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淺析Excel軟件在液壓泵性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用論文
液壓泵是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中重要的動(dòng)力元件，其性能好壞直接影響液壓系統(tǒng)的工作和可靠性，因此液壓泵性能實(shí)驗(yàn)是“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程中的重要實(shí)驗(yàn)，它可讓學(xué)生進(jìn)一步理解液壓泵的性能，并掌握其影響因素和測(cè)試方法。目前許多高等院校都是利用QCS003B 液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行液壓泵的性能實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)量部分主要包括壓力表、功率表、流量計(jì)、溫度計(jì)等，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都是需要人工整理計(jì)算數(shù)據(jù)和繪制曲線圖等，這些數(shù)據(jù)處理工作重復(fù)繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以大部分學(xué)生在理解了液壓泵性能的實(shí)驗(yàn)過(guò)程后，不注重或者是沒(méi)有足夠的時(shí)間認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理工作，致使不能很好地完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｒ虼�，為提高�?shí)驗(yàn)效果，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理速度是非常關(guān)鍵的。
為了加快液壓泵性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理速度，提高曲線繪制的準(zhǔn)確性，采取了利用學(xué)生已學(xué)過(guò)的Excel軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和液壓泵特性曲線繪制的方法。文章簡(jiǎn)單分析了液壓泵性能的實(shí)驗(yàn)原理，重點(diǎn)探討了利用Excel 軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的具體方法和過(guò)程。該方法操作簡(jiǎn)單，計(jì)算和繪圖準(zhǔn)確，可提高實(shí)驗(yàn)效率和實(shí)驗(yàn)效果，并可推廣到其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中。
1液壓泵性能實(shí)驗(yàn)
液壓泵的性能實(shí)驗(yàn)主要是測(cè)試被測(cè)泵的流量、容積效率、輸入功率、總效率等性能參數(shù)隨壓力的變化規(guī)律，以便分析其影響因素，并從中尋找合理使用的高效范圍，因此理解實(shí)驗(yàn)原理并進(jìn)行各參數(shù)的測(cè)量、計(jì)算、特性曲線的繪制是非常重要的。
1.1實(shí)驗(yàn)原理
根據(jù)QCS003B 實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓元件的布置，在液壓泵性能實(shí)驗(yàn)中，以定量葉片泵8 作為被測(cè)試液壓泵，其性能實(shí)驗(yàn)原理如圖1 液壓泵性能實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖所示。為方便實(shí)驗(yàn)，圖中液壓元件序號(hào)均為該實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的元件標(biāo)號(hào)。
電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)被試定量液壓泵8 為系統(tǒng)供油，輸出油液經(jīng)節(jié)流閥10 和流量計(jì)20 流回油箱，調(diào)節(jié)節(jié)流閥10 的開(kāi)度可以改變液壓泵8 的供油壓力。液壓泵8 的出口并聯(lián)有溢流閥9 和壓力表p6，系統(tǒng)最高壓力由溢流閥9 確定，壓力表p6則顯示系統(tǒng)工作壓力。
1.2性能參數(shù)測(cè)量及計(jì)算
液壓泵性能參數(shù)主要有工作壓力、供油流量、容積效率、總效率等。結(jié)合圖1液壓泵性能實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖，理解各被測(cè)參數(shù)的含義及在實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量方法，有助于加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。
1)工作壓力p
壓力取決于負(fù)載，本實(shí)驗(yàn)中被試液壓泵8 的工作壓力通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥10 的開(kāi)口大小對(duì)其加載確定，具體壓力大小從壓力表p6上直接讀出。
2)供油流量q
由于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)所用流量計(jì)20 是用指針和表盤(pán)指示出油液流過(guò)的容積，所以進(jìn)行不同壓力下的流量測(cè)量時(shí)，還需配合秒表來(lái)確定。具體方法有兩種：
①測(cè)量每分鐘指針走了多少升直接記為所測(cè)流量q;
�、跍y(cè)量每走過(guò)固定升數(shù)所用時(shí)間，然后用兩數(shù)相除算出流量q。
3)輸出功率P 出
液壓泵輸出功率可用液壓泵工作壓力p 與所對(duì)應(yīng)實(shí)際流量q 的乘積計(jì)算確定。
4)輸入功率P 入
液壓泵性能實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖可以看出，液壓泵的輸入功率即為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可用功率表19 測(cè)出電動(dòng)機(jī)的輸入功率P 表，通過(guò)查閱驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率功率曲線得出所對(duì)應(yīng)功率下的電動(dòng)機(jī)效率η電，兩者乘積即為所求液壓泵的輸入功率P入。
5)液壓泵的總效率η
液壓泵的總效率η可以通過(guò)液壓泵的輸出功率P 出與輸入功率P 入之比計(jì)算獲得。
6)液壓泵的容積效率ηV
液壓泵的實(shí)際流量q 與理論流量qt的比值稱(chēng)為液壓泵的容積效率[5]。但在實(shí)際工作中，由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境及條件的變化，理論流量qt一般不用液壓泵設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)速度及所得排量來(lái)計(jì)算，而是以空載流量代替理論流量。本實(shí)驗(yàn)中空載流量是在節(jié)流閥10 的開(kāi)度為最大時(shí)根據(jù)所測(cè)得參數(shù)計(jì)算出的流量。
2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集
在理解實(shí)驗(yàn)原理和每一被測(cè)參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算方法后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采集數(shù)據(jù)和需計(jì)算的參數(shù)新建Excel工作表，并將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讀取的液壓泵的壓力p、輸出油液容積變化5L所需時(shí)間t、電動(dòng)機(jī)的輸入功率P 表的原始數(shù)據(jù)填寫(xiě)在工作表中，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表中所示。
3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
實(shí)驗(yàn)記錄的原始數(shù)據(jù)并不是所要的結(jié)果，所以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理也是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理有兩項(xiàng)內(nèi)容，一是計(jì)算被試液壓泵的流量q、輸出功率P 出、輸入功率P 入、容積效率ηV、總效率η等，二是繪制液壓泵的特性曲線。這兩項(xiàng)內(nèi)容均比較繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很難在課堂上人工順利完成，且人工繪圖不太準(zhǔn)確。Excel軟件提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析功能，可以方便地計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、繪制曲線等，學(xué)生已有這方面的基礎(chǔ)，因此利用Excel知識(shí)可以高效、準(zhǔn)確地處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3.1計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)
首先，查閱電動(dòng)機(jī)的功率效率曲線，并將對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入功率P 表的效率記錄在表1 中相應(yīng)位置。然后，按計(jì)算要求在相應(yīng)位置輸入泵的流量q、輸出功率P 出、輸入功率P 入、容積效率ηV、總效率η的運(yùn)算公式，即可完成一個(gè)數(shù)據(jù)的處理。最后，將光標(biāo)依次置于需計(jì)算單元格的右下角，當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)“+”時(shí)，橫向拖動(dòng)光標(biāo)，就很快完成所有數(shù)據(jù)的處理。
3.2繪制并分析特性曲線
曲線比一連串?dāng)?shù)字更容易看出參數(shù)的變化趨勢(shì)，所以繪制曲線是多數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
1)繪制液壓泵特性曲線根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能繪制的液壓泵特性曲線主要有液壓泵的流量、輸入功率、容積效率、總效率隨壓力的變化曲線等，即q-p、P 入-p、ηV-p、η-p 特性曲線等。為觀察每一對(duì)應(yīng)壓力下的數(shù)值大小并方便分析液壓泵的總體性能，可將ηV-p、η-p 兩條效率曲線繪制在同一坐標(biāo)系中，而另兩條曲線則分別在各自的坐標(biāo)系中。
依次點(diǎn)擊菜單欄中的“插入”-“圖表”，出現(xiàn)“圖表向?qū)А保x擇“XY散點(diǎn)圖”及“子圖表類(lèi)型”，然后導(dǎo)入“泵的壓力”一行數(shù)據(jù)作為X軸，導(dǎo)入要繪制曲線的另一參數(shù)值作為Y軸，最后調(diào)整坐標(biāo)軸數(shù)值并增加標(biāo)題，清除網(wǎng)格線和背景等即得到特性曲線。導(dǎo)入“泵的流量”一行數(shù)據(jù)作為Y軸，可得到圖2 液壓泵的流量-壓力特性曲線;導(dǎo)入“泵的輸入功率”一行數(shù)據(jù)作為Y軸，可得到圖3 液壓泵的輸入功率-壓力特性曲線。
液壓泵的效率-壓力特性曲線的繪制方法與以上類(lèi)似，還需在點(diǎn)擊“圖表向?qū)А敝性冱c(diǎn)擊“添加系列”，便可在同一坐標(biāo)系中得到液壓泵的總效率和容積效率隨壓力變化的兩條曲線，如圖4 液壓泵總效率-壓力、容積效率-壓力特性曲線所示。
2)分析液壓泵特性
四條液壓泵特性曲線很容易看出：隨液壓泵工作壓力p 的增加，其輸入功率P入升高;供油流量q 和容積效率ηV逐漸降低;而液壓泵的總效率η 隨工作壓力p 的升高而升高，在5.5 MPa接近額定壓力時(shí)總效率最大為65.3%，隨后效率總逐漸下降。所以在選擇和使用該液壓泵時(shí)，應(yīng)保證在壓力為3.5MPa～6.1MPa范圍內(nèi)工作總效率較高。這和該液壓泵的特性非常吻合。
4應(yīng)用效果
實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生已具備Excel 知識(shí)，能利用Excel軟件完成液壓泵性能的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，且所需時(shí)間約為原始手工方式的1/4。這種方法不僅大大減少了人工計(jì)算和描點(diǎn)繪圖的人為誤差，提高了實(shí)驗(yàn)精度;而且可以省時(shí)省力地完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和液壓泵特性曲線的繪制等數(shù)據(jù)處理任務(wù)，使學(xué)生有更多的時(shí)間觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和討論分析相關(guān)問(wèn)題，極大地激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，提高了實(shí)驗(yàn)效率和實(shí)驗(yàn)效果，得到了實(shí)驗(yàn)學(xué)生和指導(dǎo)老師的一致認(rèn)可，而且在其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中也起到了良好的效果。
5結(jié)語(yǔ)
利用Excel 軟件進(jìn)行液壓泵性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工作，操作簡(jiǎn)單，方便快速，減少了人為誤差，數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確，液壓泵特性曲線繪制清晰美觀，更好地反映了實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了實(shí)驗(yàn)效果，可以推廣到其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。
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