基于云边一体的泵车油耗分析研究.pdf
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1、第21卷第4期2023年8月Vol.21 No.4Aug.2023中 国 工 程 机 械 学 报CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY基于云边一体的泵车油耗分析研究谭明1,2,李春林1,2,佟祥伟1,2,赵佩珩1,2(1.中联重科股份有限公司,湖南 长沙 410006;2.国家混凝土机械工程技术研究中心,湖南 长沙 410205)摘要:当前采用综合方量油耗指标评价泵车油耗,但该指标无法反映油耗异常的具体原因。根据影响泵车油耗的因素,从设备性能、行为和环境3个维度,建立泵车燃油消耗数学模型。该模型基于边缘计算系统分析各个设备不同维度的油耗数据,与云平台
2、结合,建立云边一体的泵车油耗指标评价体系,分析多个设备的油耗数据和设备油耗异常的原因,并对分析结果进行推送。实践证明:该方法对分析掌握设备的油耗状况、进行针对性的改进有很大帮助,从而降低设备整体燃油损耗。关键词:泵车;边缘计算;云平台;油耗中图分类号:TH 137 文献标志码:A 文章编号:1672-5581(2023)04-0313-05Analysis and research on fuel consumption of pump truck based on edge computing and cloud platform integrationTAN Ming1,2,LI Chun
3、lin1,2,TONG Xiangwei1,2,ZHAO Peiheng1,2(1.Zoomlion Co.,Ltd,Changsha 410205,Hunan,China;2.Chinese National Engineering Research Center of Concrete Machinery,Changsha 410205,Hunan,China)Abstract:At present,the comprehensive fuel consumption index is used to evaluate the fuel consumption of the pump tr
4、uck,but this indicator cannot reflect the specific cause of abnormal fuel consumption.According to the factors affecting the fuel consumption of pump trucks.From the three dimensions of equipment performance,behavior and environment,the mathematical model of multi-dimensional pump truck fuel consump
5、tion is established.The model is based on edge computing system to analyze the fuel consumption data of each dimension of individual equipment,combining with cloud platform,and an evaluation system of fuel consumption index of pump truck is established which integrates edge computing and cloud platf
6、orm.It can analyze multiple sets of each fuel consumption data,realize to analyze the causes of abnormal fuel consumption of equipment and push the analysis results.The practice has proved that the research can effectively promote customers to understand the fuel consumption of eguipment,targeted im
7、provement,efficient management of customers,thus reduces overall fuel consumption of equipment.Key words:pump truck;edge computing;cloud platform;fuel consumption 在现代基建工程的混凝土施工中,混凝土泵车是必不可少的施工设备。泵车属于大功率和高油耗的机械动力设备,在全球能源严重紧缺、国家倡导建立节约型社会的背景下,高效、节能和环保的工程机械产品越来越受青睐,施工设备的能耗直接影响施工成本和对环境的污染程度。文献 1 研究了混凝土泵车各
8、种工况下的发动机万有特性模型的优化,分析了混凝土泵车在负载-发基金项目:湖南省创新型省份建设专项资金资助项目(2020GK2086)作者简介:谭明(1994),男,工程师,硕士。E-mail:tanming_第21卷中 国 工 程 机 械 学 报动机功率匹配上存在的问题,研制了基于自适应变扭矩模型的整机功率匹配控制技术,使混凝土泵车发动机始终处于经济油耗工作状态,降低其整体油耗。文献2 的控制方式可以实现发动机的低油耗工作,但其节能效果仅局限于发动机本身,泵车燃油消耗构成复杂,在了解燃油消耗组成和异常原因后,采取了针对性的措施,获得了更好的节能效果。文献 3 构建了一种混凝土泵车及车辆油耗管理
9、系统,可使采集的泵车油耗数据更加准确、可靠。文献 4 利用主成分分析(principal component analysis,PCA)对数据进行降维处理,并用反向传播(back propagation,BP)神经网络建立油耗模型,分析了影响飞机油耗的因素和相互关系。目前,衡量混凝土泵车油耗的重要指标为综合方量油耗,但是综合方量油耗并不能反映泵车在各种不同工况下的油耗状况和影响油耗的因素,因此无法对影响泵车油耗的原因进行分析,并提出改进措施。本文建立了泵车燃油消耗的数学模型,经计算找到影响泵车油耗的主要因素,基于边缘计算系统对泵车工况数据进行计算,分析各个设备的油耗数据,再通过与平台结合,对混
10、凝土泵车多个设备油耗数据进行分析,评估设备的油耗和影响油耗的关联因素,为设备油耗管理和改进提供依据。1 混凝土泵车油耗数学模型分析 影响泵车油耗的因素较多,如臂架操作不合理、操作时间过长、在泵车行驶过程中频繁地加减车速和骤起骤停等。从混凝土泵车实际运行的角度建立数学模型,泵车系统大体可分为泵送系统、臂架系统、待料系统和行驶系统,泵车系统做功公式如下:W=W1+W2+W3+W4(1)式中:W为泵车系统做功;W1为泵送系统做功;W2为臂架系统做功;W3为待料系统做功;W4为行驶系统做功。泵车液压系统功率计算公式为P=Qp600(2)式中:Q为流量,L/min;P为压力,100 kPa;为机械效率,
11、一般取值0.900.95。泵送系统做功为W1(nVp 11+nq12p 12)(3)式中:n为泵送次数;V为油缸体积;q12为恒压泵流量;p 11为平均泵送压力;p 12为平均分配压力。臂架系统做功为W2i=1m iQip 2ti(4)式中:m为臂架系统臂架数量;为多路阀开度百分比;Qi为第i节臂多路阀最大开度流量;p 2为臂架泵出口压力;-ti为第i节臂架动作时间。待料系统做功为W3P3t3(5)式中:P3为待料时搅拌和冷却系统功率,可取常值;t3为待料时间。行驶系统做功为W4S4(6)式中:S4为泵车行驶里程。假设泵车的4个系统对应的燃油油耗分别为f1、f2、f3和f4,计算综合方量油耗公
12、式为=f/H(7)式中:总油耗f=f1+f2+f3+f4;H为泵送方量。综合式(2)式(7)可以得到=11p 11+12p 12+2i=1m itiH+3t3H+k4S4H(8)式 中:11=k1(nV/H);12=k1q12(n/H);2=k2Qp 2;3=k3P3;k1、k2、k3和k4为比例系数。由式(8)可得,某作业时间内影响泵送综合方量油耗因素有设备本身油耗、设备使用情况(臂架操作时间、怠料时间、行驶里程、泵送时间)和环境情况(平均泵送压力、平均分配压力)。2 油耗分析云边一体结构 随着物联网的快速发展和4G/5G无线网络的普及,网络边缘设备数量的迅速增加,以云计算模型为核心的集中式
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