CN102141453B - 工程机械发动机动力检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械发动机动力检测方法及其装置，该装置为：联接轴连接发动机动力输出机构和从动机构的动力输入轴；联接壳体的两端分别与发动机飞轮壳和从动机构壳体相接；在联轴器上设有扭矩感应装置，联轴器上设有扭矩信号传送初级线圈和电源接收次级线圈；在联接壳体上设有电源输送级线圈和用于获取扭矩信号的次级线圈以及包含电源转换电路、扭信号调制电路与外部接口的接线盒；扭矩信号传送初级线圈与扭矩信号接收次级线圈进行电磁耦合；电源输送初级线圈与电源接收次级线圈进行电磁耦合。该工程机械发动机动力检测装置具有结构简单、紧凑、易于实施和易于维护的优点。

Description

工程机械发动机动力检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种工程机械发动机动力检测方法及其装置。

技术背景

测量工程机械发动机输出与液压泵接收扭矩是十分必要，尤其是随着对工程机械各种监控要求的不断提高，这种测量与监控变得更加必要。对于现在为了节能减排的混合动力工程机械，为了实现发动机多余动力的动态吸收和在发动机动力不足时得以及时动力补充，这种测量与监控就已成为必不可少。

但由于工程机械的发动机机舱布置空间狭小，通常的扭矩检测装置安装空间大、结构复杂、安装维护不便等原因，对于现有工程机械发动机的动力检测与监测技术主要是通过间接检测液压泵的液压油流量与压力再通过计算换算出发动机输出功率的方式进行间接测量的方法。

在现有技术中由于需要通过液压泵输出的液压油压力与流量进行转换计算，而液压泵输出的液压油存在温度与粘度的变化以及液压泵变化的效率使得换算结果与实际结果误差较大，不能真实反映发动机输出与液压泵接收的实际动力。具有不能直接测量和测量精度低的缺陷，通常只能用于一般的动力趋势分析，不能用于对发动机与液压泵进行负载精确定量控制与监测。

为此，03121677.3专利示出了一种带有扭矩传感器的液压油泵，但由于其扭矩传感器设置在液压油泵的壳体内，使得液压泵的结构复杂，成本增加，同时也使得液压泵与扭矩传感器的维护与维修困难。而且，由于，采用了磁弹性扭矩传感器，这样如果磁屏蔽不良将导致液压泵零部件被磁化而容易吸付油中磨屑，造成液压泵零部件磨损故障。因而现有的带有扭矩传感器的液压油泵具有结构复杂、成本高、可靠性差、维护维修困难的缺陷，在实际应用中难于推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种工程机械发动机动力检测方法及其装置，该工程机械发动机动力检测装置具有结构简单、紧凑、易于实施和易于维护的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种工程机械发动机动力检测方法，通过联接轴连接发动机动力输出机构和从动机构的动力输入轴；联接壳体的两端分别与发动机飞轮壳和从动机构的壳体相接；在联轴器上设有扭矩敏感单元，联轴器上所需的电能通过分设在联轴器和联接壳体上的线圈以互感方式传输；在联接壳体上设有包含电源接入与信号输出接口、电源转换电路和信号调制电路的接线盒，扭矩敏感单元获得的扭矩信号通过线圈互感方式传输到联接壳体上设置的处理装置中，从而实现扭矩检测。

扭矩敏感单元为基于应力线、应变片、电容、电感、电阻、磁弹性或磁阻的扭矩传感器；所述的从动机构为液压泵、车辆用变速器或变矩器。

通过光电转速检测装置测量工程机械发动机的转速，所述光电转速检测装置的齿圈与传感器分别设在上述联接轴与联接壳体上。

一种工程机械发动机动力检测装置，联接轴连接发动机动力输出机构和从动机构的动力输入轴；联接壳体的两端分别与发动机飞轮壳和从动机构壳体相接；在联接轴上设有扭矩敏感单元，联接轴上设有扭矩信号传输初级线圈和电源接收次级线圈；在联接壳体上设有电源输送初级线圈、用于获取扭矩信号的次级线圈和包含电源接入与信号输出接口、电源转换电路和信号调制电路的接线盒；扭矩信号传输初级线圈与扭矩信号接收次级线圈进行电磁耦合；电源输送初级线圈与电源接收次级线圈进行电磁耦合。

所述的工程机械发动机动力检测装置还包括一个光电转速检测装置，所述光电转速检测装置的齿圈与传感器分别设在上述联接轴与联接壳体上。

接线盒安装在联接壳体上，所述电源接入与信号输出接口采用CAN总线、串口、LIN总线或USB中的任意一种。

扭矩敏感单元为基于应变片、电容、电感、压电、磁弹性或磁阻的扭矩传感器，所述的从动机构为液压泵、车辆用变速器或变矩器。

所述的扭矩感应装置为采用应变桥作为测量扭矩的敏感元件。

电源感应次级线圈端接有整流电路和滤波电路。

本发明通过将现有技术的扭矩传感器零部件分别结合到发动机与液压泵连接的壳体与连接轴上的方法，减少了扭矩传感器的安装空间，从而使得安装在空间有限的工程机械上成为可能。同时，采用连接轴端外圆与发动机飞轮安装沉孔内圆及其端面进行安装定位，使得安装快速、便捷，无需任何调校。从而既使得安装使用、维护非常方便，又保证了检测装置工作稳定可靠。

由于本发明装置采用了以上方法，充分利用了现有工程机械发动机与液压泵的连接壳体与连接轴的已有空间，使得结构非常紧凑，使得随机安装成为可能。

同时，由于本发明装置既实现了与发动机连接壳体的紧密结合，又具备扭矩检测装置的独立性，其生产制造可独立实现。并可根据不同的测量精度要求、制造成本以及可靠性要求，选用不同的现有扭矩传器技术。从而为产品化批量制造、降低成本提供方便。

有益效果：

本发明针对现有技术的缺陷提供一种结构简单、体积小、可方便安装连接的工程机械发动机动力检测测量的独立装置。该装置既可用于工程机械发动机动力的实车动态测量，同时又可利用该装置检测的动力信号进行液压系统负载控制。

本发明的另一个目的是提供一种用于实现将基于现有技术的非接触式扭矩传感器结合到工程机械发动机动力的实车检测测量的方法。

本发明将基于现有技术的非接触式扭矩传感器分别集成到与发动机与液压泵连接结合的壳体上，使得该工程机械发动机动力检测装置同时与发动机动力输出机构与液压泵驱动输入轴连接的联接轴，从而使得该装置具有结构简单、紧凑的优点。

本发明的工程机械发动机动力检测装置易于生产制造、成本较低。

本发明公开的工程机械发动机动力检测装置可以广泛用于检测和/或控制液压泵与发动机间传递的扭矩和/或转速，其所测取的信号可以用于各种方式的工程机械的测试分析与实车优化控制。

同时，本发明公开的方法还可以方便地用于多种机械的动力传递测试与控制装置，如将扭矩传感器结合到变速器和/或变矩器的动力输入轴上，用于检测车辆的传递动力。

本发明同时提供将基于现有技术的非接触式扭矩传感器分别结合到与发动机与液压泵连接结合的壳体和与发动机动力输出机构与液压泵驱动输入轴连接的联接轴的方法。从而使得该装置具有结构简单、紧凑、易于维护的优点。

正是由于与中间壳体和中间联接轴的有效接合，从而使得该装置结构简单紧凑、占用空间小、维护保养方便、成本较低，为实现液压机机械实车实时跟踪检测与监控提供了一种可行的装置与方法。

附图说明

图1是一种该装置与发动机、液压泵安装示意图；

图2是该发明装置的工作原理图；

图3是一种该装置的一个应用实例结构图；

图4是带有转速信号的该装置示例图；

图5示出另一种按照本发明方法的应用实例图。

标号说明：1-液压泵、2-本发明动力检测装置、11-液压泵壳体连接法兰、111-液压泵壳体连接法兰定位凸缘、12-液压泵驱动轴、21-动力检测装置联接壳体、211-连接外壳、212-电源接收次级线圈、213-隔圈、214-信号传送线圈、215-连接外壳定位凸缘、216-接线电路盒、217-光电转速探测器、22-动力检测装置连接轴、221-弹性连轴器、222-电源传输初级线圈、223-连接轴、224-扭矩敏感单元、225-电路板、226-信号接收线圈、227-连接轴定位凸缘、228-转速齿圈、31-发动机飞轮壳、32-发动机飞轮、321-发动机飞轮盘、322-发动机飞轮齿圈。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

图1是一个该装置与发动机、液压泵的安装连接示意图。图中发动机的飞轮壳和液压泵壳体连接法兰分别通过液压泵壳体连接法兰定位凸缘和连接外壳定位凸缘轴向定位与动力检测装置联接壳体的两端连接，众所周知的发动机动力输出是从发动机的曲轴通过发动机飞轮盘输出，而液压泵是由其驱动轴接受发动机的驱动动力。在图1中动力检测装置连接轴两端分别与发动机飞轮盘321和液压泵驱动轴12相连接，在动力传递中承受发动机输出扭矩的扭转作用，从而引起连接轴223的应力变化或扭力变形。在现有的扭矩传感器技术中可以将这种应力变化或扭力变形通过应变电阻、电容、压电、磁弹性、转角相位差等转换为可检测的扭矩测量。图1的右端接发动机。

图2是该发明装置的工作原理图。采用不同的扭矩敏感元件时，在本发明应用实例中采用了应用最为广泛应变桥作为测量扭矩的敏感元件。粘接在联接轴外表面的应变桥在联接轴受到扭力转矩时将产生一个模拟电信号，该模拟电信号经放大与转换处理后，通过线圈互感方式无接触地传送到联接外壳上。同时，输入电源也是通过线圈互感方式无接触地传输到联接轴上，给应变桥与信号处理电路进行供电。通过线圈互感变压器方式传送信号与供给电源，在专利CN93240174.0中已有说明。

图3示出了一个基于本发明的该装置的剖面图。该装置由一个结合了两个互感线圈与外测系统连接的接线电路盒的动力检测装置联接壳体，和一个结合了两个互感线圈与一个感应传输力矩的应变桥、不少于一个电路板的动力检测装置连接轴。

该装置的动力检测装置连接轴在动力传输过程中产生的应力变化或扭曲变形是通过应变桥转换为扭矩测量量。该扭矩测量量由结合在该动力检测装置连接轴上的一个或两个电路板进行调制的，经过该电路调制后的信号通过结合在该装置联接轴上的信号传送线圈与结合在外壳的信号接收线圈通过互感效应进行传输，并且同样通过结合在该装置联接轴上的电源接收次级线圈与结合在外壳上的电源传输初级线圈同样通过互感效应给调制电路板进行供电。在连接外壳的外圆周上结合有一个包含电源接入与信号输出接口、电源转换电路和信号调制电路的接线电路盒完成不同需要的测量与控制用途的信号交换。

以上所述结合是指通过粘接、铆接、焊接或配合等方式将一个或多个零部件配装连接成一个整体。

在动力检测装置连接轴22上粘贴测扭应变片并组成应变桥，构成扭矩敏感单元。在轴上两端结合有：一个负责交流电源输入的次级线圈；一个或多个印刷电路板(负责交流电源整流、信号放大与调制)；一个信号输出的初级线圈。在壳体21上结合有：一个负责提供电源的初级线圈；一个信号接收的次级线圈；一个包括有对扭矩信号调制、电源转换与外接接口的电路盒。这样，电源通过两个分别结合在壳体与联接轴上的感应线圈实现非接触传输；联接轴上应变桥产生的扭矩信号通过另外两个分别结合在壳体与联接轴上的感应线圈实现非接触传输。

由于上述扭矩检测技术已是成熟技术，不在此详述。本发明的主要目的在于提供将该成熟技术通过与联接发动机飞轮壳和液压泵端的中间壳体、联接发动机飞轮和液压泵的中间联接轴结合在一起的一种扭矩检测装置与方法。正是由于与中间壳体和中间联接轴的有效接合，从而使得该装置结构简单紧凑、占用空间小、维护保养方便、成本较低，为实现液压机机械实车实时跟踪检测与监控提供了一种可行的装置与方法。

图4示出了一个按照本发明的基本方法带有转速信号检测装置的工程机械动力检测装置。转速信号检测装置的光电转速探测器与转速齿圈也设置在上述动力检测装置连接壳与动力检测装置连接轴上。

图5还示出了一种直接用现有传感器按照本发明的基本方法进行改装的示例。在该示例中是采用了一个改进的传感器直接与专用的壳体通过镶嵌结合而成。

另外，按照本发明的基本方法的动力检测装置还可以集成到车辆用变速器或变矩器的动力输入轴上。

该发动机动力检测装置获取的发动机动力(扭矩、转速与功率)信号可以用于机器总成的各种控制与监测。例如：

壳体两端分别与发动机飞轮壳和液压泵壳体连接，并在两端采用内、外圆进行安装定位；其联接轴的两端分别与发动机动力输出机构(飞轮)和液压泵驱动输入轴连接，并在发动机飞轮端采用内、外圆及其端面进行安装定位，这样，安装方便快捷，无需调校。而且，该装置的壳体与联接轴是分离独立、非接触的。

壳体上设有接线电路盒，接线电路盒至少包括电源接入与信号输出的外部接口及其电路、直流转交流电源转换电路和检测信号调制电路。

接线电路盒的电源接入与信号输出的外部接口定义可以是串口、CAN总线、LIN总线、USB中的任意一种。

在发动机本机没有转速信号或其转速信号精度达不到要求时，其壳体与联接轴同时可以分别结合一个光电转速传感器与感应齿盘，提供动力检测需要的转速信号。

Claims (9)

1.一种工程机械发动机动力检测方法，其特征在于，通过联接轴连接发动机动力输出机构和从动机构的动力输入轴；联接壳体的两端分别与发动机飞轮壳和从动机构的壳体相接；在联轴器上设有扭矩敏感单元，联轴器上所需的电能通过分设在联轴器和联接壳体上的线圈以互感方式传输；在联接壳体上设有包含电源接入与信号输出接口、电源转换电路和信号调制电路的接线盒，扭矩敏感单元获得的扭矩信号通过线圈互感方式传输到联接壳体上设置的处理装置中，从而实现扭矩检测。

2.根据权利要求1所述的工程机械发动机动力检测方法，其特征在于，扭矩敏感单元为基于应力线、应变片、电容、电感、电阻、磁弹性或磁阻的扭矩传感器；所述的从动机构为液压泵、车辆用变速器或变矩器。

3.根据权利要求1或2所述的工程机械发动机动力检测方法，其特征在于，通过光电转速检测装置测量工程机械发动机的转速，所述光电转速检测装置的齿圈设在上述联接轴上，所述光电转速检测装置的传感器设在联接壳体上。

4.一种工程机械发动机动力检测装置，其特征在于，联接轴连接发动机动力输出机构和从动机构的动力输入轴；联接壳体的两端分别与发动机飞轮壳和从动机构壳体相接；在联接轴上设有扭矩敏感单元，联接轴上设有扭矩信号传输初级线圈和电源接收次级线圈；在联接壳体上设有电源输送初级线圈、用于获取扭矩信号的次级线圈和包含电源接入与信号输出接口、电源转换电路和信号调制电路的接线盒；扭矩信号传输初级线圈与扭矩信号接收次级线圈进行电磁耦合；电源输送初级线圈与电源接收次级线圈进行电磁耦合。

5.根据权利要求4所述的工程机械发动机动力检测装置，其特征在于，还包括一个光电转速检测装置，所述光电转速检测装置的齿圈设在所述联接轴上，所述光电转速检测装置的传感器设在联接壳体上。

6.根据权利要求4所述的工程机械发动机动力检测装置，其特征在于，接线盒安装在联接壳体上，所述电源接入与信号输出接口采用CAN总线、串口、LIN总线或USB中的任意一种。

7.根据权利要求4所述的工程机械发动机动力检测装置，其特征在于，扭矩敏感单元为基于应变片、电容、电感、压电、磁弹性或磁阻的扭矩传感器，所述的从动机构为液压泵、车辆用变速器或变矩器。

8.根据权利要求4所述的工程机械发动机动力检测装置，其特征在于，所述的扭矩敏感单元为采用应变桥作为测量扭矩的敏感元件。

9.根据权利要求4-8任一项所述的工程机械发动机动力检测装置，其特征在于，电源接收次级线圈端接有整流电路和滤波电路。

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