CN103678908B - 寿命预警方法、寿命预警系统及强夯机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强夯机的寿命预警方法，包括：检测第i次冲击对臂架的单次损伤评价参数值；将单次损伤评价参数值和当前总损伤评价参数值相加；将相加后获得的值作为新的当前总损伤评价参数值；将新的当前总损伤评价参数值与预先设定的损伤评价参数值阈值进行比较，当新的所述当前总损伤评价参数值的值大于或者等于损伤评价参数值阈值时报警。还公开了一种寿命预警系统和强夯机。本发明对臂架的损伤评价参数值进行检测和评价，在当前总损伤评价参数值大于或等于损伤评价参数值阈值时进行报警。这样能够根据臂架的实际工作情况来对臂架的寿命进行监控和预警，避免臂架在工作过程中出现断裂等现象而导致事故的发生，提高了强夯机的安全性。

Description

寿命预警方法、寿命预警系统及强夯机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于强夯机的寿命预警方法、寿命预警系统以及包括该寿命预警系统的强夯机。

背景技术

强夯机是一种用起重设备反复将夯锤起吊到一定高度后，利用自动脱钩释放载荷或带锤自由下落，以给地基以强大的冲击能量的夯击，提高地基强度的工程机械设备。

对于强夯机来说，突然卸载对于强夯机是正常且频繁的工况。因此，强夯机的臂架经常受到突然卸载这一宽频激励的作用而处于振动状态。

目前国内强夯施工设备大多以中小吨位安装用履带起重机为基础进行改装。提升夯锤时，起重机桁架臂的钢丝绳在夯锤重力与提升加速度的作用下，产生较大的拉力，钢丝绳被拉长，起重机桁架臂自身也在夯锤作用下发生一定变形，储存了一定能量。当夯锤提升到额定高度后，自动脱钩器控制夯锤脱钩，起重机一瞬间卸去载荷，起重机臂架由于其自身及钢丝绳的弹性储能作用，发生剧烈振动并释放能量，导致起重机臂架和相关机件受到冲击，轻则使起重机有关机件提前损坏，重则造成臂架向后倾翻，甚至发生臂架提前断裂的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种寿命预警系统，该寿命预警系统能够对臂架的寿命进行预估并在臂架的损伤量达到一定程度时报警。

为了实现上述目的，本发明提供一种强夯机的寿命预警方法，其中：该寿命预警方法包括：

检测第i次冲击对所述强夯机的臂架的单次损伤评价参数值；

将该单次损伤评价参数值和当前总损伤评价参数值相加，当i＝1时，该当前总损伤评价参数值为零；

将该相加后获得的值作为新的当前总损伤评价参数值；

将所述新的当前总损伤评价参数值与预先设定的损伤评价参数值阈值进行比较，当所述新的当前总损伤评价参数值大于或者等于所述损伤评价参数值阈值时报警，

其中，i为大于等于0的正整数。

优选地，所述寿命预警方法还包括：采用损伤率作为损伤评价参数值，其中

在所述强夯机的额定工作范围内将所述强夯机的工况划分为n个工况等级，并获得第j个工况等级下臂架的额定应力循环次数N_j；

检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h；

检测所述第i次冲击时所述臂架产生的q个振动信号各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k；

计算所述q个振动信号的振动次数与工况等级h下的额定应力循环次数N_h的比值并相加，即为所述第i次冲击对所述臂架的单次损伤率

将该单次损伤率p与当前总损伤率P相加的值作为新的当前总损伤率，当i＝1时，该当前总损伤率为零；

将所述新的当前总损伤率与预先设定的损伤率阈值进行比较，当所述新的当前总损伤率的值大于或者等于所述损伤率阈值时报警，

其中，k＝1,2,…,q，j＝1,2,…,n，h为大于或等于1且小于或等于n的整数，i为大于等于0的正整数。

优选地，获得第j个工况等级下臂架的额定应力循环次数N_j的方法包括在第j个工况等级下进行臂架的应力循环试验，将臂架发生或即将发生断裂时的应力循环次数记录为额定应力循环次数N_j。

优选地，检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h包括以下步骤：

检测所述强夯机的夯锤的重量m、提升高度H、提升加速度a；

计算实际冲击能量E＝m×H×(a+g)；

将所述实际冲击能量E与n个工况等级分别对应的标准冲击能量范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

优选地，检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h包括以下步骤：

检测所述强夯机的臂架的应力的大小；

将所述应力的大小与n个工况等级分别对应的臂架的应力范围相比较来确定所述强夯机的工况等级。

本发明还提供一种强夯机的寿命预警系统，该寿命预警系统包括检测器、处理器和控制器，其中，

所述检测器用于检测第i次冲击对所述强夯机的臂架的单次损伤评价参数值，并将所述单次损伤评价参数值传送到所述处理器；

所述处理器用于储存损伤评价参数值阈值和当前总损伤评价参数值，当i＝1时，该当前总损伤评价参数值为零，将接收到的所述单次损伤评价参数值与所述当前总损伤评价参数值相加的值作为新的当前总损伤评价参数值，并将计算得到的所述新的当前总损伤评价参数值与该损伤评价参数值阈值进行比较，当所述新的当前总损伤评价参数值大于或者等于所述损伤评价参数值阈值时产生报警信号，并将该报警信号传送到输出器；

所述输出器用于输出所述报警信号；

其中，i为大于等于0的正整数。

优选地，所述损伤参数值为损伤率，

所述检测器用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h，以及所述第i次冲击在所述强夯机的臂架产生的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k，并将该工况等级h、该q个振动信号的各自的振动频率f_k和振动时间t_k传送到处理器；

所述处理器用于储存损伤率阈值，所述强夯机在额定工作范围内划分的n个工况等级和第j个工况等级下的额定应力循环次数N_j，以及当前总损伤率P，当i＝1时，P＝0，根据所述第i冲击的工况等级h下的额定应力循环次数N_h，计算第i次冲击产生的所述臂架的单次损伤率为将该单次损伤率p与当前总损伤率P相加的值作为新的当前总损伤率，并将计算得到的所述新的当前总损伤率与该损伤率阈值进行比较，当所述新的当前总损伤率大于或者等于所述损伤率阈值时产生报警信号，并将该报警信号传送到所述输出器；

其中k＝1,2,…,q，j＝1,2,…,n，h为大于或等于1且小于或等于n的整数，i为大于等于0的正整数。

优选地，所述检测器还用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的夯锤的重量m、提升高度H、提升加速度a，并将该重量m、提升高度H和提升加速度a传的信号送到所述处理器；

所述处理器还用于储存重力加速度g和n个工况等级分别对应的标准冲击能量范围，并计算实际冲击能量E＝m×H×(a+g)，并通过将所述实际冲击能量E与所述标准冲击能量范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

优选地，所述检测器包括重量传感器、高度传感器、加速度传感器中的一种或多种。

优选地，所述检测器还用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的臂架的应力的大小，并将该应力传送到所述处理器；

所述处理器还用于储存n个工况等级分别对应的臂架的应力范围，通过将所述应力的大小与所述应力范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

优选地，所述检测器包括应力传感器。

本发明还提供一种强夯机，其中，该强夯机包括本发明所述的寿命预警系统。

通过上述技术方案，对臂架的损伤情况进行检测和系统的评价，计算臂架在每次工作后的当前总损评价参数值，在与额定的损伤评价参数值阈值进行比较，当总损伤评价参数值大于或等于所述损伤评价参数值阈值时进行报警。这样就能够根据臂架的实际工作情况来对臂架的寿命进行监控和预警，从而避免臂架在工作过程中出现断裂等现象而导致危险，大大提高了强夯机的安全性。

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是根据本发明的优选实施方式的寿命预警方法的流程图；

图2是根据本发明的优选实施方式的寿命预警方法的流程图；

图3是根据本发明的优选实施方式中检测第i次冲击时强夯机的工况等级的方法的流程图；

图4是根据本发明的优选实施方式中检测第i次冲击时强夯机的工况等级的方法的流程图；

图5是根据本发明的优选实施方式的寿命预警系统的示意图。

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。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常根据附图中所示的方向或者实际应用中的方向，并结合说明书中的描述具体适当的理解。

本发明提供一种强夯机的寿命预警方法，其中：该寿命预警方法包括：

检测第i次冲击对所述强夯机的臂架的单次损伤评价参数值；

将该单次损伤评价参数值和当前总损伤评价参数值相加，当i＝1时，该当前总损伤评价参数值为零；

将该相加后获得的值作为新的当前总损伤评价参数值；

将所述新的当前总损伤评价参数值与预先设定的损伤评价参数值阈值进行比较，当所述新的当前总损伤评价参数值的值大于或者等于所述损伤评价参数值阈值时报警，

其中，i为大于等于0的正整数。

根据本发明的寿命预警方法的主要原理是检测每次冲击下强夯机的臂架的单次损伤评价参数值，并对单次损伤评价参数值进行累计计算并储存为当前总损伤评价参数值，即在某次冲击发生之后，当前总损伤评价参数值的值为该次冲击之前的当前总损伤评价参数值与本次冲击的单次损伤评价参数值的叠加。

在实际应用中，可以选择一种或多种参数来作为臂架损伤的评价参数，该评价参数能够体现臂架的损伤程度，而总损伤的评价参数值则表示当单次损伤的评价参数值累计达到该总损伤的评价参数值时，臂架就会发生或即将发生断裂。本发明对该臂架损伤的评价参数的选择并不加以限定，本领域技术人员可以在本发明的发明思想下任意选取适当的物理量作为评价参数，但是都落在本发明的保护范围之内。在下文中例举了一种本发明的评价参数选择的优选实施方式。

此处用第i次冲击来表示对强夯机的臂架的任意一次冲击，该i的取值为大于零的正整数。当然，该冲击的次数应该在根据臂架的寿命的极限允许的冲击次数之内，即该第i次冲击发生之后，臂架仍然不会发生断裂。

如图1所示，当第i次冲击为第一次冲击时，在该第一次冲击发生之前，当前总损伤评价参数值为零。检测第一次冲击的单次损伤评价参数值；将第一次冲击的单次损伤评价参数值和当前总损伤评价参数值相加得到的值作为新的当前总损伤评价参数值，即第一次冲击之后，当前总损伤评价参数值为第一次冲击的单次损伤评价参数值。

当第i次冲击为第二次冲击时，当前总损伤评价参数值为第一次冲击之后的当前总损伤评价参数值，即第一次冲击的单次损伤评价参数值。检测到第二次冲击的单次损伤评价参数值；并将第二次冲击的单次损伤评价参数值和当前总损伤评价参数值相加得到的值作为新的当前总损伤评价参数值，即第二次冲击之后，当前总损伤评价参数值为第一次冲击的单次损伤评价参数值和第二次冲击的单次损伤评价参数值之和。

依此类推地，当第i次冲击发生之前，当前总损伤评价参数值为第i-1次冲击之后的当前总损伤评价参数值，即第1次至第i-1次冲击的单次损伤评价参数值之和，当第i次冲击发生之后，检测到第i次冲击的单次损伤评价参数值；并将第i次冲击的单次损伤评价参数值和当前总损伤评价参数值相加得到的值作为新的当前总损伤评价参数值，即第i次冲击之后，新的当前总损伤评价参数值为第1次至第i次冲击的单次损伤评价参数值之和。

由此可见，根据本发明的技术方案，在第i次冲击之后，将第1次至第i次冲击的单次损伤评价参数值求和获得的值与损伤评价参数值阈值进行比较，当该计算出的新的当前总损伤评价参数值大于或者等于损伤评价参数值阈值时报警。

其中，该损伤评价参数值阈值可以设置为一个小于损伤评价参数值极限值的值，这样即使当前总损伤评价参数值在一定范围内大于该损伤评价参数值阈值也不会导致臂架出现断裂等故障，留有一定的安全余量。例如，在第i-1次冲击时，比较的结果为新的当前总损伤评价参数值小于损伤评价参数值阈值，但是损伤评价参数值阈值与新的当前总损伤评价参数值的差值较小或者可以预见到发生第i次冲击时就会导致第i次冲击后的新的当前总损伤评价参数值大于损伤评价参数值阈值，那么该损伤评价参数值阈值应当设置为，即使发生了该第i次冲击，第i次冲击后的新的当前总损伤评价参数值大于损伤评价参数值阈值，仍然能够保证臂架不会断裂，不会出现安全事故。也就是说，该损伤评价参数值阈值应当设置为，损伤评价参数值的极限值与损伤评价参数值阈值的差值至少大于或等于单次损伤评价参数值的最大值。本领域技术人员可以根据实际工况对该损伤评价参数值阈值进行相应的设置，本发明对此并不加以限制。

报警的方式可以根据实际需要进行选择，例如可以选择为例如利用简单的声或光报警装置，或者用显示装置来进行报警，还可以将当前总损伤评价参数值显示出来以供技术人员参考。

通过上述技术方案，对臂架的损伤情况进行检测和系统的评价，计算臂架在每次工作后的当前总损评价参数值，在与额定的损伤评价参数值阈值进行比较，当总损伤评价参数值大于或等于所述损伤评价参数值阈值时进行报警。这样就能够根据臂架的实际工作情况来对臂架的寿命进行监控和预警，从而避免臂架在工作过程中出现断裂等现象而导致危险，大大提高了强夯机的安全性。

优选地，所述寿命预警方法还包括：采用损伤率作为损伤评价参数值，其中

在所述强夯机的额定工作范围内将所述强夯机的工况划分为n个工况等级，并获得第j个工况等级下臂架的额定应力循环次数N_j；

检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h；

检测所述第i次冲击时所述臂架产生的q个振动信号各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k；

计算所述q个振动信号的振动次数与工况等级h下的额定应力循环次数N_h的比值并相加，即为所述第i次冲击对所述臂架的单次损伤率

将该单次损伤率p与当前总损伤率P相加的值作为新的当前总损伤率，当i＝1时，该当前总损伤率为零；

将所述新的当前总损伤率与预先设定的损伤率阈值进行比较，当所述新的当前总损伤率的值大于或者等于所述损伤率阈值时报警，

其中，k＝1,2,…,q，j＝1,2,…,n，h为大于或等于1且小于或等于n的整数，i为大于等于0的正整数。

在实际操作中，作为损伤评价参数值的物理量可以根据实际情况和需要进行选择，例如可以选择容易测量和评估的物理量。在本优选实施方式中的寿命预警方法用损伤率作为损伤评价参数值，从而对寿命进行预警。

如图2所示。在本优选实施方式中，首先在强夯机的额定工作范围内将工况划分为n个等级，强夯机的额定工作范围指强夯机所允许的工作范围，即在额定的臂架倾角范围内，将额定重量的夯锤，提升至额定高度，可以将该强夯机的额定工作范围划分为依次连续地n个区间以对应该n个工况等级，而且各个额定工作范围的区间的长度(即数值范围)不一定相等。通常地，该额定工作范围主要依据夯锤下落到地面时在臂架上引起的振动的情况来划分为n个等级，具体地，由于在不同的工况等级下夯锤下落时的势能不同，因此在臂架上引起的振动的能量也不同，作用于臂架的应力不同，而同一工况等级下可以近似地认为夯锤下落到地面时在臂架上引起的振动的能量相同，作用于臂架的应力相同。上述对强夯机的工况等级的划分主要以经验值和实验测量数据为主，并可以在一定范围内根据实际情况进行人为调整。

当夯锤下落到地面时，冲击在臂架上引起的振动可能是多个振动的叠加，假设第i次冲击在臂架上产生q个振动信号，并且各个振动信号的各自的振动频率为f_k和该频率下臂架的振动时间为t_k，由此可知，f_kt_k即为第i次冲击产生的频率为f_k的振动的次数，即该应力的循环次数。

并且，在第i个工况等级下，夯锤从对应于该工况等级的提升高度范围内的任意高度下落到地面时，在臂架上引起的振动的额定应力循环次数均近似地认为是N_i，i＝1,2,…,n。

计算将第i次冲击产生的振动的振动频率和振动时间相乘获得的实际应力的循环次数和该工况等级下的额定应力循环次数的比值，即获得第i次冲击的单次损伤率，该单次损伤率的数值为大于零且小于等于1，并将第i次冲击的单次损伤率与第i次冲击之前的当前总损伤率相加作为新的当前总损伤率。

当第i次冲击发生后，检测到第i次冲击的强夯机的工况等级为h，并且第i次冲击在强夯机的臂架产生的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k；根据n个工况等级，第j个工况等级对应的额定应力循环次数N_j，j＝1,2,…,n，因此根据检测到的该第i次冲击的强夯机的工况等级h确定第i次冲击的额定应力循环次数N_h，并且处理器根据q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k，来分别计算q个振动信号的振动次数(即应力循环次数)并求和，即第i次冲击产生的所述臂架的单次损伤率为当前总损伤率P为上次冲击之后的臂架当前的总损伤率，当第i次冲击发生后，将第i次冲击的单次损伤率p与当前总损伤率P相加作为新的当前总损伤率P。

当所述第i次冲击为第一次冲击时，在该第一次冲击发生之前，所述当前总损伤率为零。

根据本优选实施方式，测量每次冲击下强夯机的臂架的单次损伤率，并对该单次损伤率进行累计计算并储存为当前总损伤率，即在某次冲击发生之后，新的当前总损伤率的值为该次冲击之前的当前总损伤率与本次冲击的单次损伤率的叠加。

当第i次冲击为第一次冲击时，在该第一次冲击发生前的当前总损伤率为零。根据检测到的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k来计算第一次冲击的单次损伤率；并将第一次冲击的单次损伤率和当前总损伤率相加得到的值作为新的当前总损伤率，即第一次冲击之后，当前总损伤率为第一次冲击的单次损伤率。

当第i次冲击为第二次冲击时，当前总损伤率为第一次冲击之后的当前总损伤率，即第一次冲击的单次损伤率。根据检测到的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k来计算第二次冲击的单次损伤率；并将第二次冲击的单次损伤率和当前总损伤率相加得到的值作为新的当前总损伤率，即第二次冲击之后，当前总损伤率为第一次冲击的单次损伤率和第二次冲击的单次损伤率之和。

依此类推地，当第i次冲击发生时，冲击之前的当前总损伤率为第i-1次冲击之后的当前总损伤率，即第1次至第i-1次冲击的单次损伤率之和，根据检测到的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k来计算第i次冲击的单次损伤率；并将第i次冲击的单次损伤率和当前总损伤率相加得到的值作为新的当前总损伤率，即第i次冲击之后，当前总损伤率为第1次至第i次冲击的单次损伤率之和。

由此可见，根据本发明的技术方案，在第i次冲击之后，根据检测到的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k来计算第i次冲击的单次损伤率将第1次至第i次冲击的单次损伤率求和获得的值与损伤率阈值进行比较，当该计算出的当前总损伤率大于或者等于损伤率阈值时产生报警信号，并通过输出器来输出报警信号。

其中，当损伤率达到1的时候臂架发生断裂，该损伤率阈值可以设置为一个小于1的值，这样即使当前总损伤率大于该损伤率阈值也不一定会导致臂架出现断裂等故障，留有一定的安全余量。例如，在第i-1次冲击时，比较的结果为新的当前总损伤率小于损伤率阈值，但是损伤率阈值与新的当前总损伤率的差值较小或者可以预见到发生第i次冲击时就会导致第i次冲击后的新的当前总损伤率大于损伤率阈值，那么该损伤率阈值应当设置为，即使发生了该第i次冲击，第i次冲击后的新的当前总损伤率大于损伤率阈值，仍然能够保证臂架不会断裂，不会出现安全事故。也就是说，该损伤率阈值应当设置为，损伤率的极限值与损伤率阈值的差值至少大于或等于单次损伤率的最大值。本领域技术人员可以根据实际工况对该损伤率阈值进行相应的设置，本发明对此并不加以限制。

以上描述本发明的一种优选实施方式，将臂架的额定工作范围划分为n个工况等级，将每次振动的实际应力循环次数与该次振动的工况等级下的额定应力循环次数的比值作为单次损伤率，通过计算臂架在每次冲击下的单次损伤率并叠加获得当前总损伤率。在上述优选实施方式中，首先需要确定每次冲击的臂架的工况等级。以上已经介绍了工况等级划分的原则，优选地，获得第j个工况等级下臂架的额定应力循环次数N_j的方法包括在第j个工况等级下进行臂架的应力循环试验，将臂架发生或即将发生断裂时的应力循环次数记录为额定应力循环次数N_j。当然，也可以根据强夯机的臂架结构从理论计算并结合经验估算该额定应力循环次数等。通过该方法可以获得n个工况等级的强夯机的臂架断裂时的额定应力循环次数，并且建立数据表，在该寿命预警方法时，通过检测强夯机的工况等级，直接就可以查表获得该工况等级所对应的额定应力循环次数。

下面对工况等级的测量与确定的优选实施方式进行介绍。

优选地，检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h包括以下步骤：

检测所述强夯机的夯锤的重量m、提升高度H、提升加速度a；

计算实际冲击能量E＝m×H×(a+g)；

将所述实际冲击能量E与n个工况等级分别对应的标准冲击能量范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

在本优选实施方式中，如图3所示，检测检测所述强夯机的夯锤的重量m、提升高度H、提升加速度a，并计算实际冲击能量E＝m×H×(a+g)，并通过将所述实际冲击能量E与所述标准冲击能量范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

在本优选实施方式中，通过能量来对工况等级进行划分，强夯机的工作范围即强夯机的臂架将夯锤提升的高度的范围，对于不同范围的夯锤提升高度，夯锤下落后在臂架上引起的振动的能量也不用，因此可以通过对夯锤在提升高度的重力势能即冲击能量来划分工况等级。

优选地，检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h包括以下步骤：

检测所述强夯机的臂架的应力的大小；

将所述应力的大小与n个工况等级分别对应的臂架的应力范围相比较来确定所述强夯机的工况等级。

以上介绍了通过冲击能量还划分强夯机的工况等级的方法，本优选实施方式还提供了另外一种根据臂架的应力划分强夯机的工况等级的方法。

当夯锤下落到地面时，冲击能量会在臂架上产生应力，该应力的循环次数即为振动的次数。但是，对于不同的工况等级，臂架上所产生的应力的大小的范围不同。

在本优选实施方式中，如图4所示，检测强夯机的臂架中应力的大小，并将该应力的大小与n个工况等级相对应的臂架的应力范围进行比较，从而确定强夯机的工况等级。

另外，本发明提供一种强夯机的寿命预警系统，如图5所示，该寿命预警系统包括检测器、处理器和控制器，其中，

所述检测器用于检测第i次冲击对所述强夯机的臂架的单次损伤评价参数值，并将所述单次损伤评价参数值传送到所述处理器；

所述处理器用于储存损伤评价参数值阈值和当前总损伤评价参数值，当i＝1时，该当前总损伤评价参数值为零，将接收到的所述单次损伤评价参数值与所述当前总损伤评价参数值相加的值作为新的当前总损伤评价参数值，并将计算得到的所述新的当前总损伤评价参数值与该损伤评价参数值阈值进行比较，当所述新的当前总损伤评价参数值大于或者等于所述损伤评价参数值阈值时产生报警信号，并将该报警信号传送到输出器；

所述输出器用于输出所述报警信号；

其中，i为大于等于0的正整数。

本发明的上述寿命预警系统能够实现本发明的寿命预警方法。

根据本发明的寿命预警系统通过检测器检测每次冲击下强夯机的臂架的单次损伤评价参数值，处理器对单次损伤评价参数值进行累计计算并储存为当前总损伤评价参数值，即在某次冲击发生之后，当前总损伤评价参数值的值为该次冲击之前的当前总损伤评价参数值与本次冲击的单次损伤评价参数值的叠加。

由此可见，根据本发明的技术方案，在第i次冲击之后，检测器检测该第i次冲击的单次损伤评价参数值，处理器将第1次至第i次冲击各自的单次损伤评价参数值求和获得的值与损伤评价参数值阈值进行比较，当该计算出的当前总损伤评价参数值大于或者等于损伤评价参数值阈值时产生报警信号，并通过输出器来输出报警信号。

其中，该损伤评价参数值阈值可以设置为一个小于损伤评价参数值极限值的值，这样即使当前总损伤评价参数值在一定范围内大于该损伤评价参数值阈值也不会导致臂架出现断裂等故障，留有一定的安全余量。例如，在第i-1次冲击时，比较的结果为新的当前总损伤评价参数值小于损伤评价参数值阈值，但是损伤评价参数值阈值与新的当前总损伤评价参数值的差值较小或者可以预见到发生第i次冲击时就会导致第i次冲击后的新的当前总损伤评价参数值大于损伤评价参数值阈值，那么该损伤评价参数值阈值应当设置为，即使发生了该第i次冲击，第i次冲击后的新的当前总损伤评价参数值大于损伤评价参数值阈值，仍然能够保证臂架不会断裂，不会出现安全事故。也就是说，该损伤评价参数值阈值应当设置为，损伤评价参数值的极限值与损伤评价参数值阈值的差值至少大于或等于单次损伤评价参数值的最大值。本领域技术人员可以根据实际工况对该损伤评价参数值阈值进行相应的设置，本发明对此并不加以限制。

输出器用于输出报警信号，因此该输出器可以选择为例如简单的声或光报警装置，或者用显示装置来进行报警，还可以将当前总损伤量显示出来以供技术人员参考。

通过上述技术方案，对臂架的损伤情况进行检测和系统的评价，计算臂架在每次工作后的当前总损评价参数值，在与额定的损伤评价参数值阈值进行比较，当总损伤评价参数值大于或等于所述损伤评价参数值阈值时进行报警。这样就能够根据臂架的实际工作情况来对臂架的寿命进行监控和预警，从而避免臂架在工作过程中出现断裂等现象而导致危险，大大提高了强夯机的安全性。

优选地，所述损伤参数值为损伤率，

所述检测器用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h，以及所述第i次冲击在所述强夯机的臂架产生的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k，并将该工况等级h、该q个振动信号的各自的振动频率f_k和振动时间t_k传送到处理器；

所述处理器用于储存损伤率阈值，所述强夯机在额定工作范围内划分的n个工况等级和第j个工况等级下的额定应力循环次数N_j，以及当前总损伤率P，当i＝1时，P＝0，根据所述第i冲击的工况等级h下的额定应力循环次数N_h，计算第i次冲击产生的所述臂架的单次损伤率为将该单次损伤率p与当前总损伤率P相加的值作为新的当前总损伤率，并将计算得到的所述新的当前总损伤率与该损伤率阈值进行比较，当所述新的当前总损伤率大于或者等于所述损伤率阈值时产生报警信号，并将该报警信号传送到所述输出器；

其中k＝1,2,…,q，j＝1,2,…,n，h为大于或等于1且小于或等于n的整数，i为大于等于0的正整数。

在实际操作中，作为损伤评价参数值的物理量可以根据实际情况和需要进行选择，例如可以选择容易测量和评估的物理量。在本优选实施方式中的寿命预警方法用损伤率作为损伤评价参数值，从而对寿命进行预警。

本优选实施方式能够实现上述本发明的寿命预警方法的优选实施方式。

在第i个工况等级下，夯锤从对应于该工况等级的提升高度范围内的任意高度下落到地面时，在臂架上引起的振动的额定应力循环次数均近似地认为是N_i，i＝1,2,…,n。

计算将第i次冲击产生的振动的振动频率和振动时间相乘获得的实际应力的循环次数和该工况等级下的额定应力循环次数的比值，即获得第i次冲击的单次损伤率，该单次损伤率的数值为大于零且小于等于1，并将第i次冲击的单次损伤率与第i次冲击之前的当前总损伤率相加作为新的当前总损伤率。

检测到第i次冲击的强夯机的工况等级为h，并且第i次冲击在强夯机的臂架产生的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k，并将上述检测量的值传送到处理器中；处理器储存有n个工况等级，第j个工况等级对应的额定应力循环次数N_j，j＝1,2,…,n，因此根据检测到的该第i次冲击的强夯机的工况等级h确定第i次冲击的额定应力循环次数N_j，并且处理器根据q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k，来分别计算q个振动信号的振动次数(即应力循环次数)并求和，即第i次冲击产生的所述臂架的单次损伤率为当前总损伤率P为上次冲击之后的臂架当前的总损伤率，当第i次冲击发生后，将第i次冲击的单次损伤率p与当前总损伤率P相加作为新的当前总损伤率P。

由此可见，根据本发明的技术方案，在第i次冲击之后，处理器将第1次至第i次冲击的单次损伤率求和获得的值与损伤率阈值进行比较，当该计算出的当前总损伤率大于或者等于损伤率阈值时产生报警信号，并通过输出器来输出报警信号。

其中，当损伤率达到1的时候臂架发生断裂，该损伤率阈值可以设置为一个小于1的值，这样即使当前总损伤率大于该损伤率阈值也不一定会导致臂架出现断裂等故障，留有一定的安全余量。例如，在第i-1次冲击时，比较的结果为新的当前总损伤率小于损伤率阈值，但是损伤率阈值与新的当前总损伤率的差值较小或者可以预见到发生第i次冲击时就会导致第i次冲击后的新的当前总损伤率大于损伤率阈值，那么该损伤率阈值应当设置为，即使发生了该第i次冲击，第i次冲击后的新的当前总损伤率大于损伤率阈值，仍然能够保证臂架不会断裂，不会出现安全事故。也就是说，该损伤率阈值应当设置为，损伤率的极限值与损伤率阈值的差值至少大于或等于单次损伤率的最大值。本领域技术人员可以根据实际工况对该损伤率阈值进行相应的设置，本发明对此并不加以限制。

以上描述本发明的一种优选实施方式，将臂架的额定工作范围划分为n个工况等级，将每次振动的实际应力循环次数与该次振动的工况等级下的额定应力循环次数的比值作为单次损伤率，通过计算臂架在每次冲击下的单次损伤率并叠加获得当前总损伤率，从而将对损伤量的测量和计算转化成对损伤率的测量和计算。在上述优选实施方式中，首先需要确定每次冲击的臂架的工况等级，再根据处理器存储的n个工况等级的强夯机的臂架断裂时的额定应力循环次数的数据表查表获得该工况等级所对应的额定应力循环次数。以上已经介绍了工况等级划分的原则，下面对工况等级的测量与确定的优选实施方式进行介绍。

优选地，所述检测器还用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的夯锤的重量m、提升高度H、提升加速度a，并将该重量m、提升高度H和提升加速度a传的信号送到所述处理器；

所述处理器还用于储存重力加速度g和n个工况等级分别对应的标准冲击能量范围，并计算实际冲击能量E＝m×H×(a+g)，并通过将所述实际冲击能量E与所述标准冲击能量范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

在本优选实施方式中，通过能量来对工况等级进行划分，强夯机的工作范围即强夯机的臂架将夯锤提升的高度的范围，对于不同范围的夯锤提升高度，夯锤下落后在臂架上引起的振动的能量也不用，因此可以通过对夯锤在提升高度的重力势能即冲击能量来划分工况等级。

因此，检测器还用于检测夯锤的重量m、提升高度H、提升加速度a；处理器储存有重力加速度g，从而计算实际冲击能量E＝m×H×(a+g)，由于处理器还储存有n个工况等级分别对应的标准冲击能量范围，将该实际冲击能量E与标准冲击能量范围进行比较从而确定强夯机的工况等级。

优选地，所述检测器包括重量传感器、高度传感器、加速度传感器中的一种或多种。此处仅例举了检测器优选的种类，本发明的技术方案的实施并不限于上述几种传感器，在实际应用中可以根据实际需要进行具体选择，本发明对此不加以限制。

优选地，所述检测器还用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的臂架的应力的大小，并将该应力传送到所述处理器；

所述处理器还用于储存n个工况等级分别对应的臂架的应力范围，通过将所述应力的大小与所述应力范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

以上介绍了通过冲击能量还划分强夯机的工况等级的方法，本优选实施方式还提供了另外一种根据臂架的应力划分强夯机的工况等级的方法。

当夯锤下落到地面时，冲击能量会在臂架上产生应力，该应力的循环次数即为振动的次数。但是，对于不同的工况等级，臂架上所产生的应力的大小的范围不同。

在本优选实施方式中，检测器用于检测强夯机的臂架中应力的大小，处理器将该应力的大小与n个工况等级相对应的臂架的应力范围进行比较，从而确定强夯机的工况等级。

优选地，所述检测器包括应力传感器。

优选地，所述应力包括拉应力和/或弯曲应力。

根据上述优选实施方式，该应力可以包括拉应力和弯曲应力。冲击能量在臂架上产生的应力的情况可能比较复杂，并不一定是单一的应力，可以是多种应力的叠加。在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际的检测的应力来选择相应的应力传感器，本发明对应力的种类和选择的测量传感器并不加以限制。

本发明还提供一种强夯机，其中，该强夯机包括本发明所述的寿命预警系统。

通过采用本发明的寿命预警系统，可以对强夯机的寿命进行预估，在强夯机的臂架发生断裂等故障之前进行报警，从而防止因此导致的安全问题。

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 (10)

1.一种强夯机的寿命预警方法，其特征在于：该寿命预警方法包括：

检测第i次冲击对所述强夯机的臂架的单次损伤评价参数值；

将该单次损伤评价参数值和当前总损伤评价参数值相加，当i＝1时，该当前总损伤评价参数值为零；

将该相加后获得的值作为新的当前总损伤评价参数值；

将所述新的当前总损伤评价参数值与预先设定的损伤评价参数值阈值进行比较，当所述新的当前总损伤评价参数值大于或者等于所述损伤评价参数值阈值时报警，

其中，i为大于0的整数，

所述寿命预警方法还包括：采用损伤率作为所述损伤评价参数值，其中

在所述强夯机的额定工作范围内将所述强夯机的工况划分为n个工况等级，并获得第j个工况等级下臂架的额定应力循环次数N_j；

检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h；

检测所述第i次冲击时所述臂架产生的q个振动信号各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k；

计算所述q个振动信号的振动次数与工况等级h下的额定应力循环次数N_h的比值并相加，即为所述第i次冲击对所述臂架的单次损伤率

将该单次损伤率p与当前总损伤率P相加的值作为新的当前总损伤率，当i＝1时，该当前总损伤率为零；

将所述新的当前总损伤率与预先设定的损伤率阈值进行比较，当所述新的当前总损伤率的值大于或者等于所述损伤率阈值时报警，

其中，k＝1,2,…,q，j＝1,2,…,n，h为大于或等于1且小于或等于n的整数，i为大于0的正整数。

2.根据权利要求1所述的寿命预警方法，其特征在于，获得第j个工况等级下臂架的额定应力循环次数N_j的方法包括在第j个工况等级下进行臂架的应力循环试验，将臂架发生或即将发生断裂时的应力循环次数记录为额定应力循环次数N_j。

3.根据权利要求1所述的寿命预警方法，其特征在于，检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h包括以下步骤：

检测所述强夯机的夯锤的重量m、提升高度H、提升加速度a；

计算实际冲击能量E＝m×H×(a+g)，其中，g为重力加速度；

将所述实际冲击能量E与n个工况等级分别对应的标准冲击能量范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

4.根据权利要求1所述的寿命预警方法，其特征在于，检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h包括以下步骤：

检测所述强夯机的臂架的应力的大小；

将所述应力的大小与n个工况等级分别对应的臂架的应力范围相比较来确定所述强夯机的工况等级。

5.一种强夯机的寿命预警系统，该寿命预警系统包括检测器、处理器和控制器，其特征在于，

所述检测器用于检测第i次冲击对所述强夯机的臂架的单次损伤评价参数值，并将所述单次损伤评价参数值传送到所述处理器；

所述处理器用于储存损伤评价参数值阈值和当前总损伤评价参数值，当i＝1时，该当前总损伤评价参数值为零，将接收到的所述单次损伤评价参数值与所述当前总损伤评价参数值相加的值作为新的当前总损伤评价参数值，并将计算得到的所述新的当前总损伤评价参数值与该损伤评价参数值阈值进行比较，当所述新的当前总损伤评价参数值大于或者等于所述损伤评价参数值阈值时产生报警信号，并将该报警信号传送到输出器；

所述输出器用于输出所述报警信号；

其中，i为大于0的正整数，所述损伤参数值为损伤率，

所述检测器用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级h，以及所述第i次冲击在所述强夯机的臂架产生的q个振动信号的各自的振动频率f_k和该频率下臂架的振动时间t_k，并将该工况等级h、该q个振动信号的各自的振动频率f_k和振动时间t_k传送到处理器；

所述处理器用于储存损伤率阈值，所述强夯机在额定工作范围内划分的n个工况等级和第j个工况等级下的额定应力循环次数N_j，以及当前总损伤率P，当i＝1时，P＝0，根据所述第i冲击的工况等级h下的额定应力循环次数N_h，计算第i次冲击产生的所述臂架的单次损伤率为将该单次损伤率p与当前总损伤率P相加的值作为新的当前总损伤率，并将计算得到的所述新的当前总损伤率与该损伤率阈值进行比较，当所述新的当前总损伤率大于或者等于所述损伤率阈值时产生报警信号，并将该报警信号传送到所述输出器；

其中k＝1,2,…,q，j＝1,2,…,n，h为大于或等于1且小

于或等于n的整数，i为大于0的正整数。

6.根据权利要求5所述的寿命预警系统，其特征在于，

所述检测器还用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的夯锤的重量m、提升高度H、提升加速度a，并将该重量m、提升高度H和提升加速度a传的信号送到所述处理器；

所述处理器还用于储存重力加速度g和n个工况等级分别对应的标准冲击能量范围，并计算实际冲击能量E＝m×H×(a+g)，其中，g为重力加速度，并通过将所述实际冲击能量E与所述标准冲击能量范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

7.根据权利要求6所述的寿命预警系统，其特征在于，

所述检测器包括重量传感器、高度传感器、加速度传感器中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的寿命预警系统，其特征在于，

所述检测器还用于检测所述第i次冲击时所述强夯机的臂架的应力的大小，并将该应力传送到所述处理器；

所述处理器还用于储存n个工况等级分别对应的臂架的应力范围，通过将所述应力的大小与所述应力范围相比较来确定所述第i次冲击时所述强夯机的工况等级。

9.根据权利要求8所述的寿命预警系统，其特征在于，所述检测器包括应力传感器。

10.一种强夯机，其特征在于，该强夯机包括根据权利要求5-9中任意一项所述的寿命预警系统。