CN103090964A - 臂架振动监测的车载数据单元、方法、工程机械及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于臂架振动监测的车载数据单元(10)、方法、工程机械以及系统，该车载数据单元(10)包括：振动检测装置(1)，用于实时检测臂架振动并输出表征臂架振动的振动信号；控制器(2)，用于接收所述振动检测装置(1)输出的振动信号以生成振动数据，并将根据振动信号得到振动烈度与预设的振动触发阈值进行比较，当振动烈度超过该振动触发阈值时将振动数据发送到存储器(3)；存储器(3)，用于存储接收到的所述振动数据。这样，如果发生振动问题，即使技术人员不在现场，也能记录现场第一手的振动数据，不会因为泵车的转移而未能及时记录数据。并且本发明仅在振动过大时才进行振动数据存储，降低了存储器的存取次数，延长了硬件寿命。

Description

臂架振动监测的车载数据单元、方法、工程机械及系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于臂架振动监测的车载数据单元、方法以及包括该车载数据单元的工程机械及系统。
背景技术
混凝土泵车是一种利用压力将混凝土沿管道连续输送的工程机械，其广泛应用于道路工程、桥梁工程、地下工程、工业与民用建筑施工等各个领域。随着泵车的飞速发展，泵车臂架的振动性能越来越受到重视。因此，实现对所生产的泵车臂架振动状态的监测以及对振动数据的采集、分析是快速处理现场振动问题、提升企业服务形象、提高产品振动品质的基础，也提供了改进产品性能所必不可少的数据支持。
现有技术中均是技术人员到现场采集振动数据。然而，由于泵车数量较多，施工作业位置也不固定，经常在郊区甚至野外作业，这都给振动数据的采集带来诸多不便。例如，当泵车臂架出现振动问题时，等到技术人员赶到现场的时候，泵车往往因为施工进度的要求而转移了施工场地，这样，一些关键的振动数据并没有得到及时保存。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中不能及时保存振动数据的缺陷，提供一种用于臂架振动监测的车载数据单元、一种用于臂架振动监测的方法以及包括该车载数据单元的混凝土泵车及系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于臂架振动监测的车载数据单元，包括：振动检测装置，用于实时检测臂架振动并输出表征臂架振动的振动信号；控制器，用于接收所述振动检测装置输出的振动信号以生成振动数据，并将根据振动信号得到振动烈度与预设的振动触发阈值进行比较，当振动烈度超过该振动触发阈值时将振动数据发送到存储器；存储器，用于存储接收到的所述振动数据。
本发明还提供一种具有臂架的工程机械，包括上述用于臂架振动监测的车载数据单元。
本发明又提供一种用于臂架振动监测的方法，其中，该方法包括以下步骤：实时检测臂架振动并得到表征臂架振动的振动信号；根据所述振动信号生成振动数据，并将根据振动信号得到的振动烈度与预设的振动触发阈值进行比较；以及当振动烈度超过该振动触发阈值时存储振动数据。
除此之外，本发明还提供一种用于臂架振动监测的系统，包括：至少一个上述用于臂架振动监测的车载数据单元；数据主站，与所述车载数据单元通信，用于通过无线网络接收来自所述车载数据单元的振动数据，并上传到远程数据中心；远程数据中心，与所述数据主站通信，用于接收来自数据主站的振动数据并对接收到的振动数据进行分析。
通过上述技术方案，由于车载数据单元安装在混凝土泵车上，并实时监测臂架振动过程中的各种参数并进行记录，这样，如果发生振动问题，即使技术人员不在现场，也能记录现场第一手的振动数据，不会因为泵车的转移而未能及时记录数据，而不需要技术人员赶到施工现场采集数据。并且本发明仅在振动过大时才进行振动数据存储，降低了存储器的存取次数，延长了硬件寿命。根据本发明的优选实施方式，车载数据单元并不保存所有的振动数据，而是保存与振动过大密切相关的振动数据，这样比起不经甄选地进行数据采集而言，需要的存储空间大大减小，对硬件的要求也大大降低。此外，根据本发明的优选实施方式，车载数据单元还可以将振动数据通过无线网络发送到数据主站，进而上传到远程数据中心以供分析。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明提供的车载数据单元的结构框图；
图2是根据本发明优选实施方式提供的车载数据单元的结构框图；
图3是根据本发明的优选实施方式提供的用于臂架振动监测的方法的流程图；
图4是根据本发明提供的用于臂架振动监测的系统的结构框图。
附图标记说明
1    振动检测装置        2    控制器
3    存储器              4    液压检测装置
5    无线收发器          10   车载数据单元
20   无线网络            30   数据主站
40   远程数据中心
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明提供的用于臂架振动监测的车载数据单元10包括：振动检测装置1，用于实时检测臂架振动并输出表征臂架振动的振动信号；控制器2，用于接收所述振动检测装置1输出的振动信号以生成振动数据，并将根据振动信号得到振动烈度与预设的振动触发阈值进行比较，当振动烈度超过该振动触发阈值时将振动数据发送到存储器3；存储器3，用于存储接收到的所述振动数据。
其中所述振动检测装置1为任何能够检测臂架振动的传感器，其能够输出表征振动的信号，在此称为“振动信号”。振动检测装置1例如可以为振动传感器、位移传感器、加速度传感器、速度传感器中的至少一者，其中例如加速度传感器或速度传感器输出的虽然是加速度或速度信号，但根据该加速度或速度信号也能够得出振动位移，其也能表征振动，因此也可以称为振动信号。
所述振动检测装置1可以有多个，位于臂架的不同位置，以检测臂架不同位置的振动。
除了监测振动信号之外，优选情况下，车载数据单元10还可以监测臂架或混凝土泵车的其他参数，并与振动信号一起同步记录，用以在分析振动过程时提供数据支持。因此，如图2所示，优选地，该车载数据单元10还可以包括液压检测装置4，用于检测液压系统的压力并输出液压信号。所谓液压系统可以包括主泵、各臂节油缸，所检测的压力也可以为主泵压力、各臂节油缸的有杆腔和无杆腔的压力等等。该液压检测装置4可以为压力传感器，可以有多个。
根据另一种优选实施方式，如图2所示，该车载数据单元10还可以包括臂架姿态检测装置6，用于实时检测臂架的当前姿态并输出姿态信号。所谓臂架姿态检测装置6可以为倾角传感器，通过在各臂节上安装倾角传感器，可测得各臂节与水平面的倾角，即可确定当前臂架的姿态，姿态信号可以为倾角信号。
此外，车载数据单元10还可以监控泵车内部的电气信号和操作命令信号等等，用以同步记录泵车的运作环境，由于电气信号或操作命令信号本身就是电信号，因此可以不使用传感器等检测装置检测，而是控制器2直接获取各种电信号即可，见图2。
所述控制器2用于接收上述振动信号，在上述优选情况下还接收液压信号、姿态信号、电气信号和/或操作命令信号，以生成振动数据，用于数据存储。振动数据优选以二层链表的方式来建立，包括报头以及数据字段，其中报头包括泵车型号、通道号、采集日期、时间、采样频率、数据长度、数据字段文件名等信息中的至少一者，而至少振动信号(优选还包括液压信号等等)均存储在数据字段中，并且优选数据字段的文件名作为报头中的一个字段，这样可以方便检索和调用。每个通道使用一个报头，记录按照通道号追加保存，这样报头的字节数大幅减小，数据记录的定位、检索、调用和复制等将非常方便迅速。
另外，控制器2还根据接收到的振动信号计算出振动烈度。振动烈度是反映振动强度的一个参数，它可以为振动幅度的最大值、平均值、有效值或均方根值等等，本领域普通技术人员根据具体采用何种振动检测装置1采用不同的计算方式均可以从振动信号中求得振动烈度，因此在此不再对计算过程详细描述。
接着，控制器2将计算出的振动烈度与预设的振动触发阈值相比较，以判断是否满足存储数据的条件，只有当振动烈度超过振动触发阈值时，控制器2才将振动数据发送到存储器3进行存储。这是因为在泵车运作过程中，始终会产生振动信号，如果持续地记录振动数据，不断存取存储器3会对硬件的寿命产生影响。而如果使用本发明的这种数据存储策略，则仅在振动过大时进行振动数据存储，降低了存取次数，延长了硬件寿命。
上述振动触发阈值是预先设定的，并且也可以随时调整，该值的选取与臂架的安全振动烈度有关，一般不超过该安全振动烈度。所谓安全振动烈度即是臂架在这个安全振动烈度范围内振动时不会产生安全问题。
在控制器2发送振动数据之前，控制器2将生成的振动数据存储在缓存空间中，该缓存空间可以为控制器2的内存，也可以是存储器3的一部分存储空间。随后，控制器2在满足触发条件的情况下，即振动烈度超过振动触发阈值，将缓存空间中的振动数据发送到存储器3以保存。
这里所保存的振动数据可以为监控期间所生成的所有振动数据，包括振动烈度未超过振动触发阈值之前的振动数据以及之后生成的振动数据。但这种方式存储量会非常大，需要存储空间大，并且由于数据过多也不易管理，一般较少采用。
另外一种方式是不全部保存，而是只保存一部分振动数据，这样可以解决数据量过大的问题，这种方式又分为两种情形。第一种情形是：控制器2将振动烈度超过振动触发阈值时当前的振动数据，或当前的振动数据以及之后生成的振动数据，或当前的振动数据以及之后一段时间生成的振动数据，发送到存储器3。这种方式降低了存储量，一方面相对全部保存而言节省了存储空间，另一方面所存储的数据均是对于后期分析有价值的数据，便于管理，记录效率也高。但是这种方式并没有保存振动烈度过大之前的振动数据，缺少这部分数据不利于后期分析产生过大的振动的原因。因此，优选是采用下面第二种情形，控制器2将振动烈度超过振动触发阈值的时刻之前一段时间到之后一段时间内生成的振动数据发送到存储器3。这种方式既节省了存储空间，也保存了整个振动过大过程的振动数据，便于统计分析。
上述第二种情形采用的是缓存空间先入先出的数据存储方式，也就是说，最新添加到缓存空间的是当前时刻生成的振动数据，并且缓存空间只保存一段连续的数据，之前的数据可以舍弃。这样，优选地，控制器2用于将从t1-T至t2+T时刻之间生成的振动数据发送到存储器3，其中t1为振动烈度超过振动触发阈值的时刻，t2是t1之后振动烈度再次小于振动触发阈值的时刻，T为冗余时间段，T的取值范围为0≤T≤Tmax，Tmax为缓存空间所能存储的振动数据的最大连续时间段。T的取值可以为0，此时存储的范围为t1至t2之间，记录的恰好是振动烈度超振动触发阈值的整个过程，但为了分析前后振动过程，所以优选还是T大于0，以将整个发展过程都包含进来。缓存空间所能存储的振动数据的最大连续时间段Tmax依赖于缓存空间的大小、振动数据的生成频率、每次生成的振动数据的大小，例如，可以根据下述公式计算Tmax：
Tmax＝缓存空间的大小/(振动数据的生成频率*平均每次生成的振动数据的大小)。
上述优选实施方式的具体实现过程如下所述：在出现振动烈度超过振动触发阈值时(t1时刻，即当前时刻)，向前追溯到t1-T的时刻，将缓存空间中t1-T至t1这段时间内生成的振动数据转存到存储器3。如果t1＜T，则只追溯到0时刻，即起始时刻。此外，由于在t1-T之前的这段时间内，也没有出现振动烈度超过振动触发阈值的情况，此时可以将缓存空间中t1-T时刻之前的振动数据删除。此时振动还继续进行，振动数据被继续转存，直到在t2时刻，振动烈度再次小于振动触发阈值时，这意味着振动回归到正常状态，此时只需要在此基础上再保留T时间段内的振动数据即可。当然，如果在t2至t2+T时间段之内再次发生振动烈度超过振动触发阈值的情况(该时刻可以被认定为新的t1′)，由于t2至t2+T时间段肯定处于t1′-T至新的t2′+T的区间内，所以t2至t2+T这部分数据也被转存，同时也满足上述技术方案。
所述存储器3为一般的数据存储装置，可以集成在控制器2中，也可以为外部存储器。
进一步，为了便于振动数据向外输出，如图2所示，根据本发明的优选技术方案，所述车载数据单元10还包括无线收发器5，用于通过无线网络发送存储器3所存储的振动数据。该无线收发器5可以为使用各种无线通信协议的数字收发器，例如射频、GSM、GPRS、CDMA无线收发器等。
本发明还提供一种具有臂架的工程机械，上述车载数据单元10安装在该工程机械上，用于实时监测该工程机械的臂架的振动情况，并记录数据。这样，如果发生振动问题，即使技术人员不在现场，也能记录现场第一手的振动数据，不会因为泵车的转移而未能及时记录数据。虽然本发明以混凝土泵车作为示例予以解释说明，但本领域技术人员均可以理解，凡是具有臂架的工程机械均可以使用本发明提供的车载数据单元以及下面讲到的系统。
根据本发明的另一方面，还提供一种用于臂架振动监测的方法，该方法包括以下步骤：
实时检测臂架振动并得到表征臂架振动的振动信号；
根据所述振动信号生成振动数据，并将根据振动信号得到的振动烈度与预设的振动触发阈值进行比较；以及
当振动烈度超过该振动触发阈值时存储振动数据。
图3为本发明提供的优选实施方式，下面结合图3介绍本发明所提供的方法。其中虚线框表示的是优选步骤，并非必要步骤。
如图3所示，在检测臂架振动并得到振动信号的同时，如前所述，还可以实时检测液压系统的压力并得到液压信号，也可以实时检测臂架的姿态并得到姿态信号，也可以获取电气信号和/或操作命令信号。这样，所述振动数据是可以根据液压信号、姿态信号、电气信号、操作命令信号中的至少一者和振动信号生成的。同样如前所述，振动数据优选以上面提到的二层链表的方式来建立，包括报头以及数据字段，其中报头包括泵车型号、通道号、采集日期、时间、采样频率、数据长度、数据字段文件名等信息，而振动信号、液压信号等等均存储在数据字段中，并且数据字段的文件名作为报头中的一个字段。
另外，如何根据接收到的振动信号得到振动烈度、如何比较振动烈度与预设的振动触发阈值、以及如何存储振动数据均在前面介绍车载数据单元10时进行了说明。
特别地，优选存储振动烈度超过振动触发阈值的时刻之前一段时间到之后一段时间内生成的振动数据。更优选地，存储从t1-T至t2+T时刻之间生成的振动数据。其中各参数意义与前述相同，不再赘述。
进一步，为了便于振动数据向外输出，该方法还包括：通过无线网络发送所存储的振动数据(未图示)。
根据本发明的又一方面，如图4所示，本发明还提供一种用于臂架振动监测的系统，其中，该系统包括：至少一个本发明优选实施方式提供的用于臂架振动监测的车载数据单元10(其中包括无线收发器)；数据主站30，与所述车载数据单元10通信，用于通过无线网络20接收来自所述车载数据单元10的振动数据，并上传到远程数据中心40；远程数据中心40，与所述数据主站30通信，用于接收来自数据主站30的振动数据并对接收到的振动数据进行分析。
其中数据主站30安装在待监测泵车所属的技术服务站，一个技术服务站可以监测一定地理范围内(无线传输所能覆盖的范围)的多台泵车。数据主站30主要起到振动数据的汇总和中转的作用，因此数据主站30主要包括服务器，具有无线接收、数据汇总存储、以及传输数据的功能，常规的服务器均可以实现。数据主站30可以采用周期性上传、应远程数据中心40的请求上传、应车载数据单元10的请求上传等各种上传方式。数据主站30也可以有多个，分散在不同区域。
远程数据中心40设置在制造企业的技术研发部门，因为泵车的施工地点与制造企业之间可能距离较远，不便于直接通过无线网络来传递数据，所以振动数据先通过无线传输的方式被发送到数据主站30中，然后数据主站30再通过有线通信网络将数据转发到远程数据中心40。远程数据中心40包括远程振动数据库以及WEB服务器，通过WEB服务器将来自数据主站的振动数据输入到远程振动数据库中，以供分析。通过这种通信模式，可以在远程实现对泵车的振动性能的追踪监测，技术人员不必亲临现场就可以掌握到现场的数据，对于售后服务维护、臂架振动性能的监控、产品的改进都有益处。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (16)

1.一种用于臂架振动监测的车载数据单元，其中，该车载数据单元(10)包括：
振动检测装置(1)，用于实时检测臂架振动并输出表征臂架振动的振动信号；
控制器(2)，用于接收所述振动检测装置(1)输出的振动信号以生成振动数据，并将根据振动信号得到振动烈度与预设的振动触发阈值进行比较，当振动烈度超过该振动触发阈值时将振动数据发送到存储器(3)；
存储器(3)，用于存储接收到的所述振动数据。
2.根据权利要求1所述的车载数据单元，其中，所述振动检测装置(1)为振动传感器、位移传感器、加速度传感器、速度传感器中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的车载数据单元，其中，该车载数据单元还包括液压检测装置(4)和/或臂架姿态检测装置(6)，液压检测装置(4)用于实时检测液压系统的压力并输出液压信号，臂架姿态检测装置(6)用于实时检测臂架的当前姿态并输出姿态信号；
所述控制器(2)还用于接收电气信号、操作命令信号、所述液压信号以及姿态信号中的至少一者，并且根据所述液压信号、姿态信号、电气信号和操作命令信号中的至少一者以及所述振动信号来生成所述振动数据。
4.根据权利要求1所述的车载数据单元，其中，控制器(2)所生成的振动数据包括报头以及数据字段，其中报头包括泵车型号、通道号、采集日期、时间、采样频率、数据长度、数据字段文件名中至少一者，数据字段至少包括振动信号。
5.根据权利要求1所述的车载数据单元，其中，所述控制器(2)用于将从振动烈度超过该振动触发阈值的时刻之前一段时间到之后一段时间内生成的振动数据发送到存储器(3)。
6.根据权利要求5所述的车载数据单元，其中，所述控制器(2)用于将从t1-T至t2+T时刻之间生成的振动数据发送到存储器(3)，其中t1为振动烈度超过振动触发阈值的时刻，t2是t1之后振动烈度再次小于振动触发阈值的时刻，T为冗余时间段，T的取值范围为0≤T≤Tmax，Tmax为缓存空间所能存储的振动数据的最大连续时间段。
7.根据权利要求6所述的车载数据单元，其中，缓存空间所能存储的振动数据的最大连续时间段Tmax＝缓存空间的大小/(振动数据的生成频率*平均每次生成的振动数据的大小)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的车载数据单元，其中，所述车载数据单元(10)还包括无线收发器(5)，用于通过无线网络发送存储器(3)所存储的振动数据。
9.一种具有臂架的工程机械，包括根据权利要求1-8中任一项所述用于臂架振动监测的车载数据单元(10)。
10.一种用于臂架振动监测的方法，其中，该方法包括以下步骤：
实时检测臂架振动并得到表征臂架振动的振动信号；
根据所述振动信号生成振动数据，并将根据振动信号得到的振动烈度与预设的振动触发阈值进行比较；以及
当振动烈度超过该振动触发阈值时存储振动数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤中的至少一者：
实时检测液压系统的压力并得到液压信号；
实时检测臂架的姿态并得到姿态信号；
获取电气信号；和
获取操作命令信号；
并且，根据所述振动信号生成振动数据的步骤中所述振动数据是根据液压信号、姿态信号、电气信号、操作命令信号中的至少一者和振动信号生成的。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所生成的振动数据包括报头以及数据字段，其中报头包括泵车型号、通道号、采集日期、时间、采样频率、数据长度、数据字段文件名中至少一者，数据字段至少包括振动信号。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所存储的振动数据为振动烈度超过振动触发阈值的时刻之前一段时间到之后一段时间内生成的振动数据。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所存储的振动数据为从t1-T至t2+T时刻之间生成的振动数据，其中t1为振动烈度超过振动触发阈值的时刻，t2是t1之后振动烈度再次小于振动触发阈值的时刻，T为冗余时间段，T的取值范围为0≤T≤Tmax，Tmax为缓存空间所能存储的振动数据的最大连续时间段。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，缓存空间所能存储的振动数据的最大连续时间段Tmax＝缓存空间的大小/(振动数据的生成频率*平均每次生成的振动数据的大小)。
16.一种用于臂架振动监测的系统，其中，该系统包括：
至少一个根据权利要求8所述的用于臂架振动监测的车载数据单元(10)；
数据主站(30)，与所述车载数据单元(10)通信，用于通过无线网络(20)接收来自所述车载数据单元(10)的振动数据，并上传到远程数据中心(40)；
远程数据中心(40)，与所述数据主站(30)通信，用于接收来自数据主站(30)的振动数据并对接收到的振动数据进行分析。
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