一种全混合日粮搅拌机绞龙刀片寿命在线检测系统的制作方法

本发明涉及畜牧机械智能检测，具体来说，涉及一种全混合日粮搅拌机绞龙刀片寿命在线检测系统。

背景技术：

1、全混合日粮搅拌机是现代规模化养殖中实现饲料切碎、提升、翻转与均匀混合的核心装备，对于30立方米及以上大型新能源车载tmr搅拌机而言，绞龙刀片为直接参与纤维切削与物料破碎的关键执行部件，其锋利程度与磨损状态直接决定整机切削效率、混合均匀性及能耗水平。刀片在长期作业过程中会因磨粒磨损、冲击磨损及腐蚀磨损逐渐圆角化钝，导致切削机制由剪切为主转变为挤压与撕裂为主，进而引发饲料切段长度不均、反刍动物采食与消化受影响、整机能耗升高、新能源车型续航下降、减速机构、电驱系统、轴承及刀片安装根部等关键部件负载增大、寿命缩短等问题，严重影响设备可靠性与养殖生产效益。

2、当前行业内普遍采用停机拆检或人工目测方式判断刀片磨损状态，存在检测效率低、主观性强、无法实现在线定量检测等缺陷，难以满足大型tmr搅拌机的智能化维护管理需求；同时，tmr搅拌机作业工况复杂，不同批次物料在重量、水分、纤维长度及压实程度等方面存在显著差异，单一依赖电流或振动等信号无法有效区分物料负载变化与刀片磨损导致的负载上升，工况干扰大、磨损识别准确度低。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种全混合日粮搅拌机绞龙刀片寿命在线检测系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种全混合日粮搅拌机绞龙刀片寿命在线检测系统，包括：感应单元、处理单元和预警输出单元；

4、其中，所述感应单元，用于实时采集电机q轴电流信号、绞龙轴承座振动加速度信号、电机角速度信号及电磁转矩估算值，并通过can总线将信号传输至处理单元；

5、所述处理单元，集成于整车控制器vcu，用于对采集信号进行预处理、负载解耦、特征提取、磨损映射及剩余寿命预测，计算得到刀片锋利度系数s、磨损深度d与剩余寿命rul；

6、所述预警输出单元为车载显示终端，用于实时显示刀片状态参数并根据计算结果提示用户检查刀片及耐磨层状态。

7、进一步的，所述处理单元执行策略包括以下步骤：

8、预先标定新刀片装机后，采集空载、标准负载、青贮工况下的电流、转矩、振动、角速度数据，建立空载基准阻力矩与初始特征数据库；

9、实时计算电机输出电磁转矩，再将该电磁转矩代入动力学平衡关系，得到总负载转矩；随后将总负载转矩分解，并计算传动系统磨损偏移量完成校正，剔除非刀片磨损带来的负载干扰；

10、进行计算刀片切削主特征频率，再提取电流特征频带能量、振动特征频带能量，并计算振动峭度，完成时域信号到频域特征的转换，用于突出锋利切削与钝化挤压的频谱差异；

11、进行计算切削能耗积分特征，同时得到角速度波动系数；

12、构建多参数负载解耦模型，计算得到磨损综合表征值，并计算刀片刃口圆角半径r，以及计算磨损深度d，最终通过灵敏度系数λ计算得到刀片锋利度系数s。

13、进一步的，计算电机输出电磁转矩，表示为：

14、；

15、式中，为电机电磁转矩；为电机转矩系数；为电机q轴转矩电流；

16、基于动力学平衡方程解算总负载转矩，表示为：

17、；

18、式中，为总负载转矩；j为系统等效转动惯量；为电机角速度；为电机角加速度；

19、总负载转矩分解，表示为：

20、；

21、式中，为空载基准阻力矩；为物料负载转矩；为刀片切削负载转矩；为刀片磨损附加阻力矩；

22、空载基准校正，表示为：

23、；

24、式中，为传动系统磨损偏移量；为当前空载阻力矩。

25、进一步的，计算刀片切削特征频率，表示为：

26、

27、式中，为切削主特征频率；为绞龙转速；为单位转有效切削次数系数；

28、计算电流特征频带能量，表示为：

29、

30、式中，为电流特征频带能量；为电流频谱；为特征带宽；

31、计算振动特征频带能量与峭度，表示为：

32、；

33、；

34、式中，为振动特征能量；为振动频谱；为振动峭度；为振动均值；为振动标准差。

35、进一步的，计算切削能耗积分面积，表示为：

36、；

37、式中，为单次切削电流积分面积；为实时电流；为基线电流；

38、计算角速度波动系数，表示为：

39、；

40、式中，为角速度波动系数；为角速度标准差；为角速度平均值。

41、进一步的，获取磨损综合表征值，表示为：

42、；

43、式中，为磨损综合表征值；为标准化附加电磁转矩；为标准化电流特征能量；为标准化切削积分面积；为标准化转速波动系数；为标准化振动能量；为标准化物料质量因子；为标准化湿度因子；为加权系数；

44、映射刃口圆角半径，表示为：

45、；

46、式中，为刃口圆角半径；为拟合系数；

47、计算磨损深度，表示为：

48、；

49、式中，为磨损深度；为初始圆角半径；为几何换算系数；

50、计算锋利度系数，表示为：

51、

52、式中，s为锋利度系数；为灵敏度系数。

53、进一步的，预测指数平滑磨损，表示为：

54、；

55、式中，为下一时刻预测磨损值；为平滑系数；为历史磨损深度序列。

56、进一步的，计算剩余寿命，表示为：

57、；

58、式中，为剩余寿命时间；为磨损极限；为磨损速率。

59、本发明的有益效果：

60、本发明通过感应单元实时采集电机q轴电流、振动加速度、角速度及电磁转矩等多源信号，配合处理单元完成负载解耦、特征提取与磨损映射，可有效剔除物料负载、传动系统损耗等工况干扰，实现对绞龙刀片刃口圆角半径、磨损深度、锋利度系数及剩余寿命的在线定量精准检测，彻底替代传统停机拆检与人工目测方式，显著提升检测效率与判断客观性；系统通过多参数融合建模与指数平滑预测，能够实时跟踪刀片磨损演化规律并提前预判寿命终点，配合车载显示终端实现分级预警与状态提示，可指导用户及时开展刀片检查、修磨或更换作业，避免因刀片过度钝化导致切削机制劣化、饲料混合不均、动物消化吸收受影响等问题，

61、另外，本发明有效降低电机、减速机构、轴承及刀片安装座等关键部件的非正常负载冲击，减少设备故障与能耗损失，延长整机使用寿命；本系统专为30立方米及以上大型新能源车载tmr搅拌机设计，适配复杂多变的饲料工况与车载作业环境，能够显著提升畜牧养殖装备的智能化运维水平与作业经济性，保障全混合日粮搅拌机连续稳定运行，为规模化养殖高效生产提供可靠技术支撑。