一种新型容积式复合齿轮动态流量计

　　1　引言

　　在液压元件及系统的试验研究和故障诊断中,流量信号往往是需要测量和控制的重要参数之一,流量测量通常包括测量系统的稳态平均流量和测量动态流量。其中,利用安装在回油管上的低压流量计可实现对系统的稳态平均流量测量,检测出系统的总的泄漏量。而系统动态流量的测量,对于评价伺服阀、比例阀等控制元件,以及液压控制系统的动态特性都有非常重要的意义。

　　容积式流量计是属于直接测量法,是测量液压系统流量的一种最直观、最有效的方法,但由于目前容积式流量变送器本身的流量脉动大,一般不能用于高压液压系统的动态流量测量。例如,目前常用的椭圆容积式流量计,虽然结构简单,造价便宜,但因其流量脉动大,不能用于测量高压液压系统的动态流量,限制了该类流量计的应用。对于普通齿轮流量计来说,虽然流量脉动较椭圆流量计小,但仍有较大的流量脉动(13%左右)[1],故也只能用在中、低压液压系统的测量;而其他以椭圆流量计、齿轮流量计原理为原型的一些变体,主要是考虑扩大流量计的测量范围,其流量计本身的脉动仍很大,一般也无法用在高压液压系统的动态流量测量。

　　目前高压液压系统的动态流量测量,多采用间接测量法,如测试液压缸+速度传感器、二通插装式动态流量计、智能压差式动态流量计等,但由于流体介质本身性质的不确定性,处于变速流动状态的介质内部存在着粘性摩擦力、惯性力的作用,流体内部还会产生不稳定的漩涡和二次流等复杂流动现象以及流动状态、边界条件、现场测试环境、管理条件等的不同,使得受以上各种条件影响很大的间接式动态流量计不可能适用于各种测试环境,即:对于基于间接测量法设计的动态流量计,由于实验场合、环境的不同,一般只能点对点设计。针对以上问题,本文设计了一种适应性强,使用范围广,可测量中、高压液压系统动态流量的容积式复合齿轮流量计。

　　2　工作原理

　　(1)流量变送器的工作原理

　　复合齿轮动态流量计由流量变送器和转速测量2部分组成,其中,流量变送器部分是依据复合齿轮泵原理来设计的,工作原理如图1所示,采用定轴轮系。由图1可以看出,该流量计共有6个进油口P(3个在内啮合处形成,3个在外啮合处形成),6个出油口T(3个在内啮合处形成,3个在外啮合处形成)。流量变送器将流量信号转换为转速信号,将一种不容易测量的动态流量信号转变为一种较易测量的速度信号,再利用式(1)[8],经过变换,将转速值转换为被测系统的流量值输出。

　　(2)复合齿轮流量计的组成

　　如图2所示,复合齿轮流量计由复合齿轮流量变送器(流量传感器)和测转速装置2部分组成,液压系统的动态流量通过流量变送器转变为转速信号,通过测速发电机将流量变送器中心轮的转速信号转变为电信号,通过放大器、A/D转换器、数据采集卡,将数据输入计算机,可实时监控系统的动态流量。从图2还可看到,利用此系统的测量原理,还可测出系统的压力、温度等信息,通过编写有关计算机程序,经计算机分析和处理,可实现对系统的监控。