專利名稱：監(jiān)控具有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控具有駕駛室的土方機械(earth movingmachinery)的操作者振動的裝置，更具體說，涉及這樣一種監(jiān)控具有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置，在該裝置中通過如下方式實現(xiàn)土方機械的安全操作監(jiān)控在土方機械操作過程中所出現(xiàn)的振動，且實時地提供操作者對于振動的暴露狀態(tài)，從而給操作者某種警報。
背景技術(shù)：
在普通土方機械的工作操作中，例如挖掘機、液壓挖掘機等，在建筑地或城市建筑地的泥土表面條件惡劣時，所述土方機械產(chǎn)生振動。土方機械的駕駛室中，操縱各種操作桿或其它裝置的操作者就暴露到振動中。
對于振動的ELV(操作暴露極限值)由土方機械的標準控制，例如土方機械的EU標準，且振動的ELV標準在許多國家日益符合制造土方機械的實質(zhì)要求。
操作者在土方機械操作過程中以至少每日平均工作時間(8小時)為基礎(chǔ)完全暴露到ELV。需要設(shè)計并裝配用于記錄和提供暴露極限值振動裝置，從而保護操作者避免暴露到長時間的振動和沖擊。所述暴露極限值振動包括在土方機械生產(chǎn)過程中施加到操作者身體的WBV(全身振動)和施加到操作者手臂的HAV(手臂振動)。
因此，常規(guī)土方機械設(shè)計成通過在具有上框架的下行進體和駕駛室之間的暴露部分連接反振動橡膠作為振動和沖擊吸收裝置，或者通過在駕駛座(operation seat)的下部連接減振器的方式，以首先保護操作者不受從土方機械傳到的振動和沖擊，從而滿足EU標準或其需要。
由于振動和沖擊不能完全由具有簡單衰減功能的減振器來避免，所以操作者會感到更加疲勞。特別是，在機械長時間的操作中，由于施加到操作者身體上的ELV和施加到操作者手臂和手臂肌肉的ELV不能被測量和監(jiān)控，所以由于暴露于土方機械的振動和沖擊ELV，則不希望的積習已久的疾病便會出現(xiàn)在操作者身上。
同樣，由于土方機械的ELV是隨著工作地表面條件或操作者的操作時間而發(fā)生變化，所以當設(shè)置唯一的土方機械ELV時，簡單地標準化和監(jiān)控工作時間和工作地指示是不符合實際的。當ELV達到ELV的限定值時，需要基于當前工作操作實時地給操作者提供土方機械的振動狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明目的是提供一種監(jiān)控具有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置，其可實時地測量和監(jiān)控施加到操作者身體或操作者手臂或手臂肌肉的暴露極限值(ELV)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種監(jiān)控具有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置，基于當前工作操作其能夠在ELV達到ELV極限值時，實時地向操作者提供警報。
在本發(fā)明的描述中，均方根(RMS)代表平均振動值，其通過電子控制單元以預(yù)先設(shè)定的算法為基礎(chǔ)處理從駕駛座測出的振動；振動劑量值(VDV)代表沖擊振動值，其通過電子控制單元以預(yù)先設(shè)定的算法為基礎(chǔ)處理從駕駛座測出的振動，并包括所采集的最大振幅；及A(T)代表平均振動值，其通過計算裝置以預(yù)先設(shè)定的算法為基礎(chǔ)在時間終點T處理從駕駛座測出的振動。
在本發(fā)明的描述中，操作者身體的ELV是以WBV值顯示的振動，且操作者手臂的ELV是以HAV值顯示的振動?？杀硎窘忉尀樯鲜龅腅LV包括在時間間隔T的過程中所顯示的平均振動的積累值和沖擊振動的積累值，從而利用在時間間隔T的過程中每隔dT時間測出的ELV預(yù)定范圍監(jiān)控平均振動值A(chǔ)(T)或沖擊振動值VDV(T)，從而與每個國家的標準規(guī)定相符合。
為了實現(xiàn)上述目的，在具有安裝在駕駛室內(nèi)部的駕駛座的土方機械中，其中所述駕駛室安裝在下行進體的上框架上，提供了一種監(jiān)控具有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置，其包括駕駛座，其安裝在駕駛室內(nèi)，且其包括用于檢測振動和將振動轉(zhuǎn)換成3軸信道信號的加速度傳感器；振動測量裝置，其安裝在駕駛室下面，并通過接收3軸信道信號實時測量3軸信道振動，且以測出的振動為基礎(chǔ)輸出3軸振動值；電子控制單元，其安裝在駕駛座和振動測量裝置之間，且其通過接收3軸振動值計算在預(yù)定時間間隔內(nèi)所產(chǎn)生的平均振動值和沖擊振動值，并輸出ELV的振動；和顯示裝置，其安裝在駕駛室的內(nèi)部，且其實時地在LCD屏幕上顯示ELV，從而操作者容易地通過LCD屏幕監(jiān)控ELV。
加速度傳感器可安裝在駕駛座的下部或駕駛座扶手的下面，電子控制單元可包括輸出裝置，用于以來自加速度傳感器的輸入信號為基礎(chǔ)判斷駕駛座的3軸振動值的預(yù)定范圍，來產(chǎn)生控制信號。
本發(fā)明還提供一種報警裝置，當從所述電子控制單元接收的控制信號超出ELV的預(yù)定范圍時，用于向操作者提供警報。


參照所提供的附圖，本發(fā)明將被更好地理解，而所提供的附圖僅以說明為目的因此不限制本發(fā)明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的重要元件的設(shè)置狀態(tài)圖；
圖2示出了操作根據(jù)本發(fā)明裝置的電路框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明裝置的操作順序的流程圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例以每天平均工作時間(8小時)為基礎(chǔ)的監(jiān)控顯示圖；及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例在顯示裝置中每隔20秒所計算出的平均振動值和測出的振動數(shù)據(jù)的顯示狀態(tài)圖。
具體實施例方式
參照附圖，將對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的重要元件的設(shè)置狀態(tài)圖，且圖2示出了用于操作根據(jù)本發(fā)明裝置的電路的框圖。
根據(jù)本發(fā)明，用于監(jiān)控帶有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置，包括加速度傳感器10，其安裝在駕駛座11的下部，所述駕駛座11設(shè)置在駕駛室13內(nèi)。
當將駕駛室13安裝在下行進體14的上框架15上時，加速度傳感器10通過檢測且轉(zhuǎn)換從駕駛室13到駕駛座11的振動而產(chǎn)生3軸信道低頻信號。在土方機械的操作過程中，加速度傳感器10的3軸信道信號是在低頻振動中產(chǎn)生的。
振動測量裝置12安裝在駕駛室的下面，其實時地接收3軸信道信號且測量3軸信道信號的振動并輸出3軸振動值。
電子控制單元20安裝在駕駛座和振動測量裝置之間，且電子控制單元20接收振動測量裝置12的3軸振動值，并計算在預(yù)定時間間隔內(nèi)產(chǎn)生的平均振動值和平均沖擊振動值。
電子控制單元20輸出ELV，計算的結(jié)果作為駕駛室13或土方機械的振動狀態(tài)的暴露極限值。
顯示裝置30安裝在駕駛室13的內(nèi)側(cè)，其實時地在LCD屏上顯示ELV，從而使操作者可通過LCD屏容易地看到或監(jiān)控ELV。
在此，電子控制單元20包括計算裝置21，用于計算平均振動值和沖擊振動值；和例如微型電子計算機等的存儲裝置22，用于存儲計算結(jié)果。存儲裝置22存儲諸如在以下情況中的每日平均暴露極限值的控制信號，所述情況為例如在土方機械操作過程中操作者以每日最少8小時工作為基礎(chǔ)完全處于ELV，其可表示為A(8)，而包括振動最大值的其他振動劑量值(VDV)可通過該控制信號存儲并輸出在顯示裝置30上。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電子控制單元20可與用于控制土方機械操作的電子控制單元(ECU)相連接，所述電子控制單元(ECU)安裝在例如普通挖掘機、液壓挖掘機等機械的駕駛室的內(nèi)部，并且顯示裝置30可與普通儀表面板相連接。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，用于監(jiān)控帶有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置計算平均振動值和沖擊振動值，提供控制信號，用于以所述計算為基礎(chǔ)輸出ELV。用于監(jiān)控操作者振動的裝置還包括報警裝置40，用于當從電子控制單元20所提供的信號超過ELV的預(yù)定范圍時給操作者警報。
即，報警裝置40在WBV(全身振動)的情況中在ELV超過0.5Hz～80Hz的預(yù)定范圍時給操作者警報，并且在HAV(手臂振動)的情況中在ELV超過8Hz～800Hz的預(yù)定范圍時給操作者警報。如每個國家ELV標準所規(guī)定的，當需要基于工作地點或機械種類設(shè)定ELV的預(yù)定范圍時，所述可改變和調(diào)整預(yù)定值。
圖3是根據(jù)本發(fā)明裝置的操作順序流程圖，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例以每天平均工作時間(8小時)為基礎(chǔ)的監(jiān)控顯示圖。
如圖中所示，當例如挖掘機或挖土機等土方機械開始工作時，根據(jù)本發(fā)明，監(jiān)控駕駛室的裝置在步驟S100中通過加速度傳感器10產(chǎn)生施加到駕駛室11的3軸低頻信道信號，在步驟S200中計算駕駛室11基于3軸信道的振幅，并提供給電子控制單元20。
在此，當在電子控制單元20中通過振動的預(yù)定范圍設(shè)定一定時間間隔T時，上述信號可被設(shè)置并存儲為初始值，且機械的操作者或使用者在需要時可調(diào)整所述時間間隔。
在步驟S300中，計算WBV的VDV(振動劑量值)，作為在工作操作過程中坐在駕駛室13內(nèi)的操作者的振動ELV，所述VDV包括施加到駕駛座11的RMS平均振動值、時間間隔A(T)的平均振動值和最大振幅。在上述處理步驟中，執(zhí)行預(yù)定的算法，以產(chǎn)生從電子控制單元20接收的振動ELV，作為與操作者身體振動暴露有關(guān)、在顯示裝置30中表示為ELV的WBA顯示數(shù)據(jù)，和與操作者手臂振動暴露有關(guān)的HAV顯示數(shù)據(jù)。
電子控制單元20暫時將基于所述算法操作的數(shù)據(jù)生成的結(jié)果存儲在如微型計算機的存儲裝置中。
在步驟S400中，在土方機械的操作中，由振動測量裝置12測量的ELV和存儲在電子控制單元20內(nèi)的ELV的預(yù)定范圍相比較，并顯示在顯示裝置30上，用于監(jiān)控操作者的振動狀態(tài)，作為比較的結(jié)果。
例如，當振動預(yù)定范圍設(shè)置到1.15m/s時，在步驟S400中，所述ELV與電子控制單元20的振動預(yù)定范圍相比較。
在步驟S500中，在工作操作過程中，當操作者的ELV包含在土方機械工作操作的振動預(yù)定范圍內(nèi)時，則該ELV以駕駛座的振動輸出數(shù)據(jù)提供給顯示裝置30。
在步驟S700中，在一定時間間隔內(nèi)由土方機械的工作操作產(chǎn)生的ELV的累計振動實時地提供給顯示設(shè)備30的LCD顯示屏或?qū)崟r地提供到儀表面板的一部分上，從而操作者或設(shè)備使用者能夠容易地在LCD顯示屏上監(jiān)控由ELV輸出的振動暴露狀態(tài)。
若在步驟S400的計算中ELV超出ELV預(yù)定范圍，則步驟S600中的報警裝置40依照電子控制單元20的控制信號而報警，從而實時地向操作者或設(shè)備使用者提供警報。將在一定時間間隔內(nèi)進行的與操作者振動暴露狀態(tài)有關(guān)的ELV累計振動提供給顯示設(shè)備30的LCD顯示屏上或提供到一部分儀表面板上，從而操作者或設(shè)備使用者能看到該累計振動。
根據(jù)本發(fā)明，在用于監(jiān)控具有駕駛室的土方機械操作者振動的裝置中，施加到土方機械操作者或駕駛座的ELV能夠被時實地監(jiān)控。如圖4和圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置30顯示在駕駛座處測出的3軸信道振動，因此通過在條形圖中每隔20秒計算3軸振動值得到WBV值，作為該時間間隔內(nèi)的ELV。
土方機械的工作操作過程中，當3軸振動值的最大值超過預(yù)定范圍時，在土方機械的駕駛室內(nèi)向操作者提供警報。
另外，如圖5所示，由于可基于每日平均工作時間(8小時)向操作者提供振動數(shù)據(jù)，所以可以使大量暴露于振動的土方機械實現(xiàn)安全的工作環(huán)境。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明顯示裝置的顯示狀態(tài)圖。如圖所示，來自電子控制單元20的ELV輸出信號顯示在普通挖掘機的儀表面板上。明顯的是將上述特征應(yīng)用到其它的具有附加顯示單元的土方機械的LCD裝置上屬于本發(fā)明的保護范圍。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在用于監(jiān)控具有駕駛室的土方機械操作者振動的裝置中，可測量和監(jiān)控施加到操作者身體的ELV和在一定時間間隔內(nèi)的土方機械的振動值。當當前的工作狀態(tài)達到ELV極限時，該裝置實時地對操作者發(fā)出警報。
雖然本發(fā)明可在不脫離本發(fā)明的精神或基本特征下以幾個形式實施，但是可以理解的是，除非另外的描述，上述所描述的實施例不受到任何前面所描述的細節(jié)的限制，而是應(yīng)在如后附的權(quán)利要求所定義的精神和范圍內(nèi)廣泛的解釋，且因此所有符合和落在權(quán)利要求或符合和落在權(quán)利要求的等價物的界線內(nèi)的任何變化和修改都包含在所附的權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在具有安裝于下行進體上框架的駕駛室內(nèi)部中的駕駛座的土方機械中，監(jiān)控具有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置包括駕駛座，其安裝在所述駕駛室內(nèi)部中，且其包括用于檢測加速度和將加速度轉(zhuǎn)換成3軸信道振動信號的加速度計；振動測量裝置，其安裝在所述駕駛座的下側(cè)，并通過接收所述3軸信道信號實時地測量3軸振動，且以所測出的振動為基礎(chǔ)輸出3軸振動值；電子控制單元，其安裝在所述駕駛座和所述振動測量裝置之間，且其通過接收3軸振動值計算在預(yù)定時間間隔內(nèi)所產(chǎn)生的平均振動值和沖擊振動值，并輸出ELV振動；和顯示裝置，其安裝在所述駕駛室的內(nèi)部，且其實時地在LCD屏幕上顯示所述ELV，從而操作者容易地通過所述LCD屏幕監(jiān)控ELV。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括報警裝置，用于當從所述電子控制單元接收的控制信號超出預(yù)先設(shè)定的ELV限度時，向操作者提供警報。
全文摘要
公開了一種監(jiān)控具有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置。在具有安裝在駕駛室內(nèi)的駕駛座的土方機械中，其中所述駕駛室安裝在下行進體的上框架上，提供了一種監(jiān)控具有駕駛室的土方機械的操作者振動的裝置，包括駕駛座，其安裝在駕駛室內(nèi)，且其包括用于檢測振動和將振動轉(zhuǎn)換成3軸信道信號的加速度傳感器；振動測量裝置，其安裝在駕駛室下面，并通過接收3軸信道信號實時測量3軸信道振動，且以測出的振動為基礎(chǔ)輸出3軸振動值；電子控制單元，其安裝在駕駛座和振動測量裝置之間，且其通過接收3軸振動值計算在預(yù)定時間間隔內(nèi)所產(chǎn)生的平均振動值和沖擊振動值，并輸出ELV的振動值；和顯示裝置，其安裝在駕駛室的內(nèi)部，且其實時地在LCD屏幕上顯示ELV，從而操作者容易地通過LCD屏幕監(jiān)控ELV。
文檔編號E02F9/24GK101016746SQ20061010867
公開日2007年8月15日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者姜琮珉 申請人:沃爾沃建造設(shè)備控股(瑞典)有限公司