基于虚拟仪器技术的挖掘机液压系统状态检测系统的设计.pdf

2 0 1 2年 5月 第 4 0卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Ma v 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 4 2 基于虚拟仪器技术的挖掘机液压系统状态检测系统的设计 杨艳霞，徐莉萍，任德志 河南科技大学机 电工程学院，河南洛阳 4 7 1 0 0 3 摘要以相应的传感器为硬件基础，采用 N I 公司的 U S B 6 0 5 1 数据采集卡，基于 L a b V I E W 开发软件，设计了挖掘机液 压系统状态检测系统。该系统不仅能实现数据的采集 、信号的滤波分析以及信息的存储和查询，而且能更好地实现人机交 互功能，界面直观易懂，使用方便，具有广阔的应用前景。 关键词虚拟仪器技术；液压系统；状态检测 中图分类号 T P 2 7 1 ． 3 1 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 01 3 3 3 De s i g n o f S t a t e De t e c t i o n S y s t e m f o r Ex c a v a t o r Hy dr a u l i c S y s t e m Ba s e d o n Vi r t ua l I ns t r ume n t Te c h no l o g y YANG Ya n x i a．XU Li pi ng． REN De z h i C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g，He n a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， L u o y a n g He n a n 4 7 1 0 0 3，C h i n a Ab s t r a c t Us i n g r e l e v a n t s e n s o r s a n d t h e d a t a a c q u i s i t i o n c a r d US B6 0 5 1 ma d e b y NI c o mp a n y ， b a s e d o n L a b V I EW s o f t wa r e，a s t a t e d e t e c t i o n s y s t e m f o r e x c a v a t o r h y d r a u l i c s y s t e m wa s d e s i g n e d ．T h i s s y s t e m n o t o n l y c a n b e u s e d t o r e a l i z e d a t a a c q u i s i t i o n ，s i g n al fi l t e r i n g a n a l y s i s ，a n d i n f o r ma t i o n s t o r a g e a n d i n q u i r i e s ，b u t a l s o h a s b e t t e r h u ma n ma c h i n e i n t e r a c t i o n f u n c t i o n，i n t u i t i v e i n t e r f a c e a n d e as y u s a g e．Th e r e f o r e i t wi l l ha v e a br o a d a p p l i c a t i o n pr o s pe c t ． Ke ywor dsVi r t u a l i ns t r u me n t t e c h no l o g y；Hy dr a u l i c s y s t e m ；S t a t e d e t e c t i o n 虚拟仪器技术是指充分利用现有计算机资源，配 以独特设计的软硬件 ，实现普通仪器的全部功能 以及 一 些在普通仪器上无法实现的功能。它依赖软件 ，通 过计算机来控制测试硬件、分析和提供测试数据。它 不但 功能多样 、测 量准 确 ，而且 界 面友 好 、操作 简 易，与其他设备集成方便灵活。2 0世纪 8 0年代 中 期 ，美国国家仪器 公 司 简称 N I 首先提 出 软件就 是仪器 这一概念，并研 发 出了虚拟 仪器 的开发软 件L a b V I E w。它以其 直观的流程 图编程风格 的软 件开发和运行平台，使编程人员可以很方便地简化程 序设计 以及设计 出更加直观 的用户界面 。 1 挖掘机液压系统检测系统概述 挖掘机液压系统是一个复杂的系统 ，各子系统间 紧密耦合，同时由于其工作环境的特殊性，决定了挖 掘机液压系统是个高故障率和故障危害性很大的作业 系统。对液压系统进行监测 ，对保证挖掘机的正常工 作有着 重要 的意义 。 1 ． 1 液 压 系统 的传 统检 测 方法 液压传动因其易于实现 自动化的优点，当前被广 泛应用于工业领域 。在液压系统 中，为了确保系统的 良好运行，不管是液压元件，还是液压系统，都需要 对其性 能进行 检测 。液压元件性能 的好坏直接关系到 液压系统性能是否稳定，同系统的运行故障是密切相 关的。元件在出厂前都需要进行静态的、动态的性能 试验 ，以得到元件 的性能参数 。这些性能检测 内容包 括 液压泵 的压力流 量特 性 、容积 效率 、机 械效 率 、 液压阀的静态和动态特性等。 液压系统在调试过程中以及使用期间，也要对特 性进行检测。检测的内容包括液压回路的速度负载特 性、压力负载特性等。对这些特性进行分析时，需要 许多的检测数据，诸如压力、流量、速度 、功率 、油 温等等。传统的检测方法是在检测部位安装压力仪 表 、流量计等检测仪器 ，通过人工观察的方法来实 现 。存在 的问题是方法落后 、精度低 、速度慢 、人为 因素影响较大等 。 随着计算机技术和微电子技术的快速发展，采用 传感元件将液压系统的特征信息转化为电信号，通过 A D C转化为数字信号 ，引入嵌入式系统或计算机系 统 ，对数据进行进一步 的处理和分析 ，可 以实现对液 压 系统快 速的 、准确 的检测 ，为 系统 的良好运转提供 收稿 日期 2 0 1 1 0 5 2 3 作者简介杨艳霞 1 9 8 3 一 ，女，硕士研究生，主要研究方 向为智能测试技术及仪器研究。Em a i l y a n gya n x i a 6 1 6 1 2 6 ． C O B。通信作者徐莉萍，Em a i l x l p z z 1 6 3 ． c o rn。 1 3 4 机床与液压 第 4 0卷 坚实保障 。为判断挖掘机 液压系统工作正常与否需要 液 的污染程度 、油温等参数 ，见表 1 。 检测 的有振动 、转速 、噪声 、温度 、流量 、压力 、油 表 1 液压 系统 需要检测 的参数 在实际工作 中，判断挖掘机 液压系统工作正常与 否主要依靠两个参数 温度和压力。通 常涉及到 的诊 断指标有振 动 、转速 、噪声 、温度 、流量 、压力 、油 液的污染程度、油温等，但是这些指标的优劣最直接 的表现就是温度和压力。所以文 中主要考虑温度和压 力两个参数 的检测 ，以及 液压泵 转速 和振 动 的检测。 采集液压 系统 的技术工况参数 ，建立挖 掘机液压 系统 的技术 状况档 案 ，实现对系统工况条件的实时监控 和 状态变化趋势的分析评估 ，及时地对系统进行维护作 业 。 1 ． 2检测 系统的总体设计方案 通过相 应的传感器采集挖掘机液压系统的各个重 要参数，运用 C A N总线的接口将传感器检测到的数 据信息顺利地引入 P c系统。应用 P c系统丰富的运 算资源结合 L a b V I E W 软件技术，将采集到的数据信 息通过浅显易通的界面人性化地显示 出来 ，如图 1 所 示。一方面可以方便挖掘机操作人员检测挖掘机液压 系统 的运行状态 ，另一方面也可以帮助挖掘机维护人 员很好地判断液压系统发生故障的原因以及分析故障 的所在 部位 。 图 1 检测系统的总体设计方案 2检测系统的设计 2 ． 1 传感 器 的选择 要想很准确地反 映挖掘机 实际的工作 状况 ，应选 择合适的传感器。合适的传感器不仅需要满足检测的 静态特性 ，如线性度好 、灵敏度高 、滞后量 小 、重 复 误差小等，而且还要满足检测的动态特性要求，如稳 定性 。 针对振动信 号的检测 ，作者选用上海测振 自动化 仪器有限公 司的型号为 Y D 9 2 0 0 A两线制 一体 化振 动 变送器 。它使用 D C 2 4 V电源 ，输 出 4～2 0 m A电流 ， 测量 范围为 0 ～ 5 0 0 m或 0～ 5 0 ． 0 m m ／ s 。 对于转速 的 检测 ，作者选用型号为 Y D一 6 0无源磁 电转速传感 器 。它可 以实现非接触测转速 。同时作者选 用 P T 1 0 0 热电阻传感器来测各个泵的温度以及 选用广 东佛 山浩 捷电子仪器有限公司提供的型号为 2 0 5的压力传 感器 ，来检测各点处 的压力 。 2 ． 2 采集卡的选择 选用 N I 公司 的 U S B 6 0 5 1 数据采集 卡。它共有 2 4 路数字 I ／ O 口，可分配为 8路模拟输入 此 时为单端 输入 ，也可 以配置成 4路 模 拟输 入 ，此 时 为差 分输 入 、2路模拟输 出。1 2路 数字 I ／ O 口，可单 独配 制 成输入或输 出和 1 路计数器输入 。 2 ． 3 系统参数 检测 2 ． 3 ． 1 温度检测 液压系统 发热是 挖 掘机较 为普 遍 的一 种故 障现 象 ，同时它也是用来分析处理较为复杂故障的一项重 要指标。通 常挖掘机正常工况下 ，液压系统油温应在 6 0℃左右 油泵的温度会较之高出5～1 0℃ ，如果 超出较多 ，则称之为液压系统发热 。液压系统 发热现 象如不能及 时处 理 ，就会 对 系统 产生极 为 不利 的影 响。为此，在挖掘机工作正常情况下，采用便携式红 外线测温仪来测得正常温度，在此基础上浮动 8～l 0 ℃，作为报警值。当温度超过报警之后 ，状态检测界 面上 见图 2 就会 出现报警 ，同时指示灯 由暗红 色 变为亮红色，相应出现故障代码和故障原因。