CN112113693A - 一种履带设备接地比压动态测试系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种履带设备接地比压动态测试系统及测试方法，包括测试装置、传输装置和显示装置；测试装置包括扭矩传感器、信号放大电路和信号转换装置；所述扭矩传感器设置在待测履带重型装备的支重轮轴上，所述扭矩传感器与信号放大电路之间、信号放大电路与信号转换装置之间通过电信号传输装置连接；显示装置包括显示装置单片机、单片机固定盒和LED显示屏；显示装置单片机固定设置在单片机固定盒中，显示装置单片机与LED显示屏连接，显示装置单片机和信号转换装置之间通过数字信号传输装置连接；本发明可在履带设备工作过程中动态测试履带设备两侧的分布接地比压，本发明涉及接地比压测量技术领域。

Description

一种履带设备接地比压动态测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及接地比压测量技术领域，更具体而言涉及一种履带设备接地比压动态测试系统及测试方法。
背景技术
近年来，履带装置由于其稳定性高，承载性能好的特性，在大型重载设备中使用频率很高。而这些履带设备的分布接地比压作为一个重要参数，其测试及调节方法目前还欠完善。为了测试履带设备的接地比压，专利“CN103076193A”公开了一种接地比压的测试装置，所述装置为一种带有压力传感器的箱体，所述箱体包括底板、侧板和顶板，所述底板设置多个阵列排布的压力传感器可测量所述顶板所受压力，当需测试装置放置在所述箱体上时、或在所述箱体上运作时，可得出所测装置分布接地比压。另外专利“CN107764438A”公开了一种履带拖拉机接地比压测试系统，所述系统包括控制装置、薄膜压力传感器网络、数据处理装置、数据采集装置、上位机，当需测试履带设备在所述薄膜压力传感器网络上运作时，由于所述薄膜压力传感器网络分布矩阵状传感单元，所以可实时测试所述需测试履带设备分布接地比压，并将所测接地比压显示、分析、存储。这些接地比压测试方法虽可测试履带设备的接地比压，但其不适用于测试履带重型设备在其工作过程中的分布接地比压。而动态测试履带重型设备工作过程中的接地比压又十分的重要，上述所引专利的测试环境中所测试的接地比压数据，在履带重型装备在其工作过程中必然发生一定的变化。而履带重型设备在工程使用中的实时分布接地比压值会影响施工现场的地基处理，同时也可被用来监控履带重型设备的稳定性，当其出现故障性不稳定到不稳定倾覆时其分布接地比压值会发生变化。因此，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，提供一种可在履带设备工作过程中动态测试履带设备两侧的分布接地比压的履带设备接地比压动态测试系统及测试方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种履带设备接地比压动态测试系统，包括测试装置、传输装置和显示装置；
所述传输装置包括数字信号传输装置和电信号传输装置；
所述测试装置包括扭矩传感器、信号放大电路和信号转换装置；所述扭矩传感器设置在待测履带重型装备的支重轮轴上，所述扭矩传感器与信号放大电路之间、信号放大电路与信号转换装置之间通过电信号传输装置连接；
所述显示装置包括显示装置单片机、单片机固定盒和LED显示屏；显示装置单片机固定设置在单片机固定盒中，显示装置单片机与LED显示屏连接，显示装置单片机和信号转换装置之间通过数字信号传输装置连接；
进一步的，还包括固定装置，所述固定装置包括主固定架、固定盒、副固定架和副固定盒；固定盒通过主固定架固定设置在待测履带重型装备的底盘支架上，信号转换装置固定设置于固定盒中；副固定盒通过副固定架固定设置在待测履带重型装备的支重轮主支架上，所述信号放大电路固定设置于副固定盒中。
进一步的，所述信号放大电路包括放大电路单片机和信号处理电路。
进一步的，还包括调节装置，所述调节装置包括调节装置单片机、D/A转换器、电机调节模块和调节装置固定装置，所述调节装置固定装置固定设置在待测履带重型装备的底盘支架上，所述调节装置单片机、D/A转换器和电机调节模块均设置在调节装置固定装置中，所述调节装置单片机与显示装置单片机之间通过数字信号传输电路连接，所述调节装置单片机、D/A转换器、电机调节模块通过传输装置依次连接，电机调节模块与待测履带重型装备的驱动电机连接。
一种履带设备接地比压动态测试方法，利用权1-权4任一所述一种履带设备接地比压动态测试装置，将扭矩传感器固定设置在待测履带重型装备的支重轮轴上，通过扭矩传感器检测支重轮的扭矩，扭矩传感器测得的扭矩电信号通过电信号传输装置传递给信号放大装置，信号放大装置通过电信号传输装置将放大后的扭矩电信号传递给信号转换装置，通过信号转换装置将扭矩电信号转换为扭矩数字信号，信号转换装置通过数字信号传输电路将扭矩数字信号传输给显示装置单片机，显示装置单片机将扭矩数字信号转化为接地比压数值，并将所述接地比压数值通过LED显示屏显示出来；
支重轮扭矩与履带接地比压的转化关系为：
Figure BDA0002676936840000031
(Pa：所述履带重型装备在支重轮处所受接地比压；S：支重轮的接地压力作用面积；μ：履带转动的摩擦系数；T：所述履带底盘的支重轮的转矩；R：履带底盘中支重轮的半径)。
进一步的，所述显示装置单片机与调节装置单片机之间通过数字信号传输电路连接，显示装置单片机通过数字信号传输电路将接地比压数据传递给调节装置单片机，调节装置单片机判断所测试的接地比压数值是否正常，当接地比压数值不正常时，调节装置单片机发出调节信号，调节信号经D/A转换器转换后传递给电机调节模块，通过电机调节模块对待测履带重型装备的驱动电机进行调节。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：
1、由于本发明是通过测试履带设备中的支重轮的转矩进而测试履带设备的接地比压，所以本发明在测试的同时不会影响到履带重型装备在工作过程中的正常运行。
2、由于本发明是通过测试履带设备中的支重轮的转矩进而测试履带设备的接地比压，又由于履带设备中包含多个支重轮，根据相关研究可知，履带设备的接地比压分布与支重轮排布方向一致，所以本发明可测得履带设备的分布接地比压。
3、由于本发明全部采用封闭线路传播，且本发明在主要传播线路中采用数字信号的传播，故本发明在测试并显示相关数据时不易受到履带重型装备在工作时发出的其它信号的的干扰，具有较好的数据准确性。
4、本发明每个装置都有特异的固定装置固定，在各装置发生故障时，便于检测和维修，同时本发明也可以适用于更多的履带结构。
5、本发明的自动化程度较高，可以便捷的得到所测试的履带设备的接地比压。
6、本发明测得分布接地比压后，根据接地比压适当的自动的调整分布接地比压，提高机身的稳定性。
附图说明
下面将通过附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
图1为动态比压测试系统原理图；
图2为待测履带重型装备的履带设备结构示意图。
图中：011为履带，012为底盘支架，013为支重轮主支架，014为支重轮副支架，015为支重轮，016为支重轮轴，110为扭矩传感器，210为主固定架，220为固定盒，230为副固定架，240为副固定盒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，一种履带设备接地比压动态测试系统，包括测试装置、传输装置、显示装置、固定装置和调节装置；
所述传输装置包括数字信号传输装置和电信号传输装置；
所述测试装置包括扭矩传感器110、信号放大电路和信号转换装置，信号放大电路包括放大电路单片机和信号处理电路；所述扭矩传感器110设置在待测履带重型装备的支重轮轴016上，实时测量履带底盘中支重轮的转矩，所述扭矩传感器110与信号放大电路之间、信号放大电路与信号转换装置之间通过电信号传输装置连接；
显示装置包括显示装置单片机、单片机固定盒和LED显示屏；显示装置单片机固定设置在单片机固定盒中，单片机固定盒的位置可以根据实际需求设置，显示装置单片机与LED显示屏连接，显示装置单片机和信号转换装置之间通过数字信号传输装置连接；
固定装置包括主固定架210、固定盒220、副固定架230和副固定盒240；固定盒220通过主固定架210固定设置在待测履带重型装备的底盘支架012上，信号转换装置固定设置于固定盒220中；副固定盒240通过副固定架230固定设置在待测履带重型装备的支重轮主支架013上，所述信号放大电路固定设置于副固定盒中240。
调节装置包括调节装置单片机、D/A转换器、电机调节模块和调节装置固定装置，所述调节装置固定装置固定设置在待测履带重型装备的底盘支架上，所述调节装置单片机、D/A转换器和电机调节模块均设置在调节装置固定装置中，所述调节装置单片机与显示装置单片机之间通过数字信号传输电路连接，所述调节装置单片机、D/A转换器、电机调节模块通过传输装置依次连接，电机调节模块与待测履带重型装备的驱动电机连接。
一种履带设备接地比压动态测试方法，利用上述履带设备接地比压动态测试装置，将扭矩传感器110固定设置在待测履带重型装备的支重轮轴016上，通过扭矩传感器110实时检测支重轮的扭矩，扭矩传感器110测得的扭矩电信号通过电信号传输装置传递给信号放大装置，信号放大装置通过电信号传输装置将放大后的扭矩电信号传递给信号转换装置，通过信号转换装置将扭矩电信号转换为扭矩数字信号，防止在履带重型装备工作过程中信号受到干扰，信号转换装置通过数字信号传输电路将扭矩数字信号传输给显示装置单片机，显示装置单片机将扭矩数字信号转化为接地比压数值，并将所述接地比压数值通过LED显示屏显示出来；
测试方法的基本原理为：通过测试待测履带重型装备的履带底盘中各个支重轮的转矩得到履带重型装备的履带设备的分布接地比压。
由于支重轮是从动件，因而支重轮的转矩等于支重轮半径乘以支重轮所受的与履带行进方向相同的力，即
T＝F×R
(其中：T：所述履带底盘的支重轮的转矩；R：履带底盘中支重轮的半径；F：支重轮所受的与履带行进方向相同的力)；
由于履带的转动是由F带动的，而F的本质属于摩擦力，即
F＝μFN
(其中：μ：履带转动的摩擦系数；FN：支重轮所受的支持力)；
履带重型装备的接地比压为履带在被选取支重轮处的接地压力除以该压力作用面积，即：
Figure BDA0002676936840000071
(Pa：所述履带重型装备在支重轮处所受接地比压；F接地：支重轮的接地压力；S：支重轮的接地压力作用面积)；
支重轮所受支持力与履带在该处所受接地压力互为相互作用力，因此，待测履带重型装备的接地比压为：
Figure BDA0002676936840000072
显示装置单片机与调节装置单片机之间通过数字信号传输电路连接，显示装置单片机通过数字信号传输电路将接地比压数据传递给调节装置单片机，调节装置单片机判断所测试的接地比压数值是否正常，当接地比压数值不正常时，调节装置单片机发出调节信号，调节信号经D/A转换器转换后传递给电机调节模块，通过电机调节模块对履带装置的驱动电机进行调节。
调节方法：测试装置测得履带重型装备中履带装置分布接地比压，当调节装置单片机判断所测分布接地比压异常程度较小时，通过电机调节模块对履带设备的驱动电机进行调节，直至调节装置单片机判断所测履带装置分布接地比压正常则停止调节；当调节装置单片机判断所测分布接地比压正常时则不对履带设备驱动电机进行调节。
当调节装置单片机判断所测分布接地比压严重异常时，履带重型装置停机人员撤离，移去可能威胁到的设施，人为排除不正常后，待测得履带重型装备的分布接地比压为可工作情况后可重启履带重型装置，进行工作。
履带设备驱动电机调节原理：
履带重型装备通常在静止状态下处于相对平衡的状态，在履带重型装备向前行进的过程中，履带设备会给与履带设备接触的地面一个沿向前行进方向相反的作用力；同样的，与履带设备接触的地面会给履带设备一个大小相等与履带重型装备向前行进方向相同的作用力，此过程即地面给履带重型装备中履带设备方向为履带重型装备向前行进方向的力，而此时履带重型装备的车架并不直接受到履带重型装备向前行进方向的作用力，由于惯性，履带重型装备中车架并不发生移动，而履带重型装备中的履带设备向前移动，此时履带重型装备重心相对于履带设备向后移动，即此时履带重型装备中履带设备的分布接地比压可向后方分散。同样的，当履带重型装备由静止转变为向前移动、向前移动加速或向后移动减速时履带重型装备中履带设备的分布接地比压可向后方分散；当履带重型装备由静止转变为向后移动、向后移动加速或向前移动减速时履带重型装备中履带设备的分布接地比压可向前方分散；可分析得出当履带重型装备向右转弯时履带设备的分布接地比压可向左后方分散；可分析得出当履带重型装备向左转弯时履带设备的分布接地比压可向右后方分散；
根据测得的接地比压异常部位，通过履带设备的驱动电机改变履带设备的运动方向及加速度。
本发明在履带设备工作过程中动态测试履带设备两侧的分布接地比压，将所测分布接地比压数据传输至上位机显示并记录，并且在履带设备接地比压分布不正常时进行适当调节，以解决目前履带设备不能在其工作过程中测试接地比压以及调节接地比压分布的问题，避免履带设备在其工作过程中出现倾覆或施工地基被不均匀沉降的情况，提高履带设备使用时的安全性和稳定性。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种履带设备接地比压动态测试系统，其特征在于：包括测试装置、传输装置和显示装置；
所述传输装置包括数字信号传输装置和电信号传输装置；
所述测试装置包括扭矩传感器(110)、信号放大电路和信号转换装置；所述扭矩传感器设置在待测履带重型装备的支重轮轴(016)上，所述扭矩传感器(110)与信号放大电路之间、信号放大电路与信号转换装置之间通过电信号传输装置连接；
所述显示装置包括显示装置单片机、单片机固定盒和LED显示屏；显示装置单片机固定设置在单片机固定盒中，显示装置单片机与LED显示屏连接，显示装置单片机和信号转换装置之间通过数字信号传输装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种履带设备接地比压动态测试系统，其特征在于：还包括固定装置，所述固定装置包括主固定架(210)、固定盒(220)、副固定架(230)和副固定盒(240)；固定盒(220)通过主固定架(210)固定设置在待测履带重型装备的底盘支架(012)上，信号转换装置固定设置于固定盒中(220)；副固定盒(240)通过副固定架(230)固定设置在待测履带重型装备的支重轮主支架(013)上，所述信号放大电路固定设置于副固定盒(240)中。
3.根据权利要求1所述的一种履带设备接地比压动态测试系统，其特征在于：所述信号放大电路包括放大电路单片机和信号处理电路。
4.根据权利要求1所述的一种履带设备接地比压动态测试系统，其特征在于：还包括调节装置，所述调节装置包括调节装置单片机、D/A转换器、电机调节模块和调节装置固定装置，所述调节装置固定装置固定设置在待测履带重型装备的底盘支架(012)上，所述调节装置单片机、D/A转换器和电机调节模块均设置在调节装置固定装置中，所述调节装置单片机与显示装置单片机之间通过数字信号传输电路连接，所述调节装置单片机、D/A转换器、电机调节模块通过传输装置依次连接，电机调节模块与待测履带重型装备的驱动电机连接。
5.一种履带设备接地比压动态测试方法，利用权1-权4任一所述一种履带设备接地比压动态测试系统，其特征在于：将扭矩传感器固定设置在待测履带重型装备的支重轮轴(016)上，通过扭矩传感器检测支重轮的扭矩，扭矩传感器测得的扭矩电信号通过电信号传输装置传递给信号放大装置，信号放大装置通过电信号传输装置将放大后的扭矩电信号传递给信号转换装置，通过信号转换装置将扭矩电信号转换为扭矩数字信号，信号转换装置通过数字信号传输电路将扭矩数字信号传输给显示装置单片机，显示装置单片机将扭矩数字信号转化为接地比压数值，并将所述接地比压数值通过LED显示屏显示出来；
支重轮扭矩与履带接地比压的转化关系为：
Figure FDA0002676936830000021
(Pa：所述履带重型装备在支重轮处所受接地比压；S：支重轮的接地压力作用面积；μ：履带转动的摩擦系数；T：所述履带底盘的支重轮的转矩；R：履带底盘中支重轮的半径)。
6.根据权利要求5所述的一种履带设备接地比压动态测试方法，其特征在于：所述显示装置单片机与调节装置单片机之间通过数字信号传输电路连接，显示装置单片机通过数字信号传输电路将接地比压数据传递给调节装置单片机，调节装置单片机判断所测试的接地比压数值是否正常，当接地比压数值不正常时，调节装置单片机发出调节信号，调节信号经D/A转换器转换后传递给电机调节模块，通过电机调节模块对待测履带重型装备的驱动电机进行调节。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Inventor after: Liu Zekun

Inventor after: Ma Lifeng

Inventor after: Zhang Jue

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