CN112729636A - 驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法，属于驱动式农机具数据测量技术领域。为解决现有驱动式农机具无法及时了解扭矩、作业功率和作业效率的问题，本发明提供了驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，扭矩传感器的两端分别与拖拉机动力输出轴和驱动式农机具动力输入轴连接，扭矩传感器与安装在拖拉机上的采集箱连接，拖拉机上布置有GPS速度传感器，GPS速度传感器与采集箱连接，采集箱将收集到的扭矩传感器和GPS速度传感器所传递的信息输送给上位机。本发明可实现对驱动式农机具扭矩、功率和效率的实施监控，以便根据实际的作业情况进行作业状态调整和智能化管理，提高驱动式农机具的作业效率和使用寿命。

Description

驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法

技术领域

本发明属于驱动式农机具数据测量技术领域，尤其涉及驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法。

背景技术

我国是农业大国，2019年农业耕种收综合机械化水平已达到70％，农业机械化已成为农业生产的主要方式。目前，我国农业机械除了少部分是自带动力的自走式作业，其余大部分的农业机械都是以拖拉机为动力带动作业的农机具，主要包括悬挂式农机具、半悬挂式农机具和牵引式农机具三种。在这三种农机具中，有一类驱动式农机具，是通过万向节传动轴将拖拉机动力输出轴与农机具动力输入轴连接驱动农机具工作部件进行作业的，是农业机械的重要组成部分。传统驱动式农机具无法及时将扭矩和作业效率数据进行反馈，无法实时了解拖拉机和农机具负载大小及作业效率高低，无法进行智能化管理，工作效率低。

发明内容

为解决上述现有驱动式农机具无法及时了解扭矩、作业功率和作业效率的问题，本发明提供了驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法。

本发明的技术方案：

驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，包括扭矩传感器、GPS速度传感器、采集箱、扭矩传感器输出信号电缆线、GPS速度传感器输出信号电缆线和上位机，所述扭矩传感器的一端与拖拉机的拖拉机动力输出轴建立连接，所述扭矩传感器的另一端与驱动式农机具的驱动式农机具动力输入轴建立连接，所述扭矩传感器通过扭矩传感器输出信号电缆线与采集箱连接，所述拖拉机上布置有GPS速度传感器，所述GPS速度传感器通过GPS速度传感器输出信号电缆线与采集箱连接，所述采集箱安装在拖拉机上，所述采集箱将收集到的扭矩传感器和GPS速度传感器所传递的信息输送给上位机。

优选的，所述扭矩传感器通过双花键节叉与拖拉机动力输出轴连接，所述扭矩传感器通过方管传动轴与驱动式农机具动力输入轴连接。

优选的，所述扭矩传感器与拖拉机建立连接的一端加工有扭矩传感器花键轴，所述双花键节叉的一端为与扭矩传感器花键轴相配的六键内花键，中间为十字节叉，另一端为与拖拉机动力输出轴相配的内花键。

优选的，所述扭矩传感器与驱动式农机具建立连接的一端加工有扭矩传感器方钢轴，所述方管传动轴的一端为可将扭矩传感器方钢轴插入其中的方钢管，中间为十字节叉，另一端为与驱动式农机具动力输入轴相配的内花键。

优选的，所述扭矩传感器通过铁丝与拖拉机下悬挂臂固定。

优选的，所述GPS速度传感器的数据接收天线布置在拖拉机的驾驶室外高点上。

优选的，所述采集箱包括：模拟量采集模块、高速计数模块、通讯模块、直流电源转换器、供电电源、控制器和路由器，所述模拟量采集模块和高速计数模块接收扭矩传感器的信号，所述通讯模块接收GPS速度传感器的信号，所述采集模块、高速计数模块和通讯模块分别将所接收到的信号通过控制器传输至路由器，所述路由器将数据信号通过网络传输至上位机，所述供电电源通过直流电源转换器分别对模拟量采集模块、高速计数模块、通讯模块、控制器和路由器进行供电。

优选的，驱动式农机具功率的测量方法，具体步骤如下：

扭矩传感器将其所测量到的扭矩数据通过扭矩传感器输出信号电缆线传输至采集箱，采集箱将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业功率的计算分析：

P＝T n/9550，其中：P—功率，单位W；T—扭矩，单位N·m；n—转速，单位r/min。

优选的，驱动式农机具效率的测量方法，具体步骤如下：

GPS速度传感器将其所测量到的作业速度和作业时间数据通过GPS速度传感器输出信号电缆线传输至采集箱，采集箱将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业长度、作业面积和作业效率的计算分析：

作业长度：L＝V*T，其中：L—作业长度，单位m；T—作业时间，单位s；V—速度，单位m/s；

作业面积：S＝M*L，其中：S—作业面积，单位m²；L—作业长度，单位m；M—机具幅宽，单位m；

作业效率：η＝S/T，其中：η—作业效率，单位m² s/；S—作业面积，单位m²；T—作业时间，单位s。

本发明的有益效果：

1、本发明可通过其扭矩传感器及时测量扭矩，且可根据扭矩及相应公式计算出驱动式农机具的工作效率；同时，本发明可通过GPS速度传感器及时测量作业速度和作业时间，并根据作业速度、作业时间及相应的公式计算出作业长度、作业面积和作业效率。从而实现了对驱动式农机具负载大小及作业效率高低的监控，以便根据实际的作业情况进行作业状态调整和智能化管理，提高驱动式农机具的作业性能、作业效率和使用寿命，掌握作业进度，降低能源消耗，节约生产成本，避免损坏农机具，提高智能化管理水平。

2、本发明通过双花键节叉将扭矩传感器与拖拉机动力输出轴连接，通过方管传动轴将扭矩传感器与驱动式农机具动力输入轴连接，实现了用双花键节叉、扭矩传感器和方管传动轴代替常规的通过万向节传动轴把拖拉机和农机具连接起来，在实现拖拉机动力输出轴转动通过扭矩传感器驱动农机具工作部件转动进行作业的同时，加入了扭矩传感装置，可及时测量扭矩。而且方钢在方管中可以移动实现扭矩测量装置长短伸缩，满足驱动式农机具升降作业时扭矩测量装置长短变化要求。

3、本发明用铁丝一端固定在扭矩传感器外壳防转孔上，另一端与拖拉机下悬挂臂固定，防止扭矩传感器测量过程中转动。

附图说明

图1为驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置的装配图；

图2为扭矩传感器的安装示意图；

图3为测量装置工作原理的系统框图；

图中：1、拖拉机；1-1、拖拉机动力输出轴；2、驱动式农机具；2-1、驱动式农机具动力输入轴；3、扭矩传感器；3-1、扭矩传感器花键轴；3-2、扭矩传感器方钢轴；4、GPS速度传感器；5、采集箱；6、扭矩传感器输出信号电缆线；7、GPS速度传感器输出信号电缆线；8、铁丝；9、双花键节叉；10、方管传动轴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例一：

为解决现有驱动式农机具无法及时了解扭矩、作业功率和作业效率的问题，本发明提供了驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法。

驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，如图1、图2所示，包括扭矩传感器3、GPS速度传感器4、采集箱5、扭矩传感器输出信号电缆线6、GPS速度传感器输出信号电缆线7和上位机，所述扭矩传感器3的一端与拖拉机1的拖拉机动力输出轴1-1建立连接，所述扭矩传感器3的另一端与驱动式农机具2的驱动式农机具动力输入轴2-1建立连接，所述扭矩传感器3通过扭矩传感器输出信号电缆线6与采集箱5连接，所述拖拉机1上布置有GPS速度传感器4，所述GPS速度传感器4通过GPS速度传感器输出信号电缆线7与采集箱5连接，所述采集箱5安装在拖拉机1上，所述采集箱5将收集到的扭矩传感器3和GPS速度传感器4所传递的信息输送给上位机。所述扭矩传感器3与拖拉机1建立连接的一端加工有扭矩传感器花键轴3-1，所述双花键节叉9的一端为与扭矩传感器花键轴3-1相配的六键内花键，中间为十字节叉，另一端为与拖拉机动力输出轴1-1相配的内花键，所述扭矩传感器3通过双花键节叉9与拖拉机动力输出轴1-1连接。所述扭矩传感器3与驱动式农机具2建立连接的一端加工有扭矩传感器方钢轴3-2，所述方管传动轴10的一端为可将扭矩传感器方钢轴3-2插入其中的方钢管，中间为十字节叉，另一端为与驱动式农机具动力输入轴2-1相配的内花键，所述扭矩传感器3通过方管传动轴10与驱动式农机具动力输入轴2-1连接。所述扭矩传感器3通过铁丝8与拖拉机下悬挂臂固定。所述GPS速度传感器4的数据接收天线布置在拖拉机1的驾驶室外高点上。

所述采集箱5包括：模拟量采集模块、高速计数模块、通讯模块、直流电流装换器、供电电源、控制器和路由器，所述模拟量采集模块和高速计数模块接收扭矩传感器3的信号，所述通讯模块接收GPS速度传感器4的信号，所述采集模块、高速计数模块和通讯模块分别将所接收到的信号通过控制器传输至路由器，所述路由器将数据信号通过网络传输至上位机，所述供电电源通过直流电流装换器分别对模拟量采集模块、高速计数模块、通讯模块、控制器和路由器进行供电，如图3所示。

扭矩传感器3：扭矩传感器3为非接触性测量装置，采用应变片电测技术，它由六键花键轴、接线盒、外壳防转孔和方钢轴组成。花键轴和方钢轴是连接为一体的弹性轴，弹性轴内部中间位置贴有应变片，并组成下惠斯登测量电桥，外壳内部及外部分别设置放大、接收、转换电路。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力作用转动时，弹性轴内部中间位置贴有应变片的弹性体产生弹性变形，应变片也随着产生变形，应变片的电阻值发生变化，惠斯登电桥的输出电信号也相应的发生变化，电信号经过扭矩传感器外壳及内部电路处理、转换、放大、接收，输出扭矩模拟信号。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力大小不同，输出扭矩模拟信号也相应的变化。扭矩传感器的转速测量原理：基于光电变换原理，将被测轴的转速转换为电脉冲信号，输出转速电脉冲信号，实现转速实时测量。

GPS速度传感器4：为准确测量驱动式农机具作业工作效率，采用GPS速度传感器测量拖拉机作业速度和时间。GPS速度传感器安装在采集箱内部，天线安装在拖拉机驾驶室外部高点，以便更好的接收卫星信号。GPS速度传感器的优势是测量准确度高，误差率仅为0.1mm。

工作原理：

驱动式农机具作业时，拖拉机动力输出轴1-1转动带动双花键节叉9、扭矩传感器3和方管传动轴10转动驱动农机具2工作部件转动作业。驱动式农机具2工作部件转动作业时受到阻力反作用在扭矩传感器3上产生扭力。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力作用时，扭矩传感器3实时输出扭矩模拟信号，通过扭矩传感器输出信号电缆线6输入到采集箱5。扭矩传感器3的弹性轴受力转动时，扭矩传感器3实时输出转速电脉冲信号，通过扭矩传感器输出信号电缆线6输入到采集箱5。驱动式农机具作业时，GPS速度传感器4实时输出速度和时间通讯信号，通过GPS速度输出信号电缆线7输入到采集箱5。采集箱5中的模拟采集模块、高速计数模块、串行通讯模块将采集到的扭矩模拟信号、转速电脉冲信号、速度通讯信号进行转换，根据计算公式进行处理和逻辑运算分析，输出扭矩、转速、速度、时间、长度、面积、功率和效率测量数据，实现扭矩、转速、速度、时间、长度、面积、功率和效率的实时测量。由路由器上传网络云端服务器，通过互联网在上位机(显示器)接收测量数据。上位机保存原始的数据记录，以便于驱动式农机具作业后进行数据查询与分析。采集箱内的直流电流转换器对所有设备及模块进行供电。

驱动式农机具功率的测量方法，具体步骤如下：

扭矩传感器3将其所测量到的扭矩数据通过扭矩传感器输出信号电缆线6传输至采集箱5，采集箱5将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具2作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业功率的计算分析：

P＝T n/9550，其中：P—功率，单位W；T—扭矩，单位N·m；n—转速，单位r/min。

驱动式农机具效率的测量方法，具体步骤如下：

GPS速度传感器4将其所测量到的作业速度和作业时间数据通过GPS速度传感器输出信号电缆线7传输至采集箱5，采集箱5将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具2作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业长度、作业面积和作业效率的计算分析：

作业长度：L＝V*T，其中：L—作业长度，单位m；T—作业时间，单位s；V—速度，单位m/s；

作业面积：S＝M*L，其中：S—作业面积，单位m²；L—作业长度，单位m；M—机具幅宽，单位m；

作业效率：η＝S/T，其中：η—作业效率，单位m² s/；S—作业面积，单位m²；T—作业时间，单位s。

扭矩传感器3、GPS速度传感器4测量的数据是驱动式农机具2作业的原始数据。需要通过数据处理、逻辑运算、分析，计算出结果，并由上位机的监测软件显示出来。

实施例二：

为解决现有驱动式农机具无法及时了解扭矩、作业功率和作业效率的问题，本发明提供了驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法。

驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，如图1、图2所示，包括扭矩传感器3、GPS速度传感器4、采集箱5、扭矩传感器输出信号电缆线6、GPS速度传感器输出信号电缆线7和上位机，所述扭矩传感器3的一端与拖拉机1的拖拉机动力输出轴1-1建立连接，所述扭矩传感器3的另一端与驱动式农机具2的驱动式农机具动力输入轴2-1建立连接，所述扭矩传感器3通过扭矩传感器输出信号电缆线6与采集箱5连接，所述拖拉机1上布置有GPS速度传感器4，所述GPS速度传感器4通过GPS速度传感器输出信号电缆线7与采集箱5连接，所述采集箱5安装在拖拉机1上，所述采集箱5将收集到的扭矩传感器3和GPS速度传感器4所传递的信息输送给上位机。所述扭矩传感器3与拖拉机1建立连接的一端加工有扭矩传感器花键轴3-1，所述双花键节叉9的一端为与扭矩传感器花键轴3-1相配的六键内花键，中间为十字节叉，另一端为与拖拉机动力输出轴1-1相配的内花键，所述扭矩传感器3通过双花键节叉9与拖拉机动力输出轴1-1连接。所述扭矩传感器3与驱动式农机具2建立连接的一端加工有扭矩传感器方钢轴3-2，所述方管传动轴10的一端为可将扭矩传感器方钢轴3-2插入其中的方钢管，中间为十字节叉，另一端为与驱动式农机具动力输入轴2-1相配的内花键，所述扭矩传感器3通过方管传动轴10与驱动式农机具动力输入轴2-1连接。所述扭矩传感器3通过铁丝8与拖拉机下悬挂臂固定。

扭矩传感器3：扭矩传感器3为非接触性测量装置，采用应变片电测技术，它由六键花键轴、接线盒、外壳防转孔和方钢轴组成。花键轴和方钢轴是连接为一体的弹性轴，弹性轴内部中间位置贴有应变片，并组成下惠斯登测量电桥，外壳内部及外部分别设置放大、接收、转换电路。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力作用转动时，弹性轴内部中间位置贴有应变片的弹性体产生弹性变形，应变片也随着产生变形，应变片的电阻值发生变化，惠斯登电桥的输出电信号也相应的发生变化，电信号经过扭矩传感器外壳及内部电路处理、转换、放大、接收，输出扭矩模拟信号。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力大小不同，输出扭矩模拟信号也相应的变化。扭矩传感器的转速测量原理：基于光电变换原理，将被测轴的转速转换为电脉冲信号，输出转速电脉冲信号，实现转速实时测量。

GPS速度传感器4：为准确测量驱动式农机具作业工作效率，采用GPS速度传感器测量拖拉机作业速度和时间。GPS速度传感器安装在采集箱内部，GPS速度传感器的优势是测量准确度高，误差率仅为0.1mm。

工作原理：

驱动式农机具作业时，拖拉机动力输出轴1-1转动带动双花键节叉9、扭矩传感器3和方管传动轴10转动驱动农机具2工作部件转动作业。驱动式农机具2工作部件转动作业时受到阻力反作用在扭矩传感器3上产生扭力。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力作用时，扭矩传感器3实时输出扭矩模拟信号，通过扭矩传感器输出信号电缆线6输入到采集箱5。扭矩传感器3的弹性轴受力转动时，扭矩传感器3实时输出转速电脉冲信号，通过扭矩传感器输出信号电缆线6输入到采集箱5。驱动式农机具作业时，GPS速度传感器4实时输出速度和时间通讯信号，通过GPS速度输出信号电缆线7输入到采集箱5。采集箱5中的模拟采集模块、高速计数模块、串行通讯模块将采集到的扭矩模拟信号、转速电脉冲信号、速度通讯信号进行转换，根据计算公式进行处理和逻辑运算分析，输出扭矩、转速、速度、时间、长度、面积、功率和效率测量数据，实现扭矩、转速、速度、时间、长度、面积、功率和效率的实时测量。由路由器上传网络云端服务器，通过互联网在上位机(显示器)接收测量数据。上位机保存原始的数据记录，以便于驱动式农机具作业后进行数据查询与分析。采集箱内的直流电流转换器对所有设备及模块进行供电。

驱动式农机具功率的测量方法，具体步骤如下：

扭矩传感器3将其所测量到的扭矩数据通过扭矩传感器输出信号电缆线6传输至采集箱5，采集箱5将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具2作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业功率的计算分析：

P＝T n/9550，其中：P—功率，单位W；T—扭矩，单位N·m；n—转速，单位r/min。

驱动式农机具效率的测量方法，具体步骤如下：

GPS速度传感器4将其所测量到的作业速度和作业时间数据通过GPS速度传感器输出信号电缆线7传输至采集箱5，采集箱5将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具2作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业长度、作业面积和作业效率的计算分析：

作业长度：L＝V*T，其中：L—作业长度，单位m；T—作业时间，单位s；V—速度，单位m/s；

作业面积：S＝M*L，其中：S—作业面积，单位m²；L—作业长度，单位m；M—机具幅宽，单位m；

作业效率：η＝S/T，其中：η—作业效率，单位m² s/；S—作业面积，单位m²；T—作业时间，单位s。

扭矩传感器3、GPS速度传感器4测量的数据是驱动式农机具2作业的原始数据。需要通过数据处理、逻辑运算、分析，计算出结果，并由上位机的监测软件显示出来。

实施例三：

为解决现有驱动式农机具无法及时了解扭矩、作业功率和作业效率的问题，本发明提供了驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法。

驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，如图1、图2所示，包括扭矩传感器3、GPS速度传感器4、采集箱5、扭矩传感器输出信号电缆线6、GPS速度传感器输出信号电缆线7和上位机，所述扭矩传感器3的一端与拖拉机1的拖拉机动力输出轴1-1建立连接，所述扭矩传感器3的另一端与驱动式农机具2的驱动式农机具动力输入轴2-1建立连接，所述扭矩传感器3通过扭矩传感器输出信号电缆线6与采集箱5连接，所述拖拉机1上布置有GPS速度传感器4，所述GPS速度传感器4通过GPS速度传感器输出信号电缆线7与采集箱5连接，所述采集箱5安装在拖拉机1上，所述采集箱5将收集到的扭矩传感器3和GPS速度传感器4所传递的信息输送给上位机。所述扭矩传感器3通过双花键节叉9与拖拉机动力输出轴1-1连接，所述扭矩传感器3通过方管传动轴10与驱动式农机具动力输入轴2-1连接。所述扭矩传感器3通过铁丝8与拖拉机下悬挂臂固定。

扭矩传感器3：扭矩传感器3为非接触性测量装置，采用应变片电测技术，它由六键花键轴、接线盒、外壳防转孔和方钢轴组成。花键轴和方钢轴是连接为一体的弹性轴，弹性轴内部中间位置贴有应变片，并组成下惠斯登测量电桥，外壳内部及外部分别设置放大、接收、转换电路。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力作用转动时，弹性轴内部中间位置贴有应变片的弹性体产生弹性变形，应变片也随着产生变形，应变片的电阻值发生变化，惠斯登电桥的输出电信号也相应的发生变化，电信号经过扭矩传感器外壳及内部电路处理、转换、放大、接收，输出扭矩模拟信号。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力大小不同，输出扭矩模拟信号也相应的变化。扭矩传感器的转速测量原理：基于光电变换原理，将被测轴的转速转换为电脉冲信号，输出转速电脉冲信号，实现转速实时测量。

GPS速度传感器4：为准确测量驱动式农机具作业工作效率，采用GPS速度传感器测量拖拉机作业速度和时间。GPS速度传感器安装在采集箱内部，GPS速度传感器的优势是测量准确度高，误差率仅为0.1mm。

工作原理：

驱动式农机具作业时，拖拉机动力输出轴1-1转动带动双花键节叉9、扭矩传感器3和方管传动轴10转动驱动农机具2工作部件转动作业。驱动式农机具2工作部件转动作业时受到阻力反作用在扭矩传感器3上产生扭力。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力作用时，扭矩传感器3实时输出扭矩模拟信号，通过扭矩传感器输出信号电缆线6输入到采集箱5。扭矩传感器3的弹性轴受力转动时，扭矩传感器3实时输出转速电脉冲信号，通过扭矩传感器输出信号电缆线6输入到采集箱5。驱动式农机具作业时，GPS速度传感器4实时输出速度和时间通讯信号，通过GPS速度输出信号电缆线7输入到采集箱5。采集箱5中的模拟采集模块、高速计数模块、串行通讯模块将采集到的扭矩模拟信号、转速电脉冲信号、速度通讯信号进行转换，根据计算公式进行处理和逻辑运算分析，输出扭矩、转速、速度、时间、长度、面积、功率和效率测量数据，实现扭矩、转速、速度、时间、长度、面积、功率和效率的实时测量。由路由器上传网络云端服务器，通过互联网在上位机(显示器)接收测量数据。上位机保存原始的数据记录，以便于驱动式农机具作业后进行数据查询与分析。采集箱内的直流电流转换器对所有设备及模块进行供电。

驱动式农机具功率的测量方法，具体步骤如下：

扭矩传感器3将其所测量到的扭矩数据通过扭矩传感器输出信号电缆线6传输至采集箱5，采集箱5将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具2作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业功率的计算分析：

P＝T n/9550，其中：P—功率，单位W；T—扭矩，单位N·m；n—转速，单位r/min。

驱动式农机具效率的测量方法，具体步骤如下：

GPS速度传感器4将其所测量到的作业速度和作业时间数据通过GPS速度传感器输出信号电缆线7传输至采集箱5，采集箱5将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具2作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业长度、作业面积和作业效率的计算分析：

作业长度：L＝V*T，其中：L—作业长度，单位m；T—作业时间，单位s；V—速度，单位m/s；

作业面积：S＝M*L，其中：S—作业面积，单位m²；L—作业长度，单位m；M—机具幅宽，单位m；

作业效率：η＝S/T，其中：η—作业效率，单位m² s/；S—作业面积，单位m²；T—作业时间，单位s。

扭矩传感器3、GPS速度传感器4测量的数据是驱动式农机具2作业的原始数据。需要通过数据处理、逻辑运算、分析，计算出结果，并由上位机的监测软件显示出来。

实施例四：

为解决现有驱动式农机具无法及时了解扭矩、作业功率和作业效率的问题，本发明提供了驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置及方法。

驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，如图1、图2所示，包括扭矩传感器3、GPS速度传感器4、采集箱5、扭矩传感器输出信号电缆线6、GPS速度传感器输出信号电缆线7和上位机，所述扭矩传感器3的一端与拖拉机1的拖拉机动力输出轴1-1建立连接，所述扭矩传感器3的另一端与驱动式农机具2的驱动式农机具动力输入轴2-1建立连接，所述扭矩传感器3通过扭矩传感器输出信号电缆线6与采集箱5连接，所述拖拉机1上布置有GPS速度传感器4，所述GPS速度传感器4通过GPS速度传感器输出信号电缆线7与采集箱5连接，所述采集箱5安装在拖拉机1上，所述采集箱5将收集到的扭矩传感器3和GPS速度传感器4所传递的信息输送给上位机。

工作原理：

驱动式农机具作业时，拖拉机动力输出轴1-1转动带动双花键节叉9、扭矩传感器3和方管传动轴10转动驱动农机具2工作部件转动作业。驱动式农机具2工作部件转动作业时受到阻力反作用在扭矩传感器3上产生扭力。扭矩传感器3的弹性轴受到扭力作用时，扭矩传感器3实时输出扭矩模拟信号，通过扭矩传感器输出信号电缆线6输入到采集箱5。扭矩传感器3的弹性轴受力转动时，扭矩传感器3实时输出转速电脉冲信号，通过扭矩传感器输出信号电缆线6输入到采集箱5。驱动式农机具作业时，GPS速度传感器4实时输出速度和时间通讯信号，通过GPS速度输出信号电缆线7输入到采集箱5。采集箱5中的模拟采集模块、高速计数模块、串行通讯模块将采集到的扭矩模拟信号、转速电脉冲信号、速度通讯信号进行转换，根据计算公式进行处理和逻辑运算分析，输出扭矩、转速、速度、时间、长度、面积、功率和效率测量数据，实现扭矩、转速、速度、时间、长度、面积、功率和效率的实时测量。由路由器上传网络云端服务器，通过互联网在上位机(显示器)接收测量数据。上位机保存原始的数据记录，以便于驱动式农机具作业后进行数据查询与分析。采集箱内的直流电流转换器对所有设备及模块进行供电。

驱动式农机具功率的测量方法，具体步骤如下：

扭矩传感器3将其所测量到的扭矩数据通过扭矩传感器输出信号电缆线6传输至采集箱5，采集箱5将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具2作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业功率的计算分析：

P＝T n/9550，其中：P—功率，单位W；T—扭矩，单位N·m；n—转速，单位r/min。

驱动式农机具效率的测量方法，具体步骤如下：

GPS速度传感器4将其所测量到的作业速度和作业时间数据通过GPS速度传感器输出信号电缆线7传输至采集箱5，采集箱5将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具2作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业长度、作业面积和作业效率的计算分析：

作业长度：L＝V*T，其中：L—作业长度，单位m；T—作业时间，单位s；V—速度，单位m/s；

作业面积：S＝M*L，其中：S—作业面积，单位m²；L—作业长度，单位m；M—机具幅宽，单位m；

作业效率：η＝S/T，其中：η—作业效率，单位m² s/；S—作业面积，单位m²；T—作业时间，单位s。

扭矩传感器3、GPS速度传感器4测量的数据是驱动式农机具2作业的原始数据。需要通过数据处理、逻辑运算、分析，计算出结果，并由上位机的监测软件显示出来。

对比例：

传统驱动式农机具是通过万向节传动轴将拖拉机和农机具连接起来进行驱动力传输的。万向节传动轴一个花键端与拖拉机动力输出轴连接，另一个花键端与农机具动力输入轴连接，拖拉机动力输出轴转动通过万向节传动轴驱动农机具工作部件转动进行作业。万向节传动轴是由方钢传动轴和方管传动轴两部分组成。方钢传动轴一端是内花键，另一端是方钢。方管传动轴一端是内花键，另一端是方管。方钢传动轴的方钢端插入方管传动轴的方管端中，将万向节传动轴连接起来，而且方钢在方管中可以移动实现万向节传动轴长短伸缩，满足驱动式农机具升降作业时万向节传动轴长短变化要求。传统驱动式农机具无法及时将扭矩和作业效率数据进行反馈，无法实时了解拖拉机和农机具负载大小及作业效率高低，无法进行智能化管理，工作效率低。

Claims (9)

1.驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，包括扭矩传感器(3)、GPS速度传感器(4)、采集箱(5)、扭矩传感器输出信号电缆线(6)、GPS速度传感器输出信号电缆线(7)和上位机，所述扭矩传感器(3)的一端与拖拉机(1)的拖拉机动力输出轴(1-1)建立连接，所述扭矩传感器(3)的另一端与驱动式农机具(2)的驱动式农机具动力输入轴(2-1)建立连接，所述扭矩传感器(3)通过扭矩传感器输出信号电缆线(6)与采集箱(5)连接，所述拖拉机(1)上布置有GPS速度传感器(4)，所述GPS速度传感器(4)通过GPS速度传感器输出信号电缆线(7)与采集箱(5)连接，所述采集箱(5)安装在拖拉机(1)上，所述采集箱(5)将收集到的扭矩传感器(3)和GPS速度传感器(4)所传递的信息输送给上位机。

2.根据权利要求1所述的驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，其特征在于，所述扭矩传感器(3)通过双花键节叉(9)与拖拉机动力输出轴(1-1)连接，所述扭矩传感器(3)通过方管传动轴(10)与驱动式农机具动力输入轴(2-1)连接。

3.根据权利要求2所述的驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，其特征在于，所述扭矩传感器(3)与拖拉机(1)建立连接的一端加工有扭矩传感器花键轴(3-1)，所述双花键节叉(9)的一端为与扭矩传感器花键轴(3-1)相配的六键内花键，中间为十字节叉，另一端为与拖拉机动力输出轴(1-1)相配的内花键。

4.根据权利要求3所述的驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，其特征在于，所述扭矩传感器(3)与驱动式农机具(2)建立连接的一端加工有扭矩传感器方钢轴(3-2)，所述方管传动轴(10)的一端为可将扭矩传感器方钢轴(3-2)插入其中的方钢管，中间为十字节叉，另一端为与驱动式农机具动力输入轴(2-1)相配的内花键。

5.根据权利要求4所述的驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，其特征在于，所述扭矩传感器(3)通过铁丝(8)与拖拉机下悬挂臂固定。

6.根据权利要求5所述的驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，其特征在于，所述采集箱(5)包括：模拟量采集模块、高速计数模块、通讯模块、直流电流装换器、供电电源、控制器和路由器，所述模拟量采集模块和高速计数模块接收扭矩传感器(3)的信号，所述通讯模块接收GPS速度传感器(4)的信号，所述采集模块、高速计数模块和通讯模块分别将所接收到的信号通过控制器传输至路由器，所述路由器将数据信号通过网络传输至上位机，所述供电电源通过直流电流装换器分别对模拟量采集模块、高速计数模块、通讯模块、控制器和路由器进行供电。

7.根据权利要求6所述的驱动式农机具扭矩、功率和效率的测量装置，其特征在于，所述GPS速度传感器(4)的数据接收天线布置在拖拉机(1)的驾驶室外高点上。

8.一种基于权利要求1或7的驱动式农机具功率的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

扭矩传感器(3)将其所测量到的扭矩数据通过扭矩传感器输出信号电缆线(6)传输至采集箱(5)，采集箱(5)将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具(2)作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业功率的计算分析：

P＝T n/9550，其中：P—功率，单位W；T—扭矩，单位N·m；n—转速，单位r/min。

9.一种基于权利要求1或7的驱动式农机具效率的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

GPS速度传感器(4)将其所测量到的作业速度和作业时间数据通过GPS速度传感器输出信号电缆线(7)传输至采集箱(5)，采集箱(5)将所接收的原始信息储存，以供驱动式农机具(2)作业后进行数据查询和根据以下公式进行驱动式农机具作业长度、作业面积和作业效率的计算分析：

作业长度：L＝V*T，其中：L—作业长度，单位m；T—作业时间，单位s；V—速度，单位m/s；

作业面积：S＝M*L，其中：S—作业面积，单位m²；L—作业长度，单位m；M—机具幅宽，单位m；

作业效率：η＝S/T，其中：η—作业效率，单位m² s/；S—作业面积，单位m²；T—作业时间，单位s。

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