泵車及其泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)、方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)、方法，該泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)、方法通過實(shí)時獲取泵送參數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息，進(jìn)而根據(jù)泵送參數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息獲得泵車臂架實(shí)時的應(yīng)力情況，最終根據(jù)累計(jì)承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和泵車臂架的總疲勞壽命計(jì)算出疲勞損耗率；操作人員可以通過疲勞損耗率了解泵車臂架當(dāng)前的健康狀況，進(jìn)而采取措施降低泵車的作業(yè)風(fēng)險并保障作業(yè)效率；在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還公開了一種泵車，該泵車設(shè)置有上述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程機(jī)械技術(shù)，具體涉及一種泵車及其泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)、 方法。 泵車及其泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)、方法

【背景技術(shù)】
[0002] 泵車通常包括底盤、轉(zhuǎn)塔、泵送系統(tǒng)和泵車臂架系統(tǒng)，其中，泵送系統(tǒng)固定安裝在 底盤上，轉(zhuǎn)塔可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在底盤上，泵車臂架系統(tǒng)與轉(zhuǎn)塔連接，通過轉(zhuǎn)塔的動作，泵車臂 架系統(tǒng)可相對于底盤轉(zhuǎn)動；泵車臂架系統(tǒng)包括輸送管道和泵車臂架，輸送管道布置在泵車 臂架上；泵車臂架由多個伸縮油缸及多個首尾依次鉸接的臂節(jié)構(gòu)成，泵車臂架的第一臂節(jié) 鉸接在轉(zhuǎn)塔上，伸縮油缸分別設(shè)置在第一臂節(jié)與轉(zhuǎn)塔之間、相鄰臂節(jié)之間，通過這些伸縮油 缸的動作可使泵車臂架展開成或折疊成預(yù)定形狀；在作業(yè)狀態(tài)，泵車臂架根據(jù)需要展開成 某一特定形狀，進(jìn)而將輸送管道末端置于預(yù)定的布料位置，泵送系統(tǒng)將物料（比如混凝土） 加壓后經(jīng)輸送管道輸送至預(yù)定的布料位置，在非工作狀態(tài)，泵車臂架按預(yù)定方式折疊并且 其一端支撐于底盤上。
[0003] 鑒于泵車作業(yè)時，泵車臂架始終處于"懸臂"狀態(tài)，且在作業(yè)過程中，泵車臂架不可 避免的會上下、左右擺動，導(dǎo)致泵車臂架所受載荷通常較大；因此，在長期使用后，泵車臂架 容易開裂，甚至?xí)霈F(xiàn)泵車臂架斷裂的問題；一旦泵車臂架開裂或斷裂，很容易出現(xiàn)生產(chǎn)安 全事故，輕則損壞機(jī)器，重則機(jī)毀人亡。
[0004] 當(dāng)前，為了保證泵車的可靠性，防止作業(yè)過程中出現(xiàn)安全事故，通常采用"定期保 養(yǎng)，事后維修"的模式對泵車進(jìn)行維護(hù)，故障檢測、修復(fù)的設(shè)備和手段也較落后，導(dǎo)致整機(jī)可 靠性差、安全隱患多、停機(jī)待修時間長，進(jìn)而嚴(yán)重影響了泵車的施工效率和整機(jī)工作潛力的 發(fā)揮。
[0005] 為保證泵車的可靠運(yùn)行，對泵車本身的健康狀況進(jìn)行檢測顯得尤為重要和緊迫； t匕如，金屬結(jié)構(gòu)的疲勞載荷時間歷程對泵車機(jī)械結(jié)構(gòu)的壽命影響很大，相關(guān)數(shù)據(jù)的有效采 集和分析，是設(shè)備管理人員進(jìn)行維修決策和估算剩余壽命所必不可少的重要科學(xué)依據(jù)。然 而，當(dāng)前泵車的監(jiān)測都是通過實(shí)驗(yàn)人員定期帶儀器設(shè)備到泵車上進(jìn)行檢測，測試過程比較 繁瑣且還存在安全風(fēng)險，并且所得到的數(shù)據(jù)也只是單個時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，并不能完全說明 整機(jī)長期以來的工作狀態(tài)，因而無法長期監(jiān)測機(jī)械應(yīng)力和疲勞壽命，導(dǎo)致無法對即將出現(xiàn) 的故障進(jìn)行預(yù)判，也就無法在故障來臨之前第一時間向維護(hù)人員發(fā)出警示，進(jìn)而錯失采取 預(yù)防措施的最佳時機(jī)。
[0006] 因此，對于泵車而言，能長期穩(wěn)定實(shí)時在線監(jiān)測泵車臂架的健康狀態(tài)，并在泵車處 于危險工作狀態(tài)時能發(fā)出預(yù)警或做出有利反應(yīng)的監(jiān)測控制系統(tǒng)對于泵車的發(fā)展來說具有 極其重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明提出一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)及方法，以便對泵車臂架 的疲勞健康狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，進(jìn)而提升泵車的作業(yè)效率和安全性。
[0008] -方面，本發(fā)明提出了一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，包括：
[0009] 數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時獲取泵車臂架的臂架姿態(tài)信息和泵車泵送系統(tǒng)的泵送參 數(shù)信息；
[0010] 數(shù)據(jù)處理模塊，與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接，用于根據(jù)所述臂架姿態(tài)信息和所述泵 送參數(shù)信息獲得所述泵車臂架的疲勞損耗率；
[0011] 健康狀況判定單元，與數(shù)據(jù)處理模塊連接，用于根據(jù)所述疲勞損耗率判定所述泵 車臂架的健康狀況；
[0012] 控制單元，包括泵送控制單元和臂架控制單元，所述泵送控制單元、臂架控制單元 分別與健康狀況判定單元連接，所述泵送控制單元用于根據(jù)所述健康狀況控制所述泵送系 統(tǒng)動作，所述臂架控制單元根據(jù)所述健康狀況控制所述泵車臂架動作。
[0013] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括臂架姿態(tài)監(jiān)測單元和泵送系統(tǒng)監(jiān)測 單元，所述臂架姿態(tài)監(jiān)測單元用于獲取所述臂架姿態(tài)信息，所述泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元用于獲 取所述泵送參數(shù)信息。
[0014] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括信號采集單元和健康計(jì)算單元，所 述信號采集單元分別與臂架姿態(tài)監(jiān)測單元、泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元連接，用于接收所述臂架姿 態(tài)信息和泵送參數(shù)信息，并將所述臂架姿態(tài)信息和泵送參數(shù)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述健 康計(jì)算單元利用預(yù)定的計(jì)算策略根據(jù)所述信號采集單元反饋的數(shù)字信號獲得泵車臂架的 疲勞損耗率。
[0015] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，所述臂架姿態(tài)監(jiān)測單元設(shè)置有第一角度傳感器和第二角度 傳感器，所述第一角度傳感器用于獲取相鄰臂節(jié)之間的夾角，所述第二角度傳感器用于獲 取所述泵車臂架的第一臂節(jié)與水平面之間的夾角。
[0016] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，所述臂架姿態(tài)監(jiān)測單元設(shè)置有第一位移傳感器和第二位移 傳感器，所述第一位移傳感器用于獲取相鄰臂節(jié)之間的伸縮油缸的伸出長度，所述第二位 移傳感器用于獲取第一臂節(jié)與轉(zhuǎn)塔之間的伸縮油缸的伸出長度。
[0017] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，所述臂架姿態(tài)監(jiān)測單元設(shè)置有速度傳感器，所述速度傳感 器用于獲取各個所述伸縮油缸動作的速度；或者，所述臂架姿態(tài)監(jiān)測單元設(shè)置有加速度傳 感器，所述速度傳感器用于獲取各個所述伸縮油缸動作的加速度。
[0018] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，所述泵送參數(shù)信息至少包括泵送系統(tǒng)的泵送壓力和換向頻 率；或者，所述泵送參數(shù)信息至少包括泵送系統(tǒng)的排量及換向頻率。
[0019] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，當(dāng)所述疲勞損耗率達(dá)到第一預(yù)定值時，所述泵送控制單元 控制所述泵送系統(tǒng)降低排量和換向頻率至預(yù)定范圍，所述臂架控制單元控制所述泵車臂架 的動作速度限定在預(yù)定范圍。
[0020] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，當(dāng)所述疲勞損耗率達(dá)到第二預(yù)定值時，所述泵送控制單元 控制所述泵送系統(tǒng)停止泵送，所述臂架控制單元控制所述泵車臂架停止動作。
[0021] 本發(fā)明提出的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理如下：通過實(shí)時監(jiān)控泵送參 數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息可以實(shí)時獲取泵車臂架的載荷情況，載荷隨時間的積累可以得到泵 車臂架的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，進(jìn)而獲知泵車臂架已消耗的疲勞壽命，而泵車臂架的總疲勞壽命 可以預(yù)先獲知的，根據(jù)總疲勞壽命和已消耗的疲勞壽命可以獲知泵車臂架的疲勞損耗率； 隨著疲勞損耗率越來越大，泵車臂架出現(xiàn)故障（比如開裂、變形、斷裂等）的風(fēng)險就會越來 越高，為了降低事故風(fēng)險，將疲勞損耗率與健康狀況判定單元上內(nèi)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，根據(jù) 對比結(jié)果來判定泵車臂架當(dāng)前的健康狀況，然后根據(jù)泵車臂架實(shí)時的健康狀況來控制泵送 系統(tǒng)和泵車臂架的動作，當(dāng)健康狀況良好時，泵送系統(tǒng)和泵車臂架均可執(zhí)行高負(fù)載、大功率 下的作業(yè)，當(dāng)健康狀況不佳時，為防止事故，泵送控制單元可以將泵送系統(tǒng)的作業(yè)參數(shù)（比 如排量、換向頻率、連續(xù)作業(yè)時間等）限制在合適范圍，臂架控制單元可以將泵車臂架的動 作參數(shù)（比如展開或收回的速度、旋轉(zhuǎn)角度等）限制在合適范圍。
[0022] 另一方面，本發(fā)明提出了另一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、 數(shù)據(jù)處理模塊、健康狀況判定單元和警報器；其中，
[0023] 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)時獲取泵車臂架的臂架姿態(tài)信息和泵車泵送系統(tǒng)的泵 送參數(shù)信息；
[0024] 所述數(shù)據(jù)處理模塊與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接，用于根據(jù)所述臂架姿態(tài)信息和泵送 參數(shù)信息獲得所述泵車臂架的疲勞損耗率；
[0025] 所述健康狀況判定單元分別與數(shù)據(jù)處理模塊、警報器連接，所述健康狀況判定單 元根據(jù)所述疲勞損耗率判定所述泵車臂架的健康狀況；
[0026] 所述警報器用于在所述健康狀況達(dá)到預(yù)定狀況時發(fā)出警報。
[0027] 該泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)通過設(shè)置警報器，在泵車臂架的健康狀況不佳的時 候，通過警報器發(fā)出警報，以提示操作人員采取安全措施（比如停止作業(yè)或者進(jìn)行檢修保 養(yǎng)等），從而避免故障發(fā)生。
[0028] 又一方面，本發(fā)明還提出了一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控方法，包括以下步驟：
[0029] 實(shí)時獲取泵車泵送系統(tǒng)的泵送參數(shù)信息；
[0030] 實(shí)時獲取泵車臂架的臂架姿態(tài)信息；
[0031] 根據(jù)所述泵送參數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息獲取泵車臂架的疲勞損耗率。
[0032] 在優(yōu)選地技術(shù)方案中，所述泵車臂架疲勞健康監(jiān)控方法還包括以下步驟：
[0033] 根據(jù)所述疲勞損耗率判定所述泵車臂架的健康狀況；
[0034] 根據(jù)所述健康狀況控制所述泵送系統(tǒng)和泵車臂架的動作；或者，在所述健康狀況 達(dá)到預(yù)定狀態(tài)時，發(fā)出警報。
[0035] 本發(fā)明提出的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控方法通過實(shí)時獲取泵送參數(shù)信息和臂架姿 態(tài)信息，進(jìn)而根據(jù)泵送參數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息獲得泵車臂架實(shí)時的應(yīng)力情況，最終可以 根據(jù)累計(jì)消耗的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和泵車臂架的總疲勞壽命獲得疲勞損耗率；操作人員可以通 過疲勞損耗率了解泵車臂架當(dāng)前的健康狀況，進(jìn)而采取措施降低作業(yè)風(fēng)險。
[0036] 又一方面，本發(fā)明還提出一種泵車，包括底盤、轉(zhuǎn)塔、泵送系統(tǒng)和泵車臂架系統(tǒng)，所 述泵送系統(tǒng)固定安裝在底盤上，轉(zhuǎn)塔可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在底盤上；所述泵車臂架系統(tǒng)包括輸送 管道和泵車臂架，輸送管道布置在泵車臂架上；泵車臂架包括多個伸縮油缸及多個首尾依 次鉸接的臂節(jié)，所述泵車臂架的第一臂節(jié)鉸接在轉(zhuǎn)塔上，所述伸縮油缸分別設(shè)置在第一臂 節(jié)與轉(zhuǎn)塔之間、相鄰臂節(jié)之間；其中，該泵車還設(shè)置有上述任一項(xiàng)的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控 系統(tǒng)。
[0037] 該泵車通過設(shè)置上述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，可以對泵車臂架的健康狀況 進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，操作人員可以根據(jù)泵車臂架的實(shí)時健康狀況采取適當(dāng)?shù)拇胧M(jìn)而保證作 業(yè)安全的同時有效發(fā)揮泵車的作業(yè)潛能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0039] 圖1為本發(fā)明第一具體實(shí)施例的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖；
[0040] 圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程框圖。
[0041] 附圖標(biāo)記說明：
[0042] 1 一泵車臂架2-泵送系統(tǒng)3-臂架控制單元4 一泵送控制單元
[0043] 5-數(shù)據(jù)采集模塊6-數(shù)據(jù)處理模塊7-健康狀況判定單元
[0044] 51-臂架姿態(tài)監(jiān)測單元52-泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元
[0045] 61-信號采集單元62-健康計(jì)算單元

【具體實(shí)施方式】
[0046] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0047] 通常，泵車設(shè)置有底盤、轉(zhuǎn)塔、泵送系統(tǒng)、泵車臂架系統(tǒng)、臂架控制單元和泵送控制 單元，其中，臂架控制單元用于控制泵車臂架動作，泵送控制單元用于控制泵送系統(tǒng)動作； 泵送系統(tǒng)固定安裝在底盤上，轉(zhuǎn)塔可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在底盤上，泵車臂架系統(tǒng)包括輸送管道和 泵車臂架，輸送管道布置在泵車臂架上；泵車臂架與轉(zhuǎn)塔連接，通過轉(zhuǎn)塔的動作，泵車臂架 可相對于底盤轉(zhuǎn)動；泵車臂架通常設(shè)置有多個首尾依次鉸接的臂節(jié)，泵車臂架的第一臂節(jié) 鉸接在轉(zhuǎn)塔上，第一臂節(jié)與轉(zhuǎn)塔之間設(shè)置有伸縮油缸，相鄰臂節(jié)之間設(shè)置有伸縮油缸，通過 這些伸縮油缸的動作可使泵車臂架展開成或折疊成預(yù)定形狀；在作業(yè)狀態(tài)，泵車臂架根據(jù) 需要展開成某一特定形狀，進(jìn)而將輸送管道的末端置于預(yù)定的布料位置，泵送系統(tǒng)將物料 (比如混凝土）加壓后經(jīng)輸送管道輸送至預(yù)定的布料位置；在非工作狀態(tài)，泵車臂架按預(yù)定 方式折疊并支撐于底盤上。為提升泵車的作業(yè)安全，降低泵車臂架在作業(yè)過程中出現(xiàn)事故 的風(fēng)險，如圖1所示，本發(fā)明第一具體實(shí)施例提出的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù) 采集模塊5、數(shù)據(jù)處理模塊6、健康狀況判定單元7和控制單元；其中，數(shù)據(jù)采集模塊5包括 臂架姿態(tài)監(jiān)測單元51和泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元52 ;臂架姿態(tài)監(jiān)測單元51與泵車臂架1相連， 用于獲取臂架姿態(tài)信息；泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元52與泵送系統(tǒng)2相連，用于獲取泵送參數(shù)信息； 數(shù)據(jù)處理模塊6包括信號采集單元61和健康計(jì)算單元62,其中，信號采集單元61分別與臂 架姿態(tài)監(jiān)測單元51、泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元52連接，用于接收臂架姿態(tài)信息和泵送參數(shù)信息， 并將臂架姿態(tài)信息和泵送參數(shù)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；健康計(jì)算單元62利用預(yù)定的計(jì)算策 略根據(jù)信號采集單元61反饋的數(shù)字信號獲得泵車臂架1的疲勞損耗率；控制單元包括泵送 控制單元4和臂架控制單元3,泵送控制單元4、臂架控制單元3分別與健康狀況判定單元 7連接，泵送控制單元4用于根據(jù)健康狀況控制泵車泵送系統(tǒng)2動作，臂架控制單元3根據(jù) 健康狀況控制泵車臂架1動作。
[0048] 臂架姿態(tài)信息是指能夠反映泵車臂架1當(dāng)前所處姿態(tài)的參數(shù)信息，狹義而言該參 數(shù)為各個臂節(jié)的傾角；但是，各臂節(jié)的傾角可以通過其它的參數(shù)計(jì)算得出，因此，廣義上，臂 架姿態(tài)信息還可以是以下幾種：
[0049] 1)第一臂節(jié)的傾角及相鄰臂節(jié)之間的夾角；鑒于泵車臂架1的多個臂節(jié)是依次鉸 接形成，當(dāng)獲得第一臂節(jié)的傾角及相鄰臂節(jié)之間的夾角時，計(jì)算出其它各個臂節(jié)的傾角是 可以實(shí)現(xiàn)的；因此，通過第一臂節(jié)的傾角及相鄰臂節(jié)之間的夾角可以反映泵車臂架1的姿 態(tài)。
[0050] 2)各個伸縮油缸的伸出長度；在第一臂節(jié)和轉(zhuǎn)塔之間、相鄰臂節(jié)之間均設(shè)置有伸 縮油缸，通過伸縮油缸的動作才能驅(qū)使各個臂節(jié)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動作，因此，伸縮油缸的伸出長度 與第一臂節(jié)的傾角、相鄰臂節(jié)之間的夾角具有一一對應(yīng)的關(guān)系，因此，通過各個伸縮油缸的 伸出長度可以反映泵車臂架1的姿態(tài)。
[0051] 3)各個伸縮油缸的動作速度（或加速度）；根據(jù)物理學(xué)原理可知，位移、速度、加速 度和時間之間具有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系，在獲知實(shí)時速度（或加速度）、時間的前提下，獲得伸 縮油缸的伸出長度顯然是可以做到的，根據(jù)各個伸縮油缸的伸出長度獲得各個臂節(jié)的傾角 也是可以實(shí)現(xiàn)的，因此，通過實(shí)時監(jiān)控各個伸縮油缸的動作速度（或加速度）可以獲知泵車 臂架1的當(dāng)前姿態(tài)。
[0052] 泵送參數(shù)信息是指能夠反映泵送系統(tǒng)2的作業(yè)狀況的參數(shù)，狹義而言是指泵送系 統(tǒng)2在單位時間內(nèi)所泵送的物料的量，也可以用單位時間內(nèi)輸送管道流過的物料的量來形 容；然而，泵送系統(tǒng)2主要由兩個主油缸和兩個輸送缸構(gòu)成，主油缸與輸送缸 對應(yīng)，泵 送物料時，兩個輸送缸在兩個主油缸驅(qū)使下交替動作；在此情況下，泵送系統(tǒng)2在單位時間 內(nèi)所泵送的物料顯然還可以由其它的參數(shù)計(jì)算獲得，因此，廣義上，泵送參數(shù)信息還可以包 括以下幾種組合：
[0053] 1)排量和換向頻率；排量指輸送缸一個周期性動作所泵出的物料的量，換向頻率 則與單位時間內(nèi)泵送系統(tǒng)2泵出物料的次數(shù)相對應(yīng)，顯然，通過排量和換向頻率可以反映 泵送系統(tǒng)2的作業(yè)狀況。
[0054] 2)泵送壓力和換向頻率；泵送壓力指主油缸內(nèi)或與主油缸相連的液壓系統(tǒng)內(nèi)的 壓力，在泵送作業(yè)時，泵送壓力與排量具有一定關(guān)聯(lián)性，尤其在其它外部環(huán)境（比如泵送高 度）不變的情況下，泵送壓力與排量具有一一對應(yīng)的關(guān)系，因此，也可以通過泵送壓力和換 向頻率來反映泵送系統(tǒng)2的作業(yè)狀況。
[0055] 對于具體型號的泵車而言，泵車臂架1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（比如各臂節(jié)的長度、自 重、輸送管道的自重、各伸縮油缸的長度和自重等）是可以預(yù)先獲知的；對于特定型號的泵 車臂架1而言，其總疲勞壽命N也是預(yù)先通過試驗(yàn)獲知的，比如采用相同型號的泵車臂架1 進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時，將泵車臂架置于某一預(yù)定姿態(tài)下，泵送系統(tǒng)置于某一預(yù)定參數(shù)下，在此 狀態(tài)下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，最終可以測定泵車臂架受到的應(yīng)力及在該應(yīng)力作用下泵車臂架所承 受的總應(yīng)力循環(huán)次數(shù)即總疲勞壽命，然后使用其它的泵車臂架測試其它應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力 循環(huán)次數(shù)，在有限次試驗(yàn)后，即可得到多個應(yīng)力狀態(tài)下的總疲勞壽命；當(dāng)然，為了節(jié)省人力、 物力和財力，也可以采用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算技術(shù)來計(jì)算泵車臂架在各種應(yīng)力條件下的總疲勞 壽命。
[0056] 在特定的作業(yè)環(huán)境下，泵車所泵送的物料的密度是可以預(yù)先獲知的；泵送作業(yè)時， 物料經(jīng)泵車臂架1上的輸送管道運(yùn)動至預(yù)定的布料位置，泵車臂架1承受的載荷主要包括 各臂節(jié)的自重、伸縮油缸的自重、輸送管道的自重及物料的自重，因此，在獲得臂架姿態(tài)信 息后和泵送參數(shù)信息后，可以計(jì)算出泵送作業(yè)過程中，整個泵車臂架1的受力情況，換而言 之，可以獲得泵車臂架1實(shí)時的應(yīng)力情況。為了簡明體現(xiàn)疲勞損耗率的計(jì)算方式，下面舉例 說明：
[0057] 假如泵車臂架在工作過程中已承受應(yīng)力為Ai的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為Ni，且已承受應(yīng)力 為A 2的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2 ;在應(yīng)力為Ai時，泵車臂架的總疲勞壽命為NZ1 ;在應(yīng)力為A2時，泵 車臂架的總疲勞壽命為NZ2 ;那么泵車臂架當(dāng)前的疲勞損耗率為Ns = Ni/Nu+NVNu ;-般而 言，當(dāng)疲勞損耗率達(dá)到1時，意味著這泵車臂架出現(xiàn)疲勞損耗（如開裂、斷裂或變形等）的 概率較大，因此，為了降低泵車的作業(yè)風(fēng)險，在疲勞損耗率達(dá)到或即將達(dá)到1時，應(yīng)當(dāng)采取 措施降低臂架出現(xiàn)疲勞損耗的風(fēng)險。
[0058] 為了提前采取安全措施，在健康狀況判定單元7內(nèi)預(yù)先置入數(shù)據(jù)模型，將疲勞損 耗率Ns與預(yù)置的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果來判定泵車臂架1的疲勞健康狀況；t匕 如：當(dāng)疲勞損耗率N s小于第一預(yù)定值ηι時，判定泵車臂架1的健康狀況處于優(yōu)良狀態(tài)，當(dāng) 疲勞損耗率Ns達(dá)到第一預(yù)定值 ηι時，判定泵車臂架1的健康狀況處于亞健康狀態(tài)，當(dāng)疲勞 損耗率Ns達(dá)到第二預(yù)定值n 2 (0 < ni < n2 < 1)時，判定泵車臂架1的健康狀況處于危險狀 態(tài)。
[0059] 根據(jù)泵車臂架1健康狀況的不同，泵車臂架1和泵送系統(tǒng)2可以采取不同的措施， 以兼顧施工效率和作業(yè)安全；比如，當(dāng)泵車臂架1的健康狀況處于優(yōu)良狀態(tài)時，泵送系統(tǒng)2 和泵車臂架1可以按照作業(yè)的需要執(zhí)行不受限制的動作，比如泵車臂架1的展開高度和速 度、泵送排量和換向頻率均可以不受額外限制；當(dāng)泵車臂架1的健康狀況處于亞健康狀態(tài) 時，泵送系統(tǒng)2和泵車臂架1的動作受到一定程度的限制，比如可以將泵車臂架1的展開高 度和速度、泵送排量和換向頻率限制在適當(dāng)范圍內(nèi)，進(jìn)而確保作業(yè)安全；當(dāng)泵車臂架1的健 康狀況處于危險狀態(tài)時，泵送系統(tǒng)2和泵車臂架1的動作受到完全限制，此時泵車無法正常 作業(yè)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行檢修和保養(yǎng)，排除潛在風(fēng)險。
[0060] 在實(shí)際作業(yè)過程中，泵車臂架1的載荷通常是波動的，為了有效獲取泵車臂架1的 應(yīng)力狀況，并獲得相應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，在泵車臂架1的預(yù)定位置上設(shè)置力傳感器，健康計(jì) 算單元62實(shí)時記錄力傳感器所檢測到的數(shù)據(jù)，并計(jì)算出各種應(yīng)力下的循環(huán)次數(shù)；為了減少 數(shù)據(jù)的處理量，在數(shù)據(jù)處理的過程中，健康計(jì)算單元62可以通過雨流計(jì)數(shù)法（也稱塔頂法， 該法在疲勞壽命計(jì)算已獲得廣泛應(yīng)用，具體內(nèi)容本文不再贅述。）對健康計(jì)算單元記錄的應(yīng) 力數(shù)據(jù)值進(jìn)行處理，進(jìn)而使毫無規(guī)律且數(shù)量龐大的應(yīng)力種類減小，最終為疲勞損耗率隊(duì)的 計(jì)算提供便利。
[0061] 在上述實(shí)施例中，為了獲得相鄰臂節(jié)之間的夾角及第一臂節(jié)的傾角，臂架姿態(tài)監(jiān) 測單元51設(shè)置有第一角度傳感器和第二角度傳感器，其中，第一角度傳感器用于獲取相鄰 臂節(jié)之間的夾角，第二角度傳感器用于獲取泵車臂架1的第一臂節(jié)的傾角（即第一臂節(jié)與 水平面之間的夾角）；具體地，可將第一角度傳感器設(shè)置在相鄰臂節(jié)之間的鉸接軸上，第二 角度傳感器設(shè)置在第一臂節(jié)與轉(zhuǎn)塔之間的鉸接軸上（一般而言，底盤水平支撐在地面上， 相應(yīng)地，轉(zhuǎn)塔也處于水平放置的狀態(tài)，鉸接軸相當(dāng)于平行水平面設(shè)置）。
[0062] 在上述實(shí)施例中，為了獲得各伸縮油缸的伸出長度，臂架姿態(tài)監(jiān)測單元51設(shè)置有 第一位移傳感器和第二位移傳感器，其中，第一位移傳感器用于獲取相鄰臂節(jié)之間的伸縮 油缸的伸出長度，第二位移傳感器用于獲取第一臂節(jié)與轉(zhuǎn)塔之間的伸縮油缸的伸出長度。
[0063] 在上述實(shí)施例中，為了獲得伸縮油缸的動作速度，臂架姿態(tài)監(jiān)測單元51設(shè)置有速 度傳感器，速度傳感器用于獲取各個伸縮油缸動作的速度，速度傳感器具體可以設(shè)置在各 個伸縮油缸的活塞桿上；同理，為了獲得伸縮油缸的動作加速度臂架姿態(tài)監(jiān)測單元51設(shè)置 有加速度傳感器，加速度傳感器用于獲取各個伸縮油缸動作的加速度，加速度傳感器具體 也可以設(shè)置在各個伸縮油缸的活塞桿上。
[0064] 綜上，本發(fā)明第一實(shí)施例提出的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)通過實(shí)時監(jiān)控泵送參 數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息可以實(shí)時獲取泵車臂架1的載荷情況，載荷隨時間的積累可以得到 泵車臂架1已經(jīng)承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，進(jìn)而獲知泵車臂架1已消耗的疲勞壽命，而泵車臂 架1的總疲勞壽命可以預(yù)先獲知的，根據(jù)總疲勞壽命和已消耗的疲勞壽命自然就可以獲知 泵車臂架1的疲勞損耗率；隨著疲勞損耗率越來越大，泵車臂架1出現(xiàn)故障（比如開裂、變 形、斷裂等）的風(fēng)險就會越來越高，為了降低事故風(fēng)險，將疲勞損耗率與健康狀況判定單元 7上內(nèi)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果來判定泵車臂架1當(dāng)前的健康狀況，然后根據(jù)泵車 臂架1實(shí)時的健康狀況來控制泵送系統(tǒng)2和泵車臂架1的動作，當(dāng)健康狀況良好時，泵送系 統(tǒng)2和泵車臂架1均可執(zhí)行高負(fù)載、大功率下的作業(yè)，當(dāng)健康狀況不佳時，為防止事故，泵送 控制單元4可以將泵送系統(tǒng)2的作業(yè)參數(shù)（比如排量、換向頻率、連續(xù)作業(yè)時間等）限制在 合適范圍，臂架控制單元3可以將泵車臂架1的動作參數(shù)（比如展開或收回的速度、旋轉(zhuǎn)角 度等）限制在合適范圍。
[0065] 另一方面，本發(fā)明第二實(shí)施例還提出另一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，與第一 實(shí)施例不同的是，該泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置有警報器；該警報器可以根據(jù)泵車臂 架1的健康狀況來決定是否發(fā)出警報，比如，當(dāng)健康狀況處于亞健康狀態(tài)或危險狀態(tài)時，警 報器發(fā)出警報，進(jìn)而提示操作人員采取防范措施（比如停止作業(yè)、檢修保養(yǎng)等），從而避免 發(fā)生事故；如圖2所示，該泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)的作業(yè)流程主要包括以下幾個步驟： [0066] S1 :臂架姿態(tài)監(jiān)測單元51實(shí)時獲取泵車臂架的臂架姿態(tài)信息；
[0067] S2 :泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元52實(shí)時獲取泵車泵送系統(tǒng)的泵送參數(shù)信息；
[0068] S3 :健康計(jì)算單元62根據(jù)臂架姿態(tài)信息和泵送參數(shù)信息獲得疲勞損耗率；
[0069] S4 :健康狀況判定單元7根據(jù)疲勞損耗率判定泵車臂架1的健康狀況；
[0070] S5 :當(dāng)泵車臂架1的健康狀況達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)時，警報器發(fā)出警報。
[0071] 又一方面，本發(fā)明第三那具體實(shí)施例還提出了一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控方法， 包括以下步驟：
[0072] 實(shí)時獲取泵送系統(tǒng)2的泵送參數(shù)信息；
[0073] 實(shí)時獲取泵車臂架的臂架姿態(tài)信息；
[0074] 根據(jù)泵送參數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息獲取泵車臂架1的疲勞損耗率；
[0075] 根據(jù)疲勞損耗率判定泵車臂架1的健康狀況；
[0076] 根據(jù)健康狀況控制泵送系統(tǒng)2和泵車臂架1的動作；或者，當(dāng)泵車臂架1的健康狀 況達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)時，發(fā)出警報。
[0077] 該泵車臂架疲勞健康監(jiān)控方法通過實(shí)時獲取泵送參數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息，進(jìn)而 根據(jù)泵送參數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息獲得泵車臂架1實(shí)時的應(yīng)力情況，最終可以根據(jù)累計(jì)承 受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和泵車臂架1的總疲勞壽命算出疲勞損耗率；操作人員可以通過疲勞損 耗率了解泵車臂架1當(dāng)前的健康狀況，進(jìn)而采取措施降低作業(yè)風(fēng)險。
[0078] 另外，本發(fā)明具體實(shí)施例還提出一種泵車，與現(xiàn)有泵車不同的是，該泵車還設(shè)置有 上述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)。通過設(shè)置上述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，該泵車 可以對泵車臂架1的健康狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，操作人員可以根據(jù)泵車臂架1的實(shí)時健康狀 況采取適當(dāng)?shù)拇胧?，進(jìn)而保證作業(yè)安全的同時有效發(fā)揮泵車的作業(yè)潛能。
[0079] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括： 數(shù)據(jù)采集模塊（5)，用于實(shí)時獲取泵車臂架（1)的臂架姿態(tài)信息和泵車泵送系統(tǒng)（2)的 泵送參數(shù)信息； 數(shù)據(jù)處理模塊￠)，與所述數(shù)據(jù)采集模塊（5)連接，用于根據(jù)所述臂架姿態(tài)信息和所述 泵送參數(shù)信息獲得所述泵車臂架（1)的疲勞損耗率； 健康狀況判定單元（7)，與數(shù)據(jù)處理模塊（6)連接，用于根據(jù)所述疲勞損耗率判定所述 泵車臂架（1)的健康狀況； 控制單元，包括泵送控制單元（4)和臂架控制單元（3)，所述泵送控制單元（4)、臂架控 制單元（3)分別與健康狀況判定單元（7)連接，所述泵送控制單元（4)用于根據(jù)所述健康 狀況控制所述泵送系統(tǒng)（2)動作，所述臂架控制單元（3)根據(jù)所述健康狀況控制所述泵車 臂架⑴動作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集 模塊（5)包括臂架姿態(tài)監(jiān)測單元（51)和泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元（52)，所述臂架姿態(tài)監(jiān)測單元 (51)用于獲取所述臂架姿態(tài)信息，所述泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元（52)用于獲取所述泵送參數(shù)信 息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模 塊（6)包括信號采集單元￠1)和健康計(jì)算單元（62)，所述信號采集單元￠1)分別與臂架 姿態(tài)監(jiān)測單元（51)、泵送系統(tǒng)監(jiān)測單元（52)連接，用于接收所述臂架姿態(tài)信息和泵送參數(shù) 信息，并將所述臂架姿態(tài)信息和泵送參數(shù)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述健康計(jì)算單元（62)利 用預(yù)定的計(jì)算策略根據(jù)所述信號采集單元￠1)反饋的數(shù)字信號獲得泵車臂架（1)的疲勞 損耗率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述臂架姿態(tài)監(jiān) 測單元（51)設(shè)置有第一角度傳感器和第二角度傳感器，所述第一角度傳感器用于獲取相 鄰臂節(jié)之間的夾角，所述第二角度傳感器用于獲取所述泵車臂架（1)的第一臂節(jié)與水平面 之間的夾角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述臂架姿態(tài)監(jiān) 測單元（51)設(shè)置有第一位移傳感器和第二位移傳感器，所述第一位移傳感器用于獲取相 鄰臂節(jié)之間的伸縮油缸的伸出長度，所述第二位移傳感器用于獲取第一臂節(jié)與轉(zhuǎn)塔之間的 伸縮油缸的伸出長度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述臂架姿態(tài)監(jiān) 測單元（51)設(shè)置有速度傳感器，所述速度傳感器用于獲取各個所述伸縮油缸動作的速度； 或者，所述臂架姿態(tài)監(jiān)測單元（51)設(shè)置有加速度傳感器，所述速度傳感器用于獲取各個所 述伸縮油缸動作的加速度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述泵送參數(shù)信 息至少包括泵送系統(tǒng)（2)的泵送壓力和換向頻率；或者，所述泵送參數(shù)信息至少包括泵送 系統(tǒng)（2)的排量及換向頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述 疲勞損耗率達(dá)到第一預(yù)定值時，所述泵送控制單元（4)控制所述泵送系統(tǒng)（2)降低排量和 換向頻率至預(yù)定范圍，所述臂架控制單元（3)控制所述泵車臂架（1)的動作速度限定在預(yù) 定范圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述疲勞損耗 率達(dá)到第二預(yù)定值時，所述泵送控制單元（4)控制所述泵送系統(tǒng)（2)停止泵送，所述臂架控 制單元（3)控制所述泵車臂架（1)停止動作。
10. -種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集模塊（5)、數(shù)據(jù)處理 模塊￠)、健康狀況判定單元（7)和警報器；其中， 所述數(shù)據(jù)采集模塊（5)用于實(shí)時獲取泵車臂架（1)的臂架姿態(tài)信息和泵車泵送系統(tǒng)的 泵送參數(shù)信息； 所述數(shù)據(jù)處理模塊（6)與所述數(shù)據(jù)采集模塊（5)連接，用于根據(jù)所述臂架姿態(tài)信息和 泵送參數(shù)信息獲得所述泵車臂架（1)的疲勞損耗率； 所述健康狀況判定單元（7)分別與數(shù)據(jù)處理模塊￠)、警報器連接，所述健康狀況判定 單元（7)根據(jù)所述疲勞損耗率判定所述泵車臂架（1)的健康狀況； 所述警報器用于在所述健康狀況達(dá)到預(yù)定狀況時發(fā)出警報。
11. 一種泵車臂架疲勞健康監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟： 實(shí)時獲取泵車泵送系統(tǒng)（2)的泵送參數(shù)信息； 實(shí)時獲取泵車臂架的臂架姿態(tài)信息； 根據(jù)所述泵送參數(shù)信息和臂架姿態(tài)信息獲取泵車臂架（1)的疲勞損耗率。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵車臂架疲勞健康監(jiān)控方法，其特征在于，還包括以下步 驟： 根據(jù)所述疲勞損耗率判定所述泵車臂架（1)的健康狀況； 根據(jù)所述健康狀況控制所述泵送系統(tǒng)（2)和泵車臂架（1)的動作；或者，在所述健康狀 況達(dá)到預(yù)定狀態(tài)時，發(fā)出警報。
13. -種泵車，包括底盤、轉(zhuǎn)塔、泵送系統(tǒng)（2)和泵車臂架系統(tǒng)，所述泵送系統(tǒng)（2)固定 安裝在底盤上，轉(zhuǎn)塔可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在底盤上；所述泵車臂架系統(tǒng)包括輸送管道和泵車臂架 (1)，輸送管道布置在泵車臂架（1)上；泵車臂架（1)包括多個伸縮油缸及多個首尾依次鉸 接的臂節(jié)，所述泵車臂架（1)的第一臂節(jié)鉸接在轉(zhuǎn)塔上，所述伸縮油缸分別設(shè)置在第一臂 節(jié)與轉(zhuǎn)塔之間、相鄰臂節(jié)之間；其特征在于，還設(shè)置有權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的泵車臂 架疲勞健康監(jiān)控系統(tǒng)。
【文檔編號】E04G21/04GK104120885SQ201410334947
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】雷新軍, 盧立秀, 鄧習(xí)樹 申請人:三一集團(tuán)有限公司