CN101016746B - 监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置 - Google Patents

监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置。在具有安装在驾驶室内的驾驶座的土方机械中，其中所述驾驶室安装在下行进体的上框架上，提供了一种监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置，包括：驾驶座，其安装在驾驶室内，且其包括用于检测振动和将振动转换成3轴信道信号的加速度传感器；振动测量装置，其安装在驾驶室下面，并通过接收3轴信道信号实时测量3轴信道振动，且以测出的振动为基础输出3轴振动值；电子控制单元，其安装在驾驶座和振动测量装置之间，且其通过接收3轴振动值计算在预定时间间隔内所产生的平均振动值和冲击振动值，并输出ELV的振动值；和显示装置，其安装在驾驶室的内部，且其实时地在LCD屏幕上显示ELV，从而操作者容易地通过LCD屏幕监控ELV。

Description

监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置
技术领域
本发明涉及一种监控具有驾驶室的土方机械(earth movingmachinery)的操作者振动的装置，更具体说，涉及这样一种监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置，在该装置中通过如下方式实现土方机械的安全操作：监控在土方机械操作过程中所出现的振动，且实时地提供操作者对于振动的暴露状态，从而给操作者某种警报。
背景技术
在普通土方机械的工作操作中，例如挖掘机、液压挖掘机等，在建筑地或城市建筑地的泥土表面条件恶劣时，所述土方机械产生振动。土方机械的驾驶室中，操纵各种操作杆或其它装置的操作者就暴露到振动中。
对于振动的ELV(操作暴露极限值)由土方机械的标准控制，例如土方机械的EU标准，且振动的ELV标准在许多国家日益符合制造土方机械的实质要求。
操作者在土方机械操作过程中以至少每日平均工作时间(8小时)为基础完全暴露到ELV。需要设计并装配用于记录和提供暴露极限值振动装置，从而保护操作者避免暴露到长时间的振动和冲击。所述暴露极限值振动包括在土方机械生产过程中施加到操作者身体的WBV(全身振动)和施加到操作者手臂的HAV(手臂振动)。
因此，常规土方机械设计成通过在具有上框架的下行进体和驾驶室之间的暴露部分连接反振动橡胶作为振动和冲击吸收装置，或者通过在驾驶座(operation seat)的下部连接减振器的方式，以首先保护操作者不受从土方机械传到的振动和冲击，从而满足EU标准或其需要。
由于振动和冲击不能完全由具有简单衰减功能的减振器来避免，所以操作者会感到更加疲劳。特别是，在机械长时间的操作中，由于施加到操作者身体上的ELV和施加到操作者手臂和手臂肌肉的ELV不能被测量和监控，所以由于暴露于土方机械的振动和冲击ELV，则不希望的积习已久的疾病便会出现在操作者身上。
同样，由于土方机械的ELV是随着工作地表面条件或操作者的操作时间而发生变化，所以当设置唯一的土方机械ELV时，简单地标准化和监控工作时间和工作地指示是不符合实际的。当ELV达到ELV的限定值时，需要基于当前工作操作实时地给操作者提供土方机械的振动状态。
发明内容
因此，本发明目的是提供一种监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置，其可实时地测量和监控施加到操作者身体或操作者手臂或手臂肌肉的暴露极限值(ELV)。
本发明的另一个目的是提供一种监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置，基于当前工作操作其能够在ELV达到ELV极限值时，实时地向操作者提供警报。
根据本发明的一个方面，在具有安装于下行进体上框架的驾驶室内部中的驾驶座的土方机械中，监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置包括：驾驶座，其安装在所述驾驶室内部中，且其包括用于检测加速度振动和将加速度振动转换成3轴信道振动信号的加速度传感器计；振动测量装置，其安装在所述驾驶座的下侧，并通过接收所述3轴信道信号实时地测量3轴信道振动，且以所测出的振动为基础输出3轴振动值；电子控制单元，其包括计算装置和存储装置，所述计算装置用于通过接收3轴振动值计算在预定时间间隔内所产生的平均振动值和冲击振动值，所述存储装置用于存储所述计算的结果，所述电子控制单元基于所述计算的结果提供用于输出暴露极限值的控制信号；和显示装置，其安装在所述驾驶室的内部，且其实时地在液晶显示屏幕上显示所述暴露极限值，从而操作者容易地通过所述液晶显示屏幕监控暴露极限值。
优选地，还包括报警装置，用于当从所述电子控制单元接收的所述控制信号超出预先设定的暴露极限值限度时，向操作者提供警报。
在本发明的描述中，均方根(RMS)代表平均振动值，其通过电子控制单元以预先设定的算法为基础处理从驾驶座测出的振动；振动剂量值(VDV)代表冲击振动值，其通过电子控制单元以预先设定的算法为基础处理从驾驶座测出的振动，并包括所采集的最大振幅；及A(T)代表平均振动值，其通过计算装置以预先设定的算法为基础在时间终点T处理从驾驶座测出的振动。
在本发明的描述中，操作者身体的ELV是以WBV值显示的振动，且操作者手臂的ELV是以HAV值显示的振动。可表示解释为上述的ELV包括在时间间隔T的过程中所显示的平均振动的积累值和冲击振动的积累值，从而利用在时间间隔T的过程中每隔dT时间测出的ELV预定范围监控平均振动值A(T)或冲击振动值VDV(T)，从而与每个国家的标准规定相符合。
加速度传感器可安装在驾驶座的下部或驾驶座扶手的下面，电子控制单元可包括输出装置，用于以来自加速度传感器的输入信号为基础判断驾驶座的3轴振动值的预定范围，来产生控制信号。
附图说明
参照所提供的附图，本发明将被更好地理解，而所提供的附图仅以说明为目的因此不限制本发明，其中：
图1示出了根据本发明装置的重要元件的设置状态图；
图2示出了操作根据本发明装置的电路框图；
图3是根据本发明装置的操作顺序的流程图；
图4示出了根据本发明实施例以每天平均工作时间(8小时)为基础的监控显示图；及
图5示出了根据本发明实施例在显示装置中每隔20秒所计算出的平均振动值和测出的振动数据的显示状态图。
具体实施方式
参照附图，将对本发明的优选实施例进行描述。
图1示出了根据本发明装置的重要元件的设置状态图，且图2示出了用于操作根据本发明装置的电路的框图。
根据本发明，用于监控带有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置，包括：加速度传感器10，其安装在驾驶座11的下部，所述驾驶座11设置在驾驶室13内。
当将驾驶室13安装在下行进体14的上框架15上时，加速度传感器10通过检测且转换从驾驶室13到驾驶座11的振动而产生3轴信道低频信号。在土方机械的操作过程中，加速度传感器10的3轴信道信号是在低频振动中产生的。
振动测量装置12安装在驾驶室的下面，其实时地接收3轴信道信号且测量3轴信道信号的振动并输出3轴振动值。
电子控制单元20安装在驾驶座和振动测量装置之间，且电子控制单元20接收振动测量装置12的3轴振动值，并计算在预定时间间隔内产生的平均振动值和平均冲击振动值。
电子控制单元20输出ELV，计算的结果作为驾驶室13或土方机械的振动状态的暴露极限值。
显示装置30安装在驾驶室13的内侧，其实时地在LCD屏上显示ELV，从而使操作者可通过LCD屏容易地看到或监控ELV。
在此，电子控制单元20包括：计算装置21，用于计算平均振动值和冲击振动值；和例如微型电子计算机等的存储装置22，用于存储计算结果。存储装置22存储诸如在以下情况中的每日平均暴露极限值的控制信号，所述情况为例如在土方机械操作过程中操作者以每日最少8小时工作为基础完全处于ELV，其可表示为A(8)，而包括振动最大值的其他振动剂量值(VDV)可通过该控制信号存储并输出在显示装置30上。
在本发明的优选实施例中，电子控制单元20可与用于控制土方机械操作的电子控制单元(ECU)相连接，所述电子控制单元(ECU)安装在例如普通挖掘机、液压挖掘机等机械的驾驶室的内部，并且显示装置30可与普通仪表面板相连接。
根据本发明优选实施例，用于监控带有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置计算平均振动值和冲击振动值，提供控制信号，用于以所述计算为基础输出ELV。用于监控操作者振动的装置还包括：报警装置40，用于当从电子控制单元20所提供的信号超过ELV的预定范围时给操作者警报。
即，报警装置40在WBV(全身振动)的情况中在ELV超过0.5Hz～80Hz的预定范围时给操作者警报，并且在HAV(手臂振动)的情况中在ELV超过8Hz～800Hz的预定范围时给操作者警报。如每个国家ELV标准所规定的，当需要基于工作地点或机械种类设定ELV的预定范围时，所述可改变和调整预定值。
图3是根据本发明装置的操作顺序流程图，图4示出了根据本发明实施例以每天平均工作时间(8小时)为基础的监控显示图。
如图中所示，当例如挖掘机或挖土机等土方机械开始工作时，根据本发明，监控驾驶室的装置在步骤S100中通过加速度传感器10产生施加到驾驶室11的3轴低频信道信号，在步骤S200中计算驾驶室11基于3轴信道的振幅，并提供给电子控制单元20。
在此，当在电子控制单元20中通过振动的预定范围设定一定时间间隔T时，上述信号可被设置并存储为初始值，且机械的操作者或使用者在需要时可调整所述时间间隔。
在步骤S300中，计算WBV的VDV(振动剂量值)，作为在工作操作过程中坐在驾驶室13内的操作者的振动ELV，所述VDV包括施加到驾驶座11的RMS平均振动值、时间间隔A(T)的平均振动值和最大振幅。在上述处理步骤中，执行预定的算法，以产生从电子控制单元20接收的振动ELV，作为与操作者身体振动暴露有关、在显示装置30中表示为ELV的WBA显示数据，和与操作者手臂振动暴露有关的HAV显示数据。
电子控制单元20暂时将基于所述算法操作的数据生成的结果存储在如微型计算机的存储装置中。
在步骤S400中，在土方机械的操作中，由振动测量装置12测量的ELV和存储在电子控制单元20内的ELV的预定范围相比较，并显示在显示装置30上，用于监控操作者的振动状态，作为比较的结果。
例如，当振动预定范围设置到1.15m/s时，在步骤S400中，所述ELV与电子控制单元20的振动预定范围相比较。
在步骤S500中，在工作操作过程中，当操作者的ELV包含在土方机械工作操作的振动预定范围内时，则该ELV以驾驶座的振动输出数据提供给显示装置30。
在步骤S700中，在一定时间间隔内由土方机械的工作操作产生的ELV的累计振动实时地提供给显示设备30的LCD显示屏或实时地提供到仪表面板的一部分上，从而操作者或设备使用者能够容易地在LCD显示屏上监控由ELV输出的振动暴露状态。
若在步骤S400的计算中ELV超出ELV预定范围，则步骤S600中的报警装置40依照电子控制单元20的控制信号而报警，从而实时地向操作者或设备使用者提供警报。将在一定时间间隔内进行的与操作者振动暴露状态有关的ELV累计振动提供给显示设备30的LCD显示屏上或提供到一部分仪表面板上，从而操作者或设备使用者能看到该累计振动。
根据本发明，在用于监控具有驾驶室的土方机械操作者振动的装置中，施加到土方机械操作者或驾驶座的ELV能够被时实地监控。如图4和图5所示，根据本发明的显示装置30显示在驾驶座处测出的3轴信道振动，因此通过在条形图中每隔20秒计算3轴振动值得到WBV值，作为该时间间隔内的ELV。
土方机械的工作操作过程中，当3轴振动值的最大值超过预定范围时，在土方机械的驾驶室内向操作者提供警报。
另外，如图5所示，由于可基于每日平均工作时间(8小时)向操作者提供振动数据，所以可以使大量暴露于振动的土方机械实现安全的工作环境。
图4示出了根据本发明显示装置的显示状态图。如图所示，来自电子控制单元20的ELV输出信号显示在普通挖掘机的仪表面板上。明显的是：将上述特征应用到其它的具有附加显示单元的土方机械的LCD装置上属于本发明的保护范围。
如上所述，根据本发明，在用于监控具有驾驶室的土方机械操作者振动的装置中，可测量和监控施加到操作者身体的ELV和在一定时间间隔内的土方机械的振动值。当当前的工作状态达到ELV极限时，该装置实时地对操作者发出警报。
虽然本发明可在不脱离本发明的精神或基本特征下以几个形式实施，但是可以理解的是，除非另外的描述，上述所描述的实施例不受到任何前面所描述的细节的限制，而是应在如后附的权利要求所定义的精神和范围内广泛的解释，且因此所有符合和落在权利要求或符合和落在权利要求的等价物的界线内的任何变化和修改都包含在所附的权利要求内。

Claims (2)

1.在具有安装于下行进体上框架的驾驶室内部中的驾驶座的土方机械中，监控具有驾驶室的土方机械的操作者振动的装置包括：
驾驶座，其安装在所述驾驶室内部中，且其包括用于检测振动和将振动转换成3轴信道信号的加速度传感器；
振动测量装置，其安装在所述驾驶座的下侧，并通过接收所述3轴信道信号实时地测量3轴信道振动，且以所测出的振动为基础输出3轴振动值；
电子控制单元，其包括计算装置(21)和存储装置(22)，所述计算装置(21)用于通过接收3轴振动值计算在预定时间间隔内所产生的平均振动值和冲击振动值，所述存储装置(22)用于存储所述计算的结果，所述电子控制单元基于所述计算的结果提供用于输出暴露极限值的控制信号；和
显示装置，其安装在所述驾驶室的内部，且其实时地在液晶显示屏幕上显示所述暴露极限值，从而操作者容易地通过所述液晶显示屏幕监控暴露极限值。
2.如权利要求1所述的装置，还包括报警装置，用于当从所述电子控制单元接收的所述控制信号超出预先设定的暴露极限值限度时，向操作者提供警报。
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