农机故障自动检测与预警中传感器技术的运用探析

　　摘要：农业机械的故障自动检测技术能够有效提高农机使用的可靠性，避免农机故障问题的发生。从现阶段传感器技术在农机故障自动检测方面的应用出发，说明了传感器技术主要应用方向与特点，并说明对于检测或分析出的故障问题的主要预警表现形式，强调了传感器技术在农机故障检测中应用的必要性。

　　关键词：传感器技术; 农机故障; 自动检测; 预警; 应用;

　　0 引言

　　在农业机械化生产过程中，农业机械面临着复杂的农业生产环境，很可能会产生各种突发的故障问题，且随着农业机械结构越来越复杂，精密程度也不断提升，农机出现故障的概率也随之增加。为进一步提高农机作业效率，很多先进的农业机械配备了多种传感器设备用于机械故障的自动化检测，其中传感器应用较多的机型包括了旋耕机、播种机、收割机、喷药机等。将传感器技术应用于农业机械的故障诊断工作，使农机可能存在的故障问题被及时感知，并通过多种形式进行示警，能有效避免农机损坏而耽误农时，并减少农机维修的成本消耗，同时有效延长农业机械的使用寿命。

　　1 传感器应用特点分析

　　传感器主要用于检测机械运转的各项状态信息，并能够将获得的信息转换为电信号或其它形式，经传输和数据处理后，在农机设备上显示各个关键工作位置的状态情况。传感器的工作应用了多学科的技术，包括物理学、化学、生物学等，通过单一的技术或综合性的技术，有效获取农业机械的各项数据，以判断重要的工作位置是否存在故障问题。

　　传感器应用于农业机械主要有以下优点:一是传感器的应用专业性强，对指定的检测项目如温度、压力等能够实现快速获取快速传输;二是对于农业机械复杂的工作状态能实现高精确度、高分辨能力、高可靠性等优点，且对农业生产的适应能力强，在多种因素的影响下也能保证准确地获取需要的数据信息;三是传感器的检测形式多样，可实现接触式检测和非接触式检测等多种方式，以满足不同工况的实际需求。

　　2 基于传感器的农机故障自动检测

　　2.1 速度检测中的传感器应用

　　无论哪种农业机械在田间工作时，都要求其行驶速度具有稳定性的特点，如果农业机械的速度控制和实施存在异常，常常说明农业机械的传动系统或动力系统存在故障，因此有必要通过传感器技术实现对农业机械速度状态的实时监测。现阶段，应用于农业机械行驶速度监测的传感器按照技术特点包括机械式、光电式、电容式、霍尔式、电磁式等许多传感器产品。但在农业机械上应用较多的为光电式和霍尔式，以霍尔式传感器为例，其工作原理如图1所示，通过采集车轮转速变化引起电流的变化，从而计算出农业机械的速度变化情况，对异常情况提供示警功能。

　　图1 霍尔式传感器工作原理   

　　2.2 制动能力检测中的传感器应用

　　农业机械的制动能力直接关系农机的正常使用及作业安全，利用传感器对拖拉机的制动性能进行检测，需要通过多种传感器配合加以实施(如图2所示)，通常情况下制动性能检测的传感器包括加速度传感器、速度传感器、制动踏板力传感器。通过获取拖拉机在不同制动踏板受力情况下的制动数据，能有效分析出驾驶员的制动意图与实际制动实施的关系是否匹配。例如:分析制动距离是否符合设计要求，以实现对制动系统是否存在故障问题的检测功能。

　　图2 制动能力检测的传感器工作模式   

　　2.3 输出轴扭矩检测中的传感器应用

　　动力输出轴是拖拉机的主要动力供给结构，能够为配套的农机具提供运转动力支持，通常情况下动力输出的扭矩直接决定了配套农机具的制动能力。因此，通过传感器对拖拉机的动力输出扭矩进行实时监测，通过实现对配套机具状态的有效掌握。动力输出轴的性能检测主要通过扭矩传感器来实现，例如，在拖拉机配套旋耕机的作业过程中，通过扭矩传感器获取的数据，可通过式(1)计算出输送功率，从而分析出旋耕机的实际工作状态是否符合工作要求

　　式中T—扭矩，N·m;

　　N—转速，r·min-1;

　　P—功率，k W。

　　2.4 油耗量检测中的传感器技术应用

　　油耗量是农业机械使用过程中的燃油经济性重要指标，能够分辨农业机械是否符合节能减排的要求，传统的油耗量检测主要通过液位传感器测得油量损耗，再根据农业生产实际的作业情况经复杂的计算得出实际的油耗量。随着技术的发展，很多先进的大型农业机械配套了专用的油耗检测传感器，如:KVM2000和德国Flowtronic油耗检测仪，通过众多传感器和数据处理技术，实现快速且精确的油耗检测与分析功能。

　　2.5 其他性能检测中的传感器技术应用

　　除上述诊断技术外，利用传感器技术还能对特定结构进行检测。例如:利用角度传感器检测喷药机具的喷杆是否展开到规定位置;利用计数传感器统计播种过程的播种量状态;利用位移传感器与转速传感器配合，计算拖拉机行驶是否存在滑移问题;利用红外测温传感器检测农机液压系统或动力系统的工作温度是否正常等。众多传感器的应用能够有效减少农机故障问题的产生，并对可能存在的故障问题及时发现并进行预警。

　　3 基于传感器的故障预警功能

　　当农机系统中所应用的传感器检测到农机的工作过程中存在压力、温度、速度等异常，或通过多种传感器获取的数据综合分析，而得出某些重要工作部分存在故障问题时，系统会通过数据传递控制预设的预警功能部件执行相应的预警功能。常见的预警功能表现为:声音警报、振动警报、灯光警报、故障灯提示等。对于先进的农机设备，当系统判定机具存在故障问题时，还可能通过控制系统实施主动停机或局部停转，以实现对农机具重要部件的保护。

　　4 结语

　　随着农业机械技术的不断发展，传感器技术也通过多学科综合的形式应用到农机故障检测当中，使农业机械的使用过程更加的可靠和智能化。就目前而言，基于传感器的农机故障自动检测技术在我国的农业生产中使用仍相对较少，很多农业机械的研发过程对于主动检测故障的技术不重视，导致市场上销售的自主农机产品自动故障检测功能缺失，为进一步提升农机使用过程中的可靠性和工作效率，应当加强对传感器技术在农业机械方面的研究。

　　参考文献

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