挖掘机液压系统检测仪的研制

挖掘机液压系统检测仪的研制 挖掘机液压系统检测仪的研制袁海龙,等 挖掘机液压系统检测仪的研制 TheResearchofHydraulicSystemTestingInstrumentforExcavator 袁海龙石文磊冀鑫炜 (解放军理工大学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 兵工程学院南京210007) [摘要]基于ECM一945GSE工控机,32位STM32F013芯片和一体化传感器设计 硬件电路,软件系统采 用LabVIEW开发而成,最后针对GJw1ll型挖掘机的回转系统,进行故障检测,给出 捡测与诊断实例 [关键词]液压系统;虚拟仪器;检测;传感器 [中图分类号]TP393[文献标志码]B 液压传动系统具有结构轻巧,传动比大,运行 平稳,有效防?二过载,易于实现尢级调速和自动 化,易于实现自动控制及远距离操纵等优点,被广 泛应用于r机械巾液压系统结构复杂,其内 部状态又难以观测,容易发牛故障,给液系统的 运行状态测和日常维护保养带来一定的困难, 故障诊断与检测难度大.传统的诊断方法是在各 检测部位安装压力表,流量计,功率表等俭测仪 器,通过人一】观察的方式进行,其方法落后,速度 慢,精度低,可靠性差,人为影响因素多.本文将 虚拟仪器应用到挖掘机的故障检测中,是对传统 仪器的重大突破,从根本上史新r仪器的概念,具 有传统仪器无法比拟的优势. 1检测仪的硬软件组成结构及工作原理 1.1系统硬件组成 硬件部分包括核心控制单元ECM一945GSE__[控 机,基于ARM芯片的8通道数据采集模块,液晶屏, 触摸屏,电源模块,m'压力测量传感器,以及一体化 温度,压力,流量测鼍传感器和仪器箱体等如图1 所示. 一VGA连接l一 触摸屏『 fusB总线 — }12V/5V电源工控机———— (应用软件)广]厂 USB总线 CBL 鲻 压力传感电缆 液晶屏 l12V电源 电源模块I ————]CBL电缆—— 八通道数据嘲p-O—T 采集模块医一体化感 图1液压系统检测仪组成框图 1.2传感器的选型 传感器的选择对于测试的结果极为重要,系统 测试的参数为温度,压力,流镀3个信号,采用P—Q—T 传感器组,该传感器组将压力传感器,温度传感器安 装涡轮流垃传感器的壳体上,以满足在同一点,同 时高精度测出压力,流量,温度的要求,增强了测试 系统的_【】『开发性,减少了泄露. 表1列出各传感器的具体技术性能,包括传感器 的精度,采样周期,量程以及各传感器输出的信号. 精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标. 这采用两种标准:满刻度(FS)的百分比和示读 数(IR)的分比 表1传感器技术性能 流妻%H1s400l/min0,5vDC感器20lpm)50m104O0L/,)V 1.5%FSs2.?VDC 1.3工控机的选型 由于挖掘机的作业现场往往具有强烈的震动, 灰尘特别多,另有很高的电磁场力干扰等特点,为提 高系统的抗干扰性,可靠性和使用性能,采用ECM一 945GSE工控机作为系统的主控制核心单元.工控机 的原理图如图2所示. 一 19— 《仪器仪表与分析监测)2010年第1期 图2工控机的原理图 1.4数据采集系统 检测仪的数据采集系统能够提供检测传感器所 需要的激励电源,具有8路l2位模数转换功能,将调 理后的压力,温度和流量信号转换为数字量,通过 USB总线传输到工控机主板,供CPU进行故障检测 与判断等后续处理.数据采集系统的原理框图如图 3所示 传 感 器 图3数据采集系统原理框图 1.4.1基于ARM的嵌入式单片机 数据采集系统的核心是嵌入式微处理芯片 STM32FO13,该片是32位基于ARM核心的带闪 存,USB,CAN的微控制器,7个16位定时器,2个 ADC,9个通信接口的增强性ARM系列嵌入式微电 脑单片机.该单片机使用高性能的ARMCodex—M3 32位的RISC内核,工作频率为72MHz,内置高速存 储器(高达128K的闪存和20K的SRAM),丰富的 增强I/0端口和联接到两条APB总线的外设.该单 片机内置独立的看门狗电路,在系统崩溃时使单片 机复位.同时在软件编程中也设置了看门狗,充分 保证数据采集系统的可靠性与稳定性. 1.4.2A/D转换功能 该单片机内嵌2个l2位的模拟/数字转换器 (ADC),每个ADC有多达16个外部通道,可以实现 单次或扫描转换.在扫描模式下,转换在选定的一 一 20一 组模拟输入一卜自动进行. ADC可以使用DMA操作,其模拟看门狗功能允 许非常精准地监视一路,多路或所有选中的通道,当 被监视的信号超出预置的阈值时,将产生中断,采集 系统转入ll}1断处理进程这种技术方案的设汁提高 了系统工作的稳定度和抗二}:扰功能,保征了对传 感器输入信号的精确监测与准确转换,提高数据 采集的精度,A/D转换流图如图4所示. 图4A/D转换流程图 1.4.3数据的缓冲存储功能 数据采集卡上扩展了外部SD—MMC存储器,存 储容量为2GB.数据采集卡在工作过程中,采集系统 采集的数据可由系统软件控制是否存储.这样在数 据系统出现意外故障时,可以保存缓冲数据,供系统 恢复后使用,这样由多种手段保证了系统采集的准 确性和可靠性. 1.5电源模块 电源模块选用160W智能DC/DCATX变换器, 该变换器具有高效率,薄尺寸,标准ATX输出等特 点,适用于车载电脑,工控机等多种用途.电源的输 入范围可达6,30V,能够适应大多数工程机械的电 源规格.这样的设计可以使得检测仪有两种电源供 电方案,既可以实现应用车载电源供电,也可以实现 220V工频电源供电,有效的提高了检测仪的电源适 应性和应用范围. 挖掘机液压系统检测仪的研制袁海龙.等 2系统的软件设计 软件的开发丛于LabVlEW平台,由于LabVIEW 是基于模块化的序设计思想,凶此在发过程Lfj 也是小遵循这一心想,将每个功能做成集成的跌 块,以便于的调试和修改,降低序的复杂性: 软件主要山渎收数库,数据采集,数据分忻,数据 显示和数据管理馍块组成,每个模块义f以分成不 同的子模块,根据测试的具体情况,可以将馍块程序 建立成LabVIE~....特行的VI..液检测软件程序 流程图如图5所示.. :定通道 J 数击噼采集 I 读取数库卜_一I数据分析 ————————土————一 数{?!小 I 数据管理 图5液压检测软件程序流程图 3检测仪的应用 将检测仪连接到GJW111型挖掘机,对该挖掘 机液压系统进行测试,系统共测试了6路信号,分别 是.二泉IJ,凹转码达I作,J,转向泵』_}三 力,伺服泵1作压力,转向泵流带,转向泉的温度. 挖掘饥的实际放障表现为同转时液偏蓐过 大:按照测试 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 对挖掘机进行测试,测得主油泵 的l_『1-j力JJ【1载时最人fff为30.47MPa,不加裁的情 况卜为7.96MPa,t汕泉l作I1【?】转压力最 大3().57Mpa,趟常{li-…,5然,川转马达 安阀或【I1J转玛达进汕阀有故障,经过拆建,发现 同转马达安个阀磨损严重,需要进行更换. 4结论 挖捌饥液J系统检测仪f『j『『】微脯技术实现r 测参数的采集,存储,示,数据传输以及故障诊 断的功能操作简单,传感器连接方便快捷,界友 好,测试精度高,可以满足对挖掘机的故障榆洲,该 检测仪的用为工程机械液乐系统的故障诊断提供 r准确实用的手段. 参考文献 [1张万军.数字式液压系统俭测仪及其测试方法 的研究[D].南京:解放军工大学T程兵I 程学院,2000. 2]侯罔屏,王砷.LabVIEW7.1程序与虚拟仪器 设计M].北京:清华大学出版社,2007,3. 七弋七女七七弋弋七弋弋 (上接第3页) 所需要的测点数日,得钊_r锅炉实时计算模型.[2]冯俊凯,沈幼庭.锅炉原理及计算[J].北京:科 该模型计算结果通过和我国电站锅炉性能试验学版社,1992:34—154. 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 中的锅炉热效率计算结果相比,误差较小,能够[3:范从振.锅炉原理[M].J匕京:中国电力出版 满足工程需要.社.2000:58—185. 参考文献 [1]电站锅炉性能试验规程[s].GB10184—88 [4]罗灭祥,鲍栋文.锅炉机组件能试验规程[S] ASMEPTC4.1.1973. 一 2l一