CN113465968B - 履带式起重机的效率测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种履带式起重机的效率测试系统。履带式起重机的效率测试系统包括：发动机功率采集模块，包括第一转速传感器和第一扭矩传感器，第一转速传感器采集发动机输出的转速，第一扭矩传感器采集发动机输出的扭矩；重物功率采集模块，包括位移传感器，位移传感器采集重物的起升高度；数据采集模块，用于同步采集发动机输出的转速、发动机输出的扭矩及重物的起升高度；数据分析模块，与数据采集模块电连接且用于计算出重物起升或落下时的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率。本发明通过数据分析模块实时计算出总的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率，提高了能量转换效率的计算精度。

Description

履带式起重机的效率测试系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种履带式起重机的效率测试系统。

背景技术

履带起重机吊载工作时，传统的效率测试方法是利用秒表测试吊载稳态时的卷扬转速n1、卷筒当前中径D1、倍率K1、物体重量m1得出柴油机履带起重机吊载时的能量转换效率，能量转换效率η＝π×m×g×n1×D1×K1/(60×P_发动机)。由于相关物理参数不是实时同步采集，通过上述传统的效率测试方法计算出的能量转换效率结果不准确、误差较大，并且传统的效率测试方法无法对中间的能量转换效率进行测试分析，这样就无法对吊载时系统各个部件进行全面的最优匹配测试分析，在节能降耗方面限制了产品竞争力的提升。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种履带式起重机的效率测试系统，以解决现有技术中传统的效率测试方法计算出的能量转换效率结果不准确、误差较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种履带式起重机的效率测试系统，包括：发动机功率采集模块，包括第一转速传感器和第一扭矩传感器，第一转速传感器用于采集履带式起重机的发动机输出的转速，第一扭矩传感器用于采集发动机输出的扭矩；重物功率采集模块，包括位移传感器，位移传感器用于采集重物的起升高度；数据采集模块，与重力传感器及位移传感器电连接，数据采集模块用于同步采集发动机输出的转速、发动机输出的扭矩及重物的起升高度；数据分析模块，与数据采集模块电连接且用于根据发动输出机的转速、发动机输出的扭矩、重物的重量及重物的起升高度计算出重物起升或落下时的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率。

可选地，效率测试系统还包括泵功率采集模块，泵功率采集模块包括第一流量传感器和第一压力传感器，第一流量传感器用于采集履带式起重机的泵输出的流量，第一压力传感器用于采集泵输出的压力，数据采集模块分别与第一流量传感器和第一压力传感器电连接且用于同步采集泵输出的流量和压力，数据分析模块用于计算出泵的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率。

可选地，数据分析模块用于对泵在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出泵在各时段内的平均功率。

可选地，效率测试系统还包括：马达功率采集模块，包括第二流量传感器和第二压力传感器，第二流量传感器用于采集履带式起重机的液压马达输出的流量，第二压力传感器用于采集液压马达输出的压力；卷扬功率采集模块，包括第二转速传感器和第二扭矩传感器，第二转速传感器用于采集履带式起重机的卷扬机输出的转速，第二扭矩传感器用于采集卷扬机输出的扭矩；其中，数据采集模块分别与第二流量传感器、第二压力传感器、第二转速传感器和第二扭矩传感器电连接且用于同步采集液压马达输出的流量、液压马达输出的压力、卷扬机输出的转速及卷扬机输出的扭矩，数据分析模块用于计算出液压马达的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率以及卷扬机的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率。

可选地，数据分析模块用于对液压马达在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出液压马达在各时段内的平均功率，和/或，数据分析模块用于对卷扬机在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出卷扬机在各时段内的平均功率。

可选地，数据分析模块用于对发动机在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出发动机在各时段内的平均功率。

可选地，数据分析模块用于对重物的起升高度进行微分运算并计算出重物的起升速度，数据分析模块用于根据重物的起升速度和重物的重量计算出重物的瞬时功率。

可选地，数据分析模块用于对重物在各时段内的瞬时功率进行积分运算并计算出重物在各时段内的平均功率。

可选地，效率测试系统还包括第三流量传感器，第三流量传感器用于采集发动机的瞬时油耗。

可选地，效率测试系统还包括流量显示仪，流量显示仪与第三流量传感器电连接且用于显示第三流量传感器采集的瞬时油耗，流量显示仪通过CAN总线与数据采集模块连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的工程机械的效率测试系统的简易示意图；

图2示出了图1的效率测试系统所采集的各个参数随时间变化的曲线图。

附图标记说明：

11、第一转速传感器；12、第一扭矩传感器；13、发动机；14、第三流量传感器；15、流量显示仪；21、位移传感器；22、重物；30、数据采集模块；41、第一流量传感器；42、第一压力传感器；43、泵；51、第二流量传感器；52、第二压力传感器；53、液压马达；61、第二转速传感器；62、第二扭矩传感器；63、卷扬机；70、CAN总线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本实施例的工程机械的效率测试系统包括：发动机功率采集模块、重物功率采集模块、数据采集模块30及数据分析模块，发动机功率采集模块包括第一转速传感器11和第一扭矩传感器12，第一转速传感器11用于采集工程机械的发动机13输出的转速，第一扭矩传感器12用于采集发动机13输出的扭矩；重物功率采集模块包括位移传感器21。以起重设备为例，重物是指被吊起的重物。位移传感器21用于采集重物22的起升高度，此处的起升高度是指重物的重心在垂直地面的方向上距离地面的高度；数据采集模块30与位移传感器21电连接，第一转速传感器11和第一扭矩传感器12实时将采集到的数据通过CAN总线输入数据采集模块30中，数据采集模块30用于同步采集发动机13输出的转速、发动机13输出的扭矩及重物22的起升高度。当然，第一转速传感器11和第一扭矩传感器12也可直接与将采集的数据输入数据采集模块中。此处的同步采集是指采集发动机13输出的转速、发动机13输出的扭矩及重物22的起升高度均在同一的某一时间点上的瞬时数据；重物22的重量通过起重机上的力矩限制器获得，也可以手动输入重物22的重量至数据采集模块中，数据分析模块与数据采集模块30电连接且用于根据发动机13输出的转速、发动机13输出的扭矩、重物22的重量及重物22的起升高度计算出重物在起升或者落下时的瞬时的能量转换效率及平均能量转换效率。

应用本实施例的工程机械的效率测试系统，数据采集模块30直接同步采集第一转速传感器11所采集到的发动机13输出的转速、第一扭矩传感器12所采集到的发动机13输出的扭矩及位移传感器21所采集到的重物22的起升高度，然后通过数据分析模块可以精确计算出发动机的瞬时输出功率和重物的瞬时功率，进而得到工程机械处于起升工况或落下工况时的瞬时能量转换效率及平均能量转换效率。通过第一转速传感器11、第一扭矩传感器12、位移传感器21可以实时的检测发动机和重物的参数，数据采集模块30直接同步采集各参数，通过数据分析模块实时计算出总的瞬时能量转换效率及平均能量转换效率，极大地提高了能量转换效率的计算精度，减小数据误差，有效地解决了通过时钟实现数据同步比较困难的问题。

在本实施例中，效率测试系统还包括泵功率采集模块，泵功率采集模块包括第一流量传感器41和第一压力传感器42，第一流量传感器41用于采集工程机械的泵43输出的流量，第一压力传感器42用于采集泵43输出的压力，数据采集模块30分别与第一流量传感器41和第一压力传感器42电连接且用于同步采集泵43输出的流量和压力，数据分析模块用于计算出泵43的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率，此处泵43的瞬时能量转换效率是指泵的瞬时输出功率与发动机的瞬时输出功率之比。通过第一流量传感器41和第一压力传感器42可以实时的检测泵43输出的流量、压力参数，数据采集模块30直接同步采集泵43输出的流量、压力参数，然后通过数据分析模块可以实时计算出泵43的瞬时能量转换效率，可以对泵的瞬时能量转换效率进行测试分析，通过测试分析出泵瞬时能量的影响因素，根据影响因素进行改进，进而提升产品竞争力。

在本实施例中，数据分析模块用于对泵43在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出泵43在各时段内的平均功率，进而可以计算出泵在各时段内的平均能量转换效率，便于对产品进行效率优化和动力匹配。

在本实施例中，效率测试系统还包括：马达功率采集模块和卷扬功率采集模块，马达功率采集模块包括第二流量传感器51和第二压力传感器52，第二流量传感器51用于采集工程机械的液压马达53输出的流量，第二压力传感器52用于采集液压马达53输出的压力；卷扬功率采集模块包括第二转速传感器61和第二扭矩传感器62，第二转速传感器61用于采集工程机械的卷扬机63输出的转速，第二扭矩传感器62用于采集卷扬机63输出的扭矩；其中，数据采集模块30分别与第二流量传感器51、第二压力传感器52、第二转速传感器61和第二扭矩传感器62电连接且用于同步采集液压马达53输出的流量、液压马达53输出的压力、卷扬机63输出的转速及卷扬机63输出的扭矩，数据分析模块用于计算出液压马达53的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率以及卷扬机63的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率。工程机械的滑轮组的转换效率为重物的瞬时功率与卷扬机的瞬时输出功率之比。通过第二流量传感器51、第二压力传感器52、第二转速传感器61和第二扭矩传感器62可以实时的检测液压马达53输出的流量、压力参数和卷扬机63输出的转速、扭矩参数，数据采集模块30直接同步采集液压马达53输出的流量、压力参数和卷扬机63输出的转速、扭矩参数，然后通过数据分析模块可以精确计算出液压马达的瞬时输出功率和卷扬机的瞬时输出功率，进而实时计算出液压马达的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率以及卷扬机的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率，可以对液压马达和卷扬机的瞬时能量转换效率进行测试分析，通过测试分析出液压马达和卷扬机瞬时能量的影响因素，根据影响因素进行改进，进而有效地提升产品竞争力。第二转速传感器61为编码器等。

在本实施例中，数据分析模块用于对液压马达53在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出液压马达53在各时段内的平均功率，进而可以计算出液压马达53在各时段内的平均能量转换效率，便于对产品进行效率优化和动力匹配。数据分析模块用于对卷扬机63在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出卷扬机63在各时段内的平均功率，进而可以计算出卷扬机63在各时段内的平均能量转换效率，便于对产品进行效率优化和动力匹配。

在本实施例中，数据分析模块用于对发动机13在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出发动机13在各时段内的平均功率，进而可以计算出发动机13在各时段内的平均能量转换效率，便于对产品进行效率优化和动力匹配。

在本实施例中，数据分析模块用于对重物22的起升高度进行微分运算并计算出重物22的起升速度，数据分析模块用于根据重物22的起升速度和重物22的重量计算出重物22的瞬时功率。

在本实施例中，数据分析模块用于对重物22在各时段内的瞬时功率进行积分运算并计算出重物22在各时段内的平均功率，进而可以计算出在各时段内的总的平均能量转换效率，便于对产品进行效率优化和动力匹配。

在本实施例中，效率测试系统还包括第三流量传感器14，第三流量传感器14用于采集发动机13的瞬时油耗。通过检测发动机的油耗可以衡量工程机械是否省油。

在本实施例中，效率测试系统还包括流量显示仪15，流量显示仪15与第三流量传感器14电连接且用于显示第三流量传感器14采集的瞬时油耗，流量显示仪15通过CAN总线70与数据采集模块30连接。第三流量传感器14为容积式流量传感器，流量显示仪15为车载式流量显示仪。第一转速传感器11和第一扭矩传感器12也通过CAN总线70与数据采集模块30连接。

需要说明的是，工程机械为起重机，起重机以履带式起重机为例，发动机与泵连接，泵通过主阀与马达连接，马达通过离合器与卷扬机连接，卷扬机的卷筒上的钢丝绳绕过机械滑轮组与重物连接，容积式流量传感器、车载式流量显示仪、第一转速传感器、第一扭矩传感器与发动机连接，第一流量传感器、第一压力传感器与泵连接，第二流量传感器、第二压力传感器与马达连接，编码器、第二扭矩传感器与卷扬机连接，位移传感器与重物连接，重物的重量在起升之前可测出，或者通过起重机自带的重量检测装置检测出重物的重量，将检测出的重量输入数据采集模块中。数据采集模块与CAN总线、第一流量传感器、第二流量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、编码器、、第二扭矩传感器位移传感器连接，数据采集模块用于采集各物理量时域数据，数据分析模块包括时域数据读取、信号处理、数据计算方法与输出。

如图1和图2所示，通过容积式流量传感器和车载式流量显示仪采集发动机的瞬时油耗Q₁、第一转速传感器11采集发动机输出的转速n₁、第一扭矩传感器12采集发动机输出的扭矩T₁，通过数据分析模块读取采集的发动机的瞬时油耗Q₁、第一扭矩传感器12采集发动机输出的转速n1、第一扭矩传感器采集发动机输出的扭矩T₁时域数据，通过P₁＝T₁×n₁/9550计算发动机的瞬时输出功率。通过和P_A1＝W₁/T计算发动机在各时段内的平均功率，并且可与泵、马达、卷扬机、重物同步。

通过第一流量传感器41采集泵输出的瞬时流量Q₂，通过第一压力传感器采集泵输出的瞬时压力p₂，通过数据分析模块读取采集泵输出的瞬时流量Q₂、泵输出的瞬时压力p₂时域数据，通过P₂＝p₂×Q₂/600计算泵的瞬时输出功率。通过和P_A2＝W₂/T计算泵在各时段内的平均功率，并且可与发动机、马达、卷扬机、重物同步。

通过第二流量传感器采集液压马达输出的瞬时流量Q₃，通过第二压力传感器采集液压马达输出的瞬时压力p₃，通过数据分析模块读取采集液压马达输出的瞬时流量Q₃、液压马达输出的瞬时压力p₃时域数据，通过P₃＝p₃×Q₃/600计算液压马达的瞬时输出功率。通过和P_A3＝W₃/T计算马达在各时段内的平均功率，并且可与发动机、泵、卷扬机、重物同步。

通过编码器采集卷扬机输出的瞬时转速n₄，通过第二扭矩传感器采集卷扬机输出的瞬时扭矩T₄，通过数据分析模块读取采集的卷扬机输出的瞬时转速n₄、卷扬机输出的瞬时扭矩T₄时域数据，通过P₄＝T₄×n₄/9550计算卷扬机的瞬时输出功率。通过和P_A4＝W₄/T计算卷扬机在各时段内的平均功率，并且可与发动机、泵、马达、重物同步。

通过位移传感器21采集重物瞬时提升高度h₅，通过数据分析模块读取重物的瞬时提升高度h₅时域数据，通过v₅＝dh₅/dt和P₅＝mgv₅计算重物的瞬时功率，再通过和P_A5＝W₅/T计算重物在各时段内的平均功率，并且可与发动机、泵、马达、卷扬机同步。

最后通过数据分析模块精确计算起重机起升工况时的各个部件的瞬时能量转换效率为：

起升工况时总的能量转换效率η₁，η₁＝P₅/P₁；

泵的能量转换效率η₂，η₂＝P₂/P₁；

主阀与马达的能量转换效率η₃，η₃＝P₃/P₂；

离合器与卷扬的能量转换效率η₄，η₄＝P₄/P₃；

机械滑轮组的转换效率η₅，η₅＝P₅/P₄。

精确计算起重机起升工况时的各个部件对应各时段的平均能量转换效率为：

起升工况时总的能量转换效率η_A1，η_A1＝P_A5/P_A1；

泵的能量转换效率η_A2，η_A2＝P_A2/P_A1；

主阀与马达的能量转换效率η_A3，η_A3＝P_A3/P_A2；

离合器与卷扬的能量转换效率η_A4，η_A4＝P_A4/P_A3；

机械滑轮组的转换效率η_A5，η_A5＝P_A5/P_A4。

数据采集模块与传感器采集各物理量频率高，可毫秒级分析起升工况各阶段不同物理量的变化规律，可同步分析与计算各物理量，相较于现有的功率计算与能量转换效率的计算方式，可以提高计算精度。

从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：

通过传感器采集发动机输出的转速和扭矩、泵输出的流量和压力、马达输出的流量和压力、卷扬机输出的转速和扭矩以及重物的提升高度，通过数据采集模块实时同步采集发动机输出的转速和扭矩、泵输出的流量和压力、马达输出的流量和压力、卷扬机输出的转速和扭矩以及重物的提升高度等所有跟效率相关的物理量，数据精度高，数据分析模块读取同一时域各物理量数据，根据效率计算方法进行积分、微分运算可精确、快速计算起重机各部件间瞬时、平均能量转换效率，在产品效率优化、动力匹配方面具有重要应用。此处的瞬时效率计算方法是指在同一时刻下，获取发动机输出的转速和扭矩、泵输出的流量和压力、马达输出的流量和压力、卷扬机输出的转速和扭矩以及重物的重心距离地面在垂直地面方向上的高度，然后根据各组的数据计算瞬时功率，进而计算出瞬时能量转换效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种履带式起重机的效率测试系统，其特征在于，包括：

发动机功率采集模块，包括第一转速传感器(11)和第一扭矩传感器(12)，所述第一转速传感器(11)用于采集履带式起重机的发动机(13)输出的转速，所述第一扭矩传感器(12)用于采集所述发动机(13)输出的扭矩；

重物功率采集模块，包括位移传感器(21)，所述位移传感器(21)用于采集重物(22)的起升高度；

数据采集模块(30)，与所述位移传感器(21)电连接，所述数据采集模块(30)用于同步采集所述发动机(13)输出的转速、所述发动机(13)输出的扭矩及所述重物(22)的起升高度；

数据分析模块，与所述数据采集模块(30)电连接且用于根据所述发动机(13)输出的转速、所述发动机(13)输出的扭矩、所述重物(22)的重量及所述重物(22)的起升高度计算出所述重物(22)起升或落下时的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率；

马达功率采集模块，包括第二流量传感器(51)和第二压力传感器(52)，所述第二流量传感器(51)用于采集所述履带式起重机的液压马达(53)输出的流量，所述第二压力传感器(52)用于采集所述液压马达(53)输出的压力；

卷扬功率采集模块，包括第二转速传感器(61)和第二扭矩传感器(62)，所述第二转速传感器(61)用于采集所述履带式起重机的卷扬机(63)输出的转速，所述第二扭矩传感器(62)用于采集所述卷扬机(63)输出的扭矩；

其中，所述数据采集模块(30)分别与所述第二流量传感器(51)、所述第二压力传感器(52)、所述第二转速传感器(61)和所述第二扭矩传感器(62)电连接且用于同步采集所述液压马达(53)输出的流量、所述液压马达(53)输出的压力、所述卷扬机(63)输出的转速及所述卷扬机(63)输出的扭矩，所述数据分析模块用于计算出所述液压马达(53)的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率以及所述卷扬机(63)的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率；

所述效率测试系统还包括泵功率采集模块，所述泵功率采集模块包括第一流量传感器(41)和第一压力传感器(42)，所述第一流量传感器(41)用于采集所述履带式起重机的泵(43)输出的流量，所述第一压力传感器(42)用于采集所述泵(43)输出的压力，所述数据采集模块(30)分别与所述第一流量传感器(41)和所述第一压力传感器(42)电连接且用于同步采集所述泵(43)输出的流量和压力，所述数据分析模块用于计算出所述泵(43)的瞬时能量转换效率和平均能量转换效率；

所述发动机(13)与所述泵(43)连接，所述泵通过主阀与所述液压马达(53)连接，所述液压马达(53)通过离合器与所述卷扬机(63)连接，所述卷扬机(63)的卷筒上的钢丝绳与重物连接。

2.根据权利要求1所述的效率测试系统，其特征在于，所述数据分析模块用于对所述泵(43)在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出所述泵(43)在各时段内的平均功率。

3.根据权利要求1或2所述的效率测试系统，其特征在于，所述数据分析模块用于对所述液压马达(53)在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出所述液压马达(53)在各时段内的平均功率，和/或，所述数据分析模块用于对所述卷扬机(63)在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出所述卷扬机(63)在各时段内的平均功率。

4.根据权利要求1或2所述的效率测试系统，其特征在于，所述数据分析模块用于对所述发动机(13)在各时段内的瞬时输出功率进行积分运算并计算出所述发动机(13)在各时段内的平均功率。

5.根据权利要求1或2所述的效率测试系统，其特征在于，所述数据分析模块用于对所述重物(22)的起升高度进行微分运算并计算出所述重物(22)的起升速度，所述数据分析模块用于根据所述重物(22)的起升速度和所述重物(22)的重量计算出所述重物(22)的瞬时功率。

6.根据权利要求5所述的效率测试系统，其特征在于，所述数据分析模块用于对所述重物(22)在各时段内的瞬时功率进行积分运算并计算出所述重物(22)在各时段内的平均功率。

7.根据权利要求1或2所述的效率测试系统，其特征在于，所述效率测试系统还包括第三流量传感器(14)，所述第三流量传感器(14)用于采集所述发动机(13)的瞬时油耗。

8.根据权利要求7所述的效率测试系统，其特征在于，所述效率测试系统还包括流量显示仪(15)，所述流量显示仪(15)与所述第三流量传感器(14)电连接且用于显示所述第三流量传感器(14)采集的瞬时油耗，所述流量显示仪(15)通过CAN总线(70)与所述数据采集模块(30)连接。