挖掘机液压系统检测仪的研制 -.pdf

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 Th e Re s e a r c h o f Hy d r a u l i c Sy s t e m T e s t i n g I n s t r u me n t f o r E x c a v a t o r 袁 海龙 石文 磊 冀鑫 炜 解放军理 工大学工程兵工程学院 南京2 1 0 0 0 7 [ 摘 要] 基于 E C M一 9 4 5 G S E工控机 、 3 2位 S T M3 2 F 0 1 3芯片和一体化传感器设计硬件 电路 ， 软件系统采 用 L a b V I E W 开发而成， 最后针对 G J w1 l l 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 ] T P 3 9 3 [ 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 E C M一 9 4 5 G S E__ [ 控 机 、 基于 A R M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『 f u s B 总 线 } 1 2 V ／ 5 V电源 工控机 应 用软件 广 ]厂 US B总线 CBL 鲻 压力传 感 电缆 液晶屏 l 1 2 V电源 电源模块I ] C BL 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 F S 的百分 比和 示读 数 I R 的 分 比 表 1 传 感器技 术性能 流 妻 ％ H 1s 4 0 0 l ／ m in 0 ～ 5 v D C 感 器 2 0 lp m 5 0 m 1 0 4 O 0 L ／ ～ V 1 ． 5 ％ F S s 2 。 ℃ V DC 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 E C M一 9 4 5 G S E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 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 仪器仪表与分析监测 2 0 1 0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 l 2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 U S B总线传输到工控机主板 ， 供 C P U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 A R M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 S T M3 2 F O 1 3 ， 该 片是 3 2位 基于 A R M 核心 的带 闪 存、 U S B、 C A N的微控制 器 、 7个 1 6位定 时器、 2个 A D C、 9个通信接 口的增强性 A R M系列嵌入式微 电 脑单片机。该单片机使用高性能的 A R M C o d e xM 3 3 2位的 R I S C内核 ， 工作频率为 7 2 M H z ， 内置高速存 储器 高达 1 2 8 K的闪存和 2 0 K的 S R A M ， 丰富的 增强 I ／ 0端 口和联接到两条 A P B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 ． 2 A ／ D转换功能 该单片机 内嵌 2个 l 2位 的模 拟／ 数 字转换 器 A D C ， 每个 A D C有多达 1 6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 2 0 一 组模拟输入一 卜自动进行。 A D C可以使用 D M A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l l} 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 4 A ／ 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 S DMMC存储器， 存 储容量为 2 G B。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 1 6 0 W 智能 D C ／ D C A T X变换器 ， 该变换器具 有高效率 、 薄尺 寸、 标准 A T X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～ 3 0 V， 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 2 2 0 V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。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 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 L a b V l E W 平 台， 由于 L a b V I E W 是基于模块 化的 序 设计思想 ， 凶此在 发过 程 L f j 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 L a b V I E ．．．． 特 行 的 V I ． ．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 G J W1 1 1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 I J 、 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 大按照测试步骤对挖掘 机进 行测 试， 测得主油 泵 的 l _『 1 - j 力J J 【 1 载时最人f f f 为 3 0 ． 4 7 MP a ， 不加裁的情 况 卜为 7 ． 9 6 MP a ， t汕 泉 l 作 I 1 【 】 转 压 力 最 大 3 ． 5 7 Mp a ， 趟 常{ l i - ⋯ ，5 然 ， 川转马达 安 阀或 【 I 1J 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 ， 2 0 0 0 ． 2 ] 侯 罔屏 ， 王砷．L a b V I E W7 ． 1程序与虚拟仪器 设计 M] ．北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 7 ， 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 ， 1 9 9 2 3 4 1 5 4 ． 规程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 ． 2 0 0 0 5 8 1 8 5 ． 参考文献 [ 1 ] 电站锅炉性能试验规程 [ s ] ． G B 1 0 1 8 4 8 8 [ 4] 罗灭祥 ， 鲍栋文． 锅炉机组件 能试验规程 [ S ] AS ME P TC 4． 1． 1 97 3． 一 2l 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m