El diseño e investigación del sistema de monitoreo de aflojamiento de pernos en cosechadoras combinadas basado en el sensor de circuito de puente de Wheatstone
Autores: Lian, Yi; Wang, Bangzhui; Sun, Meiyan; Que, Kexin; Xu, Sijia; Tang, Zhong; Huang, Zhilong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
El diseño e investigación del sistema de monitoreo de aflojamiento de pernos en cosechadoras combinadas basado en el sensor de circuito de puente de Wheatstone
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Cosechadora combinada
Sensor de puente de Wheatstone
Monitoreo de pernos
Comunicación inalámbrica LoRa
Fuerzas de preapriete
Prueba de calibración
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
La cosechadora combinada, como una máquina de varios componentes que comprende una mesa de corte, un transportador, un cilindro de trilla y otros componentes, experimenta un estrés significativo y fallas de pernos en las estructuras de mesa de corte-transportador debido a la excitación inherente y al diseño en voladizo de la mesa de corte. Para abordar el monitoreo de aflojamiento de pernos en la unión crítica, este documento diseñó un sistema de monitoreo inalámbrico basado en un circuito de puente de Wheatstone y un sensor de puente de Wheatstone de múltiples canales, lo que permite el monitoreo de varios pernos en las cosechadoras. Aprovechando la comunicación inalámbrica LoRa, el sistema supera efectivamente la complejidad de cableado y las dificultades de implementación de los sistemas de monitoreo de pernos de maquinaria agrícola tradicionales. El sensor de puente de Wheatstone puede monitorear con precisión fuerzas de preapriete de hasta 150 kN para pernos M12-M24. Una prueba de calibración basada en el alineamiento dinámico de tiempo (DTW) ajustó con precisión la respuesta del sensor a la presión y al desplazamiento con coeficientes de determinación de 0.9780 y 0.9753. Luego, una prueba de validación centrada en pernos de conexión reveló un 95.12% de superposición entre el rango de medición simulado y el rango de calibración en condiciones de preapriete. Además, las curvas de ajuste para mediciones simuladas contra torque de apriete y ángulo arrojaron coeficientes de determinación de 0.9945 y 0.9939, lo que demostró un ajuste preciso de las condiciones de preapriete y definió el rango de monitoreo de 3.02 x 10 a 3.49 x 10. Finalmente, combinado con los resultados de simulación, una prueba de rendimiento en campo confirmó la capacidad del sensor para detectar reducciones mínimas del 5% de carga previa, lograr una transmisión de datos de 200 ms a una computadora central y mantener una transmisión de datos sin pérdidas a lo largo de 1.2 km. Este diseño de sensor y sistema proporcionó una referencia valiosa para el monitoreo de aflojamiento de pernos en cosechadoras y otra maquinaria agrícola.
Descripción
La cosechadora combinada, como una máquina de varios componentes que comprende una mesa de corte, un transportador, un cilindro de trilla y otros componentes, experimenta un estrés significativo y fallas de pernos en las estructuras de mesa de corte-transportador debido a la excitación inherente y al diseño en voladizo de la mesa de corte. Para abordar el monitoreo de aflojamiento de pernos en la unión crítica, este documento diseñó un sistema de monitoreo inalámbrico basado en un circuito de puente de Wheatstone y un sensor de puente de Wheatstone de múltiples canales, lo que permite el monitoreo de varios pernos en las cosechadoras. Aprovechando la comunicación inalámbrica LoRa, el sistema supera efectivamente la complejidad de cableado y las dificultades de implementación de los sistemas de monitoreo de pernos de maquinaria agrícola tradicionales. El sensor de puente de Wheatstone puede monitorear con precisión fuerzas de preapriete de hasta 150 kN para pernos M12-M24. Una prueba de calibración basada en el alineamiento dinámico de tiempo (DTW) ajustó con precisión la respuesta del sensor a la presión y al desplazamiento con coeficientes de determinación de 0.9780 y 0.9753. Luego, una prueba de validación centrada en pernos de conexión reveló un 95.12% de superposición entre el rango de medición simulado y el rango de calibración en condiciones de preapriete. Además, las curvas de ajuste para mediciones simuladas contra torque de apriete y ángulo arrojaron coeficientes de determinación de 0.9945 y 0.9939, lo que demostró un ajuste preciso de las condiciones de preapriete y definió el rango de monitoreo de 3.02 x 10 a 3.49 x 10. Finalmente, combinado con los resultados de simulación, una prueba de rendimiento en campo confirmó la capacidad del sensor para detectar reducciones mínimas del 5% de carga previa, lograr una transmisión de datos de 200 ms a una computadora central y mantener una transmisión de datos sin pérdidas a lo largo de 1.2 km. Este diseño de sensor y sistema proporcionó una referencia valiosa para el monitoreo de aflojamiento de pernos en cosechadoras y otra maquinaria agrícola.