一种用于液压马达流量检测的流量数值补偿方法与流程

本发明涉及液压元件测试领域，具体涉及一种用于液压马达流量检测的流量数值补偿方法。

背景技术：

1、液压马达是一种将液压能转化为机械能的装置，广泛应用于自行装备领域。它将液压泵提供的流体液压能转变为输出轴的机械能，液压马达的排量是其最受关注的指标之一，其数值在设计之初由其相关的结构尺寸确定，为了验证马达的排量是否准确，往往需要在出厂或投入使用前对其进行测试。理论上，排量v可由流量q除以转速n算得，即v＝q/n。可以看出，要想准确的测得排量，需要知道液压马达的转速及其流量。一般液压马达的转速可以通过转速传感器准确测得，液压马达的流量可通过流量传感器测得。

2、液压马达有两个工作油口a和b，当向a口通入高压流体时，液压马达的输出轴按某一个旋向转动，流入a口的高压流体做功后变成低压流体，由b口流出。反之，如果b口通入高压流体时，液压马达的输出轴则反向转动，流入b口的高压流体做功后变成低压流体，由a口流出。

3、对液压马达的排量进行测试时，需要分别检测液压马达顺时针和逆时针两个不同旋向的排量，因此需要分别由流量传感器检测液压马达顺时针和逆时针旋转时的流量大小。根据前面的描述可知，液压马达在工作时，其两个工作油口的流体一个处于高压状态，另一个处于低压状态。液压流体具有一定的压缩性，同样质量流量的流体在不同的压力下其体积流量存在一定的差异进行排量测试时，需要在液压马达的a口和b口处从而保证液压马达两个旋向的排量测试基准一致性。

4、这就导致测试液压马达的排量时，如果只在一个工作油口处设置流量传感器，即采用一个流量传感器的话，无论该传感器安装在液压马达的a口或者b口，那么在液压马达的两个不同旋向下，流量传感器测得的流体的体积流量分别为高压状态或低压状态，这就导致计算两个不同旋向的排量时，流量检测基准不一致。

5、为了消除这种基准不一致，往往需要分别在液压马达的两个工作油口各安装一个流量传感器，无论是测量哪个旋向下的排量，都选择高压端的流量传感器的测量数据。但是，一般高精度、耐高压的流量传感器价格很昂贵，这会加大测试装置的成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种用于液压马达流量检测的流量数值补偿方法，能够解决由于液压马达正转与反转工况下由于流体压力的不一致，导致的流量测量基准的不一致性的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

3、一种用于液压马达流量检测的流量数值补偿方法，包括：

4、步骤s1:构建液压马达回路，在所述液压马达回路的进油工作口和出油工作口分别设置第一流量传感器及第二流量传感器，获取所述进油工作口和出油工作口的油液压力数据和油液温度数据，确定所述进油工作口和出油工作口的初始流量补偿系数序列，基于二维三次样条插值法对所述初始流量补偿系数序列进行拟合，得到流量补偿系数随油液压力、油液温度连续变化的三维空间曲面模型；

5、步骤s2：获取待检测流量的液压马达，所述待检测流量的液压马达具有两个工作油口，选取任意一个工作油口，为选中的工作油口设置一个流量传感器，基于所述三维空间曲面模型确定所述待检测流量的液压马达的流量补偿系数，根据所述流量补偿系数对所述待检测流量的液压马达的流量进行数值补偿。

6、优选地，所述步骤s1，获取所述进油工作口和出油工作口的液压数据和油液温度数据，确定所述进油工作口和出油工作口的初始流量补偿系数序列，包括：

7、步骤s11：获取所述液压马达回路的供油压力最大值pmax，根据所述液压马达的规格，确定分段数m，获取分段步长得到第一序列

8、步骤s12：对于第一序列中的每个元素均执行以下操作：令取所述液压马达回路开始工作前的油液温度作为油液初始温度t0，工作中允许的最高油液温度作为油液最高温度tmax；将[t0，tmax]划分为n个温度区间，得到第二序列{tnum},0≤num≤n，即其中，对第二序列中的每个温度值，在所述液压马达回路中油液温度达到该温度值时，由第一流量传感器和第二流量传感器分别获取进油工作口和出油工作口的流量值，分别记为qh(pdis,tdis)和ql(pdis,tdis)，计算两个工作油口间的流量补偿，计算方式为得到初始流量补偿系数序列其中i＝0,1,2...n，j＝0,1,2...m-1，所述初始流量补偿系数序列中的每个值，均表示对应于供油压力pdis与油液温度tdis的流量补偿系数，其中，第一序列中的每个压力值也称为压力节点，具有m个压力节点的第一序列能够确定m-1个压力区间；第二序列中的每个温度值也称为温度节点，具有n+1个温度节点的第二序列能够确定n个温度区间；

9、步骤s13：对于第一序列中的每个元素，均执行以下操作：在条件下对第二序列中的每个温度值对应的初始流量补偿系数序列均利用一维三次样条插值法拟合出补偿系数关于油液温度的三次函数，得到第一初始流量补偿序列λk＝{λk(pdis,t)},1≤k≤m；

10、对于第二序列{tnum}，即中的每个元素，均执行以下操作：在条件下对第一序列中的每个压力值对应的初始流量补偿系数序列均利用一维三次样条插值法拟合出补偿系数关于供油压力的三次函数，得到第二初始流量补偿系数序列λl＝{λl(p,tdis)},0≤l≤n。

11、优选地，所述步骤s1，所述基于二维三次样条插值法对所述初始流量补偿系数序列进行拟合，得到流量补偿系数随油液压力、油液温度连续变化的三维空间曲面模型，包括：

12、步骤s14：对每个第一初始流量补偿序列λk，1≤k≤m，均执行以下操作：

13、对第一初始流量补偿序列λk对应的n个温度区间，为每个温度区间构造一个补偿系数关于油液温度t的三次函数，得到

14、

15、其中，aku,bku,cku,dku分别表示未知系数，λku(t)是供油压力条件下为第u个温度区间构造的三次函数，{t0,……,tn}为第二序列，t为自变量，表示油液温度，u＝1,2...n；

16、构建如下约束条件进行求解：

17、

18、得到条件下的三次函数λk(t)，1≤k≤m，λki1(ti1-1)为第i1个温度区间的三次函数在油液温度为ti1-1时的值，λki1-1为时第i1-1个温度节点算得的补偿系数，λkn(tn)为第n个温度区间的三次函数在油液温度为tn时的值；λkn为时第n个温度节点算得的补偿系数，λki2(ti2)为第i2个温度区间的三次函数在油液温度为ti2时的值，λki2+1(ti2)为第i2+1个温度区间的三次函数在油液温度为ti2时的值，λki2′(ti2)、λki2+1′(ti2)分别为λki2(ti2)、λki2+1(ti2)的一阶导数，λki2″(ti2)、λki2+1″(ti2)分别为λki2(ti2)、λki2+1(ti2)的二阶导数，λk1″(t0)及λkn″(tn)均预设为0；

19、步骤s15：将第一序列记为{p0,……,pm-1}，即共有m个压力节点，对应有m-1个压力区间；

20、对每个第二初始流量补偿系数序列λl，0≤l≤n，均执行以下操作：

21、对第二初始流量补偿系数序列λl对应的m-1个压力区间，为每个压力区间构造一个补偿系数关于供油压力p的三次函数，得到

22、

23、其中，alv,blv,clv,dlv分别表示未知系数，λlv(p)是油液温度条件下为第v个温度区间构造的三次函数，p为自变量，表示供油压力，v＝1,2...m-1；

24、构建如下约束条件进行求解：

25、

26、得到条件下的三次函数λl(p)，其中，0≤l≤n，λlj1(pj1-1)为第j1个压力区间的三次函数在供油压力为pj1-1时的值，λlj1-1为时第j1-1个压力节点算得的补偿系数，λlm-1(pm-1)为第m-1个压力区间的三次函数在供油压力为pm-1时的值，λlm-1为时第m-1个压力节点算得的补偿系数，λlj2(pj2)为第j2个压力区间的三次函数在供油压力为pj2时的值，λlj2+1(pj2)为第j2+1个温度区间的三次函数在供油压力为p＝pj2时的值，λlj2′(pj2)、λlj2+1′(pj2)分别为λlj2(pj2)、λlj2+1(pj2)的一阶导数，λlj2″(pj2)、λlj2+1″(pj2)分别为λlj2(pj2)、λlj2+1(pj2)的二阶导数，λl1″(p0)及λlm-1″(pm-1)均预设为0；

27、步骤s16：以油液温度为x轴，供油压力为y轴，补偿系数为z轴建立空间直角坐标系，将λl(p)和λk(t)进行组合，得到补偿系数随油液温度、供油压力连续变化的二维拟合曲面模型λu,v(p,t)

28、λu,v(p,t)＝λi,j(1-si)(1-ti)+λi+1,jsi(1-ti)+λi,j+1(1-si)ti+λi+1,j+1siti

29、其中，λu,v(p,t)表示第u个温度区间和第v个压力区间围成的矩形区域中的补偿系数函数，λi,j表示第i个温度节点与第j个压力节点处的补偿系数，λi+1,j表示第i+1个温度节点与第j个压力节点处的补偿系数，λi,j+1表示第i个温度节点与第j+1个压力节点处的补偿系数，λi+1,j+1表示第i+1个温度节点与第j+1个压力节点处的补偿系数；si＝(t-ti)/(ti+1-ti)和tj＝(p-pj)/(pj+1-pj)，其中ti表示第i个温度节点温度数值，pj表示第j个压力节点压力数值，且ti≤t≤ti+1,pj≤p≤pj+1；

30、步骤s17：基于补偿系数随油液温度、供油压力连续变化的二维拟合曲面模型，得到补偿系数随油液温度、供油压力连续变化的三维空间曲面模型

31、

32、优选地，所述步骤s2，包括：

33、步骤s21：获取待检测流量的液压马达，所述待检测流量的液压马达具有两个工作油口，选取任意一个工作油口，为选中的工作油口设置一个流量传感器；当设置了流量传感器的工作油口作为进油工作口时，则无需补偿，将所述流量传感器测量得到的数值作为检测数据输出，方法结束；当设置了流量传感器的工作油口作为进油工作口时，将所述流量传感器测量得到的数值记为ql(p,t)，再由温度传感器测量得到所述待检测流量的液压马达的实时油液温度t，由压力传感器在进油工作口测量得到油压p，基于所述三维空间曲面模型确定所述待检测流量的液压马达当前的补偿系数λ(p,t)，进入步骤s22；

34、步骤s22：由检测泄漏的流量传感器获取所述待检测流量的液压马达对应的泄漏流量，记为q泄(p,t)；根据所述当前的补偿系数λ(p,t)对所述待检测流量的液压马达进行流量数值补偿。

35、优选地，根据所述当前的补偿系数λ(p,t)对所述待检测流量的液压马达进行流量数值补偿，补偿后的流量数值为

36、qh(p,t)＝λ(p,t)·(ql(p,t)+q泄(p,t))。

37、优选地，m的取值依据所述液压马达的功率确定。

38、本发明提出的流量测量补偿方法的核心思想是基于液压流体在不同工况下的物理特性变化，主要考虑液压流体的工作压力、油液温度、流体介质，事先测得某种特定的流体介质，在不同的油液温度下，其体积流量随流体压力、油液温度的变化情况。进而，在实际的液压马达排量测试过程中，将测得的低压状态下的流量经过补偿换算后，得到其在高压状态下的流量大小。

39、有益效果：

40、(1)本发明可以通过低压流量准确估计出高压流量数值，简化了系统的复杂程度，节约了设备成本，有效降低了设备故障的概率，提高了系统的容错性。

41、(2)本发明得到的补偿关系随系统温度和压力信息的改变而实时调整，也即在系统工作的任何时刻均能对流量数值进行准确的补偿。

42、(3)本发明计算得出的三维补偿曲面函数覆盖液压系统工作的全部温度和压力条件，因此在液压系统的各个工作阶段均适用。且此方法不受工作环境限制，在各种工况条件下均具有良好的适用性。

43、(4)本发明对于确定的液压系统计算得到的三维补偿曲面模型是固定的，对于某一确定系统，在不考虑设备更换等外部因素的情况下，补偿结论将长期适用。