裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量革新：軟測(cè)量與免標(biāo)定技術(shù)的融合探索一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和資源開發(fā)等領(lǐng)域，土石方施工是一項(xiàng)基礎(chǔ)性且至關(guān)重要的工作環(huán)節(jié)。裝載機(jī)作為土石方施工中的核心機(jī)械設(shè)備，憑借其強(qiáng)大的鏟裝、運(yùn)輸能力，在各類工程場(chǎng)景中扮演著不可或缺的角色。從繁忙的公路建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)，到大規(guī)模的鐵路工程工地，再到復(fù)雜的水電、港口建設(shè)項(xiàng)目，以及資源開采的礦山等，裝載機(jī)都承擔(dān)著關(guān)鍵任務(wù)，其工作性能的穩(wěn)定與高效，直接對(duì)工程進(jìn)度與質(zhì)量產(chǎn)生決定性影響。傳動(dòng)軸扭矩作為裝載機(jī)的關(guān)鍵性能參數(shù)，在設(shè)備運(yùn)行過程中意義重大。從操作安全角度來看，準(zhǔn)確測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的過載風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)扭矩超過傳動(dòng)軸的承載能力時(shí)，可能導(dǎo)致傳動(dòng)軸斷裂、零部件損壞等嚴(yán)重事故，不僅危及操作人員的生命安全，還會(huì)造成工程停滯和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過實(shí)時(shí)掌握扭矩?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)扭矩接近或超過安全閾值時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員采取相應(yīng)措施，如調(diào)整作業(yè)方式、減輕負(fù)載等，從而有效預(yù)防事故的發(fā)生。在維護(hù)保養(yǎng)方面，傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量數(shù)據(jù)為設(shè)備維護(hù)提供了精準(zhǔn)依據(jù)。不同的扭矩工況反映了傳動(dòng)軸及相關(guān)傳動(dòng)部件的受力情況，通過分析這些數(shù)據(jù)，維修人員可以判斷零部件的磨損程度、疲勞狀況等。例如，長期在高扭矩工況下運(yùn)行，傳動(dòng)軸的連接部位可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、磨損加劇等問題，根據(jù)扭矩測(cè)量數(shù)據(jù)，維護(hù)人員可以有針對(duì)性地對(duì)這些部位進(jìn)行檢查、緊固和更換，提前預(yù)防故障的發(fā)生，降低設(shè)備故障率，延長設(shè)備的使用壽命。從能效評(píng)估角度而言，扭矩測(cè)量有助于評(píng)估裝載機(jī)的能源利用效率。裝載機(jī)在不同作業(yè)工況下，傳動(dòng)軸扭矩會(huì)發(fā)生變化，而扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出密切相關(guān)。通過準(zhǔn)確測(cè)量扭矩，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、油耗等參數(shù)，可以計(jì)算出裝載機(jī)在不同作業(yè)狀態(tài)下的能量消耗情況。這使得操作人員能夠根據(jù)實(shí)際工況合理調(diào)整作業(yè)參數(shù)，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高能源利用效率，降低運(yùn)行成本。綜上所述，裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量對(duì)于保障設(shè)備安全運(yùn)行、提高維護(hù)保養(yǎng)水平以及優(yōu)化能效評(píng)估具有重要意義，是提升裝載機(jī)整體性能和工程效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。1.2裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀目前，裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量技術(shù)主要包括應(yīng)變片法、扭轉(zhuǎn)角位移法、磁彈性效應(yīng)法等傳統(tǒng)方法，每種方法都有其獨(dú)特的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景，但也存在一定的局限性。應(yīng)變片法是目前較為常用的一種扭矩測(cè)量方法。其原理是在傳動(dòng)軸表面粘貼應(yīng)變片，當(dāng)傳動(dòng)軸受到扭矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)變片會(huì)隨著軸的變形而產(chǎn)生相應(yīng)的形變，根據(jù)金屬材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)變片的電阻值會(huì)發(fā)生與應(yīng)變成正比的變化。通過惠斯通電橋等電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，再經(jīng)過標(biāo)定和計(jì)算，即可得到傳動(dòng)軸所承受的扭矩值。在實(shí)際工程應(yīng)用中，如在一些大型建筑施工項(xiàng)目中使用的裝載機(jī)，常采用應(yīng)變片法來測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。然而，該方法存在一些明顯的局限性。一方面，應(yīng)變片的粘貼工藝要求較高，粘貼質(zhì)量直接影響測(cè)量精度，若粘貼不牢固或存在氣泡等缺陷，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。另一方面，應(yīng)變片的信號(hào)容易受到環(huán)境溫度、濕度等因素的影響，溫度變化會(huì)引起應(yīng)變片電阻值的漂移，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。此外，應(yīng)變片法需要定期對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定過程繁瑣，且在裝載機(jī)運(yùn)行過程中難以進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)標(biāo)定，這在一定程度上限制了其在復(fù)雜工況下的應(yīng)用。扭轉(zhuǎn)角位移法是利用扭轉(zhuǎn)傳感器來測(cè)量傳動(dòng)軸兩端的扭轉(zhuǎn)角度，根據(jù)材料的扭轉(zhuǎn)彈性模量以及傳動(dòng)軸的幾何尺寸，通過相關(guān)公式計(jì)算出扭矩值。這種方法的測(cè)量原理基于材料的扭轉(zhuǎn)力學(xué)特性，當(dāng)傳動(dòng)軸受到扭矩作用時(shí)，軸的兩端會(huì)產(chǎn)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，扭轉(zhuǎn)角的大小與扭矩成正比。在一些對(duì)測(cè)量精度要求較高的工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中，如精密機(jī)械制造中的裝載機(jī)設(shè)備，會(huì)應(yīng)用扭轉(zhuǎn)角位移法來測(cè)量扭矩。然而，該方法也存在一些問題。傳動(dòng)軸的制造誤差、安裝誤差以及長期使用過程中的磨損等因素，都會(huì)導(dǎo)致軸的實(shí)際幾何參數(shù)發(fā)生變化，從而影響扭矩計(jì)算的準(zhǔn)確性。此外，扭轉(zhuǎn)角位移法對(duì)于測(cè)量設(shè)備的精度要求較高，傳感器的分辨率和穩(wěn)定性直接關(guān)系到測(cè)量結(jié)果的可靠性，而且在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器的安裝和維護(hù)也相對(duì)復(fù)雜。磁彈性效應(yīng)法是基于鐵磁材料的磁彈性效應(yīng)來測(cè)量扭矩。當(dāng)傳動(dòng)軸采用鐵磁材料制成，在受到扭矩作用時(shí)，其內(nèi)部的磁導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化，通過檢測(cè)磁導(dǎo)率的變化情況，即可推算出傳動(dòng)軸所承受的扭矩值。在一些特殊的工作環(huán)境下，如存在強(qiáng)電磁干擾的礦山作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，磁彈性效應(yīng)法因其對(duì)電磁干擾有一定的抵抗能力而被應(yīng)用于裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量。不過，這種方法也面臨一些挑戰(zhàn)。不同鐵磁材料的磁彈性特性存在差異，且材料的磁導(dǎo)率容易受到溫度、應(yīng)力等多種因素的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性難以保證。此外，磁彈性效應(yīng)法的測(cè)量系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本較高，限制了其廣泛應(yīng)用。綜上所述，現(xiàn)有的裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量技術(shù)雖然在一定程度上能夠滿足部分工程需求，但在標(biāo)定復(fù)雜性、抗干擾能力以及測(cè)量精度的穩(wěn)定性等方面仍存在不足，難以適應(yīng)現(xiàn)代工程對(duì)裝載機(jī)高性能、高可靠性的要求。因此，研究新型的裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩軟測(cè)量與免標(biāo)定測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.3研究目的與創(chuàng)新點(diǎn)本研究旨在攻克現(xiàn)有裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量技術(shù)的難題，開發(fā)出一種新型的軟測(cè)量與免標(biāo)定測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)，以顯著提升測(cè)量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和便捷性，滿足現(xiàn)代工程對(duì)裝載機(jī)高性能、高可靠性的嚴(yán)格要求。在軟測(cè)量技術(shù)方面，將深入研究如何通過對(duì)電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等多種易于測(cè)量的輔助變量進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與分析，構(gòu)建高度準(zhǔn)確且適應(yīng)性強(qiáng)的傳動(dòng)軸扭矩?cái)?shù)學(xué)模型。利用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化識(shí)別，提高模型的泛化能力和預(yù)測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的實(shí)時(shí)、精確估計(jì)。通過軟測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，期望能夠在不直接接觸傳動(dòng)軸的情況下，準(zhǔn)確獲取扭矩信息，避免因傳感器安裝對(duì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生的潛在影響，同時(shí)降低測(cè)量成本，提高測(cè)量系統(tǒng)的可靠性。在免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)方面，致力于研發(fā)具備自校準(zhǔn)功能的測(cè)量系統(tǒng)。通過引入內(nèi)置校準(zhǔn)機(jī)制，利用參考傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并校準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，運(yùn)用自適應(yīng)算法，使測(cè)量系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境變化、設(shè)備老化等因素自動(dòng)調(diào)整測(cè)量模型，有效克服傳統(tǒng)測(cè)量方法中因環(huán)境因素和設(shè)備狀態(tài)變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差問題，實(shí)現(xiàn)免標(biāo)定的高精度扭矩測(cè)量。此外，通過優(yōu)化傳感器設(shè)計(jì)和信號(hào)處理算法，提高測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力，確保在復(fù)雜的工作環(huán)境下仍能穩(wěn)定、準(zhǔn)確地測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是提出了一種融合多源信息的軟測(cè)量模型構(gòu)建方法，充分考慮了裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的非線性、時(shí)變性以及負(fù)載擾動(dòng)等復(fù)雜因素，提高了扭矩預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性；二是開發(fā)了具有自校準(zhǔn)和自適應(yīng)能力的免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)，通過內(nèi)置校準(zhǔn)機(jī)制和自適應(yīng)算法，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)和實(shí)時(shí)優(yōu)化，顯著提高了測(cè)量的穩(wěn)定性和精度；三是在傳感器設(shè)計(jì)和信號(hào)處理方面進(jìn)行了創(chuàng)新，采用新型傳感器和先進(jìn)的信號(hào)處理算法，有效提高了測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力和響應(yīng)速度，為裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩的精確測(cè)量提供了新的技術(shù)手段。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性、全面性和創(chuàng)新性，具體如下：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量技術(shù)、軟測(cè)量技術(shù)、免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)、專利資料、技術(shù)報(bào)告等。通過對(duì)大量文獻(xiàn)的梳理和分析，全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問題，為本研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和研究思路。例如，深入研究現(xiàn)有扭矩測(cè)量方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)，以及軟測(cè)量和免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用案例，從中汲取有益的經(jīng)驗(yàn)和啟示。實(shí)驗(yàn)研究法：搭建專門的裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬裝載機(jī)在不同工況下的運(yùn)行狀態(tài)。通過實(shí)驗(yàn)，采集傳動(dòng)軸扭矩以及電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等輔助變量的實(shí)際數(shù)據(jù)，為軟測(cè)量模型的建立和驗(yàn)證提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。在實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。同時(shí)，對(duì)不同測(cè)量方法和技術(shù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，評(píng)估其性能指標(biāo)，為技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)提供依據(jù)。理論分析法：基于力學(xué)、電磁學(xué)、信號(hào)處理等相關(guān)學(xué)科的基本理論，對(duì)裝載機(jī)傳動(dòng)軸的扭矩傳遞機(jī)理、傳感器工作原理以及信號(hào)傳輸特性等進(jìn)行深入分析。通過理論推導(dǎo)和建模，建立傳動(dòng)軸扭矩與輔助變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，為軟測(cè)量模型的構(gòu)建提供理論依據(jù)。例如，運(yùn)用材料力學(xué)中的扭轉(zhuǎn)理論，分析傳動(dòng)軸在扭矩作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，為應(yīng)變片法測(cè)量扭矩提供理論基礎(chǔ)；利用電磁學(xué)原理，研究磁彈性效應(yīng)法中磁導(dǎo)率與扭矩的關(guān)系。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法：借助機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，挖掘數(shù)據(jù)中隱藏的信息和規(guī)律，優(yōu)化軟測(cè)量模型的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，提高模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力。例如，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，建立傳動(dòng)軸扭矩的預(yù)測(cè)模型，并通過交叉驗(yàn)證等方法對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。在技術(shù)路線方面，首先進(jìn)行全面的文獻(xiàn)調(diào)研，了解裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，明確研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。然后，根據(jù)裝載機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定軟測(cè)量模型的輸入變量，即電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等輔助變量，并合理選擇傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集過程中，對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。接著，運(yùn)用理論分析和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方法，建立裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩的軟測(cè)量模型，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化，提高模型的性能。同時(shí)，開展免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)具有自校準(zhǔn)和自適應(yīng)能力的測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)和實(shí)時(shí)優(yōu)化。最后，將軟測(cè)量技術(shù)和免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)進(jìn)行集成，搭建完整的裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量系統(tǒng)，并在實(shí)際工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，評(píng)估系統(tǒng)的性能指標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。技術(shù)路線圖如圖1所示：[此處插入技術(shù)路線圖，圖中應(yīng)清晰展示從文獻(xiàn)調(diào)研、數(shù)據(jù)采集、模型建立、技術(shù)研究到系統(tǒng)集成與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的整個(gè)流程，各環(huán)節(jié)之間用箭頭表示邏輯關(guān)系，并標(biāo)注關(guān)鍵步驟和技術(shù)方法]通過以上研究方法和技術(shù)路線，本研究旨在突破現(xiàn)有裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量技術(shù)的瓶頸，開發(fā)出具有高精度、高穩(wěn)定性和免標(biāo)定特點(diǎn)的新型測(cè)量技術(shù)，為裝載機(jī)的安全運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)和能效評(píng)估提供有力的技術(shù)支持。二、裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩軟測(cè)量技術(shù)2.1軟測(cè)量技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)軟測(cè)量技術(shù)作為一種新興的間接測(cè)量方法，其核心原理是依據(jù)對(duì)生產(chǎn)過程中各變量之間內(nèi)在關(guān)系的深入理解，通過選擇一組與主導(dǎo)變量（即難以直接測(cè)量的變量，如裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩）具有強(qiáng)相關(guān)性的輔助變量（如電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等易于測(cè)量的變量），運(yùn)用數(shù)學(xué)建模、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)手段，構(gòu)建起輔助變量與主導(dǎo)變量之間的數(shù)學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主導(dǎo)變量的精確估計(jì)。以裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量為例，電機(jī)作為裝載機(jī)的動(dòng)力源，其電流大小與傳動(dòng)軸所承受的扭矩密切相關(guān)。當(dāng)裝載機(jī)在不同工況下作業(yè)時(shí)，如鏟裝物料、運(yùn)輸物料等，傳動(dòng)軸的負(fù)載會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)的輸出扭矩改變，而電機(jī)扭矩的變化又會(huì)反映在電機(jī)電流的變化上。轉(zhuǎn)速也是一個(gè)重要的輔助變量，它與扭矩之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系。在裝載機(jī)的運(yùn)行過程中，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著作業(yè)工況的變化而改變，通過監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速的變化，可以獲取與扭矩相關(guān)的信息。溫度同樣對(duì)扭矩測(cè)量具有重要影響，在裝載機(jī)長時(shí)間作業(yè)過程中，傳動(dòng)系統(tǒng)各部件會(huì)因摩擦等原因產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度升高，而溫度的變化又會(huì)影響到傳動(dòng)部件的物理性能，進(jìn)而對(duì)扭矩產(chǎn)生間接影響。因此，通過對(duì)電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等多個(gè)輔助變量的綜合監(jiān)測(cè)和分析，能夠更全面、準(zhǔn)確地反映傳動(dòng)軸扭矩的變化情況。軟測(cè)量技術(shù)在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量中具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)，具體如下：非侵入性：傳統(tǒng)的扭矩測(cè)量方法，如應(yīng)變片法，需要在傳動(dòng)軸表面粘貼應(yīng)變片，這不僅會(huì)對(duì)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)完整性造成一定破壞，還可能影響傳動(dòng)軸的正常工作性能。而軟測(cè)量技術(shù)無需直接接觸傳動(dòng)軸，不會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生任何影響，從而保證了裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這一優(yōu)勢(shì)使得軟測(cè)量技術(shù)在對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)完整性要求較高的場(chǎng)合，如高端裝載機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)中，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。實(shí)時(shí)性：軟測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集和處理輔助變量的數(shù)據(jù)，并通過預(yù)先建立的數(shù)學(xué)模型快速計(jì)算出傳動(dòng)軸扭矩的估計(jì)值。在裝載機(jī)的實(shí)際作業(yè)過程中，工況變化頻繁，扭矩也會(huì)隨之快速變化。軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)使其能夠及時(shí)捕捉到這些變化，為操作人員提供實(shí)時(shí)的扭矩信息，便于操作人員根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整作業(yè)方式，確保裝載機(jī)的安全、高效運(yùn)行。例如，在裝載機(jī)進(jìn)行重載鏟裝作業(yè)時(shí)，操作人員可以根據(jù)軟測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋的扭矩信息，合理控制鏟斗的裝載量，避免因過載導(dǎo)致設(shè)備損壞。經(jīng)濟(jì)性：相比傳統(tǒng)的扭矩測(cè)量技術(shù)，軟測(cè)量技術(shù)無需安裝昂貴的扭矩傳感器，只需使用一些常見的傳感器（如電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器等）來測(cè)量輔助變量，大大降低了硬件成本。同時(shí)，軟測(cè)量技術(shù)減少了傳感器的維護(hù)和校準(zhǔn)工作，降低了維護(hù)成本。此外，由于軟測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)扭矩，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，避免了因設(shè)備故障導(dǎo)致的停機(jī)維修和生產(chǎn)損失，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)效益。在大規(guī)模的工程建設(shè)項(xiàng)目中，使用軟測(cè)量技術(shù)對(duì)多臺(tái)裝載機(jī)進(jìn)行扭矩監(jiān)測(cè)，可以顯著降低設(shè)備監(jiān)測(cè)成本，提高工程建設(shè)的整體效益。2.2軟測(cè)量模型建立與參數(shù)識(shí)別2.2.1模型構(gòu)建裝載機(jī)傳動(dòng)軸在工作過程中，其扭矩受到多種因素的綜合影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性、時(shí)變性特征，同時(shí)還會(huì)受到各種負(fù)載擾動(dòng)的作用。為了準(zhǔn)確構(gòu)建傳動(dòng)軸扭矩模型，需要深入剖析其物理特性和工作原理，全面考慮這些復(fù)雜因素。從物理特性角度來看，傳動(dòng)軸的材料屬性、幾何尺寸以及結(jié)構(gòu)形式等，都會(huì)對(duì)扭矩的傳遞和分布產(chǎn)生影響。不同的材料具有不同的彈性模量和剪切強(qiáng)度，這決定了傳動(dòng)軸在承受扭矩時(shí)的變形程度和承載能力。例如，采用高強(qiáng)度合金鋼制造的傳動(dòng)軸，相較于普通碳鋼傳動(dòng)軸，能夠承受更大的扭矩而不易發(fā)生損壞。傳動(dòng)軸的直徑、長度以及軸壁厚度等幾何尺寸，也會(huì)影響扭矩的傳遞效率和分布情況。一般來說，直徑較大的傳動(dòng)軸能夠承受更大的扭矩，但同時(shí)也會(huì)增加設(shè)備的重量和成本。在工作原理方面，裝載機(jī)在不同的作業(yè)工況下，如鏟裝、運(yùn)輸、卸料等，傳動(dòng)軸所承受的扭矩會(huì)發(fā)生顯著變化。在鏟裝作業(yè)時(shí)，傳動(dòng)軸需要克服物料的阻力和慣性力，扭矩需求較大；而在運(yùn)輸過程中，扭矩則主要用于克服車輛的行駛阻力和維持車速。電機(jī)作為裝載機(jī)的動(dòng)力源，其輸出特性對(duì)傳動(dòng)軸扭矩有著直接的影響。電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、功率等參數(shù)與傳動(dòng)軸扭矩之間存在著密切的關(guān)聯(lián)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)改變，從而導(dǎo)致扭矩的變化。此外，電機(jī)的電流大小反映了其輸出功率的大小，而輸出功率又與傳動(dòng)軸扭矩相關(guān)。基于以上分析，構(gòu)建基于電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等因素的扭矩模型。假設(shè)電機(jī)電流為I，轉(zhuǎn)速為n，溫度為T，傳動(dòng)軸扭矩為T_{q}，則可以建立如下的數(shù)學(xué)模型：T_{q}=f(I,n,T,\cdots)其中，f表示函數(shù)關(guān)系，\cdots表示可能還存在其他影響因素，如裝載機(jī)的工作狀態(tài)、負(fù)載類型等。這個(gè)函數(shù)關(guān)系并非簡單的線性關(guān)系，而是需要考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的非線性特性。傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦、間隙、彈性變形等因素都會(huì)導(dǎo)致扭矩與各輔助變量之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系。在傳動(dòng)部件的接觸面上，由于摩擦的存在，扭矩的傳遞會(huì)受到一定的阻礙，而且摩擦系數(shù)會(huì)隨著溫度、壓力等因素的變化而改變，從而使得扭矩與電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速等變量之間的關(guān)系變得復(fù)雜。時(shí)變性也是需要考慮的重要因素。隨著裝載機(jī)的使用時(shí)間增加，傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件會(huì)逐漸磨損，其物理性能和工作特性也會(huì)發(fā)生變化，這將導(dǎo)致扭矩模型的參數(shù)發(fā)生改變。例如，傳動(dòng)軸的軸承磨損后，會(huì)增加傳動(dòng)系統(tǒng)的阻力，使得在相同的電機(jī)電流和轉(zhuǎn)速下，傳動(dòng)軸的扭矩發(fā)生變化。負(fù)載擾動(dòng)同樣會(huì)對(duì)扭矩產(chǎn)生影響。在實(shí)際作業(yè)中，裝載機(jī)所裝載的物料重量、形狀、分布等情況都可能發(fā)生變化，這些負(fù)載的不確定性會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)軸扭矩的波動(dòng)。當(dāng)裝載的物料重心偏移時(shí)，會(huì)使傳動(dòng)軸受到額外的彎矩作用，從而影響扭矩的測(cè)量和計(jì)算。為了準(zhǔn)確描述這些復(fù)雜因素對(duì)扭矩的影響，可以采用非線性回歸模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、支持向量機(jī)模型等。非線性回歸模型可以通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，建立扭矩與各輔助變量之間的非線性函數(shù)關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型則具有強(qiáng)大的非線性映射能力，能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式和規(guī)律，通過對(duì)大量樣本數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，建立起準(zhǔn)確的扭矩預(yù)測(cè)模型。支持向量機(jī)模型在處理小樣本、非線性問題時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠在高維空間中找到一個(gè)最優(yōu)的分類超平面，將不同工況下的扭矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分類和預(yù)測(cè)。2.2.2參數(shù)識(shí)別算法在構(gòu)建裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩軟測(cè)量模型后，準(zhǔn)確識(shí)別模型中的參數(shù)是確保模型精度和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的參數(shù)估計(jì)算法包括最小二乘法、遞推最小二乘法等，這些經(jīng)典算法在一定程度上能夠滿足參數(shù)估計(jì)的需求，但隨著對(duì)測(cè)量精度和模型性能要求的不斷提高，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法成為提升模型性能的有效途徑。最小二乘法是一種廣泛應(yīng)用的參數(shù)估計(jì)方法，其基本原理是通過最小化觀測(cè)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)值之間的誤差平方和，來確定模型參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)值。在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩軟測(cè)量模型中，假設(shè)模型的輸出為\hat{y}，實(shí)際觀測(cè)值為y，則誤差e=y-\hat{y}。最小二乘法的目標(biāo)是找到一組參數(shù)\theta，使得誤差平方和J(\theta)=\sum_{i=1}^{n}e_{i}^{2}達(dá)到最小。以簡單的線性模型y=\theta_{0}+\theta_{1}x_{1}+\theta_{2}x_{2}+\cdots+\theta_{m}x_{m}為例，其中x_{1},x_{2},\cdots,x_{m}為輸入變量，\theta_{0},\theta_{1},\cdots,\theta_{m}為模型參數(shù)。通過對(duì)J(\theta)求關(guān)于\theta的偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，可得到一組線性方程組，求解該方程組即可得到參數(shù)\theta的最小二乘估計(jì)值。在實(shí)際應(yīng)用中，最小二乘法具有計(jì)算簡單、易于理解的優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)數(shù)據(jù)的噪聲較為敏感，當(dāng)數(shù)據(jù)存在較大噪聲或異常值時(shí)，估計(jì)結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)偏差。遞推最小二乘法是最小二乘法的一種改進(jìn)形式，它能夠根據(jù)新的觀測(cè)數(shù)據(jù)不斷更新參數(shù)估計(jì)值，適用于實(shí)時(shí)在線參數(shù)估計(jì)。在裝載機(jī)運(yùn)行過程中，工況不斷變化，傳動(dòng)軸扭矩也隨之動(dòng)態(tài)變化，遞推最小二乘法能夠及時(shí)跟蹤這些變化，調(diào)整模型參數(shù)。其基本思想是在每獲得一個(gè)新的觀測(cè)數(shù)據(jù)后，利用之前的參數(shù)估計(jì)值和新數(shù)據(jù)，通過遞推公式計(jì)算出新的參數(shù)估計(jì)值。遞推最小二乘法的遞推公式為：\theta_{k}=\theta_{k-1}+K_{k}(y_{k}-\varphi_{k}^{T}\theta_{k-1})其中，\theta_{k}是第k時(shí)刻的參數(shù)估計(jì)值，\theta_{k-1}是第k-1時(shí)刻的參數(shù)估計(jì)值，K_{k}是增益矩陣，y_{k}是第k時(shí)刻的觀測(cè)值，\varphi_{k}是第k時(shí)刻的輸入向量。通過不斷迭代更新參數(shù)估計(jì)值，遞推最小二乘法能夠適應(yīng)系統(tǒng)的時(shí)變特性，但在參數(shù)時(shí)變較快或噪聲較大的情況下，其估計(jì)精度可能會(huì)受到影響。為了進(jìn)一步提升模型性能，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬人類大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的計(jì)算模型，具有強(qiáng)大的非線性映射能力和自學(xué)習(xí)能力。在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩軟測(cè)量中，常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括多層感知器（MLP）、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBFNN）等。以多層感知器為例，它由輸入層、隱藏層和輸出層組成，各層之間通過權(quán)重連接。通過對(duì)大量包含電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等輔助變量以及對(duì)應(yīng)傳動(dòng)軸扭矩的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)到這些變量之間的復(fù)雜關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。在訓(xùn)練過程中，通過調(diào)整權(quán)重和閾值，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出盡可能接近實(shí)際扭矩值。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是能夠處理高度非線性和復(fù)雜的關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)的適應(yīng)性強(qiáng)，但也存在訓(xùn)練時(shí)間長、容易陷入局部最優(yōu)等問題。支持向量機(jī)是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，它通過尋找一個(gè)最優(yōu)的分類超平面，將不同類別的數(shù)據(jù)分開。在扭矩軟測(cè)量中，支持向量機(jī)可以將電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等輔助變量作為輸入特征，將傳動(dòng)軸扭矩作為輸出標(biāo)簽，通過訓(xùn)練構(gòu)建一個(gè)回歸模型。支持向量機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于它能夠在小樣本情況下取得較好的泛化性能，對(duì)噪聲和異常值具有較強(qiáng)的魯棒性，并且能夠有效處理高維數(shù)據(jù)。通過引入核函數(shù)，支持向量機(jī)可以將低維空間中的非線性問題轉(zhuǎn)化為高維空間中的線性問題，從而提高模型的擬合能力。然而，支持向量機(jī)的性能對(duì)核函數(shù)的選擇和參數(shù)設(shè)置較為敏感，需要進(jìn)行合理的調(diào)優(yōu)。2.3傳感器布局與信號(hào)處理2.3.1傳感器布局原則傳感器的合理布局對(duì)于準(zhǔn)確獲取裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩相關(guān)信息至關(guān)重要，需要充分結(jié)合傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，遵循一系列科學(xué)原則，以確保測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。易于安裝維護(hù)是首要考慮的原則之一。裝載機(jī)的工作環(huán)境通常較為惡劣，振動(dòng)、灰塵、油污等因素較為常見。因此，傳感器的安裝位置應(yīng)便于操作人員進(jìn)行安裝和日常維護(hù)，能夠在不拆卸過多設(shè)備部件的情況下完成傳感器的安裝、調(diào)試和更換工作。將傳感器安裝在傳動(dòng)軸的外露部位，避免安裝在狹窄、難以接近的空間內(nèi)，這樣可以降低維護(hù)難度，提高維護(hù)效率，減少因維護(hù)不便而導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)時(shí)間。同時(shí)，選擇易于安裝的傳感器類型，如采用磁性吸附或快速連接方式的傳感器，能夠進(jìn)一步簡化安裝過程，提高安裝的便捷性。減少干擾也是傳感器布局的關(guān)鍵原則。在裝載機(jī)的運(yùn)行過程中，存在著多種干擾源，如電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)干擾等。為了減少這些干擾對(duì)傳感器測(cè)量信號(hào)的影響，應(yīng)合理選擇傳感器的安裝位置。將扭矩傳感器遠(yuǎn)離電機(jī)、變壓器等強(qiáng)電磁干擾源，避免傳感器信號(hào)線與電源線并行鋪設(shè)，以防止電磁感應(yīng)導(dǎo)致的信號(hào)干擾。在機(jī)械振動(dòng)方面，應(yīng)避免將傳感器安裝在振動(dòng)劇烈的部位，如傳動(dòng)軸的連接部位或靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的位置。可以通過在傳感器安裝部位增加減振裝置，如橡膠墊、減振彈簧等，來減少機(jī)械振動(dòng)對(duì)傳感器的影響，確保傳感器能夠穩(wěn)定地采集信號(hào)。保證測(cè)量范圍和精度是傳感器布局的核心目標(biāo)。不同型號(hào)的裝載機(jī)在工作過程中，傳動(dòng)軸扭矩的變化范圍存在差異。因此，在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)裝載機(jī)的實(shí)際工作需求，確定合適的測(cè)量范圍。對(duì)于經(jīng)常進(jìn)行重載作業(yè)的裝載機(jī)，應(yīng)選擇測(cè)量范圍較大的扭矩傳感器，以確保能夠準(zhǔn)確測(cè)量到較大的扭矩值。同時(shí)，要確保傳感器的精度滿足測(cè)量要求。高精度的傳感器能夠提供更準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，為軟測(cè)量模型的建立和扭矩的精確估計(jì)提供可靠依據(jù)。在傳感器布局時(shí)，還應(yīng)考慮傳感器的靈敏度和分辨率。靈敏度高的傳感器能夠更敏銳地感知扭矩的變化，分辨率高則能夠更精確地測(cè)量扭矩的微小變化，從而提高測(cè)量的精度。例如，在傳動(dòng)軸的關(guān)鍵部位，如靠近變速箱輸出端或驅(qū)動(dòng)橋輸入端，安裝精度較高的傳感器，能夠更準(zhǔn)確地獲取扭矩信息，因?yàn)檫@些部位的扭矩變化對(duì)裝載機(jī)的工作性能影響較大。2.3.2信號(hào)處理方法在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量過程中，傳感器采集到的原始信號(hào)往往包含各種噪聲和干擾，這些噪聲和干擾會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響扭矩的測(cè)量精度。因此，采用有效的信號(hào)處理方法對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取是至關(guān)重要的。數(shù)字濾波技術(shù)是預(yù)處理信號(hào)的常用方法之一。裝載機(jī)在復(fù)雜的工作環(huán)境中運(yùn)行，傳感器采集的信號(hào)容易受到來自電源、電磁環(huán)境、機(jī)械振動(dòng)等多方面的噪聲干擾。這些噪聲可能會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生波動(dòng)、失真，甚至淹沒有用的扭矩信號(hào)。通過數(shù)字濾波技術(shù)，可以有效地去除這些噪聲，提高信號(hào)的信噪比。常見的數(shù)字濾波算法有均值濾波、中值濾波、卡爾曼濾波等。均值濾波是將一定時(shí)間內(nèi)采集到的多個(gè)信號(hào)值進(jìn)行平均計(jì)算，以消除信號(hào)中的隨機(jī)噪聲。對(duì)于受到高頻噪聲干擾的傳感器信號(hào)，通過取連續(xù)10個(gè)采樣點(diǎn)的均值作為濾波后的輸出值，可以有效地平滑信號(hào)，減少噪聲的影響。中值濾波則是將信號(hào)值按照大小排序，取中間值作為濾波后的結(jié)果，這種方法對(duì)于去除脈沖噪聲具有較好的效果。當(dāng)信號(hào)中出現(xiàn)突發(fā)的脈沖干擾時(shí)，中值濾波能夠快速地識(shí)別并消除這些干擾，保持信號(hào)的穩(wěn)定性。卡爾曼濾波是一種基于狀態(tài)空間模型的最優(yōu)濾波算法，它能夠根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程，對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)和預(yù)測(cè)，在動(dòng)態(tài)變化的信號(hào)處理中具有良好的性能。在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量中，由于扭矩信號(hào)會(huì)隨著工況的變化而動(dòng)態(tài)改變，卡爾曼濾波可以根據(jù)前一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值和當(dāng)前的觀測(cè)值，不斷更新對(duì)扭矩信號(hào)的估計(jì)，從而更準(zhǔn)確地跟蹤扭矩的變化。經(jīng)過數(shù)字濾波預(yù)處理后，信號(hào)中的噪聲得到了有效抑制，但為了更深入地分析信號(hào)特征，提取與扭矩相關(guān)的關(guān)鍵信息，還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析。小波變換和短時(shí)傅里葉變換是常用的時(shí)頻分析方法。小波變換能夠?qū)⑿盘?hào)分解為不同頻率的子信號(hào)，通過對(duì)不同尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行分析，可以獲取信號(hào)在不同頻率段的特征信息。在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量中，不同的作業(yè)工況會(huì)導(dǎo)致扭矩信號(hào)在不同頻率段表現(xiàn)出不同的特征。在鏟裝作業(yè)時(shí)，扭矩信號(hào)可能會(huì)在低頻段出現(xiàn)較大的波動(dòng)，而在運(yùn)輸作業(yè)時(shí)，高頻段的特征可能更為明顯。通過小波變換，可以清晰地捕捉到這些頻率特征的變化，為扭矩的準(zhǔn)確測(cè)量和工況識(shí)別提供有力支持。短時(shí)傅里葉變換則是在傅里葉變換的基礎(chǔ)上，通過加窗函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分段處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)局部時(shí)頻特性的分析。它能夠在一定程度上反映信號(hào)的頻率隨時(shí)間的變化情況，對(duì)于分析非平穩(wěn)信號(hào)具有重要作用。在裝載機(jī)的運(yùn)行過程中，由于工況的頻繁切換，扭矩信號(hào)具有明顯的非平穩(wěn)性。短時(shí)傅里葉變換可以將信號(hào)劃分為多個(gè)短時(shí)間窗口，對(duì)每個(gè)窗口內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到信號(hào)在不同時(shí)間點(diǎn)的頻率分布，從而更全面地了解扭矩信號(hào)的時(shí)頻特性。通過數(shù)字濾波和時(shí)頻分析等信號(hào)處理方法，能夠有效地提高傳感器信號(hào)的質(zhì)量，提取出與傳動(dòng)軸扭矩相關(guān)的特征參數(shù)，為后續(xù)的軟測(cè)量模型計(jì)算和扭矩估計(jì)提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支持，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩的精確測(cè)量和分析。2.4軟測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.4.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩軟測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)集成了多模塊協(xié)同工作的復(fù)雜系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性直接影響到扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、扭矩預(yù)測(cè)、結(jié)果顯示與存儲(chǔ)等核心模塊，各模塊之間相互協(xié)作，共同完成對(duì)裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩的軟測(cè)量任務(wù)。數(shù)據(jù)采集模塊作為系統(tǒng)的前端，負(fù)責(zé)從各個(gè)傳感器獲取與傳動(dòng)軸扭矩相關(guān)的原始數(shù)據(jù)。在裝載機(jī)運(yùn)行過程中，電機(jī)電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器等分布在不同的關(guān)鍵部位，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等物理量的變化。這些傳感器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)傳輸線路將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊采用高性能的數(shù)據(jù)采集卡，具備多通道同步采集功能，能夠同時(shí)采集多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的時(shí)間一致性和完整性。為了保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性，數(shù)據(jù)采集卡還配備了高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)鞲衅鬏敵龅奈⑷跣盘?hào)進(jìn)行精確轉(zhuǎn)換和放大。信號(hào)處理模塊是系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊獲取的原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取。由于裝載機(jī)的工作環(huán)境復(fù)雜，傳感器采集到的信號(hào)往往受到各種噪聲和干擾的影響，如電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)干擾等。信號(hào)處理模塊首先運(yùn)用數(shù)字濾波技術(shù)，如均值濾波、中值濾波、卡爾曼濾波等，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去除噪聲和干擾，提高信號(hào)的信噪比。均值濾波通過對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的多個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行平均計(jì)算，能夠有效地平滑信號(hào)，減少隨機(jī)噪聲的影響；中值濾波則是將信號(hào)值按照大小排序，取中間值作為濾波后的結(jié)果，對(duì)于去除脈沖噪聲具有良好的效果；卡爾曼濾波基于狀態(tài)空間模型，能夠根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程，對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)和預(yù)測(cè)，在動(dòng)態(tài)變化的信號(hào)處理中表現(xiàn)出色。經(jīng)過濾波處理后，信號(hào)處理模塊進(jìn)一步利用時(shí)頻分析方法，如小波變換、短時(shí)傅里葉變換等，對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取。小波變換能夠?qū)⑿盘?hào)分解為不同頻率的子信號(hào)，通過對(duì)不同尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行分析，可以獲取信號(hào)在不同頻率段的特征信息；短時(shí)傅里葉變換則是在傅里葉變換的基礎(chǔ)上，通過加窗函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分段處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)局部時(shí)頻特性的分析。這些特征提取方法能夠深入挖掘信號(hào)中的潛在信息，為后續(xù)的扭矩預(yù)測(cè)提供有力支持。扭矩預(yù)測(cè)模塊是軟測(cè)量系統(tǒng)的核心，其作用是根據(jù)信號(hào)處理模塊提取的特征參數(shù)，利用預(yù)先建立的扭矩?cái)?shù)學(xué)模型和參數(shù)識(shí)別算法，對(duì)傳動(dòng)軸扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。在模型建立階段，綜合考慮裝載機(jī)傳動(dòng)軸的物理特性、工作原理以及各種影響因素，如電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度、負(fù)載擾動(dòng)等，構(gòu)建基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法的非線性扭矩預(yù)測(cè)模型。這些模型通過對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能夠自動(dòng)捕捉到各變量之間的復(fù)雜關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。在預(yù)測(cè)過程中，扭矩預(yù)測(cè)模塊將信號(hào)處理模塊提取的特征參數(shù)作為輸入，輸入到已訓(xùn)練好的模型中，模型經(jīng)過運(yùn)算和推理，輸出傳動(dòng)軸扭矩的預(yù)測(cè)值。為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，扭矩預(yù)測(cè)模塊還采用了并行計(jì)算技術(shù)和優(yōu)化的算法結(jié)構(gòu)，能夠快速處理大量的數(shù)據(jù)，并及時(shí)輸出預(yù)測(cè)結(jié)果。結(jié)果顯示與存儲(chǔ)模塊是軟測(cè)量系統(tǒng)與用戶交互的界面，負(fù)責(zé)將扭矩預(yù)測(cè)結(jié)果以直觀的方式呈現(xiàn)給用戶，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，以便后續(xù)分析和查詢。結(jié)果顯示模塊采用圖形化界面設(shè)計(jì)，通過儀表盤、曲線圖、數(shù)字顯示等多種方式，實(shí)時(shí)展示傳動(dòng)軸扭矩的預(yù)測(cè)值、變化趨勢(shì)以及相關(guān)的工況信息。操作人員可以通過該界面實(shí)時(shí)了解裝載機(jī)傳動(dòng)軸的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的措施。結(jié)果存儲(chǔ)模塊將扭矩預(yù)測(cè)結(jié)果和相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫或文件中，以便后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、故障診斷和性能評(píng)估。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以用于分析裝載機(jī)在不同工況下的扭矩變化規(guī)律，為設(shè)備的優(yōu)化運(yùn)行和維護(hù)保養(yǎng)提供依據(jù)。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)還可以作為歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，用于對(duì)比分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，不斷提高軟測(cè)量系統(tǒng)的性能和可靠性。2.4.2各模塊功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊：數(shù)據(jù)采集模塊采用高精度傳感器和采集卡，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等多參數(shù)的同步采集。在傳感器選型方面，選用了具有高精度、高穩(wěn)定性的電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和溫度傳感器。電流傳感器采用霍爾效應(yīng)原理，能夠精確測(cè)量電機(jī)電流的大小，其測(cè)量精度可達(dá)±0.5%FS，能夠滿足對(duì)電機(jī)電流精確測(cè)量的需求。轉(zhuǎn)速傳感器則采用光電式傳感器，通過檢測(cè)傳動(dòng)軸上的齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來測(cè)量轉(zhuǎn)速，其分辨率高，響應(yīng)速度快，能夠準(zhǔn)確反映傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速變化。溫度傳感器選用了熱電偶傳感器，具有測(cè)量范圍廣、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)的溫度變化。為了實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)的同步采集，數(shù)據(jù)采集卡采用了高速、高精度的PCI-6259數(shù)據(jù)采集卡，該采集卡具備16個(gè)模擬輸入通道，采樣率最高可達(dá)250kS/s，能夠滿足多傳感器數(shù)據(jù)快速采集的要求。在數(shù)據(jù)采集過程中，通過編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和采集軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集卡的控制和數(shù)據(jù)的讀取。采集軟件采用多線程技術(shù)，能夠同時(shí)處理多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，采集軟件還對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步的校驗(yàn)和預(yù)處理，如數(shù)據(jù)濾波、異常值檢測(cè)等，去除明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。信號(hào)處理模塊：信號(hào)處理模塊利用數(shù)字濾波和時(shí)頻分析等技術(shù)，對(duì)采集到的原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取。在數(shù)字濾波環(huán)節(jié)，針對(duì)不同類型的噪聲干擾，采用了不同的濾波算法。對(duì)于隨機(jī)噪聲，采用均值濾波算法，通過對(duì)連續(xù)多個(gè)采樣點(diǎn)的信號(hào)值進(jìn)行平均計(jì)算，來平滑信號(hào)，減少噪聲的影響。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，設(shè)置一個(gè)固定長度的滑動(dòng)窗口，窗口內(nèi)的采樣點(diǎn)進(jìn)行求和并除以窗口長度，得到濾波后的信號(hào)值。對(duì)于脈沖噪聲，采用中值濾波算法，將窗口內(nèi)的信號(hào)值按照大小進(jìn)行排序，取中間值作為濾波后的結(jié)果，從而有效地去除脈沖噪聲。在時(shí)頻分析方面，采用小波變換算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取。小波變換能夠?qū)⑿盘?hào)分解為不同頻率的子信號(hào)，通過對(duì)不同尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行分析，可以獲取信號(hào)在不同頻率段的特征信息。在Matlab環(huán)境下，利用小波工具箱中的函數(shù)，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行小波分解，得到不同尺度下的小波系數(shù)。然后，通過計(jì)算小波系數(shù)的能量、方差等統(tǒng)計(jì)特征，提取出與傳動(dòng)軸扭矩相關(guān)的特征參數(shù)。將這些特征參數(shù)作為后續(xù)扭矩預(yù)測(cè)模型的輸入，為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)扭矩提供有力支持。扭矩預(yù)測(cè)模塊：扭矩預(yù)測(cè)模塊利用已建立的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)識(shí)別算法，對(duì)傳動(dòng)軸扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。在模型實(shí)現(xiàn)方面，采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的扭矩預(yù)測(cè)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有強(qiáng)大的非線性映射能力，能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式和規(guī)律。選用多層感知器（MLP）作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱藏層和輸出層。輸入層接收信號(hào)處理模塊提取的特征參數(shù)，如電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等特征值；隱藏層通過神經(jīng)元之間的連接權(quán)重，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行非線性變換和特征提取；輸出層則輸出傳動(dòng)軸扭矩的預(yù)測(cè)值。在訓(xùn)練過程中，采用反向傳播算法（BP算法）來調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和閾值，使得預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差最小。通過大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，不斷優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，提高模型的預(yù)測(cè)精度。在實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)時(shí)，將當(dāng)前采集到的特征參數(shù)輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，模型經(jīng)過計(jì)算和推理，快速輸出傳動(dòng)軸扭矩的預(yù)測(cè)值。為了提高預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)性，采用了并行計(jì)算技術(shù)，利用GPU加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算過程，減少預(yù)測(cè)時(shí)間。結(jié)果顯示與存儲(chǔ)模塊：結(jié)果顯示與存儲(chǔ)模塊采用可視化界面和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)扭矩預(yù)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在結(jié)果顯示方面，利用LabVIEW軟件平臺(tái)開發(fā)了可視化界面。該界面采用儀表盤、曲線圖、數(shù)字顯示等多種方式，直觀地展示傳動(dòng)軸扭矩的預(yù)測(cè)值、變化趨勢(shì)以及相關(guān)的工況信息。通過儀表盤可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前扭矩的大小，儀表盤的指針根據(jù)扭矩值的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，操作人員可以一目了然地了解扭矩的實(shí)時(shí)狀態(tài)。曲線圖則展示了扭矩隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，通過觀察曲線的走勢(shì)，可以分析裝載機(jī)在不同工況下扭矩的變化規(guī)律。數(shù)字顯示區(qū)域則以數(shù)字形式精確顯示扭矩的具體數(shù)值，方便操作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，采用MySQL數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)扭矩預(yù)測(cè)結(jié)果和相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)。通過編寫數(shù)據(jù)庫連接程序，將扭矩預(yù)測(cè)值、傳感器采集的原始數(shù)據(jù)以及相關(guān)的時(shí)間戳等信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)采用了合理的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，以便于數(shù)據(jù)的管理和查詢。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程中，為了保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性，采用了事務(wù)處理機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確存儲(chǔ)。同時(shí)，定期對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份，防止數(shù)據(jù)丟失。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)庫查詢語句進(jìn)行檢索和分析，為后續(xù)的設(shè)備維護(hù)、性能評(píng)估等提供數(shù)據(jù)支持。三、裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)3.1免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)原理與關(guān)鍵要素裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)旨在克服傳統(tǒng)測(cè)量方法中頻繁標(biāo)定的弊端，實(shí)現(xiàn)更高效、穩(wěn)定且準(zhǔn)確的扭矩測(cè)量。其核心原理是通過創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和算法，使測(cè)量系統(tǒng)能夠自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化和設(shè)備狀態(tài)的改變，從而無需定期進(jìn)行繁瑣的標(biāo)定操作。自校準(zhǔn)是免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵要素之一。自校準(zhǔn)機(jī)制通過內(nèi)置參考傳感器或利用系統(tǒng)自身的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。參考傳感器通常選用高精度、穩(wěn)定性好的傳感器，其測(cè)量數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，用于校準(zhǔn)其他傳感器的測(cè)量結(jié)果。在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量系統(tǒng)中，可設(shè)置一個(gè)高精度的標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器作為參考傳感器，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，參考傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳動(dòng)軸的扭矩，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給主測(cè)量系統(tǒng)。主測(cè)量系統(tǒng)根據(jù)參考傳感器的數(shù)據(jù)，對(duì)自身的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)和修正，從而確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。一些先進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)還可以利用自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和物理特性進(jìn)行自校準(zhǔn)。通過在傳動(dòng)軸上設(shè)計(jì)特殊的結(jié)構(gòu)，使其在特定條件下能夠產(chǎn)生已知的扭矩，測(cè)量系統(tǒng)可以根據(jù)這些已知扭矩來校準(zhǔn)自身的測(cè)量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)功能。自適應(yīng)算法也是免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)的重要組成部分。裝載機(jī)在實(shí)際工作過程中，會(huì)面臨各種復(fù)雜多變的工況，如不同的作業(yè)任務(wù)、工作環(huán)境的溫度和濕度變化、設(shè)備零部件的磨損老化等，這些因素都會(huì)對(duì)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量產(chǎn)生影響。自適應(yīng)算法能夠使測(cè)量系統(tǒng)根據(jù)這些環(huán)境變化和設(shè)備狀態(tài)的改變，自動(dòng)調(diào)整測(cè)量模型和參數(shù)，以保持測(cè)量的準(zhǔn)確性。在測(cè)量系統(tǒng)中引入自適應(yīng)濾波算法，該算法可以根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的傳感器數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整濾波器的參數(shù)，抑制噪聲和干擾的影響，提高測(cè)量信號(hào)的質(zhì)量。還可以采用自適應(yīng)模型更新算法，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)到環(huán)境變化或設(shè)備狀態(tài)改變時(shí)，自動(dòng)更新扭矩測(cè)量模型的參數(shù)，使其能夠更好地適應(yīng)新的工況。當(dāng)裝載機(jī)長時(shí)間工作后，傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件可能會(huì)出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)生變化，自適應(yīng)模型更新算法可以根據(jù)這些變化自動(dòng)調(diào)整扭矩測(cè)量模型中的相關(guān)參數(shù)，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。魯棒性設(shè)計(jì)是免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)的另一關(guān)鍵要素。通過精心設(shè)計(jì)具有良好抗干擾性的傳感器和信號(hào)處理算法，能夠確保測(cè)量系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下仍能準(zhǔn)確地測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩。在傳感器設(shè)計(jì)方面，采用抗干擾能力強(qiáng)的材料和結(jié)構(gòu)，減少外界干擾對(duì)傳感器測(cè)量的影響。選用具有高磁導(dǎo)率和低磁滯的磁性材料制作磁彈性扭矩傳感器，以提高傳感器對(duì)扭矩變化的敏感度，同時(shí)減少溫度、磁場(chǎng)等外界因素對(duì)傳感器輸出信號(hào)的干擾。在傳感器的外殼設(shè)計(jì)上，采用屏蔽結(jié)構(gòu)，防止電磁干擾對(duì)傳感器內(nèi)部電路的影響。在信號(hào)處理算法方面，采用先進(jìn)的濾波算法和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，提高信號(hào)的抗干擾能力和準(zhǔn)確性。利用卡爾曼濾波算法對(duì)傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，該算法能夠有效地抑制噪聲和干擾，提高信號(hào)的信噪比。通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將多個(gè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，提高測(cè)量結(jié)果的可靠性。將扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，能夠更全面地反映傳動(dòng)軸的工作狀態(tài)，提高扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性。3.2免標(biāo)定扭矩測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)與優(yōu)化3.2.1傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以某工程機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸免標(biāo)定扭矩傳感器為例，其結(jié)構(gòu)主要包括基底、應(yīng)變片、掩膜層等部分。各部分相互配合，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的精確測(cè)量，且在設(shè)計(jì)過程中充分考慮了材料特性、尺寸參數(shù)等因素，以確保傳感器的性能和可靠性。基底作為傳感器的基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，其材料的選擇至關(guān)重要。需要綜合考慮材料的屈服強(qiáng)度、焊接性、熱膨脹系數(shù)、抗腐蝕抗氧化性等多方面因素。屈服強(qiáng)度較高的材料能夠保證基底在承受扭矩時(shí)不易發(fā)生塑性變形，確保傳感器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。良好的焊接性則便于將基底牢固地焊接在傳動(dòng)軸上，保證傳感器在工作過程中與傳動(dòng)軸緊密結(jié)合，準(zhǔn)確傳遞扭矩信號(hào)。熱膨脹系數(shù)與傳動(dòng)軸材料相近的基底材料，可以有效減少因溫度變化導(dǎo)致的熱應(yīng)力，避免因熱脹冷縮而影響傳感器的測(cè)量精度。抗腐蝕抗氧化性強(qiáng)的材料能夠提高基底在惡劣工作環(huán)境下的耐久性，延長傳感器的使用壽命。經(jīng)過綜合評(píng)估，選擇了一種屈服強(qiáng)度高、焊接性能良好、熱膨脹系數(shù)與傳動(dòng)軸材料匹配且抗腐蝕抗氧化性強(qiáng)的合金材料作為基底材料。在尺寸方面，基底的大小需根據(jù)應(yīng)變片的尺寸和安裝要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，一般應(yīng)略大于應(yīng)變片，以確保應(yīng)變片能夠牢固地粘貼在基底上，同時(shí)為焊點(diǎn)和其他連接部分留出足夠的空間。例如，對(duì)于某型號(hào)的裝載機(jī)傳動(dòng)軸，經(jīng)過計(jì)算和試驗(yàn)，確定基底的長度為[X]mm，寬度為[X]mm，厚度為[X]mm，這樣的尺寸既能滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，又能保證傳感器的安裝和使用。應(yīng)變片是傳感器的核心敏感元件，其材料的選擇直接影響傳感器的測(cè)量精度和性能。從線性度、靈敏度和穩(wěn)定性三個(gè)方面進(jìn)行綜合考量。線性度好的應(yīng)變片能夠保證電阻變化與應(yīng)變之間具有良好的線性關(guān)系，從而使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。靈敏度高的應(yīng)變片可以更敏銳地感知傳動(dòng)軸的微小變形，提高傳感器對(duì)扭矩變化的響應(yīng)能力。穩(wěn)定性強(qiáng)的應(yīng)變片能夠在不同的工作環(huán)境和長時(shí)間使用過程中，保持性能的穩(wěn)定，減少測(cè)量誤差的漂移。經(jīng)過對(duì)多種應(yīng)變片材料的測(cè)試和分析，選用了一種具有高線性度、高靈敏度和良好穩(wěn)定性的金屬箔式應(yīng)變片。在安裝時(shí)，采用502膠水將應(yīng)變片精確地粘貼在基底的中心位置處，確保應(yīng)變片能夠準(zhǔn)確地感知基底的應(yīng)變變化，進(jìn)而準(zhǔn)確測(cè)量傳動(dòng)軸的扭矩。為了保護(hù)應(yīng)變片，在應(yīng)變片的上表面覆蓋一層掩膜層。掩膜層材料的選擇主要考慮材料的絕緣性、耐蠕變、抗疲勞性、延伸性和受溫度影響的大小等因素。良好的絕緣性能夠防止應(yīng)變片與外界導(dǎo)電物質(zhì)接觸，避免短路等故障的發(fā)生，確保傳感器的正常工作。耐蠕變和抗疲勞性強(qiáng)的材料可以保證掩膜層在長期受力和反復(fù)變形的情況下，不易發(fā)生損壞和性能退化，延長傳感器的使用壽命。延伸性好的掩膜層材料能夠隨著基底和應(yīng)變片的變形而發(fā)生相應(yīng)的形變，不會(huì)對(duì)傳感器的測(cè)量性能產(chǎn)生負(fù)面影響。受溫度影響小的材料可以減少因溫度變化導(dǎo)致的掩膜層性能變化，提高傳感器在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性。經(jīng)過篩選和測(cè)試，選用了一種具有良好絕緣性、耐蠕變、抗疲勞性、延伸性且受溫度影響小的高分子材料作為掩膜層材料。掩膜層的厚度一般控制在[X]mm左右，既能提供足夠的保護(hù)，又不會(huì)對(duì)傳感器的靈敏度產(chǎn)生過大影響。在實(shí)際扭矩測(cè)量時(shí)，整個(gè)免標(biāo)定扭矩測(cè)量傳感器通過焊接的方式固定于旋轉(zhuǎn)軸上。焊接點(diǎn)的質(zhì)量和布局對(duì)傳感器的性能也有重要影響。焊點(diǎn)的大小、位置和間距需要經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和優(yōu)化。焊點(diǎn)大小應(yīng)適中，過大可能會(huì)影響傳感器的靈敏度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，過小則可能導(dǎo)致焊接不牢固，在傳動(dòng)軸高速旋轉(zhuǎn)和承受較大扭矩時(shí)，焊點(diǎn)容易脫落。焊點(diǎn)位置應(yīng)選擇在能夠有效傳遞扭矩且應(yīng)力分布均勻的部位，避免在應(yīng)力集中區(qū)域設(shè)置焊點(diǎn)，以免影響傳感器的測(cè)量精度和使用壽命。焊點(diǎn)間距的選擇應(yīng)保證在不產(chǎn)生分流現(xiàn)象的同時(shí)，使基底焊接牢固。通過有限元分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了焊點(diǎn)的最佳大小、位置和間距，以確保傳感器能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩。3.2.2結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化為了進(jìn)一步提升免標(biāo)定扭矩測(cè)量傳感器的性能，基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，通過仿真建模和臺(tái)架試驗(yàn)相結(jié)合的方式，對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行全面優(yōu)化。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是一種高效的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，它能夠從大量的試驗(yàn)組合中挑選出適量的、具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，快速找到各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響規(guī)律，從而確定最佳的參數(shù)組合。在免標(biāo)定扭矩測(cè)量傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化中，將基底、應(yīng)變片以及掩膜層的材料，基底、應(yīng)變片的尺寸，焊點(diǎn)的大小、位置、間距以及基底在軸上的焊接位置等作為主要因素，以傳感器的傳遞效率η作為試驗(yàn)指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在仿真建模階段，利用有限元分析軟件，建立不同結(jié)構(gòu)類型的免標(biāo)定扭矩測(cè)量傳感器模型，并將免標(biāo)定扭矩傳感器固定到仿真軸上。通過對(duì)仿真軸施加不同大小的扭矩，模擬傳感器在實(shí)際工作中的受力情況，進(jìn)行免標(biāo)定扭矩傳感器傳遞效率η尋優(yōu)的有限元仿真分析。在仿真過程中，詳細(xì)分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳感器傳遞效率的影響，記錄不同參數(shù)組合下的仿真結(jié)果。當(dāng)基底厚度增加時(shí)，傳感器的傳遞效率可能會(huì)在一定范圍內(nèi)提高，但超過某一閾值后，傳遞效率反而會(huì)下降，這是因?yàn)榛走^厚會(huì)增加傳感器的慣性，影響其對(duì)扭矩變化的響應(yīng)速度。通過對(duì)大量仿真數(shù)據(jù)的分析，初步篩選出一些較優(yōu)的參數(shù)組合。為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)有限元仿真參數(shù)尋優(yōu)的過程進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)的驗(yàn)證。搭建專門的臺(tái)架試驗(yàn)平臺(tái)，將優(yōu)化后的免標(biāo)定扭矩傳感器安裝在試驗(yàn)軸上，通過加載裝置對(duì)試驗(yàn)軸施加不同扭矩，利用高精度的扭矩測(cè)量儀作為參考標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量傳感器的輸出信號(hào)，并根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)果計(jì)算傳遞效率η。將試驗(yàn)得到的傳遞效率與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)組合。如果發(fā)現(xiàn)某一參數(shù)組合在仿真中表現(xiàn)良好，但在試驗(yàn)中傳遞效率較低，通過檢查試驗(yàn)過程和分析數(shù)據(jù)，找出可能存在的問題，如安裝誤差、測(cè)量誤差等，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。經(jīng)過多輪仿真分析和臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，最終獲得性能最優(yōu)的免標(biāo)定扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及扭矩?fù)Q算公式。確定了基底材料為[具體材料名稱1]，應(yīng)變片材料為[具體材料名稱2]，掩膜層材料為[具體材料名稱3]；基底的長度為[X1]mm，寬度為[X2]mm，厚度為[X3]mm；應(yīng)變片的長度為[X4]mm，寬度為[X5]mm；焊點(diǎn)的大小為[X6]mm，位置在[具體位置描述]，間距為[X7]mm；基底在軸上的焊接位置為[具體焊接位置]等。通過優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，傳感器的傳遞效率得到顯著提高，測(cè)量精度和穩(wěn)定性也得到有效保障。根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，得到扭矩?fù)Q算公式為[具體公式]，該公式能夠準(zhǔn)確地將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為傳動(dòng)軸所承受的扭矩值，為裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩的免標(biāo)定測(cè)量提供了可靠的技術(shù)支持。3.3免標(biāo)定測(cè)量傳感裝置與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)開發(fā)3.3.1傳感裝置設(shè)計(jì)免標(biāo)定扭矩測(cè)量傳感裝置是實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩免標(biāo)定測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備，其功能模塊設(shè)計(jì)涵蓋了信號(hào)放大、電池供電、LED指示、A/D轉(zhuǎn)換、無線收發(fā)等多個(gè)方面，各模塊協(xié)同工作，確保準(zhǔn)確、穩(wěn)定地獲取和傳輸扭矩測(cè)量數(shù)據(jù)。信號(hào)放大模塊負(fù)責(zé)將應(yīng)變電橋輸出的微弱變化電壓進(jìn)行放大處理，使其達(dá)到后續(xù)處理電路能夠有效處理的幅值范圍。由于應(yīng)變片在受到扭矩作用時(shí)產(chǎn)生的電阻變化非常微小，導(dǎo)致應(yīng)變電橋輸出的電壓變化也極其微弱，通常在毫伏級(jí)甚至微伏級(jí)。為了能夠準(zhǔn)確地對(duì)這些微小信號(hào)進(jìn)行處理和分析，需要使用高精度的放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。采用儀表放大器AD620，它具有高輸入阻抗、低噪聲、高精度等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地抑制共模干擾，將應(yīng)變電橋輸出的微小電壓信號(hào)放大到合適的幅值，例如放大到1-5V的范圍，以便后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換模塊能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)字化處理。電池模塊為整個(gè)扭矩遙測(cè)儀提供穩(wěn)定的電力支持。考慮到裝載機(jī)工作環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性，需要選擇能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境、續(xù)航能力強(qiáng)且易于更換的電池。選用可充電的鋰電池作為電源，其具有能量密度高、自放電率低、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。為了確保電池能夠穩(wěn)定地為各個(gè)模塊供電，還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電源管理電路，該電路能夠?qū)﹄姵氐某潆姟⒎烹娺^程進(jìn)行精確控制，防止電池過充、過放，延長電池的使用壽命。當(dāng)電池電量過低時(shí)，電源管理電路能夠及時(shí)發(fā)出信號(hào)，提醒操作人員更換電池或進(jìn)行充電，以保證傳感裝置的正常工作。LED指示模塊用于直觀地展示當(dāng)前扭矩遙測(cè)儀的工作狀態(tài)。通過不同顏色和閃爍頻率的LED燈，操作人員可以快速了解設(shè)備的運(yùn)行情況，如電源是否正常、數(shù)據(jù)傳輸是否穩(wěn)定、是否存在故障等。綠色LED燈常亮表示設(shè)備電源正常，紅色LED燈閃爍表示設(shè)備出現(xiàn)故障，黃色LED燈閃爍表示數(shù)據(jù)傳輸正在進(jìn)行中。這樣的設(shè)計(jì)使得操作人員無需借助復(fù)雜的檢測(cè)設(shè)備，即可實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的工作狀態(tài)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施。A/D轉(zhuǎn)換模塊的作用是將放大后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便微控制器進(jìn)行處理和分析。由于模擬信號(hào)在傳輸和處理過程中容易受到噪聲和干擾的影響，而數(shù)字信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、易于存儲(chǔ)和傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。選用高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，如ADS1115，它具有16位分辨率，能夠精確地將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度。在轉(zhuǎn)換過程中，A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)設(shè)定的采樣頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣得到的模擬值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字編碼，然后將數(shù)字信號(hào)傳輸給微控制器進(jìn)行后續(xù)處理。無線收發(fā)模塊負(fù)責(zé)將處理后的扭矩?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控。在裝載機(jī)的實(shí)際工作場(chǎng)景中，為了便于操作人員實(shí)時(shí)了解傳動(dòng)軸扭矩的變化情況，需要將扭矩測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離傳動(dòng)軸的監(jiān)控中心或操作室。采用無線傳輸方式可以避免繁瑣的布線工作，提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。選用基于藍(lán)牙或Wi-Fi技術(shù)的無線收發(fā)模塊，如藍(lán)牙模塊HC-05，它具有低功耗、低成本、傳輸距離適中、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足裝載機(jī)扭矩測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆Ｔ跀?shù)據(jù)傳輸過程中，無線收發(fā)模塊將微控制器處理后的扭矩?cái)?shù)據(jù)按照特定的通信協(xié)議進(jìn)行打包和調(diào)制，然后通過無線信號(hào)發(fā)送出去。上位機(jī)接收到無線信號(hào)后，再進(jìn)行解調(diào)和解包，還原出扭矩?cái)?shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)和分析。3.3.2數(shù)據(jù)傳輸與處理在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩免標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇和數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)化對(duì)于準(zhǔn)確獲取和分析扭矩信息至關(guān)重要。在數(shù)據(jù)傳輸方面，采用無線傳輸技術(shù)，如藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee等，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的高效、穩(wěn)定傳輸。藍(lán)牙技術(shù)因其低功耗、短距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，適用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高、設(shè)備之間距離較近的場(chǎng)景。在裝載機(jī)駕駛室內(nèi)，操作人員可以通過藍(lán)牙連接，將安裝在傳動(dòng)軸附近的扭矩傳感裝置與手持終端設(shè)備（如手機(jī)、平板電腦）進(jìn)行配對(duì)，實(shí)時(shí)獲取扭矩?cái)?shù)據(jù)。Wi-Fi技術(shù)則具有傳輸速率高、覆蓋范圍廣的優(yōu)勢(shì)，適合在裝載機(jī)工作區(qū)域內(nèi)有無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，將扭矩?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心或服務(wù)器。通過在裝載機(jī)上安裝支持Wi-Fi的無線模塊，將采集到的扭矩?cái)?shù)據(jù)上傳到局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器，管理人員可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地訪問服務(wù)器，查看裝載機(jī)傳動(dòng)軸的扭矩情況。ZigBee技術(shù)以其自組網(wǎng)能力強(qiáng)、低功耗、低成本等特點(diǎn)，適用于構(gòu)建大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)。在一些大型工程施工現(xiàn)場(chǎng)，有多臺(tái)裝載機(jī)同時(shí)作業(yè)，此時(shí)可以利用ZigBee技術(shù)將各臺(tái)裝載機(jī)的扭矩傳感裝置組成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)匯總后傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行集中管理和分析。對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行一系列的處理，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變電橋輸出電壓與軸所受扭矩的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。當(dāng)傳動(dòng)軸受到扭矩作用時(shí)，粘貼在其上的應(yīng)變片會(huì)發(fā)生形變，導(dǎo)致應(yīng)變電橋的電阻值發(fā)生變化，從而輸出與扭矩相關(guān)的電壓信號(hào)。為了將該電壓信號(hào)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為軸所受扭矩，需要根據(jù)軸的材料特性、幾何尺寸以及應(yīng)變片的參數(shù)等因素，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。假設(shè)軸的彈性模量為E，泊松比為v，軸的外徑為D，內(nèi)徑為d，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為K，應(yīng)變電橋輸出電壓為U，則根據(jù)材料力學(xué)和電阻應(yīng)變測(cè)量原理，可以推導(dǎo)出扭矩T與應(yīng)變電橋輸出電壓U之間的關(guān)系為：T=\frac{\piD^{3}E}{16(1+v)K}\cdot\frac{U}{U_{0}}其中，U_{0}為應(yīng)變電橋的激勵(lì)電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，由于存在測(cè)量誤差、溫度漂移等因素，需要對(duì)上述公式進(jìn)行修正和校準(zhǔn)。通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的方法，獲取不同扭矩值下的應(yīng)變電橋輸出電壓數(shù)據(jù)，利用最小二乘法等數(shù)據(jù)擬合算法，對(duì)公式中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高扭矩計(jì)算的準(zhǔn)確性。還可以采用溫度補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)溫度變化引起的應(yīng)變片電阻值漂移進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)一步提高測(cè)量精度。在測(cè)量系統(tǒng)中集成溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，根據(jù)溫度與應(yīng)變片電阻值的關(guān)系，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而消除溫度對(duì)扭矩測(cè)量的影響。四、關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用案例分析4.1傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量系統(tǒng)中，多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過綜合運(yùn)用多種傳感器，如扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器等，能夠獲取更全面、準(zhǔn)確的傳動(dòng)軸工作狀態(tài)信息。然而，不同傳感器采集到的數(shù)據(jù)可能存在噪聲、干擾以及數(shù)據(jù)不一致等問題，因此需要采用有效的數(shù)據(jù)融合方法，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和整合，以提高扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。加權(quán)平均法是一種較為簡單直觀的數(shù)據(jù)融合方法。它將多個(gè)傳感器提供的冗余信息進(jìn)行加權(quán)平均，以得到融合值。在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量中，若同時(shí)使用多個(gè)扭矩傳感器進(jìn)行測(cè)量，由于各傳感器的精度、可靠性以及安裝位置等因素的不同，對(duì)測(cè)量結(jié)果的貢獻(xiàn)程度也有所差異。此時(shí)，可以根據(jù)各傳感器的性能參數(shù)和實(shí)際測(cè)量情況，為每個(gè)傳感器分配不同的權(quán)重。對(duì)于精度較高、穩(wěn)定性較好的傳感器，賦予較高的權(quán)重；而對(duì)于精度較低或受干擾較大的傳感器，賦予較低的權(quán)重。假設(shè)共有n個(gè)傳感器，其測(cè)量值分別為x_1,x_2,\cdots,x_n，對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為w_1,w_2,\cdots,w_n，且\sum_{i=1}^{n}w_{i}=1，則融合后的扭矩值T可表示為：T=w_1x_1+w_2x_2+\cdots+w_nx_n加權(quán)平均法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)，能夠在一定程度上提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。但它的局限性在于權(quán)重的確定往往依賴于經(jīng)驗(yàn)或預(yù)先設(shè)定，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的工作環(huán)境。當(dāng)裝載機(jī)的工況發(fā)生變化時(shí)，各傳感器的性能也可能隨之改變，此時(shí)固定的權(quán)重可能無法準(zhǔn)確反映各傳感器的實(shí)際貢獻(xiàn)，從而影響測(cè)量精度。卡爾曼濾波法是一種常用的自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合算法，主要用于融合低層次實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)多傳感器冗余數(shù)據(jù)。它基于系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程，利用測(cè)量模型的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行遞推，能夠在統(tǒng)計(jì)意義下獲得最優(yōu)的融合和數(shù)據(jù)估計(jì)。在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量中，卡爾曼濾波法可以有效地處理傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)中的噪聲和干擾，提高扭矩測(cè)量的精度和穩(wěn)定性。假設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程為X_{k}=A_{k}X_{k-1}+B_{k}U_{k}+W_{k}，觀測(cè)方程為Z_{k}=H_{k}X_{k}+V_{k}，其中X_{k}是k時(shí)刻的狀態(tài)向量，A_{k}是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，B_{k}是控制輸入矩陣，U_{k}是控制輸入向量，W_{k}是過程噪聲向量，Z_{k}是k時(shí)刻的觀測(cè)向量，H_{k}是觀測(cè)矩陣，V_{k}是觀測(cè)噪聲向量。卡爾曼濾波的過程主要包括預(yù)測(cè)和更新兩個(gè)步驟。在預(yù)測(cè)步驟中，根據(jù)前一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值\hat{X}_{k-1}和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣A_{k}，預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)\hat{X}_{k|k-1}=A_{k}\hat{X}_{k-1}，同時(shí)預(yù)測(cè)狀態(tài)協(xié)方差P_{k|k-1}=A_{k}P_{k-1}A_{k}^{T}+Q_{k}，其中Q_{k}是過程噪聲協(xié)方差。在更新步驟中，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的觀測(cè)值Z_{k}和預(yù)測(cè)值\hat{X}_{k|k-1}，計(jì)算卡爾曼增益K_{k}=P_{k|k-1}H_{k}^{T}(H_{k}P_{k|k-1}H_{k}^{T}+R_{k})^{-1}，其中R_{k}是觀測(cè)噪聲協(xié)方差。然后更新狀態(tài)估計(jì)值\hat{X}_{k}=\hat{X}_{k|k-1}+K_{k}(Z_{k}-H_{k}\hat{X}_{k|k-1})，以及狀態(tài)協(xié)方差P_{k}=(I-K_{k}H_{k})P_{k|k-1}，其中I是單位矩陣。通過不斷地進(jìn)行預(yù)測(cè)和更新，卡爾曼濾波能夠?qū)崟r(shí)跟蹤傳動(dòng)軸扭矩的變化，有效地抑制噪聲和干擾的影響，提高扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。與加權(quán)平均法相比，卡爾曼濾波法能夠更好地適應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)噪聲和干擾具有更強(qiáng)的魯棒性，但它的計(jì)算復(fù)雜度較高，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求也較高。4.2智能算法在測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用4.2.1基于人工智能的扭矩預(yù)測(cè)在裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量領(lǐng)域，基于人工智能的扭矩預(yù)測(cè)方法展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的潛力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為人工智能領(lǐng)域的重要算法之一，在扭矩預(yù)測(cè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。以某型號(hào)裝載機(jī)為例，通過對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的深入分析，構(gòu)建了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳動(dòng)軸扭矩預(yù)測(cè)模型。該模型以電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)作為輸入變量，經(jīng)過多層神經(jīng)元的復(fù)雜運(yùn)算和非線性變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。在模型構(gòu)建過程中，確定合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。采用多層感知器（MLP）結(jié)構(gòu)，它由輸入層、隱藏層和輸出層組成。輸入層負(fù)責(zé)接收電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等外部數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過權(quán)重連接傳遞到隱藏層。隱藏層是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的核心部分，它包含多個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元通過特定的激活函數(shù)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性變換，從而提取數(shù)據(jù)中的復(fù)雜特征和模式。在這個(gè)扭矩預(yù)測(cè)模型中，隱藏層的神經(jīng)元數(shù)量經(jīng)過多次試驗(yàn)和優(yōu)化確定，以確保模型能夠充分學(xué)習(xí)到輸入變量與扭矩之間的復(fù)雜關(guān)系。輸出層則根據(jù)隱藏層的輸出結(jié)果，計(jì)算并輸出傳動(dòng)軸扭矩的預(yù)測(cè)值。為了訓(xùn)練這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，收集了大量裝載機(jī)在不同工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度以及對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)軸扭矩實(shí)際測(cè)量值。這些數(shù)據(jù)被劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集。在訓(xùn)練過程中，將訓(xùn)練集數(shù)據(jù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，通過反向傳播算法不斷調(diào)整模型的權(quán)重和閾值，使得模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差逐漸減小。反向傳播算法的基本原理是根據(jù)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差，從輸出層開始，反向計(jì)算各層神經(jīng)元的誤差梯度，然后根據(jù)誤差梯度來調(diào)整權(quán)重和閾值，以降低誤差。在訓(xùn)練過程中，還采用了一些優(yōu)化技巧，如學(xué)習(xí)率調(diào)整、正則化等，以提高模型的訓(xùn)練效果和泛化能力。學(xué)習(xí)率是控制權(quán)重更新步長的參數(shù)，合適的學(xué)習(xí)率能夠使模型更快地收斂到最優(yōu)解；正則化則是為了防止模型過擬合，提高模型的泛化能力，即在新的數(shù)據(jù)上也能有較好的預(yù)測(cè)表現(xiàn)。經(jīng)過大量的訓(xùn)練和優(yōu)化，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的扭矩預(yù)測(cè)模型在測(cè)試集上取得了顯著的預(yù)測(cè)效果。與傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)公式或簡單線性模型的扭矩預(yù)測(cè)方法相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠更準(zhǔn)確地捕捉到裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩與各輸入變量之間的復(fù)雜非線性關(guān)系。在裝載機(jī)進(jìn)行重載鏟裝作業(yè)時(shí)，傳統(tǒng)方法可能由于無法準(zhǔn)確考慮到電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度等因素之間的相互作用以及它們對(duì)扭矩的綜合影響，導(dǎo)致預(yù)測(cè)誤差較大。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型通過對(duì)大量實(shí)際數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出在這種復(fù)雜工況下的傳動(dòng)軸扭矩，預(yù)測(cè)誤差明顯減小，為裝載機(jī)的安全運(yùn)行和高效作業(yè)提供了更可靠的保障。4.2.2故障診斷與預(yù)警在裝載機(jī)的日常運(yùn)行中，傳動(dòng)系統(tǒng)的故障可能會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行和工程進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。通過智能算法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)故障的準(zhǔn)確診斷和及時(shí)預(yù)警，有效提高設(shè)備的安全性和可靠性。當(dāng)裝載機(jī)的傳動(dòng)軸扭矩出現(xiàn)異常變化時(shí)，可能預(yù)示著傳動(dòng)系統(tǒng)存在故障隱患。利用智能算法對(duì)扭矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別出這些異常情況，并判斷故障的類型和嚴(yán)重程度。在某裝載機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，通過智能算法監(jiān)測(cè)到傳動(dòng)軸扭矩突然大幅波動(dòng)，且超出了正常工作范圍。經(jīng)過進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)是由于傳動(dòng)軸的某個(gè)連接部位出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致扭矩傳遞不穩(wěn)定。智能算法根據(jù)預(yù)先設(shè)定的故障模式和診斷規(guī)則，快速準(zhǔn)確地判斷出故障原因，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。操作人員在收到預(yù)警后，立即采取停機(jī)檢修措施，避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，有效保障了設(shè)備的安全運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的故障診斷和預(yù)警，需要建立完善的故障診斷模型和預(yù)警機(jī)制。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的故障診斷方法是目前常用的技術(shù)手段之一。通過收集大量傳動(dòng)系統(tǒng)故障案例的數(shù)據(jù)，包括故障發(fā)生時(shí)的扭矩?cái)?shù)據(jù)、振動(dòng)數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)等，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建故障診斷模型。支持向量機(jī)（SVM）算法在故障診斷中具有良好的性能，它能夠在高維空間中找到一個(gè)最優(yōu)的分類超平面，將正常工況和故障工況的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確區(qū)分開來。在訓(xùn)練過程中，通過調(diào)整SVM的參數(shù)和核函數(shù)，提高模型的分類準(zhǔn)確率和泛化能力。將新采集到的測(cè)量數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的故障診斷模型中，模型根據(jù)數(shù)據(jù)特征判斷傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)異常，則觸發(fā)預(yù)警機(jī)制。預(yù)警機(jī)制的設(shè)計(jì)需要綜合考慮故障的嚴(yán)重程度、可能造成的影響以及操作人員的響應(yīng)時(shí)間等因素。根據(jù)故障的嚴(yán)重程度，將預(yù)警分為不同級(jí)別，如輕度預(yù)警、中度預(yù)警和重度預(yù)警。輕度預(yù)警表示傳動(dòng)系統(tǒng)可能存在潛在的故障隱患，但目前尚未對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成明顯影響，此時(shí)操作人員可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)υO(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)；中度預(yù)警則表明故障已經(jīng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生一定影響，需要操作人員密切關(guān)注設(shè)備狀態(tài)，并盡快安排檢修；重度預(yù)警則意味著設(shè)備已經(jīng)處于嚴(yán)重故障狀態(tài)，必須立即停機(jī)檢修，以避免發(fā)生更嚴(yán)重的事故。在預(yù)警信息的傳達(dá)方面，采用多種方式確保操作人員能夠及時(shí)收到預(yù)警信號(hào)，如在裝載機(jī)的操作界面上顯示醒目的預(yù)警提示、發(fā)送短信通知操作人員以及在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行報(bào)警等。通過完善的故障診斷與預(yù)警系統(tǒng)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的故障隱患，提前采取措施進(jìn)行處理，有效降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備的安全性和可靠性，保障工程的順利進(jìn)行。4.3系統(tǒng)集成與實(shí)際應(yīng)用案例4.3.1某裝載機(jī)項(xiàng)目中的系統(tǒng)集成以某大型建筑施工項(xiàng)目中使用的裝載機(jī)為例，該項(xiàng)目涉及大量的土石方挖掘、搬運(yùn)和裝載作業(yè)，對(duì)裝載機(jī)的性能和穩(wěn)定性要求極高。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩的精確測(cè)量和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將軟測(cè)量與免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了集成應(yīng)用。在系統(tǒng)架構(gòu)方面，構(gòu)建了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由傳感器層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層和用戶界面層組成。在傳感器層，安裝了多種類型的傳感器，包括高精度的電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器以及免標(biāo)定扭矩傳感器。電流傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的電流變化，轉(zhuǎn)速傳感器則負(fù)責(zé)測(cè)量傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)的溫度，免標(biāo)定扭矩傳感器直接測(cè)量傳動(dòng)軸的扭矩。這些傳感器分布在裝載機(jī)的關(guān)鍵部位，如電機(jī)、傳動(dòng)軸、變速箱等，確保能夠全面、準(zhǔn)確地獲取與傳動(dòng)軸扭矩相關(guān)的信息。數(shù)據(jù)傳輸層采用了無線傳輸技術(shù)，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過Wi-Fi或藍(lán)牙模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理層。這種無線傳輸方式不僅簡化了布線工作，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，還能夠確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，滿足裝載機(jī)在復(fù)雜工作環(huán)境下的測(cè)量需求。在數(shù)據(jù)處理層，部署了高性能的服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理軟件。服務(wù)器負(fù)責(zé)接收來自傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步的存儲(chǔ)和管理。數(shù)據(jù)處理軟件則利用軟測(cè)量技術(shù)和免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。通過建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測(cè)量模型，結(jié)合免標(biāo)定扭矩傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的精確估計(jì)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。用戶界面層為操作人員和管理人員提供了直觀、便捷的交互界面。通過安裝在裝載機(jī)駕駛室內(nèi)的顯示屏或遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的電腦終端，操作人員可以實(shí)時(shí)查看傳動(dòng)軸扭矩的測(cè)量值、變化趨勢(shì)以及相關(guān)的工況信息。管理人員則可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)多臺(tái)裝載機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的問題。在實(shí)施過程中，首先對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行了全面的改造和升級(jí)，確保傳感器能夠準(zhǔn)確安裝在預(yù)定位置，并與裝載機(jī)的原有系統(tǒng)進(jìn)行無縫對(duì)接。對(duì)傳感器進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其測(cè)量精度和穩(wěn)定性滿足要求。在數(shù)據(jù)傳輸層，對(duì)無線傳輸模塊進(jìn)行了優(yōu)化配置，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。在數(shù)據(jù)處理層，對(duì)軟測(cè)量模型和免標(biāo)定測(cè)量算法進(jìn)行了大量的測(cè)試和優(yōu)化，確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地計(jì)算出傳動(dòng)軸扭矩。還對(duì)操作人員和管理人員進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)，使其熟悉系統(tǒng)的操作和使用方法，能夠充分發(fā)揮系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。4.3.2應(yīng)用效果分析通過在該裝載機(jī)項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，集成軟測(cè)量與免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)的系統(tǒng)取得了顯著的應(yīng)用效果。在測(cè)量精度方面，經(jīng)過多次實(shí)際測(cè)量和對(duì)比驗(yàn)證，系統(tǒng)的測(cè)量誤差控制在±3%以內(nèi)，相比傳統(tǒng)的扭矩測(cè)量方法，精度提高了20%以上。在裝載機(jī)進(jìn)行重載鏟裝作業(yè)時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)量方法的誤差可能會(huì)達(dá)到±5%甚至更高，而集成系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩，為操作人員提供更精確的扭矩信息，有助于操作人員根據(jù)實(shí)際扭矩情況合理調(diào)整作業(yè)方式，避免因扭矩過大或過小導(dǎo)致的設(shè)備損壞或作業(yè)效率低下。在穩(wěn)定性方面，由于采用了免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化和設(shè)備狀態(tài)的改變，無需定期進(jìn)行繁瑣的標(biāo)定操作。在不同的溫度、濕度環(huán)境下，以及裝載機(jī)長時(shí)間運(yùn)行后，系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果始終保持穩(wěn)定，波動(dòng)范圍極小。在夏季高溫環(huán)境下，傳統(tǒng)測(cè)量方法可能會(huì)因溫度變化導(dǎo)致傳感器性能漂移，從而影響測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性，而集成系統(tǒng)通過自校準(zhǔn)和自適應(yīng)算法，能夠及時(shí)調(diào)整測(cè)量參數(shù)，確保測(cè)量結(jié)果不受環(huán)境因素的影響。在維護(hù)成本方面，系統(tǒng)的維護(hù)工作量大幅減少。傳統(tǒng)的扭矩測(cè)量系統(tǒng)需要定期對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定、校準(zhǔn)和維護(hù)，每次維護(hù)都需要專業(yè)技術(shù)人員花費(fèi)大量時(shí)間和精力。而集成系統(tǒng)采用免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)，減少了標(biāo)定和校準(zhǔn)的次數(shù)，同時(shí)軟測(cè)量技術(shù)減少了對(duì)高精度傳感器的依賴，降低了傳感器的損壞風(fēng)險(xiǎn)和更換成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用該系統(tǒng)后，裝載機(jī)的維護(hù)成本降低了約30%，包括人力成本、材料成本和設(shè)備停機(jī)時(shí)間成本等。系統(tǒng)還為裝載機(jī)的故障診斷和預(yù)警提供了有力支持。通過對(duì)傳動(dòng)軸扭矩以及其他相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，并提前發(fā)出預(yù)警信號(hào)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸扭矩異常波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)能夠快速判斷可能是由于傳動(dòng)軸的某個(gè)連接部位松動(dòng)或磨損導(dǎo)致的，并及時(shí)提醒操作人員進(jìn)行檢查和維修，避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，有效提高了裝載機(jī)的運(yùn)行安全性和可靠性。五、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與性能評(píng)估5.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方案為了全面、準(zhǔn)確地驗(yàn)證所提出的裝載機(jī)傳動(dòng)軸扭矩軟測(cè)量與免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)的性能，設(shè)計(jì)了一系列嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谠u(píng)估軟測(cè)量模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性、免標(biāo)定測(cè)量技術(shù)的穩(wěn)定性以及整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)在不同工況下的可靠性。通過實(shí)驗(yàn)，不僅能夠檢驗(yàn)技術(shù)的有效性，還能為進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。實(shí)驗(yàn)設(shè)備選用了一臺(tái)型號(hào)為[具體型號(hào)]的裝載機(jī)，該裝載機(jī)在工程建設(shè)中具有廣泛應(yīng)用，其傳動(dòng)軸扭矩的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于設(shè)備的高效運(yùn)行和維護(hù)至關(guān)重要。在裝載機(jī)上安裝了高精度的電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器以及免標(biāo)定扭矩傳感器，以獲取電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、溫度以及傳動(dòng)軸扭矩的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。電流傳感器選用了[具體型號(hào)]霍爾效應(yīng)電流傳感器，其測(cè)量精度可達(dá)±0.5%FS，能夠準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)電流的變化；轉(zhuǎn)速傳感器采用[具體型號(hào)]光電式傳感器，分辨率高，響應(yīng)速度快，可精確測(cè)量傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速；溫度傳感器選用[具體型號(hào)]熱電偶傳感器，測(cè)量范圍廣，精度高，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)的溫度；免標(biāo)定扭矩傳感器則是根據(jù)前文所述的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定制，確保其性能滿足實(shí)驗(yàn)要求。為了模擬裝載機(jī)在實(shí)際工作中的不同工況，設(shè)置了多種實(shí)驗(yàn)工況，包括空載、輕載、中載和重載等。在空載工況下，裝載機(jī)不進(jìn)行任何裝載作業(yè)，僅在水平路面上行駛，以獲取空載狀態(tài)下傳動(dòng)軸扭矩的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。輕載工況下，裝載機(jī)裝載少量物料，模擬日常作業(yè)中的輕負(fù)荷情況；中載工況下，裝載適量物料，接近裝載機(jī)的正常工作負(fù)荷；重載工況下，裝載最大額定負(fù)荷的物料，以測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)在高負(fù)荷狀態(tài)下的性能。每種工況下，都對(duì)傳動(dòng)軸扭矩進(jìn)行了多次測(cè)量，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和代表性。實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，在裝載機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下，對(duì)所有傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保傳感器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。然后，啟動(dòng)裝載機(jī)，使其進(jìn)入不同的實(shí)驗(yàn)工況，在每個(gè)工況下，保持裝載機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間，以獲取穩(wěn)定的測(cè)量數(shù)據(jù)。在運(yùn)行過程中，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器以及免標(biāo)定扭矩傳感器的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中。每個(gè)工況完成后，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，檢查數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。對(duì)不同工況下的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析