基于紅外檢測(cè)的當(dāng)代工程車輛液壓油溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

史同心

摘 要：挖掘機(jī)液壓油的溫度不僅直接影響挖掘機(jī)的壽命，而且存在安全隱患，也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。文章介紹了以挖掘機(jī)為代表的工程機(jī)械車輛液壓油溫紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)，并基于物聯(lián)網(wǎng)和智能化技術(shù)提出了一種基于紅外檢測(cè)的當(dāng)代工程車輛液壓油溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械車輛;液壓油;溫度監(jiān)測(cè);紅外檢測(cè);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U467.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-102-03

Abstract： The temperature of excavator hydraulic oil not only directly affects the life of excavator， but also has potential safety hazard， which also pollutes the environment. This paper introduces the infrared monitoring technology of hydraulic oil temperature of construction machinery vehicles， which is represented by excavators. Based on the Internet of things and intelligent technology， this paper puts forward a kind of modern engineering vehicle hydraulic oil temperature monitoring system based on infrared detection.

Keywords： Construction machinery vehicle; Hydraulic oil; Temperature monitoring; Infrared detection; System design

CLC NO.： U467.4? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-102-03

1 引言

目前，我國工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入新的階段，加之工業(yè)4.0概念的不斷深化和智能制造概念的不斷滲透，我國工程機(jī)械車輛作為工業(yè)建設(shè)的重要組成部分，也進(jìn)入了快速發(fā)展階段[1]。目前，據(jù)中國工程機(jī)械協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，作為工程機(jī)械車輛典型代表且市場(chǎng)活躍度高的液壓挖掘機(jī)，2003年國內(nèi)總銷量為23490臺(tái)，5年后的2008年，全國總銷量為10萬臺(tái)，15年增長了5倍。2018年，全國的挖掘機(jī)銷量超過20萬臺(tái)，同比增長約50%。相關(guān)研究表明，工程機(jī)械車輛液壓油溫度直接反映了液壓油的使用狀況，直接影響工程機(jī)械車輛的使用壽命，對(duì)安全使用、環(huán)境保護(hù)等方面都有重要影響。因此對(duì)工程機(jī)械車輛液壓油溫進(jìn)行檢測(cè)是十分必要的。目前對(duì)液壓油溫度的檢測(cè)方法很多，本文以工程機(jī)械車輛的典型代表挖掘機(jī)為研究對(duì)象，介紹了一種新型的工程機(jī)械車輛液壓油溫紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)，并基于物聯(lián)網(wǎng)和智能化技術(shù)提出了一種基于紅外檢測(cè)的當(dāng)代工程車輛液壓油溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)方法的多維智能監(jiān)控系統(tǒng)分析

本文將基于物聯(lián)網(wǎng)的多維智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于大型挖掘機(jī)上。傳感器對(duì)挖掘機(jī)液壓油溫進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)終端采集的信號(hào)通過GPRS發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器的專家系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行科學(xué)、有效的相關(guān)性分析，服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)將分析后的信息發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備。

2.1 利用監(jiān)控終端傳感器

監(jiān)測(cè)終端可檢測(cè)挖掘機(jī)液壓油溫，并完成對(duì)其的初步分析和診斷。通常情況下，終端通過GPRS無線傳輸特征值和狀態(tài)電平到控制中心;當(dāng)發(fā)生默認(rèn)異?；蚩刂浦行男?zhǔn)的特殊情況時(shí)，將發(fā)出警報(bào)，并將原始數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2.2 無線傳輸

采用可靠性和高傳輸率相結(jié)合的方式，當(dāng)控制中心與終端之間的距離處于RF無線覆蓋范圍（0～ 5km）時(shí)，優(yōu)先采用RF無線“多對(duì)一”傳輸方式;當(dāng)來自每個(gè)終端的信號(hào)被GPRS服務(wù)覆蓋時(shí)，它將使用GPRS“多對(duì)一”時(shí)終端未被傳輸覆蓋模式;對(duì)于GPRS信號(hào)，終端首先通過射頻無線模塊向具有一定編號(hào)和特定距離的另一終端發(fā)送信號(hào)，直到目標(biāo)終端被GPRS覆蓋，然后將所包含的挖掘機(jī)信息統(tǒng)一發(fā)送到服務(wù)器。

2.3 PC服務(wù)器的功能及物聯(lián)網(wǎng)整合

主要由中央處理器、內(nèi)存、芯片組、I/O總線、I/O設(shè)備、電源、機(jī)箱及相關(guān)軟件組成?；谖锫?lián)網(wǎng)的挖掘機(jī)液壓油溫度紅外信息智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能包括：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和管理、HTTP和WAP服務(wù)，多個(gè)顯示器，液晶觸摸屏顯示挖掘機(jī)的整體運(yùn)行狀態(tài)，液晶屏顯示內(nèi)容分析和控制[2]。

物聯(lián)網(wǎng)是連接事物的互聯(lián)網(wǎng)。首先，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是基于互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。其次，物聯(lián)網(wǎng)的用戶終端可以擴(kuò)展和擴(kuò)展到任何對(duì)象，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外傳感器，將任何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，按照約定的協(xié)議進(jìn)行信息交換和通信的網(wǎng)絡(luò)。全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀和其他傳感設(shè)備;實(shí)現(xiàn)了智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和對(duì)象管理等功能。通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的手機(jī)、筆記本電腦和計(jì)算機(jī)，可以很容易地了解和診斷挖掘機(jī)的狀態(tài)。

3 紅外監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建及評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1 挖掘機(jī)液壓油溫紅外檢測(cè)系統(tǒng)

紅外測(cè)溫技術(shù)基于自然界中溫度高于絕對(duì)零值的任何物體。物體一直輻射紅外線，紅外線攜帶物體的特征信息，這為利用紅外技術(shù)區(qū)分物體變化的溫度和熱場(chǎng)分布，物體對(duì)熱力學(xué)溫度的變化提供了客觀依據(jù)。當(dāng)物體產(chǎn)生的熱量發(fā)出紅外輻射時(shí)，物體的加熱功率也會(huì)隨之改變。同時(shí)在物體周圍形成一定的表面溫度分布場(chǎng)。該溫度分布場(chǎng)取決于物理對(duì)象的熱特性，即對(duì)象內(nèi)部的熱擴(kuò)散以及對(duì)象的表面溫度與外部溫度之間的熱交換。利用此功能，物體的電加熱部件的輻射功率信號(hào)被紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào);成像設(shè)備可以相應(yīng)地模擬表面溫度的空間分布，該表面溫度在經(jīng)過電子系統(tǒng)處理后會(huì)散布在屏幕上，并獲得與物體表面熱量分布相對(duì)應(yīng)的熱圖像。

在正常情況下，裝置溫度趨勢(shì)一般應(yīng)與大氣溫度趨勢(shì)一致。在設(shè)備故障的情況下，如電路或機(jī)械故障，溫度可能出現(xiàn)異常變化。相對(duì)于振動(dòng)檢測(cè)液壓油，需要推理才能知道機(jī)器的故障點(diǎn)，紅外監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是提供了一個(gè)直接的圖像描繪，而它的不足是缺乏深層次和基礎(chǔ)性的分析。紅外系統(tǒng)是一種采集和應(yīng)用紅外輻射的裝置;它由紅外輻射源、采集紅外輻射的光學(xué)機(jī)械裝置、紅外探測(cè)器和相應(yīng)的電子信號(hào)處理裝置組成。根據(jù)工作方式，紅外系統(tǒng)可分為成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng);主動(dòng)無源系統(tǒng)。主動(dòng)系統(tǒng)配備紅外輻射源進(jìn)行輻照;而被動(dòng)式則不需要設(shè)置輻射源的照射量，而是根據(jù)目標(biāo)本身發(fā)射或從周圍反射的紅外輻射進(jìn)行操作。液壓油溫度紅外信息智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用紅外系統(tǒng)框圖。

如圖1所示，該裝置可以系統(tǒng)地記錄環(huán)境溫度、區(qū)域溫度和通過其差異獲得的相對(duì)區(qū)域溫度，并能從溫度圖像中發(fā)現(xiàn)異常熱點(diǎn)[3]。

3.2 紅外測(cè)溫指標(biāo)

外溫度探頭包括紅外點(diǎn)溫度探頭和紅外熱像探頭，兩者都將物體的紅外輻射聚焦到紅外探測(cè)器的焦平面上，測(cè)量物體的表面溫度。通過測(cè)量摩擦副表面溫度、摩擦熱點(diǎn)等，直觀判斷零件的摩擦異常情況，及時(shí)進(jìn)行維修，避免機(jī)械故障。紅外測(cè)溫指標(biāo)如下表1所示。

4 結(jié)論和建議

綜上所述，本文以典型性的工程機(jī)械車輛代表挖掘機(jī)為研究對(duì)象，基于物聯(lián)網(wǎng)、智能化技術(shù)以紅外檢測(cè)技術(shù)，介紹了一種新型的工程機(jī)械車輛液壓油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中，多通道信號(hào)采集技術(shù)需要從所有傳感器采集數(shù)據(jù)到用戶終端，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，預(yù)測(cè)各種機(jī)械故障，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，避免對(duì)挖掘機(jī)造成損壞，今后在目前的基礎(chǔ)上還需要進(jìn)一步的研究，以適應(yīng)挖掘機(jī)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中較為復(fù)雜的監(jiān)測(cè)過程?？傊?，本文設(shè)計(jì)的液壓油溫紅外信息智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可應(yīng)用于挖掘機(jī)及其它工程機(jī)械車輛，如：裝載機(jī)、壓路機(jī)、起重機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)等。

參考文獻(xiàn)

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