最重要的波形数据是流量,因为流量显示了泵的工作状况。通过使用标尺,我们可以看到在255.53bar处流量为69.79LPM,与我们的理论流量值78.35 LPM相比,相差了约9 LPM。所以我们知道泵的效率并不是100%,原因就是我前面提到的液压泵内部泄漏。


泵的容积效率(%)=(实际流量/理论流量)*100在上述例子中,泵的容积效率=(69.79 / 78.35)*100%=89.07%。我们可以将公式输入到数学通道中,就可以得到容积效率波形。请记住,您可以添加任意数量的数学通道,它们并不会影响到原始数据。因此,容积效率的数学公式为:

D/(51*(1.616*LowPass(freq(A),4))/1000)*100


图5.容积效率数学通道.PNG
图5 容积效率数学通道

为了更易于观察,我在加载和卸载泵的时间标尺之间添加了一个测量,测量的是容积效率的平均值。数学通道我已经存储在了PSDATA文件中,您可以下载。

PQ Test with math.psdata (2.4 MB, 下载次数: 59)
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