CN112780636A - 工程机械的液压装置的旋转速度测量方法 - Google Patents

工程机械的液压装置的旋转速度测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种能够简单地测量液压装置的旋转速度的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，包括：检测液压装置的压力脉动的步骤；对所述压力脉动进行傅里叶(Fourier)变换的步骤；以及根据进行所述傅里叶变换后的压力脉动来检测所述液压装置的旋转速度的步骤。

Description

工程机械的液压装置的旋转速度测量方法
技术领域
本发明涉及一种液压装置的旋转速度测量方法，尤其涉及一种能够简单地测量液压装置的旋转速度的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法。
背景技术
通常，液压活塞泵是将由发动机或马达等驱动的机械能转换为流体能量的装置。这样的液压活塞马达是接收流体能量来使活塞进行往复运动，并由该运动使驱动轴旋转而转换为机械能的驱动装置，其因输出密度优良、输出良好而被广泛用于工程机械等。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种能够简单地测量液压装置的旋转速度的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法。
技术方案
用于达成如上所述的目的的本发明的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法包括：检测液压装置的压力脉动的步骤；对所述压力脉动进行傅里叶(Fourier)变换的步骤；以及根据进行所述傅里叶变换后的压力脉动来检测所述液压装置的旋转速度的步骤。
检测液压装置的压力脉动的步骤包括：按照预先设定的时间有规律地检测压力脉动频率的步骤。
所述液压装置的旋转速度根据所述液压装置中包括的活塞的个数、进行所述傅里叶变换后的压力脉动的第n-1频率成分及第n频率成分来计算。
所述液压装置的旋转速度ωrpm通过以下数学式1计算，数学式1：ωrpm＝60*(fn-fn-1)/Zpiston，所述数学式1的fn表示第n频率成分的频率，fn-1表示第n-1频率成分的频率，Zpiston表示液压装置的活塞的个数或齿轮的齿数。
所述液压装置的旋转速度ωrpm通过以下数学式2计算，数学式2：ωrpm＝60*fmax/Zpiston，所述数学式2的fmax表示具有最大振幅的频率成分的频率，Zpiston表示液压装置的活塞的个数或齿轮的齿数。
所述液压装置的旋转速度ωrpm通过以下数学式3计算，数学式3：ωrpm＝60*fc/Zpiston，所述数学式3的fc表示与相邻频率成分之间的差频的平均频率最接近的频率成分的频率，Zpiston表示液压装置的活塞的个数或齿轮的齿数。
所述压力脉动由所述液压装置的传感器检测。
所述传感器包括压力传感器和振动传感器中的至少一个。
发明的效果
根据本发明的液压装置的旋转速度测量方法，能够对运用现有的压力传感器获取的压力脉动进行傅里叶变换，并根据该进行傅里叶变换后的压力脉动来检测液压装置(或液压元件)的旋转速度。从而，能够用简单的方法诊断液压装置的故障，且能够预测液压装置的寿命。
附图说明
图1是图示本发明的一实施例的轴向活塞泵中旋转部的结构的截面立体图。
图2是示意性地图示本发明的一实施例的轴向活塞泵的示例的纵剖视图。
图3是示出由液压装置测量的压力脉动的波形的图。
图4是在放大示出图3的压力脉动波形中特定期间内的压力脉动的图。
图5是示出通过快速傅里叶换(FFT；Fast Fourier Transform)对图4的压力脉动波形进行了处理时的波形的图。
图6是示出根据图5的频率成分的频率及数学式计算的各期间的液压装置的旋转速度的图。
图7是示出本发明的液压装置的旋转速度测量方法的图。
附图标记
S1：第一步骤，S2：第二步骤，S3：第三步骤。
具体实施方式
本发明的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法将在参照结合附图详细后述的实施例的过程中变得清楚。但是，本发明不限于以下公开的实施例，而是可以实现为彼此不同的多种形态，需要指出的是，本实施例是为了使本发明的公开完整并向本发明所属技术领域中的一般的技术人员完整地告知发明的范围而提供的，本发明仅由权利要求的范畴定义。因此，在一些实施例中，对一些公知的工艺步骤、公知的元件结构及公知的技术不进行具体说明，以避免本发明被不清楚地解释。在整个说明书中，相同的参照符号指称相同的构成要素。
图中，为了清楚地表达各层及区域，厚度被放大而示出。通过整个说明书，对相似的部分使用了相同的附图标记。当提及层、膜、区域、板等部分位于另一部分的“上方”时，不但包括其位于该另一部分的“正上方”的情况，还包括中间存在又一部分的情况。相反，当提及某一部分位于另一部分的“正下方”时，意指中间不存在别的部分。此外，当提及层、膜、区域、板等部分位于另一部分的“下方”时，不但包括位于另一部分的“正下方”的情况，还包括中间存在又一部分的情况。相反，当提及某一部分位于另一部分的“正下方”时，意指中间不存在别的部分。
如图所示，空间上相对性的术语“下方(below)”、“下面(beneath)”、“下部(lower)”、“上方(above)”、“上部(upper)”等可以用来便于描述一个元件或构成要素与另一元件或构成要素的相关关系。空间上相对性的术语应理解为除了图中示出的方向外还包括在进行使用时或进行动作时的元件的彼此不同的方向。例如，当将图中所示元件翻转时，描述为位于另一元件的“下方(below)”或“下面(beneath)”的元件可以位于另一元件的“上方(above)”。因此，示例性的术语“下方”既可以包括“下方”的方向，又可以包括“上方”的方向。元件也可以朝向另一方向，从而，空间上相对性的术语可以根据朝向来进行解释。
在本说明书中，当提及某一部分与另一部分连接时，不但包括直接连接的情况，还包括中间隔着另一元件电连接的情况。此外，当提及某一部分包括某种构成要素时，除非另有与其相反的记载，意味着还可以包括另一构成要素，而不是排除另一构成要素。
在本说明书中，第一、第二、第三等术语可以用于说明多种构成要素，但这些构成要素并不为这些术语所限定。这些术语用作区分一构成要素与另一构成要素的目的。例如，在不脱离本发明的权利范围的情况下，第一构成要素可以被命名为第二或第三构成要素等，类似地，第二或第三构成要素也可以被交替地命名。
除非有不同的定义，本说明书中使用的术语(包括技术及科学术语)可以用作能够被本发明所属技术领域中的一般的技术人员所共同理解的含义。除非明确地特殊定义，在通常使用的词典中已定义的不应被理想地或过度地解释。
如下参照图1至图7对本发明的液压装置的旋转速度测量方法进行详细说明。
图1是图示本发明的一实施例的轴向活塞泵中旋转部的结构的截面立体图，图2是示意性地图示本发明的一实施例的轴向活塞泵的示例的纵剖视图。
在图1中，为了清楚地示出内部构件的结构，省略了外部的外壳或阀板后方的阀体(或罩)等构件的图示。
如下参照图1和图2对轴向活塞泵1的结构进行说明，在外壳10的内部中央具备用轴承11等支撑而设置的驱动轴20，斜盘30倾斜地设置于该驱动轴20。
此外，在外壳10的内部具备花键结合于驱动轴20的缸体40，多个活塞腔室C(缸)形成并具备于缸体40，在各活塞腔室C内插入活塞41，该活塞41的一端部的滚珠42联接于与斜盘30相接的滑靴32。
在所述缸体40旋转的期间内，各活塞腔室C的内部空间可以通过形成于缸体40的背面的开口部B与阀板50的吸入端口S及排出端口T连通。
另外，由所述外壳10的后端部向阀体12的内侧(前方)，固定设置形成有吸入端口S和排出端口T的阀板50。
就所述阀板50而言，在设置于外壳10内的状态下，以其背面贴紧于后方的阀体12的对应面(内侧面)的状态相向地接触，且前面形成为与驱动轴20一体地旋转的缸体40的背面以贴紧状态接触而滑动的滑动面51。
在如上述形成的轴向活塞泵1中，当驱动轴20以中心轴O为中心旋转时，内置于外壳10的缸体40一体地旋转，与此同时，在该活塞腔室C内，活塞41在上死点与下死点之间进行往复运动而通过阀板50的吸入端口S向腔室C内吸入流体(当活塞由上死点向下死点移动时)，或推动活塞腔室C内的流体而通过阀板50的排出端口T排出流体(当活塞由下死点向上死点移动时)。
即，当所述驱动轴20与缸体40一体地旋转时，支撑活塞41的一端部的滑靴32及滑靴板31(图2中未图示)在斜盘30上方滑动而旋转，随之，活塞41通过斜盘30的倾斜向前后进行往复运动。
此外，当所述驱动轴20与缸体40一体地旋转时，缸体40相对于阀板50进行旋转，缸体40以贴紧状态与阀板50的滑动面51相接而滑动，当形成于缸体40的背面的活塞腔室C的开口部B与阀板50的吸入端口S连接时，流体被吸入至活塞腔室C的内部，当活塞腔室C的开口部B与阀板50的排出端口T连接时，流体被排出至活塞腔室C的外部。
当然，此时的流体的吸入和排出是在活塞腔室C连接于相应端口T、S的状态下各活塞腔室C内的活塞41通过斜盘30往复运动而进行的。
另一方面，在如上述履行泵的作用的期间内，在形成于缸体40的各个活塞腔室C内发生压力的变化，在一个活塞腔室C内的压力发生变化的过程包括压力上升过程和压力下降过程。
这样的压力的变化会作为起振力施加作用而使整体装置振动，其结果，会产生噪音，倘若在压力上升过程和压力下降过程中压力急剧变化，则不但噪音的大小会增加，还会使噪音的高频成分变大，最终会产生刺耳的噪音。
此外，在通过使缸体40相对于倾斜的斜盘30进行旋转来吸入、排出流体的斜盘式轴向活塞泵1中，必然会产生流量脉动引起的压力脉动。
如下参照图3至图6对如图1和图2所示的测量液压装置的旋转速度的方法进行具体说明。
图3是示出由液压装置测量的压力脉动的波形的图，图4是在放大示出图3的压力脉动波形中特定期间内的压力脉动的图。
例如，图3可以是在图1和图2的轴向活塞泵1进行动作时产生的压力脉动的波形。
例如，如图3所图示，轴向活塞泵1的压力随着时间而变化。对应于该时间的压力变化可以被定义为压力脉动。
液压装置的压力脉动可以由传感器测量。例如，传感器可以配置于轴向活塞泵1。另一方面，该传感器例如可以包括压力传感器及振动传感器中的至少一个。
液压装置的压力脉动可以基于预先设定的时间来有规律地进行检测。例如，压力脉动可以由传感器以0.1秒间隔进行检测。图3中图示了对在第一个0.1秒期间T1(下称第一期间)内检测到的压力脉动波形的放大图和对在第二个0.1秒期间T2(下称第二期间)内检测到的压力脉动波形的放大图。
另一方面，图4是示出在0.1秒内由液压装置产生的压力脉动的波形的图。图4可以是对在图3的第一期间及第二期间中的某一个期间内产生的压力脉动的放大图。例如，图4可以是对图3的第二期间的放大图。
图5是示出通过快速傅里叶换(FFT；Fast Fourier Transform)对图4的压力脉动波形进行了处理时的波形的图。
图4的振幅-时间关系的压力脉动波形可以通过快速傅里叶变换来变换为如图5所图示的振幅-频率关系的压力脉动波形。即，图5示出振幅根据振动数发生变化的压力脉动波形。
图5的压力脉动波形可以包括具有彼此不同的频率的多个频率成分。例如，图5的压力脉动波形可以包括第一频率成分F1、第二频率成分F2及第三频率成分F3。第一频率成分F1可以对应于基本波，第二频率成分F2和第三频率成分F3可以分别对应于一次高次谐波和二次高次谐波。
可以根据这些频率成分F1、F2、F3及液压装置的活塞41的数量来检测液压装置的旋转速度。
例如，液压装置的旋转速度ωrpm可以根据如下数学式1来计算。
[数学式1]
Figure BDA0002560249400000061
上面的数学式1的fn指第n差频成分的频率(或峰值频率)，fn-1指第n-1差频成分的频率(或峰值频率)，Zpiston指具备于液压装置的活塞41的个数。这里，n指大于1的自然数。
作为一例，图5的第一频率成分的峰值频率fn-1为270[Hz]，第二频率成分的峰值频率fn为540[Hz]，当图1和图2所图示的轴向活塞泵1包括9个Zpiston的活塞41时，该轴向活塞泵1的旋转速度ωrpm可以通过上面的数学式1算出来为1800[rpm或rev/min]。
作为另一实施例，液压装置的旋转速度ωrpm可以根据如下数学式2来计算。
[数学式2]
Figure BDA0002560249400000071
上面的数学式2的fmax指具有最大振幅的频率成分的频率，另外，Zpiston指具备于液压装置的活塞41的个数。
作为一例，在图5的第一频率成分F1、第二频率成分F2及第三频率成分F3中，第一频率成分F1具有最大的振幅(amplitude)，在这种情况下，数学式2的fmax可以是第一频率成分F1的频率(例如，270[Hz])。此时，当图1和图2中图示的轴向活塞泵1包括9个Zpiston的活塞41时，该轴向活塞泵1的旋转速度ωrpm可以通过上面的数学式2算出来为1800[rpm或rev/min]。
另一方面，最大振幅的频率成分可以为第一差频成分。
作为又一实施例，液压装置的旋转速度ωrpm可以根据如下数学式3来计算。
[数学式3]
Figure BDA0002560249400000072
上面的数学式3的fc指与相邻频率成分之间的差频的平均频率最接近的频率成分的频率，另外，Zpiston指具备于液压装置的活塞41的个数。
作为一例，当图5的第一频率成分F1的峰值频率fn-1为270[Hz]，第二频率成分F2的峰值频率fn为540[Hz]，第三频率成分F3的峰值频率为810[Hz]时，第一频率成分F1的峰值频率与和第一频率成分F1相邻的第二频率成分F2的峰值频率之间的差频为270[Hz]，另外，第二频率成分F2的峰值频率与和第二频率成分F2相邻的第三频率成分F3的峰值频率之间的差频为270[Hz]。因此，所有差频的平均为270[Hz]。最接近该平均频率(即，270[Hz])的频率成分为第一频率成分F1，该第一频率成分的频率为270[Hz]。在这种情况下，数学式3的fc为270[Hz]。因此，当图1和图2所图示的轴向活塞泵1包括9个Zpiston的活塞41时，该轴向活塞泵1的旋转速度ωrpm可以通过上面的数学式3算出来为1800[rpm或rev/min]。另一方面，根据不同的因素，平均频率和最接近该平均频率的频率成分的频率可以不同。
图6是示出根据图5的频率成分的频率及数学式计算的各期间的液压装置的旋转速度的图。例如，图6中的第一点P1可以表示根据在前述第一期间T1内产生的液压装置的压力脉动来计算的该液压装置的旋转速度，第二点P2可以表示根据在前述第二期间T2内发生的液压装置的压力脉动计算的该液压装置的旋转速度。
图7是示出本发明的液压装置的旋转速度测量方法的图。
首先，根据本发明的液压装置的旋转速度测量方法的第一步骤S1，检测液压装置的压力脉动。如前述，可以通过贴附于液压装置的传感器来检测液压装置的压力脉动。
之后，根据本发明的液压装置的旋转速度测量方法的第二步骤S2，对检测到的压力脉动进行傅里叶变换。例如，振幅-时间关系的压力脉动波形可以通过快速傅里叶变换来变换为振幅-频率关系的压力脉动波形。
接下来，根据本发明的液压装置的旋转速度测量方法的第三步骤S3，可以根据进行傅里叶变换后的压力脉动来检测液压装置的旋转速度。
根据本发明的液压装置的旋转速度测量方法，能够对运用现有的压力传感器获取的压力脉动进行傅里叶变换，并根据进行该傅里叶变换后的压力脉动来检测液压装置(或液压元件)的旋转速度。从而，能够用简单的方法诊断液压装置的故障，且能够预测液压装置的寿命。
另一方面，本发明的旋转速度测量方法也可以适用于其他液压装置，例如，液压马达(hydraulic motor)、叶片泵(vamp pump)及齿轮泵(gear pump)。另一方面，当本发明的旋转速度测量方法适用于齿轮泵时，上面的数学式的活塞的数量被代替为齿轮的齿数。
以上说明的本发明不限于上述实施例及附图，本发明所属技术领域中的一般的技术人员可以清楚地理解在不脱离本发明的技术思想的范围内可以实施多种置换、变形及变更。

Claims (8)

1.一种工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，其特征在于，包括：
检测液压装置的压力脉动的步骤；
对所述压力脉动进行傅里叶变换的步骤；以及
根据进行所述傅里叶变换后的压力脉动来检测所述液压装置的旋转速度的步骤。
2.根据权利要求1所述的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，其特征在于，
检测液压装置的压力脉动的步骤包括：
按照预先设定的时间有规律地检测压力脉动频率的步骤。
3.根据权利要求1所述的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，其特征在于，
根据所述液压装置中包括的活塞的个数及进行所述傅里叶变换后的压力脉动的频率成分来计算所述液压装置的旋转速度。
4.根据权利要求3所述的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，其特征在于，
所述液压装置的旋转速度ωrpm通过以下数学式1计算，
数学式1：ωrpm＝60*(fn-fn-1)/Zpiston
所述数学式1的fn表示第n频率成分的频率，fn-1表示第n-1频率成分的频率，Zpiston表示液压装置的活塞的个数或齿轮的齿数。
5.根据权利要求3所述的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，其特征在于，
所述液压装置的旋转速度ωrpm通过以下数学式2计算，
数学式2：ωrpm＝60*fmax/Zpiston
所述数学式2的fmax表示具有最大振幅的频率成分的频率，Zpiston表示液压装置的活塞的个数或齿轮的齿数。
6.根据权利要求3所述的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，其特征在于，
所述液压装置的旋转速度ωrpm通过以下数学式3计算，
数学式3：ωrpm＝60*fc/Zpiston
所述数学式3的fc表示与相邻频率成分之间的差频的平均频率最接近的频率成分的频率，Zpiston表示液压装置的活塞的个数或齿轮的齿数。
7.根据权利要求1所述的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，其特征在于，
所述压力脉动由所述液压装置的传感器检测。
8.根据权利要求7所述的工程机械的液压装置的旋转速度测量方法，其特征在于，
所述传感器包括压力传感器和振动传感器中的至少一个。
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