CN116412117A - 一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法，属于柱塞泵状态监测领域。包括三大部分，分别为：温度传感器布置方式，信号采集及预处理，以及一种基于柱塞泵三口温差的容积效率计算方法。具体过程为：将温度传感器分别布置在柱塞泵进油、出油、回油或壳体处的特殊测温位置，为计算容积效率提供实时数据输入；搭建温度信号调理与数模转换装置、完成数据传输，剔除对计算容积效率有干扰的数据，计算柱塞泵三口温差；基于柱塞泵三口温差计算容积效率。本发明利用柱塞泵三口温差与容积效率的强相关性，建立两者之间的实时映射关系，提出通过监测温度信号实现柱塞泵容积效率的实时检测计算方法，将有助于柱塞泵的状态监测与日常维护。
Description
技术领域
本发明提供了一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法，涉及柱塞泵状态监测技术领域，特别是涉及一种柱塞泵容积效率的实时检测方法。
背景技术
柱塞泵是液压系统中最常见的动力元件，其长期运行后，由于磨损与受力形变等原因，容积效率会逐渐降低。如此一来，在相同工况下，输入液压系统中的油量与压力都会减少，直接影响执行元件的动作性能。在柱塞泵设计与生产过程中，对容积效率的检验也是判断泵是否合格的重要标准。出于可靠性与安全考虑，当柱塞泵容积效率低于某一限定值时，就认为该泵已经到寿、无法再继续使用。同时，如果柱塞泵工作时的容积效率状态不清，后期的定期维护就没有针对性，这将产生额外的维护费用或因维修不及时造成严重事故。因此，发明一种便捷、可靠的柱塞泵容积效率实时检测计算方法是非常必要的。
如发明专利《一种油泵容积效率的检测装置》(申请号为CN201810855646.6)、《一种恒压变量泵容积效率在线检测装置》(申请号为CN201120305740.8)、《一种航空发动机燃油齿轮泵容积效率测试系统及方法》(申请号为CN 202210509519.7)、《一种齿轮泵设计容积效率计算的方法》(申请号为CN 201910466017.9)所示，现在大多数计算容积效率的专利方法集中在齿轮泵上，这是因为齿轮泵结构简单、工作压力小、检测过程简单，基本可以通过安装具有活动部件的流量计进行检测。但是，大多数柱塞泵工作在高压、大流量、大功率的场合，例如飞机舵面的控制、液压机的压缩、工程机械的动作、船舶起吊等。这些场合下的液压系统承载压力大、振动强烈，不允许安装体积大、具有活动部件、低可靠的，如流量计等检测装置。同时，在管路中或对柱塞泵进行改造以加装流量计等具有活动部件的检测装置，会影响柱塞泵与液压系统的工作性能，造成额外的功率损失，降低设备安全可靠性。
发明专利《柱塞泵及其容积效率的测定方法和柱塞行程的调整方法》(申请号为CN201310428733.0)中的柱塞泵容积效率测定方法，需要停机将泵体拆装下来专门检测。这种拆卸后检测柱塞泵容积效率的方法会影响生产、带来额外的成本。由于检测系统与实际工作的液压系统气密性不同，导致这种方法测得的容积效率会偏高。同时，无法实现柱塞泵实时在线检测，也就无法实时判断柱塞泵的工作状态，就不能及时发现或预防故障的发生。随着柱塞泵的长期运行，检测设备的老化，又会导致检测精度逐渐下降，更换检测设备需要额外的成本。
所以，根据目前现有手段，无法很好地实现复杂工况下柱塞泵容积效率的实时检测。发明一种可实时监测、便于维护的柱塞泵容积效率检测方法是十分必要的。发明人在工程实践中发现，柱塞泵内部温度的变化与容积效率之间存在潜在联系，其进油口、出油口、回油口(或壳体)的三口温差与容积效率具有很强的相关性。而在众多传感设备中，温度传感器无活动部件、体积小、重量轻，非常适用于对柱塞泵的状态监测。故因此提出了一种基于柱塞泵三口温差的实时检测计算容积效率的特殊方法。
发明内容
(一)本发明的目的
本发明目的在于提供一种柱塞泵容积效率实时检测计算方法，其要解决柱塞泵在高压、大流量、大功率工作场合下容积效率无法通过传统流量计检测的技术问题。本发明涉及的一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法，能够克服这些因液压系统承载压力大、振动强烈，柱塞泵不允许安装体积大、具有活动部件的检测装置的问题。基于柱塞泵三口温差与容积效率的强相关性，本发明提出了一种柱塞泵温度传感器的布置与检测特殊方式，建立了以柱塞泵三口温差为数据输入、实时检测计算容积效率的方法，这为柱塞泵的状态监测与日常维护提供了便利条件。
(二)技术方案
本发明所涉及的技术方案和具体实施过程为：
本发明所述技术方案为一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法，包括：检测计算柱塞泵容积效率的温度传感器布置方式，温度信号的采集及预处理，以及一种基于柱塞泵三口温差的容积效率计算方法。
例如，所述一种柱塞泵由三相异步电机驱动，并通过带有转速转矩传感器的联轴器连接。柱塞泵的进油口、出油口、回油口(或壳体)分别安装温度传感器。温度传感器的布置方式与具体泵体的结构有关，其目的是测量柱塞泵典型部位的实时温度数据，为后续温度信号处理过程及容积效率的计算提供数据基础；
所述温度传感器采集的信号通过电缆连接主控箱，经过信号调理与数模转换装置处理；
所述主控箱外部连接计算机，利用特殊算法对转换后的数据进行清洗，将对计算柱塞泵容积效率有干扰的数据去除，完成信号采集。数据清洗在本过程中是特殊且具有不可替代的作用，是针对本容积效率计算方法的特殊性而特别提出的，因为剔除温度不良样本数据(并非专指数据异常点)的特别过程对最终容积效率的计算预测有很大的影响；
最终采集进油口、出油口、回油口(或壳体)的实时温度数据分别为：Tin、Tout、Tre；
对温度信号Tin、Tout、Tre进行如下计算：
△T1＝Tre-Tin
△T2＝Tout-Tin
△T3＝Tre-Tout
得到回油-进油口温差△T1，出油-进油口温差△T2，回油-出油口温差△T3；
基于柱塞泵三口温差数据，利用柱塞泵热失效原理、机器学习与回归分析等不同类别的方法，建立柱塞泵三口温差-容积效率ηvp预测模型，提高计算预测容积效率的准确度，最终得到柱塞泵容积效率ηvp计算公式的如下形式：
ηvp＝f(ΔT1,ΔT2,ΔT3)
例如，通过最简单的线性回归分析，利用回进油口温差△T1、出进油口温差△T2、回出油口温差△T3建立公式：
ηvpi＝b0+b1ΔT1+b2ΔT2+b3ΔT3+μi
然后，使用最小二乘法进行参数估计，得到系数b0、b1、b2、b3的解；
然后，计算标准误差，计算准确度与实际容积效率不低于要求限值；
最后，根据柱塞泵三口温差-容积效率ηvp预测模型与实时数据输入，计算柱塞泵实时容积效率ηvp，得到柱塞泵实时容积效率预测变化曲线。
(三)本发明有益效果
本发明提供了一种对有活动部件、体积大、低可靠等检测装置受限使用情况下，柱塞泵容积效率实时检测计算方法。基于柱塞泵三口温差与容积效率的强相关性，利用温度传感器重量轻、无活动部件、体积小、高可靠的优点，本发明从温度传感器布置方式、数据采集及处理、容积效率的计算三个方面，提出了一种方便实现的基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算的方法。
本发明涉及的一种利用柱塞泵三口温差计算预测柱塞泵容积效率的方法，能够利用实时的温度数据反馈柱塞泵当下的容积效率、表现出柱塞泵的实时工作状态，减少柱塞泵的日常维护费用、提高柱塞泵使用的安全可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本方法的实施过程，下面对所述内容中的附图作总结性介绍。显而易见地，该附图仅仅是为了更清楚地说明本方法的实施过程。对于本领域来讲，不付出创造性劳动即可延伸出其他附图形式和不同场景下利用温度信号检测计算柱塞泵容积效率的具体实施方案。
图1为基于本方法的柱塞泵容积效率检测方案实施流程图；
图2为基于温度信号的检测计算柱塞泵容积效率的传感器布置方式示意图；
图3为柱塞泵三口温度的数据采集与计算处理过程流程图；
图4为基于柱塞泵三口温差的容积效率计算方法流程图；
图5为温差信号与容积效率实时显示曲线示意图；
附图2中，各标号所代表的部件列表如下：
1-三相异步电机，2-具有转矩、转速测量功能的联轴器，3-柱塞泵，4-进油口温度传感器，5-出油口温度传感器，6-回油口/壳体温度传感器，7-油箱。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的具体实施方式进行整体完整描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明方法的一部分，并不代表全部实施过程。基于该实施例中的方法，本技术领域人员在不付出创造性劳动情况下进行的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例：
如图2、图3所示，本发明所述的一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法具体实施方式，包括：基于温度信号的检测计算柱塞泵容积效率的传感器布置，温度信号采集及预处理，以及基于柱塞泵三口温差的容积效率计算。
如图2所示，所述一种柱塞泵(3)由三相异步电机(1)驱动，并通过带有转速转矩传感器的联轴器(2)连接，柱塞泵的进油口、出油口、回油口(或壳体)分别安装温度传感器(4-6)；
如图3所示，所述温度传感器(4-6)采集的信号通过电缆连接主控箱，经过信号调理与数模转换装置；
如图3所示，所述主控箱外部连接计算机，利用特殊算法对转换后的数据进行清洗，将对计算柱塞泵容积效率有干扰的数据去除；
如图4所示，最终采集进油口、出油口、回油口(或壳体)的实时温度数据分别为：Tin、Tout、Tre；
如图4所示，对温度信号Tin、Tout、Tre进行如下计算：
△T1＝Tre-Tin
△T2＝Tout-Tin
△T3＝Tre-Tout
得到回油-进油口温差△T1，出油-进油口温差△T2，回油-出油口温差△T3；
如图4所示，基于柱塞泵三口温差数据，利用柱塞泵热失效原理、机器学习与回归分析等不同类别的方法，建立柱塞泵三口温差-容积效率ηvp预测模型，提高计算预测容积效率的准确度，得到柱塞泵容积效率ηvp计算公式的如下形式：
ηvp＝f(ΔT1,ΔT2,ΔT3)
例如，通过最简单的线性回归分析，利用回进油口温差△T1、出进油口温差△T2、回出油口温差△T3建立公式：
ηvpi＝b0+b1ΔT1+b2ΔT2+b3ΔT3+μi
然后，使用最小二乘法进行参数估计，得到系数b0、b1、b2、b3的解；
然后，计算标准误差，计算准确度与实际容积效率不低于要求限值；
根据柱塞泵三口温差-容积效率ηvp预测模型与实时数据输入，计算柱塞泵实时容积效率ηvp；
如图5所示，最终得到柱塞泵实时容积效率预测变化曲线。
本实施例中，可根据三口温差数据，计算出实时的容积效率ηvp变化曲线，实现柱塞泵容积效率的实时检测计算。如果三口温差数值过大，计算出的柱塞泵实际容积效率过低而超过一定范围，则判定柱塞泵已经失效，从而实现对柱塞泵工作状态的实时监测。所述图5为温差信号与容积效率实时结果显示曲线，仅为说明及表现清楚的目的而绘制的示意图，不代表具体柱塞泵温差、容积效率变化规律。
在本说明书“实施例”、“示例”的描述中，对所述的方法、过程、实施方式，并不是指相同的实际示例。而且，本发明中的“实施例”或“示例”所述的方法、过程、实施方式，可以在任何一个或多个实施例或实例中结合。
以上阐述的实施例只是用于阐述本发明方法，并没有给出详尽的实施细节，也不限制该发明仅为具体的实施方式。本说明书中涉及的实施例，是为了更好地解释本发明方法地原理及应用过程，为了该领域技术人员能更好地理解和利用本发明专利。
本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法，其特征在于，包括：基于温度信号的检测计算柱塞泵容积效率的传感器布置方式，温度信号的采集及处理过程，以及一种基于柱塞泵三口温差的容积效率计算方法。具体步骤如下：
步骤1：所述柱塞泵(3)由三相异步电机(1)驱动，并通过带有转速转矩传感器的联轴器(2)连接，柱塞泵的进油口、出油口、回油口(或壳体)分别安装温度传感器(4-6)；
步骤2：所述温度传感器(4-6)采集的信号经过信号调理与数模转换装置；
步骤3：利用特殊算法对转换后的数据进行清洗，将对计算柱塞泵容积效率有干扰的数据去除，得到回油-进油口温差△T1，出油-进油口温差△T2，回油-出油口温差△T3；
步骤4：基于柱塞泵三口温差数据，利用柱塞泵热失效原理、机器学习与回归分析等不同类别的方法，建立柱塞泵三口温差-容积效率ηvp预测模型；
步骤5：根据柱塞泵三口温差-容积效率ηvp预测模型与实时温度数据输入，计算柱塞泵实时容积效率ηvp。
2.根据权利要求1所述的一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法，其特征在于：
在步骤1-5中，强调所选用检测计算容积效率的传感器类型为温度传感器，并布置在柱塞泵进油、出油、回油(或壳体)处，其目的是测量柱塞泵典型部位的实时温度，作为计算实时容积效率的数据基础。不能因温度传感器数量增减或与其他传感器的结合使用，而改变本专利对一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法的首次提出。
3.根据权利要求1所述的一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法，其特征在于：
在步骤3中，针对本发明方法中的柱塞泵温度数据采集后的数据清洗算法，特意强调本方法对计算柱塞泵容积效率有干扰的数据去除过程与其他在线监测方法中的区别。强调该过程在本方法中的特殊且不可替代作用，因为剔除温度不良样本数据(并非专指数据异常点)的特别过程对最终容积效率的计算预测有很大的影响。
4.根据权利要求1所述的一种基于柱塞泵三口温差的容积效率实时检测计算方法，其特征在于：
在步骤4、5中，根据柱塞泵三口温差计算容积效率，利用柱塞泵热失效原理、机器学习、回归分析等方法建立柱塞泵三口温差-容积效率ηvp预测模型，并不是指单一某种方法，包括这三种类别方法中细化方法的随意结合，以及利用温差数据计算预测容积效率的这种整体思想方法。
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