談工程機械發(fā)動機啟停狀態(tài)監(jiān)控范文

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摘要：隨著大型工程數(shù)量逐漸增多，工程機械需求也與日俱增。工程機械作為施工企業(yè)主要生產(chǎn)資料，日常運營維護是一項較大的成本支出。由于工程機械作業(yè)任務復雜性，不同作業(yè)狀態(tài)下，發(fā)動機具體情況各不相同；若無法準確掌握各作業(yè)狀態(tài)作業(yè)時長，就會導致工程機械使用狀態(tài)處于無法測算，不受監(jiān)控狀態(tài)，給企業(yè)日常管理、計劃核算帶來極大不便。因此，對于工程機械的使用調度情況需要更加準確的進行控制，以確保工程機械利用率達到最大；而工程機械監(jiān)控需要監(jiān)測發(fā)動機的運行狀態(tài)，才能得到最準確的運行情況。目前，工程機械發(fā)動機監(jiān)測方法較為稀缺，而傳統(tǒng)的私家車發(fā)動機有成熟的監(jiān)控方法，優(yōu)先嘗試把成熟私家車發(fā)動機監(jiān)控方法移植到工程車輛上，但是過去傳統(tǒng)的發(fā)動機監(jiān)控技術并不一定適合工程機械，因此需要選擇一種合適的監(jiān)控方法。

關鍵詞：工程機械;啟停監(jiān)控;運行狀態(tài)

1發(fā)動機常規(guī)監(jiān)測方法

常規(guī)的發(fā)動機運行狀態(tài)監(jiān)測方法通常包括以下六部分內(nèi)容。

1.1發(fā)動機溫度監(jiān)測

發(fā)動機溫度監(jiān)測是通過發(fā)動機溫度變化來監(jiān)測。當發(fā)動機啟動后，溫度會顯著升高；在發(fā)動機關閉后，溫度理會逐漸降至周圍溫度。因此，可以用溫度傳感器來監(jiān)測發(fā)動機啟停狀態(tài)，在設定好溫度傳感器恰當閾值后，當發(fā)動機正常工作后，發(fā)動機溫度上升，當發(fā)動機溫度突破設定閾值，將觸發(fā)溫度傳感器，傳感器判斷發(fā)動機啟動；當發(fā)動機關閉后，發(fā)動機溫度降低至溫度傳感器設定閾值下，溫度傳感器判斷發(fā)動機關閉。因此溫度傳感器的閾值設置是判斷發(fā)動機啟停的關鍵。發(fā)動機啟動后，發(fā)動機內(nèi)部汽油、柴油燃燒產(chǎn)生的溫度大約能達到2000℃～2500℃，但是燃燒產(chǎn)生的溫度并不會直接傳到氣缸上，而是在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)作用下發(fā)動機整體工作溫度在90℃～130℃之間。因而，溫度傳感器的閾值上限應不高于90℃；閾值下限需要整體考慮當?shù)販囟惹闆r，定出合適的閾值下限。同時，閾值的具體設定需要考慮發(fā)動機到達閾值所需的時間。

1.2發(fā)動機油耗監(jiān)測

發(fā)動機油耗監(jiān)測一般是通過在進油口處安裝流量計傳感器來計算發(fā)動機實時的油耗信息。油量傳感器一般利用霍爾感應原理來進行測量，能夠在一定時間內(nèi)測量出通過進油口的油量，再除以設定時間，就能實時得出發(fā)動機的油耗信息。

1.3蓄電池電壓監(jiān)測

發(fā)動機蓄電池主要分為鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池和鉛酸電池，蓄電池在車輛內(nèi)的作用如下：第一，在發(fā)動機啟動時，可以產(chǎn)生10A左右的電流協(xié)助發(fā)動；第二，在汽車發(fā)電機發(fā)電功率不足時，可以給車內(nèi)設備供電；第三，蓄電池還能作為穩(wěn)壓器，向車內(nèi)設備提供穩(wěn)定電壓；第四，在發(fā)電機的電勢能大于蓄電池時，蓄電池會儲存多出的電能。因此，在蓄電池端并聯(lián)上電壓傳感器，就能判斷發(fā)動機的啟停狀態(tài)。

1.4發(fā)動機振動監(jiān)測

發(fā)動機在啟動后，會因為活塞運動帶來周期性振動，所以可以通過振動傳感器來監(jiān)測發(fā)動機，進而判斷發(fā)動機的啟動狀態(tài)；發(fā)動機停止后，也能設置在一段時間后判斷發(fā)動機處于停止狀態(tài)。如果發(fā)動機長時間處于高溫狀態(tài)，傳感器必須要擁有一定耐高溫能力。目前，市面上的高溫振動傳感器一般有以下兩種類型。

1.4.1IEPE式高溫振動傳感器：該傳感器內(nèi)部集成了電路元件，由于電路元件無法承受過高溫度，所以傳感器無法承受高于170℃的溫度。但是安裝使用方便，成本較低，選擇合適安裝位置不會超過其溫度承受上限。

1.4.2電荷式高溫振動傳感器電荷式的傳感器使用的陶瓷材料，最高可以承受不高于482℃的溫度。可是陶瓷元件其自身有非常高的阻抗，需要在傳感器尾部附加一個電荷轉換裝置，把振動電荷信號轉換成標準電信號。

1.5發(fā)動機加速度監(jiān)測

發(fā)動機啟動，一般伴隨著車輛運行；發(fā)動機熄火后，車輛會在阻力作用下逐漸停止，這使得利用加速度傳感器監(jiān)控發(fā)動機啟停狀態(tài)成為了可能。車輛在啟動后，在發(fā)動機帶動下，加速度突然增加；之后在阻力作用下，發(fā)動機驅動力等于阻力，加速度為零。加速度傳感器可以通過這個信號判斷發(fā)動機啟動；在車輛剎車時，阻力增大，加速度變?yōu)樨摂?shù)，在車輛停下后，加速度變?yōu)榱悖藭r可以判斷為發(fā)動機停止。加速度傳感器一般分為壓電式、壓阻式、電容式和伺服式，一般使用電容式傳感器，既保證小巧又保證了較低的成本。

1.6發(fā)動機轉速監(jiān)測

發(fā)動機轉速測量一般都是通過在車輪安裝霍爾傳感器測量車輪轉速來實現(xiàn)的。在車輪處安裝相應磁性元件，當車輪轉動時，磁性元件經(jīng)過霍爾傳感器，此時傳感器就感應到車輪轉過了一圈。通過轉過圈數(shù)和時間比值就能得到發(fā)動機的轉速。

2用于工程機械發(fā)動機的監(jiān)測方法分析

2.1可行分析

2.1.1發(fā)動機溫度監(jiān)測環(huán)境溫度25℃，發(fā)動機使用普通水冷系統(tǒng)，在發(fā)動機的殼體處安裝pt100接觸式溫度傳感器，以此傳感器測出發(fā)動機啟動的溫度—時間曲線如圖1所示；發(fā)動機停止的溫度—時間曲線如圖2所示。根據(jù)測試采樣結果，當溫度傳感器閾值設定在65℃，發(fā)動機啟動后3.47min達到設定閾值；發(fā)動機正常工作后關閉10.28min后，可以在工程機械上正常使用。

2.1.2發(fā)動機油耗監(jiān)測把霍爾傳感器安裝在進油口處，當進油口有油量運動時，霍爾傳感器立即能監(jiān)測到數(shù)據(jù)，可以在工程機械上正常使用。

2.1.3發(fā)動機蓄電池電流監(jiān)測把電壓傳感器并聯(lián)安裝在蓄電池的輸出端，發(fā)動機運行后，發(fā)動機端的電勢和蓄電池端電勢總會存在一定電勢差，因此會形成電壓差。因此，工程機械的發(fā)動機與普通發(fā)動機在正常發(fā)動時，在溫度、油耗與蓄電池電流上具有相似性，使用可以用于工程機械發(fā)動機監(jiān)測。

2.2不可行分析

2.2.1發(fā)動機震動監(jiān)測在工程機械工作工況下，會存在各種各樣的震動環(huán)境，如挖掘機、鉆機施工環(huán)境，并且是用于不同工作場景，工況會經(jīng)常發(fā)生變化，無法實現(xiàn)有效濾波，無法根據(jù)發(fā)動機震動情況判斷發(fā)動機工作狀況。

2.2.2發(fā)動機加速度監(jiān)測加速度傳感器只能監(jiān)控車輛加速度情況，而加速度傳感器缺點在于無法判斷車輛當前速度情況，如車輛在較高速度下，剎車把速度降低再勻速行駛，此時加速度傳感器會判斷發(fā)動機停止。鑒于單獨加速度傳感器缺點，不能在工程車輛上使用加速度傳感器來監(jiān)控發(fā)動機啟停狀態(tài)。

2.2.3發(fā)動機轉速監(jiān)測發(fā)動機轉速監(jiān)控確實能夠及時準確地監(jiān)測工程車輛當前運動情況，但是考慮到工程車輛工作特殊性，工程車輛會有很長一段時間在一個地方工作，然后再轉移到下一個地方，因此在工程車輛原地施工時，發(fā)動機轉速傳感器會誤判為發(fā)動機關閉，監(jiān)控的準確性得不到保障。因此，在工程施工特殊環(huán)境下，工程車輛運行情況與私家車存在差異，發(fā)動機震動、加速度及轉速監(jiān)測都不能準確判斷出發(fā)動機的啟停狀態(tài)。

3三種可行的監(jiān)測方式對比分析

3.1發(fā)動機溫度監(jiān)測分析

工程機械發(fā)動機的溫度監(jiān)測，需要在發(fā)動機外殼處安裝溫度傳感器，但是因為發(fā)動機出的溫度較高，膠水安裝容易失效；并且溫度監(jiān)測容易發(fā)生監(jiān)測滯后，剛啟動發(fā)動機時，溫度達不到設定閾值，無法監(jiān)測出發(fā)動機已經(jīng)啟動，而熄火后也需要一定時間才能使溫度降至設定值，無法及時有效判斷出發(fā)動機狀態(tài)。

3.2發(fā)動機油耗監(jiān)測分析

工程機械油耗監(jiān)測需要在發(fā)動機進油口處安裝流量計，優(yōu)點在于能夠準確及時地監(jiān)測發(fā)動機啟動停止狀態(tài)，但是無法在不破壞進油口結構下安裝流量計，而果破壞進油口結構又有可能會影響密封性。

3.3蓄電池電壓監(jiān)測分析

工程機械蓄電池電壓狀態(tài)監(jiān)測，該監(jiān)測方式需要在蓄電池的輸入端并聯(lián)一個電流傳感器，可以在發(fā)動機啟動或停止時監(jiān)測電流變化，從而監(jiān)測出發(fā)電機狀態(tài)。而且安裝電流傳感器無需破壞發(fā)動機機構，不會影響其密封性，安裝方便且能及時監(jiān)測發(fā)動機的狀態(tài)。因此在一般情況下，可以優(yōu)先選擇工程機械電流狀態(tài)監(jiān)測方式。

4結語

在傳統(tǒng)私家車發(fā)動機六種監(jiān)控方法中，只有溫度監(jiān)測、油耗監(jiān)測與蓄電池電壓監(jiān)測能移植到工程機械上；蓄電池電壓監(jiān)測無需破壞發(fā)動機及車輛的整體結構，使用的傳感器也更為便宜，可以有效降低成本。在綜合考慮成本、傳感器安裝難易程度以及最終監(jiān)測效果等方面，更傾向于使用蓄電池電壓監(jiān)測來判斷發(fā)動機的啟停狀態(tài)。

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作者：林鳳濤 鄧卓鑫 胡偉豪 王松濤 楊世德 單位：華東交通大學