KR102346619B1 - method of measuring the speed of rotation of the hydraulic system of construction machinery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 간단하게 유압 장치의 회전 속도를 측정할 수 있는 건설 기계의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법에 관한 것으로, 유압 장치의 압력 맥동을 검출하는 단계; 상기 압력 맥동을 푸리(Fourier)에 변환하는 단계; 상기 푸리에 변환된 압력 맥동을 근거로 상기 유압 장치의 회전 속도를 검출하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for measuring the rotational speed of a hydraulic device of a construction machine capable of simply measuring the rotational speed of the hydraulic device, the method comprising: detecting a pressure pulsation of the hydraulic device; transforming the pressure pulsation into Fourier; and detecting the rotational speed of the hydraulic device based on the Fourier-transformed pressure pulsation.
Description
본 발명은 유압 장치의 회전 속도 측정 방법에 관한 것으로, 특히 간단하게 유압 장치의 회전 속도를 측정할 수 있는 건설 기계의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the rotational speed of a hydraulic device, and more particularly, to a method for measuring the rotational speed of a hydraulic device of a construction machine capable of simply measuring the rotational speed of the hydraulic device.
일반적으로 유압 피스톤 펌프는 엔진이나 전기모터 등으로부터 구동되어지는 기계에너지를 유체에너지로 변환하는 장치이다. 이러한 유압 피스톤 모터는 유체에너지를 공급받아서 피스톤을 왕복 운동시키고 이 운동이 구동축을 회전시켜 기계 에너지로 변환시키는 구동장치로서, 그 출력밀도가 우수하고 출력이 좋아 건설기계 등에 널리 사용되고 있다.In general, a hydraulic piston pump is a device that converts mechanical energy driven from an engine or an electric motor into fluid energy. The hydraulic piston motor is a driving device that receives fluid energy to reciprocate the piston and converts this motion into mechanical energy by rotating the drive shaft.
본 발명은 간단하게 유압 장치의 회전 속도를 측정할 수 있는 건설 기계의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method for measuring the rotational speed of a hydraulic device of a construction machine that can simply measure the rotational speed of the hydraulic device.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설 기계의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법은, 유압 장치의 압력 맥동을 검출하는 단계; 상기 압력 맥동을 푸리(Fourier)에 변환하는 단계; 상기 푸리에 변환된 압력 맥동을 근거로 상기 유압 장치의 회전 속도를 검출하는 단계를 포함한다.A method for measuring the rotational speed of a hydraulic device of a construction machine according to the present invention for achieving the above object includes the steps of detecting a pressure pulsation of the hydraulic device; transforming the pressure pulsation into Fourier; and detecting the rotational speed of the hydraulic device based on the Fourier-transformed pressure pulsation.
유압 장치의 압력 맥동을 검출하는 단계는, 압력 맥동 주파수를 미리 설정된 시간에 따라 규칙적으로 검출하는 단계를 포함한다.The step of detecting the pressure pulsation of the hydraulic device includes the step of regularly detecting the pressure pulsation frequency according to a preset time.
상기 유압 장치의 회전 속도는, 상기 유압 장치에 포함된 피스톤의 개수, 상기 푸리에 변환된 압력 맥동의 제 n-1 주파수 성분 및 제 n 주파수 성분을 근거로 산출된다.The rotation speed of the hydraulic device is calculated based on the number of pistons included in the hydraulic device, and an n-1 th frequency component and an n th frequency component of the Fourier-transformed pressure pulsation.
상기 유압 장치의 회전 속도 ωrpm은 아래의 수학식1에 의해 산출되며, 수학식1: ωrpm = 60*(fn-fn-1)/Zpiston, 상기 수학식1의 fn은 제 n 주파수 성분의 주파수를 나타내며, fn-1은 제 n-1 주파수 성분의 주파수를 나타내며, 그리고 Zpiston은 유압 장치의 피스톤의 개수 또는 기어의 잇수를 나타낸다.The rotation speed ω rpm of the hydraulic device is calculated by
상기 유압 장치의 회전 속도 ωrpm은 아래의 수학식2에 의해 산출되며,The rotation speed ω rpm of the hydraulic device is calculated by
수학식2: ωrpm = 60*fmax/Zpiston, 상기 수학식2의 fmax는 최대 진폭을 갖는 주파수 성분의 주파수를 나타내며, 그리고 Zpiston은 유압 장치의 피스톤의 개수 또는 기어의 잇수를 나타낸다.Equation 2: ω rpm = 60*f max /Z piston, f max in
상기 유압 장치의 회전 속도 ωrpm은 아래의 수학식3에 의해 산출되며,The rotation speed ω rpm of the hydraulic device is calculated by
수학식3: ωrpm = 60*fc/Zpiston, 상기 수학식3의 fc는 인접 주파수 성분들 간의 차 주파수에 대한 평균 주파수에 가장 근접한 주파수 성분의 주파수를 나타내며, 그리고 Zpiston은 유압 장치의 피스톤의 개수 또는 기어의 잇수를 나타낸다.Equation 3: ω rpm = 60*f c /Z piston, f c in
상기 압력 맥동은 상기 유압 장치의 센서에 의해 검출된다.The pressure pulsation is detected by a sensor of the hydraulic device.
상기 센서는 압력 센서 및 진동 센서 중 적어도 하나를 포함한다.The sensor includes at least one of a pressure sensor and a vibration sensor.
본 발명에 따른 유압 장치의 회전 속도 측정 방법은, 기존의 압력 센서를 활용하여 획득된 압력 맥동을 푸리에 변환하고, 그 푸리에 변환된 압력 맥동을 근거로 유압 장치(또는 유압 부품)의 회전 속도를 검출할 수 있다. 따라서, 단순한 방법으로 유압 장치의 고장을 진단할 수 있으며, 또한 유압 장치의 수명을 예측 할 수 있다.The method for measuring the rotational speed of a hydraulic device according to the present invention performs a Fourier transform on a pressure pulsation obtained by using an existing pressure sensor, and detects the rotational speed of a hydraulic device (or hydraulic component) based on the Fourier-transformed pressure pulsation can do. Therefore, it is possible to diagnose the failure of the hydraulic device in a simple way, and also predict the lifespan of the hydraulic device.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액시얼 피스톤 펌프에서 로터리부의 구조를 도시한 단면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액시얼 피스톤 펌프의 예를 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 3은 유압 장치로부터 측정된 압력 맥동의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 압력 맥동 파형에서 특정 기간 동안의 압력 맥동을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 압력 맥동 파형이 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 통해 처리되었을 때의 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 주파수 성분들의 주파수 및 수학식을 근거로 산출된 각 기간 별 유압 장치의 회전 속도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법을 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional perspective view illustrating a structure of a rotary part in an axial piston pump according to an embodiment of the present invention.
2 is a longitudinal sectional view schematically illustrating an example of an axial piston pump according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a waveform of a pressure pulsation measured from a hydraulic device.
FIG. 4 is an enlarged view showing the pressure pulsation during a specific period in the pressure pulsation waveform of FIG. 3 .
5 is a diagram illustrating a waveform when the pressure pulsation waveform of FIG. 4 is processed through Fast Fourier Transform (FFT).
6 is a view showing the rotational speed of the hydraulic device for each period calculated based on the frequency and the equation of the frequency components of FIG. 5 .
7 is a view showing a method of measuring the rotational speed of the hydraulic device of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Accordingly, in some embodiments, well-known process steps, well-known device structures, and well-known techniques have not been specifically described in order to avoid obscuring the present invention. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts. When a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “under” another part, it includes not only the case where the other part is “directly under” but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part is said to be "just below" another part, it means that there is no other part in the middle.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc. It can be used to easily describe the correlation between an element or components and other elements or components. Spatially relative terms should be understood as terms including different orientations of the device during use or operation in addition to the orientation shown in the drawings. For example, when an element shown in the figures is turned over, an element described as "beneath" or "beneath" another element may be placed "above" the other element. Accordingly, the exemplary term “below” may include both directions below and above. The device may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is electrically connected with another element interposed therebetween. In addition, when it is said that a part includes a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.In this specification, terms such as first, second, third, etc. may be used to describe various components, but these components are not limited by the terms. The above terms are used for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second or third component, and similarly, the second or third component may also be alternately named.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조로 본 발명에 따른 유압 장치의 회전 속도 측정 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method for measuring the rotational speed of a hydraulic device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7 .
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액시얼 피스톤 펌프에서 로터리부의 구조를 도시한 단면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액시얼 피스톤 펌프의 예를 개략적으로 도시한 종단면도이다.1 is a cross-sectional perspective view showing a structure of a rotary part in an axial piston pump according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of an axial piston pump according to an embodiment of the present invention. to be.
도 1에서는 내부 구성품의 구조를 명확히 보여주기 위해 외부의 케이싱이나 밸브플레이트 후방의 밸브블록(또는 커버) 등의 구성은 도시를 생략하였다.In FIG. 1, in order to clearly show the structure of the internal components, the configuration of the valve block (or cover) behind the external casing or the valve plate is omitted.
도면을 참조하여 액시얼 피스톤 펌프(1)의 구조에 대해 설명하면, 케이싱(10) 내부 중앙에 베어링(11) 등으로 지지되어 설치되는 구동축(20)이 구비되고, 그 구동축(20)에 경사지게 사판(30)이 설치된다.When the structure of the
또한, 케이싱(10) 내부에는 구동축(20)에 스플라인 결합된 실린더 블록(40)이 구비되고, 실린더 블록(40)에는 다수개의 피스톤 챔버(실린더)(C)가 형성 구비되며, 각 피스톤 챔버(C) 내에는 일단부의 볼(42)이 사판(30)과 맞닿아 있는 슈우(32)에 조인팅된 피스톤(41)이 삽입된다.In addition, a
상기 실린더 블록(40)이 회전하는 동안 각 피스톤 챔버(C)의 내부공간은 실린더 블록(40)의 후면에 형성된 개구부(B)를 통하여 밸브플레이트(50)의 흡입포트(S) 및 토출포트(T)와 연통될 수 있게 되어 있다.While the
그리고, 상기 케이싱(10)의 후단부에서 밸브블록(12)의 안쪽(전방)으로는 흡입포트(S)와 토출포트(T)가 형성된 밸브플레이트(50)가 고정 설치된다.In addition, a
상기 밸브플레이트(50)는 케이싱(10) 내에 설치된 상태에서 그 후면이 후방 밸브블록(12)의 대응면(안쪽면)에 밀착상태로 마주 접촉되어 있으며, 전면은 구동축(20)과 일체로 회전되는 실린더 블록(40)의 후면이 밀착상태로 접촉하여 슬라이딩되는 슬라이딩면(51)으로 되어 있다.The
상기와 같이 이루어진 액시얼 피스톤 펌프(1)에서는 구동축(20)이 중심축(O)을 중심으로 회전할 때 케이싱(10)에 내장된 실린더 블록(40)이 일체로 회전되며, 이와 동시에 피스톤(41)은 해당 피스톤 챔버(C) 내에서 상사점과 하사점 사이를 왕복 운동하면서 밸브플레이트(50)의 흡입포트(S)를 통해 피스톤 챔버(C) 내로 유체를 흡입하거나(피스톤이 상사점에서 하사점으로 이동하는 경우), 피스톤 챔버(C) 내의 유체를 밀어주어 밸브플레이트(50)의 토출포트(T)를 통해 토출시키게 된다 (피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 경우).In the
즉, 상기 구동축(20)과 실린더 블록(40)이 일체로 회전될 때 피스톤(41)의 일단부를 지지하는 슈우(32) 및 슈우 플레이트(31)(도 2에는 미도시)가 사판(30) 위를 슬라이딩하면서 회전하고, 이에 따라 피스톤(41)이 사판(30)의 경사에 의해서 전후로 왕복 운동을 하게 되는 것이다.That is, when the
또한 상기 구동축(20)과 실린더 블록(40)이 일체로 회전될 때 실린더 블록(40)은 밸브플레이트(50)에 대하여 상대적으로 회전하는 바, 실린더 블록(40)은 밸브플레이트(50)의 슬라이딩면(51)에 밀착상태로 접하여 슬라이딩하며, 유체는 실린더 블록(40)의 후면에 형성된 피스톤 챔버(C)의 개구부(B)가 밸브플레이트(50)의 흡입포트(S)와 연결될 때 피스톤 챔버(C) 내부로 흡입되고, 피스톤 챔버(C)의 개구부(B)가 밸브플레이트(50)의 토출포트(T)와 연결될 때 피스톤 챔버(C) 외부로 토출되는 것이다.In addition, when the
물론, 이때의 유체 흡입과 토출은 피스톤 챔버(C)가 해당 포트(T,S)에 연결된 상태에서 각 피스톤 챔버 내의 피스톤(41)이 사판(30)에 의해 왕복 운동함에 따라서 이루어진다.Of course, fluid suction and discharge at this time are made as the
한편, 상기와 같이 펌프 작용을 수행하는 동안 실린더 블록(40)에 형성된 각각의 피스톤 챔버(C) 내에는 압력의 변동이 발생하며, 하나의 피스톤 챔버(C)에서 압력이 변동하는 과정은 압력상승과정과 압력하강과정을 포함한다.On the other hand, pressure fluctuations occur in each piston chamber (C) formed in the cylinder block (40) while performing the pumping action as described above, and the process of changing the pressure in one piston chamber (C) is a pressure rise process and pressure drop process.
이러한 압력의 변동은 기진력으로 작용하게 되어 장치 전체를 진동시키고, 그 결과로 소음을 발생시키는 바, 만일 압력상승과정과 압력하강과정에서 압력이 급격히 변동하면 소음의 크기가 증가할 뿐만 아니라 소음의 고주파성분이 커지게 되며, 결국 귀에 거슬리는 소음이 발생하게 된다.This change in pressure acts as a vibratory force, which vibrates the entire device, and as a result generates noise. The high-frequency component becomes larger, and eventually an annoying noise is generated.
또한 경사진 사판(30)에 대해 실린더 블록(40)을 회전시킴으로써 유체를 흡입, 토출하는 사판식 액시얼 피스톤 펌프(1)에서는 필연적으로 유량 맥동에 의한 압력 맥동이 발생한다.Also, in the swash plate type
이하, 도 3 내지 도 6을 참조로 하여, 도 1 및 도 2와 같은 유압 장치의 회전 속도를 측정하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3 to 6 , a method of measuring the rotational speed of the hydraulic device as shown in FIGS. 1 and 2 will be described in detail as follows.
도 3은 유압 장치로부터 측정된 압력 맥동의 파형을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 압력 맥동 파형에서 특정 기간 동안의 압력 맥동을 확대하여 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a view showing a waveform of a pressure pulsation measured from a hydraulic device, and FIG. 4 is an enlarged view showing a pressure pulsation during a specific period in the pressure pulsation waveform of FIG. 3 .
도 3은, 예를 들어, 도 1 및 도 2의 액시얼 피스톤 펌프의 동작시 발생되는 압력 맥동의 파형일 수 있다.FIG. 3 may be, for example, a waveform of a pressure pulsation generated during operation of the axial piston pump of FIGS. 1 and 2 .
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 액시얼 피스톤 펌프의 압력은 시간에 따라 변화한다. 이 시간에 따른 압력 변화는 압력 맥동으로 정의될 수 있다.For example, as shown in FIG. 3 , the pressure of an axial piston pump changes with time. This time-dependent pressure change can be defined as a pressure pulsation.
유압 장치의 압력 맥동은 센서에 의해 측정될 수 있다. 센서는, 예를 들어, 액시얼 피스톤 펌프에 배치될 수 있다. 한편, 이 센서는, 예를 들어, 압력 센서 및 진동 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The pressure pulsation of the hydraulic system can be measured by means of a sensor. The sensor may be arranged, for example, in an axial piston pump. Meanwhile, the sensor may include, for example, at least one of a pressure sensor and a vibration sensor.
유압 장치의 압력 맥동은 미리 설정된 시간에 따라 규칙적으로 검출될 수 있다. 예를 들어, 압력 맥동은 센서에 의해 0.1초 간격으로 검출될 수 있다. 도 3에는 첫 번째 0.1초 기간(T1; 이하, 제 1 기간) 동안 검출된 압력 맥동 파형에 대한 확대도 및 두 번째 0.1초 기간(T2; 이하, 제 2 기간) 동안 검출된 압력 맥동 파형에 대한 확대도가 도시되어 있다.Pressure pulsations in the hydraulic device can be detected regularly according to a preset time. For example, pressure pulsations can be detected by the sensor at 0.1 second intervals. 3 is an enlarged view of the pressure pulsation waveform detected during the first 0.1 second period (T1; hereinafter, first period) and the pressure pulsation waveform detected during the second 0.1 second period (T2; hereinafter, second period) An enlarged view is shown.
한편, 도 4에는 0.1초 동안 유압 장치로부터 발생된 압력 맥동의 파형을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 제 1 및 제 2 기간 중 어느 하나의 기간 동안 발생된 압력 맥동에 대한 확대도일 수 있다. 예를 들어, 도 4는 도 3의 제 2 기간에 대한 확대도일 수 있다.Meanwhile, FIG. 4 is a view showing the waveform of the pressure pulsation generated from the hydraulic device for 0.1 second. FIG. 4 may be an enlarged view of a pressure pulsation generated during any one of the first and second periods of FIG. 3 . For example, FIG. 4 may be an enlarged view of the second period of FIG. 3 .
도 5는 도 4의 압력 맥동 파형이 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 통해 처리되었을 때의 파형을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a waveform when the pressure pulsation waveform of FIG. 4 is processed through Fast Fourier Transform (FFT).
도 4의 진폭-시간 관계의 압력 맥동 파형은 고속 푸리에 변환을 통해, 도 5에 도시된 바와 같이, 진폭-주파수 관계의 압력 맥동 파형으로 변환될 수 있다. 즉, 도 5는 진동수에 따라 진폭이 변화하는 압력 맥동 파형을 나타낸다.The amplitude-time relational pressure pulsation waveform of FIG. 4 may be converted into an amplitude-frequency relational pressure pulsation waveform as shown in FIG. 5 through fast Fourier transform. That is, FIG. 5 shows a pressure pulsation waveform whose amplitude is changed according to the frequency.
도 5의 압력 맥동 파형은 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 주파수 성분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 압력 맥동 파형은 제 1 주파수 성분(F1), 제 2 주파수 성분(F2) 및 제 3 주파수 성분(F3)을 포함할 수 있다. 제 1 주파수 성분(F1)은 기본파에 해당할 수 있으며, 제 2 주파수 성분(F2) 및 제 3 주파수 성분(F3)은 각각 1차 고조파 및 2차 고조파에 해당할 수 있다.The pressure pulsation waveform of FIG. 5 may include a plurality of frequency components having different frequencies. For example, the pressure pulsation waveform of FIG. 5 may include a first frequency component F1 , a second frequency component F2 , and a third frequency component F3 . The first frequency component F1 may correspond to a fundamental, and the second frequency component F2 and the third frequency component F3 may correspond to a first harmonic and a second harmonic, respectively.
이 주파수 성분들(F1, F2, F3) 및 유압 장치의 피스톤의 수를 근거로 유압 장치의 회전 속도가 검출될 수 있다.Based on these frequency components F1, F2, F3 and the number of pistons of the hydraulic device, the rotational speed of the hydraulic device can be detected.
예를 들어, 유압 장치의 회전 속도(ωrpm)는 아래와 같은 수학식1을 근거로 산출될 수 있다.For example, the rotational speed (ω rpm ) of the hydraulic device may be calculated based on
[수학식1][Equation 1]
위 수학식1의 fn은 제 n 차 주파수 성분의 주파수(또는 피크 주파수), fn-1은 제 n-1차 주파수 성분의 주파수(또는 피크 주파수), 그리고 Zpiston은 유압 장치에 구비된 피스톤의 개수를 의미한다. 여기서, n은 1보다 큰 자연수를 의미한다.In
하나의 예로서, 도 5의 제 1 주파수 성분의 피크 주파수(fn-1)가 270[Hz]이고, 제 2 주파수 성분의 피크 주파수(fn)가 540[Hz]이고, 도 1 및 도 2에 도시된 액시얼 피스톤 펌프가 9개(Zpiston)의 피스톤(41)들을 포함할 경우, 그 액시얼 피스톤 펌프의 회전 속도(ωrpm)는 위 수학식1에 의해 1800[rpm 또는 rev/min]로 산출될 수 있다.As one example, the peak frequency (f n-1 ) of the first frequency component of FIG. 5 is 270 [Hz], the peak frequency (f n ) of the second frequency component is 540 [Hz], and FIGS. 1 and FIG. When the axial piston pump shown in 2 includes nine (Z piston )
다른 실시예로서, 유압 장치의 회전 속도(ωrpm)는 아래와 같은 수학식2를 근거로 산출될 수 있다.As another embodiment, the rotation speed (ω rpm ) of the hydraulic device may be calculated based on
[수학식2][Equation 2]
위 수학식2의 fmax는 최대 진폭을 갖는 주파수 성분의 주파수를 의미하며, 그리고 Zpiston은 유압 장치에 구비된 피스톤의 개수를 의미한다. f max in
하나의 예로서, 도 5의 제 1, 제 2 및 제 3 주파수 성분들(F1, F2, F3) 중 제 1 주파수 성분(F1)이 가장 큰 진폭(amplitude)을 갖는 바, 이와 같은 경우 수학식2의 fmax는 제 1 주파수 성분(F1)의 주파수(예를 들어, 270[Hz])일 수 있다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시된 액시얼 피스톤 펌프가 9개(Zpiston)의 피스톤(41)들을 포함할 경우, 그 액시얼 피스톤 펌프의 회전 속도(ωrpm)는 위 수학식2에 의해 1800[rpm 또는 rev/min]로 산출될 수 있다.As an example, the first frequency component F1 among the first, second, and third frequency components F1, F2, and F3 of FIG. 5 has the largest amplitude, in this case the equation f max of 2 may be a frequency (eg, 270 [Hz]) of the first frequency component F1. At this time, when the axial piston pump shown in FIGS. 1 and 2 includes nine (Z piston )
한편, 가장 큰 진폭의 주파수 성분은 제 1 차 주파수 성분일 수 있다.Meanwhile, the frequency component of the largest amplitude may be a first-order frequency component.
또 다른 실시예로서, 유압 장치의 회전 속도(ωrpm)는 아래와 같은 수학식3을 근거로 산출될 수 있다.As another embodiment, the rotational speed (ω rpm ) of the hydraulic device may be calculated based on
[수학식3][Equation 3]
위 수학식3의 fc는 인접 주파수 성분들 간의 차 주파수에 대한 평균 주파수에 가장 근접한 주파수 성분의 주파수를 의미하며, 그리고 Zpiston은 유압 장치에 구비된 피스톤의 개수를 의미한다. f c in
하나의 예로서, 도 5의 제 1 주파수 성분(F1)의 피크 주파수(fn-1)가 270[Hz]이고, 제 2 주파수 성분(F2)의 피크 주파수(fn)가 540[Hz]이고, 제 3 주파수 성분(F3)의 피크 주파수가 810[Hz]일 때, 제 1 주파수 성분(F1)의 피크 주파수와 이에 인접한 제 2 주파수 성분(F2)의 피크 주파수 간의 차 주파수는 270[Hz]이며, 그리고 제 2 주파수 성분(F2)의 피크 주파수와 이에 인접한 제 3 주파수 성분(F3)의 피크 주파수 간의 차 주파수는 270[Hz]이다. 따라서, 모든 차 주파수들의 평균은 270[Hz]이다. 이 평균 주파수(즉, 270[Hz])에 가장 근접한 주파수 성분은 제 1 주파수 성분(F1)으로서 이 제 1 주파수 성분의 주파수는 270[Hz]이다. 이와 같은 경우, 수학식3의 fc는 270[Hz]이다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 액시얼 피스톤 펌프가 9개(Zpiston)의 피스톤(41)들을 포함할 경우, 그 액시얼 피스톤 펌프의 회전 속도(ωrpm)는 위 수학식3에 의해 1800[rpm 또는 rev/min]로 산출될 수 있다. 한편, 다른 요인에 따라 평균 주파수와 그 평균 주파수에 가장 근접한 주파수 성분의 주파수는 다를 수 있다. As an example, the peak frequency f n-1 of the first frequency component F1 of FIG. 5 is 270 [Hz], and the peak frequency f n of the second frequency component F2 is 540 [Hz] and when the peak frequency of the third frequency component F3 is 810 [Hz], the difference frequency between the peak frequency of the first frequency component F1 and the peak frequency of the second frequency component F2 adjacent thereto is 270 [Hz] ], and the difference frequency between the peak frequency of the second frequency component F2 and the peak frequency of the third frequency component F3 adjacent thereto is 270 [Hz]. Therefore, the average of all difference frequencies is 270 [Hz]. The frequency component closest to this average frequency (ie, 270 [Hz]) is the first frequency component F1, and the frequency of this first frequency component is 270 [Hz]. In this case, f c in
도 6은 도 5의 주파수 성분들의 주파수 및 수학식을 근거로 산출된 각 기간 별 유압 장치의 회전 속도를 나타낸 도면이다. 예를 들어, 도 6에서의 제 1 점(P1)은 전술된 제 1 기간(T1) 동안 발생된 유압 장치의 압력 맥동을 근거로 하여 산출된 그 유압 장치의 회전수를 나타내며, 그리고 제 2 점(P2)은 전술된 제 2 기간(T2) 동안 발생된 유압 장치의 압력 맥동을 근거로 하여 산출된 그 유압 장치의 회전수를 나타낼 수 있다.6 is a view showing the rotational speed of the hydraulic device for each period calculated based on the frequency and the equation of the frequency components of FIG. 5 . For example, the first point P1 in FIG. 6 represents the rotational speed of the hydraulic device calculated based on the pressure pulsation of the hydraulic device generated during the first period T1 described above, and the second point (P2) may represent the rotational speed of the hydraulic device calculated on the basis of the pressure pulsation of the hydraulic device generated during the second period T2 described above.
도 7은 본 발명의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법을 나타낸 도면이다.7 is a view showing a method of measuring the rotational speed of the hydraulic device of the present invention.
먼저, 본 발명의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법의 제 1 단계(S1)에 따르면, 유압 장치의 압력 맥동이 검출된다. 이는 전술된 바와 같이, 유압 장치에 부착된 센서에 의해 검출될 수 있다.First, according to the first step (S1) of the method for measuring the rotational speed of the hydraulic system of the present invention, the pressure pulsation of the hydraulic system is detected. This can be detected by a sensor attached to the hydraulic system, as described above.
이후, 본 발명의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법의 제 2 단계(S2)에 따르면, 검출된 압력 맥동은 푸리에 변환된다. 예를 들어, 진폭-시간 관계의 압력 맥동 파형은 고속 푸리에 변환을 통해 진폭-주파수 관계의 압력 맥동 파형으로 변환될 수 있다.Then, according to the second step (S2) of the method for measuring the rotational speed of a hydraulic device of the present invention, the detected pressure pulsation is Fourier transformed. For example, a pressure pulsation waveform having an amplitude-time relationship may be converted into a pressure pulsation waveform having an amplitude-frequency relationship through fast Fourier transform.
다음으로, 본 발명의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법의 제 3 단계(S3)에 따르면, 푸리에 변환된 압력 맥동을 근거로 유압 장치의 회전 속도가 검출될 수 있다.Next, according to the third step ( S3 ) of the method for measuring the rotational speed of the hydraulic device of the present invention, the rotational speed of the hydraulic device may be detected based on the Fourier-transformed pressure pulsation.
본 발명의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법에 따르면, 기존의 압력 센서를 활용하여 획득된 압력 맥동을 푸리에 변환하고, 그 푸리에 변환된 압력 맥동을 근거로 유압 장치(또는 유압 부품)의 회전 속도를 검출할 수 있다. 따라서, 단순한 방법으로 유압 장치의 고장을 진단할 수 있으며, 또한 유압 장치의 수명을 예측 할 수 있다.According to the method for measuring the rotational speed of a hydraulic device of the present invention, a pressure pulsation obtained by using an existing pressure sensor is Fourier-transformed, and the rotational speed of the hydraulic device (or hydraulic component) is detected based on the Fourier-transformed pressure pulsation can do. Therefore, it is possible to diagnose the failure of the hydraulic device in a simple way, and also predict the lifespan of the hydraulic device.
한편, 본 발명의 회전 속도 측정 방법은, 다른 유압 장치, 예를 들어 유압 모터(hydraulic motor), 베인 펌프(vamp pump) 및 기어 펌프(gear pump)에도 적용될 수 있다. 한편, 본 발명의 회전 속도 측정 방법이 기어 펌프에 적용될 경우, 위 수학식의 피스톤의 수는 기어의 잇수로 대체된다.Meanwhile, the rotational speed measuring method of the present invention may be applied to other hydraulic devices, for example, a hydraulic motor, a vamp pump, and a gear pump. On the other hand, when the rotational speed measuring method of the present invention is applied to a gear pump, the number of pistons in the above equation is replaced by the number of teeth of the gear.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of
S1: 제 1 단계 S2: 제 2 단계
S3: 제 3 단계S1: first step S2: second step
S3:
Claims (8)
상기 진폭-시간 관계의 압력 맥동 파형을 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)하여 진폭-주파수 관계의 압력 맥동 파형으로 변환하는 단계; 및
상기 진폭-주파수 관계의 압력 맥동 파형을 근거로 상기 유압 장치의 회전 속도를 검출하는 단계를 포함하며,
상기 진폭-시간 관계의 압력 맥동 파형은 상기 유압 장치의 압력 센서에 의해 검출되며,
상기 유압 장치의 회전 속도 ωrpm은 아래의 수학식1에 의해 산출되며,
수학식1: ωrpm = 60*(fn-fn-1)/Zpiston
상기 수학식1의 fn은 제 n 주파수 성분의 주파수를 나타내며, fn-1은 제 n-1 주파수 성분의 주파수를 나타내며, 그리고 Zpiston은 유압 장치의 피스톤의 개수 또는 기어의 잇수를 나타내고,
상기 fn는 기본파이고 상기 fn-1는 1차 고조파 및 2차 고조파를 포함하며, 상기 fn와 상기 fn-1는 서로 다른 주파수인 건설 기계의 유압 장치의 회전 속도 측정 방법. deriving an amplitude-time relationship of pressure pulsation waveforms by regularly detecting pressure pulsations of the hydraulic device at 0.1 second intervals;
converting the amplitude-time relational pressure pulsation waveform into an amplitude-frequency relational pressure pulsation waveform by Fast Fourier Transform (FFT); and
detecting the rotational speed of the hydraulic device based on the pressure pulsation waveform of the amplitude-frequency relationship;
the amplitude-time relational pressure pulsation waveform is detected by a pressure sensor of the hydraulic device,
The rotation speed ω rpm of the hydraulic device is calculated by Equation 1 below,
Equation 1: ω rpm = 60*(f n -f n-1 )/Z piston
In Equation 1, f n represents the frequency of the n-th frequency component, f n-1 represents the frequency of the n-1 frequency component, and Z piston represents the number of pistons of the hydraulic device or the number of teeth of the gear,
The f n is a fundamental wave and the f n-1 includes a first harmonic and a second harmonic, and the f n and the f n-1 are different frequencies from each other.
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