液力耦合器状态监测系统的关键技术研究和工程实现

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以液力耦合器为代表的高速旋转设备的传动连接部件被广泛应用于众多经济支柱型产业,如吊装设备、送/卸料、破碎作业等大型重机设备。而这些设备的传动部件的稳定运行会影响到整个设备的运行状态,任何异常都会影响到整个传动系统,甚至导致系统瘫痪。但对于这类传动部件的人工定期、定时检测的方法不仅无法及时发现运行过程中传动部件出现的异常,更无法及时进行故障的预警和处理。为了能够对液力耦合器运行状态进行实时监测并及时发现和处理故障,本文在充分分析高速旋转设备软连接部件的力学特征的基础上,结合生产过程智能化生产的实际需求,研究并开发液力耦合器监测系统。本文详细介绍了液力耦合器监测系统的系统原理、各部件架构、性能指标和实际技术应用。并在文中提出了新型传感设计方案:在液力耦合器的易熔塞部件基础上设计了基于射频通信的内置式传感器。该传感器可较为准确地直接监测耦合器内部温度、压强等关键参数。针对其温度参数存在滞后现象,设计了温度比例微分算法并进行了相关参数的校准实验。分析研究了传感器设计时涉及的信源编码方式、射频调制方式、天线设计等多方面的关键技术应用,并以实际工程角度出发理论结合实践在传感器板级设计、数据对码、耐高温、功耗管理设计等方面提出可靠的软硬件设计方案。现场数据接收设备是以STM32单片机为处理器,TDA52235为接收器进行数据接收、解码、传输并现场显示。现场数据通过LoRa局域网转发至后台终端。数据终端负责接收来自一个或多个现场转发器的数据,通过RS232通信电路与中控液晶显示器和数据服务器进行数据交互,以此实现数据实时监控、命令处理和报警等功能。使用LoRa通信技术,保证厂区内远距离组网功能的同时减少了组网成本,并通过设计相关的通信协议,可实现单主机对多设备同时监控及设备快速组网和控制等功能。经实验表明:该系统设计方案的传感器温度校准误差±2℃以内且对温度变化灵敏度高;压强校准误差为±3KPa;传感器纽扣电池可以为其持续供电约1.6年以上;局域网组网便捷,厂区覆盖率高。对系统进行了长期的软件和硬件测试,结果表明,本文设计的监控系统各项测试参数准确、稳定、可靠,基本能满足现场使用功能的要求。同时也为设计高速旋转类设备的状态监测系统提供了一种实用、可行的解决方案。
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