CN104487377B - 起重机监视系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于确定起重机维修条件的起重机监视系统。起重机监视系统包括用于测量加速度的传感器，被操作耦合到传感器的处理单元以及存储计算机可执行指令的数据库。所述计算机可执行指令在被处理单元执行时促使处理单元执行多个功能，包括根据来自传感器的信号来确定至少一个起重机维修条件。

Description

起重机监视系统

较早提交申请的引用

本申请根据美国法典第35条第119（e）款要求2012年5月9日提交且题为“CRANEMONITORING SYSTEM”的美国临时专利申请号61/644,797的权益，其被整体地通过此引用结合到本文中。

本申请涉及起重机维修领域，并且更特别地涉及用于确定起重机部件的维修条件的系统和方法。

背景技术

起重机具有随着起重机年限而经受磨损的许多部件。诸如吊臂延伸部或支腿延伸部之类的线性延伸部件的健康可能难以在不将部件在物理上拆卸的情况下确定。例如，磨损垫被设置在线性延伸部件内部且可能不便于检查。同样地，密封在液压圆筒内且在操作中与该圆筒一起不可见。要在物理上检查这些零件要求将部件拆卸，其导致停工。此检查通常是在起重机不在服务中时完成以避免工地处的中断并以预定间隔执行。由于困难是将部件拆卸和停工，所以通常在这时替换零件，即使其仍具有剩余的可使用寿命。

预定间隔通常是基于时间量，诸如部件的年限或部件的维修时间。可以基于过去的使用而发现零件的平均寿命，并且可以设定维修间隔以确保零件将在故障之前被替换。由于并不是所有零件都持续到平均寿命，所以维修间隔通常小于零件的平均寿命。这导致大多数零件在其寿命结束之前被替换。

具有一种能够在不要求拆卸部件的情况下确定部件的维修条件的系统将是有用的。这将使得部件能够在要求维修之前操作更长的时间段并将减少在起重机的寿命期间要求的维修零件的数目。使此类系统是起重机本身的一部分以及用于不具有该系统的起重机的单独维修工具将是有用的。

发明内容

本发明的实施例包括一种具有传感器、被操作耦合到传感器的处理单元以及数据存储器的起重机监视系统。传感器适合于感测线性延伸部分的加速度序列并输出表示加速度序列的信号。数据存储器存储计算机可执行指令，其在被处理单元执行时促使处理单元执行多个功能，包括利用从传感器接收到的信号来确定至少一个起重机维修条件。

实施例还包括一种用于使用维修工具来确定线性延伸起重机部件的至少一个维修条件的方法。传感器被耦合到线性延伸起重机部件。该传感器适合于感测线性延伸起重机部件的加速度并输出表示该加速度的信号。通过预定操作程序来操作线性延伸起重机部件，并且在该预定操作程序期间在工具处从传感器接收表示线性延伸起重机部件的一系列加速度的信号。然后分析接收信号以确定用于线性延伸起重机部件的所述至少一个维修条件。

在另一实施例中，一种用于跟踪起重机队伍的维修条件的系统包括适合于感测起重机部件的加速度的多个起重机传感器、被操作耦合到所述多个起重机传感器的多个通信链路、被操作耦合到所述多个通信链路的数据仓库以及被操作耦合到数据仓库的处理单元。该处理单元具有计算机可读存储存储器，其存储指令，该指令在被处理单元执行时促使该处理单元分析先前从所述多个通信链路接收到的数据以确定用于确定起重机维修需要的基线。

在另一实施例中，一种用于确定起重机的至少一个维修条件的维修工具包括外壳、适合于与传感器通信的第一通信接口、适合于与起重机控制系统通信的第二通信接口、设置在外壳内并被操作耦合到通信接口的计算机处理器以及被操作耦合到计算机处理器的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储用于确定所述至少一个维修条件的数据和计算机可执行指令。该计算机可执行指令在被计算机处理器执行时促使计算机处理器实现各功能，包括用于通过第一通信链路从传感器接收信号的功能、用于通过第二通信链路与起重机控制系统通信的功能以及用于基于该信号来确定起重机的至少一个维修条件的功能。

在另一实施例中，一种起重机包括起重机主体、被耦合到起重机主体的起重机部件、被耦合到起重机部件且适合于感测起重机部件的加速度序列并输出表示该加速度序列的信号的传感器、被操作耦合到传感器且适合于接收信号的处理单元以及存储计算机可执行指令的数据存储器，该计算机可执行指令在被处理单元执行时促使处理单元执行多个功能。该功能包括用以根据信号来确定至少一个维修条件的功能。

附图说明

为了进一步阐明一个或多个本发明的上述及其他优点和特征，在附图中图示出对其特定实施例的参考。附图仅仅描述了典型实施例且因此不认为是限制性的。将通过使用附图另外具体且详细地描述和解释一个或多个实施例，在所述附图中：

图1是图示出起重机维修管理系统的实施例的部件的移动式起重机的透视图。

图2是图示出起重机维修管理系统的另一实施例的部件的另一移动式起重机的透视图。

图3是图示出起重机维修管理系统的另一实施例的部件的另一移动式起重机的透视图。

图4是图示出起重机维修管理系统的另一实施例的部件的另一移动式起重机的透视图。

图5是起重机维修管理系统的实施例的系统图。

图6是图示出线性延伸起重机部件的加速度测量的图表。

图7a是具有新的磨损垫的起重机吊臂的图示。

图7b是具有已磨损的磨损垫的起重机吊臂的图示。

图8是随时间推移而绘出的起重机吊臂偏转角的图表。

图9是起重机维修数据库和数据库的空白记录的图示。

图10是用于确定起重机的维修条件的维修工具的图示。

图11是用于确定起重机的维修条件的维修工具的第二图示。

附图不一定按比例。

具体实施方式

本发明的实施例包括用于确定移动式起重机的维修要求的系统和方法。现在将相对于附图进一步描述本发明的实施例。在以下段落中，更详细地定义了本发明的不同方面。因此定义的每个方面可与一个或多个任何其他方面组合，除非清楚地指明相反。特别地，可将被指示为优选或有利的任何特征与被指示为优选或有利的一个或多个任何其他特征组合。

参考图1，描述了起重机100的实施例。起重机100包括机架106和被耦合到机架106的上层结构108。上层结构108适合于绕着机架106旋转，但是在某些实施例中可固定在单个取向上。上层结构108包括被设计成提升并移动载荷（未示出）的吊臂102。共同地，起重机100的机架106和上层结构108可称为起重机主体。

吊臂102在允许吊臂102上下转变角度的枢轴处被连接到上层结构108。诸如液压圆筒110b和活塞110a之类的驱动设备延伸并缩回以促使吊臂102绕着枢轴点旋转，从而使吊臂102上下地转变角度。另外，吊臂102被设计成在长度方面在箭头104所描述的大体上线性的方向上延伸。第二液压圆筒和活塞（未示出）被构造成促使吊臂102延伸和缩回。吊臂102可具有多个段，使得吊臂102可以分多个步骤延伸。

电缆112被固定于吊臂102并用来将吊臂102耦合到载荷。电缆112被附着于设置在上层结构108上的缠绕筒（未示出）。电缆112沿着吊臂102从缠绕筒延伸至吊臂102的末端114。从吊臂102的末端114，电缆112延伸至钩115。电缆112可通过下滑轮160而耦合到钩115，并且电缆112的多个段可通过包括多个滑轮的滑轮组型滑车系统来支撑钩115。

吊臂102具有与其相关联的经受磨损的许多线性延伸部件。吊臂102的每个段在其与相邻吊臂段之间具有至少一个磨损垫，其减少相邻吊臂段之间的摩擦。诸如圆筒110b之类的每个液压圆筒具有关联密封，其在允许活塞、诸如活塞110a线性地平移的同时保持液压流体。

传感器组件116被接近于线性延伸部件设置。传感器组件116不需要直接地放置在线性延伸部件上，只要其能够从线性延伸部件的移动检测加速度即可。此外，单传感器组件116可检测由多个部件交互引起的加速度；每个部件可具有关联传感器组件116；或者可使用多个传感器组件的某种组合。

图1的实施例中的传感器组件116包括传感器118、无线电模块120、微控制器122以及模数转换器（ADC）123。传感器118适合于检测和测量加速度。特别适合于检测加速度的传感器的一个示例是加速度计且更特别地多轴加速度计。ADC 123将来自传感器118的模拟信号转换成适合于与处理单元通信的数字信号。无线电模块120与第二无线电模块128通信并从ADC 123传送数字信号。微控制器122管理传感器组件116。

可将传感器组件116设计成只有当发生与期望加速度测量有关的操作条件时才通电。例如，传感器组件116可立即在部件移动之前或立即在部件开始移动之后通电。传感器组件116可接收指示即将执行操作的信号，或者可用某些其他手段来检测操作。通过只有当正在执行相关操作时才通电，增加了传感器组件116的电池寿命。

起重机控制器组件124被设置在起重机100的上层结构108内。在某些实施例中，起重机控制器组件124可在起重机100的驾驶室126内，或者在其他实施例中，起重机控制器组件124可位于别处。起重机控制器组件124包括用于与传感器组件116的无线电模块120通信的第二无线电模块128、用于实现计算机可执行指令的起重机控制器130、用户输入接口132、用户输出接口134以及远程通信控制单元136。

第二无线电模块128与无线电模块120通信以接收传感器数据。在某些实施例中，第二无线电模块128可向无线电模块120发送信号以促使传感器组件116从低功率模式通电。第二无线电模块128使用任何一般可用的无线电通信协议来与无线电模块120通信，但不限于一般可用的协议。可以有其他通信且其落在本发明的范围内，只要在无线电模块120与第二无线电模块128之间影响无线通信即可。

远程通信控制单元136通过外部通信网络140与远程计算系统138进行通信。外部通信网络140可包括因特网、电话网络、卫星网络或其他类型的网络。远程通信控制单元136向远程计算系统138发送传感器数据以用于分析。起重机控制器130可通过远程通信控制单元136将所有接收到的加速度数据发送到远程计算系统138，或者起重机控制器130可发送接收到的加速度数据的选择性子集。除加速度数据之外，远程通信控制单元136通常向远程计算系统138发送其他信息，诸如标识符、位置信息、起重机型号或其他信息。

起重机控制器130包括计算机可读存储器142和计算机处理器145。计算机可读存储器142存储指令，该指令在被计算机处理器145执行时促使计算机处理器145执行功能。计算机可读存储器142可以是其中只有当起重机控制器130被通电时才存储指令的易失性存储器，或者其可以是非易失性的，其中信息通过功率循环而保持。计算机可读存储器142还可保存诸如来自传感器组件116的传感器数据、来自远程通信控制单元136的信息或其他操作信息之类的信息。

用户通过用户输入接口132和用户输出接口134与起重机控制器130相交互。可将用户输入接口132和用户输出接口134在单个设备中组合，诸如触摸屏，或者其可以是单独的，诸如显示器和键盘。可以有其他类型的输入端和输出端，并且本领域的技术人员将认识到适合于本发明的实施例使用的各种用户输入端和输出端。其他适当用户输入端的示例包括按钮、操纵杆、拨号盘、脚蹬、开关、触摸屏、键区、按钮、扩音器、鼠标、轨迹板等以及其组合中的一个或多个。其他适当用户输出端的示例包括仰视显示器、扬声器、视觉指示器等以及其组合中的一个或多个。

远程计算系统138通过外部通信网络130与起重机控制器130相交互。远程计算系统138可包括单个计算机，或者其可以是一起工作的计算机的网络。在图1中所示的实施例中，远程计算系统138包括一起工作的计算机144、146、148的网络。

第一计算系统144负责通过远程通信控制单元136与起重机控制器组件124通信。第一计算系统144可与许多其他起重机控制系统通信，其与未示出的其他起重机相关联。第一计算系统144与第二计算系统146进行通信，其存储与起重机的历史有关的信息，诸如维修记录150、保修记录152及其他记录154。远程计算系统138与第二计算系统146的记录相组合地使用从起重机控制器组件124传送至第一计算系统144的信息以提取、变换和加载与起重机100的维修条件有关的信息。

例如，维修记录150和保修记录152可指示对于特定型号的起重机而言，应检查磨损垫以确定其维修条件。与从第一计算系统144处的起重机控制器组件124接收到的信息组合的此信息然后可用来提取该维修条件特定的信息。可以以许多方式使用所提取的数据。在一个实施例中，可以使用所提取的信息来确定起重机100的当前维修条件。在另一实施例中，可将所提取信息保存到数据存储器作为基线测量的一部分以供将来使用。

数据仓库158可以是远程计算系统138、第一计算系统144、第二计算系统146或被操作耦合到远程计算系统138的某个其他计算系统的一部分。数据仓库158存储与起重机的维修有关的信息。

图2图示出起重机200，其可与图1的起重机100相同。起重机200包括传感器组件202和起重机控制器组件212。类似于图1的起重机100的传感器组件116，传感器组件202包括无线电模块203、一个或多个传感器204（诸如加速度计）、模数转换器206以及微控制器208。同样地，起重机控制器组件212（像图1的起重机控制器组件124）包括适合于与无线电模块203通信的第二无线电模块214、远程通信单元222、用户输入端218、用户输出端220以及起重机控制器216。图2中所示的系统与图1的系统部分不同，因为其不包括在图1的系统中存在的外部通信网络140和远程计算系统138。起重机200可在不存在外部通信网络140和远程计算系统138的情况下运行。起重机控制器组件212可存储与确定计算机可读存储介质中的起重机维修条件有关的信息。起重机控制器组件212可存储表示由传感器组件202测量的数据的信息。此信息可被存储且然后被起重机控制器组件212诊断以供操作员直接使用。替换地，起重机控制器组件212可以预定间隔或响应于事件而与远程计算系统通信、诸如图1的远程计算系统138通信。可将该信息存储并通过外部网络发射到远程计算系统以供将来诊断。

图3图示出其中将传感器组件302硬接线到起重机控制系统304的起重机300的实施例。在所有其他方面，图3的实施例与图2的实施例类似地运行，不同的是在传感器302或起重机控制系统304内不存在无线电模块。替代地，传感器组件302通过有线连接306而被直接地连接到起重机控制系统304。在某些实施例中，起重机控制系统304除与传感器组件302通信之外还可向传感器组件302供应功率。传感器组件302与起重机控制系统之间的有线连接306可适合于随着吊臂308延伸或缩回而在长度方面改变。此长度变化可由缠绕有线连接器306的线轴312实现。图3的实施例包括适合于与图1的远程计算机系统138通信的远程通信控制单元310。

图4图示出起重机400的实施例，其中，类似于图3的实施例，传感器402通过有线连接406而直接地与起重机控制系统404通信。然而，在图4的实施例中，在起重机吊臂上不利用微处理器或模数转换器。替代地，传感器402通过有线连接406将原始信号传送至起重机控制系统404。在起重机控制系统404处，由模数转换器408将原始信号处理成数字信号。类似于图1至3的实施例，起重机控制系统404可包括适合于与图1的远程计算机系统138通信的远程通信控制单元410。

图5图示出起重机监视系统500的实施例的高级框图。起重机监视系统500包括远程传感器模块502、起重机控制器504、远程通信控制器506、诸如后勤部门/商业智能系统之类的远程计算系统508以及最终使用应用程序510。此起重机监视系统500涵盖移动式起重机的每个先前所述实施例。

远程传感器模块502适合于测量可以针对磨损指示模式而被监视和分析的吊臂加速度、噪声以及其他传感器形态。针对加速度，可将诸如一个或多个加速度计之类的传感器51刚性附着于吊臂。传感器512在起重机操作（诸如伸缩和提升）期间测量吊臂振动。传感器512产生表示被测变量的信号。

由传感器512产生的信号通常是模拟信号，其然后被模数转换器514转换成数字信号。微控制器516管理远程传感器模块502且可执行诸如传感器电源管理、数字信号数据过滤以及其他管理任务之类的任务。在信号衰减或引入附加噪声之前在传感器512附近将模拟信号转换成数字信号是有益的。数字信号不那么易受噪声和干扰，并且可以在没有退化的情况下被重传。在其中微控制器516对数据进行过滤的实施例中，可向起重机控制器504发送较少的数据。这减少了通信所需的带宽并节省功率。

远程传感器模块502包括发射和接收数据的通信部件518。可始终对通信部件518通电，或者可选择性地由时钟、事件检测器或微处理器来通电。在某些实施例中，通信部件518可以是有线连接。在此类实施例中，通过导线向起重机控制器504发射数据。有线连接可另外向远程传感器模块502提供功率。在其他实施例中，通信部件518可以是无线连接，诸如蓝牙、Wi-Fi或其他数据连接。在此类实施例中，远程传感器模块502可包含其自己的电源，诸如电池。为了保留电池功率，此类实施例可在不进行测量时掉电。无线连接可在低功率状态下保持通电并响应于来自起重机控制器504的信号而唤醒。在其他实施例中，远程传感器模块502可从本地功率发生器接收功率，诸如在2012年4月16日提交、题为“Power andControl for Wireless Anti - Two Block System”的美国专利申请12/762,186中公开的发生器。

起重机控制器504通过与远程传感器模块502的通信部件518兼容的通信部件520而与远程传感器模块502通信。例如，如果远程传感器模块502具有无线通信部件518，起重机控制器504将是同样的。在某些实施例中，起重机控制器504可具有多个通信部件520，使得其可与无线通信部件和有线通信部件两者进行通信。起重机控制器504还包括用于实现功能的控制器522和用于与用户相交互的操作员输入端和输出端524。

远程通信控制器506包括适合于与起重机控制器504的通信部件520通信的本地通信部件526。远程通信部件530适合于与远程系统、诸如远程计算系统508通信。微控制器528可控制本地通信部件526和远程通信部件530的操作。

远程计算系统508包括适合于经由远程通信部件530与远程系统、诸如起重机控制器504通信的远程通信部件532。处理器534实现计算机可执行指令，其可包括用于确定起重机的维修条件的指令。处理器534被操作耦合到数据库536，其可存储与用于一个或多个起重机的维修条件有关的信息。可将商业智能单元538操作连接到数据库536并配置成基于包含在数据库536中的信息而进行关于起重机维修条件的判定。远程计算系统508的每个部件可单独地实现在单个计算设备或应用程序上，可实现为计算设备或应用程序的系统，或者可与远程计算系统的一个或多个其他部件一起实现。

最终使用应用程序510被操作耦合到远程计算系统508，并且可包括移动设备540，其被配置成访问存储在数据库536中的信息和/或从商业智能单元538访问商业智能判定。最终使用应用程序510还可包括最终用户计算机542，其被配置成访问存储在数据库536中的信息和/或从商业情报单元538访问商业智能判定。可在许多不同移动设备、计算机、基于网络的应用程序以及相同的组合上实现最终使用应用程序510。

图6是图示出在起重机操作期间测量的加速度的图表600。将相对于图1的起重机100来描述图表600。图表600的竖轴602表示由位于起重机100的吊臂末端114上的3轴加速度计118测量的加速度。横轴604表示时间。加速度已被使用带通滤波器滤波，使得仅示出在频率的通带内的加速度。典型通带将包括从0.5 赫兹（Hertz）至5.0赫兹的频率，但其他范围是可行的。

图表600具有对应于3轴加速度计118的三个不同轴中的每一个的三个不同绘图。第一绘图线606表示吊臂末端114的横向或左右加速度。第二绘图608表示吊臂末端114的纵向加速度。第三绘图610表示垂直于横向和纵向轴的吊臂末端114处的垂直加速度。

最初，在零时间612处，所测量加速度是小的。在时间614处，起重机操作员开始预定的起重机操作。在图表600的示例中，所述预定起重机操作为使吊臂102伸出和缩回，然而其他操作是可行的。如用第二绘图线608可以看到的，吊臂102随着吊臂102延伸而体验到主要在纵向方向上的加速度。在时间616处，吊臂102已充分地延伸。纵向加速度现在与横向加速度相比是小的，其随着时间的流逝而减小。在时间618处，操作员使吊臂102缩回。在纵轴中存在瞬时加速度，类似于在吊臂102延伸时存在的那些。另外，横向加速度明显比在吊臂102延伸时大。在时间620，吊臂完全缩回。一旦吊臂102完全缩回，主要加速度在垂直轴中发生并随时间的流逝而减小。

包括图6的图表600的数据可用来确定吊臂102的维修条件和或验证并改善其设计。可使用起重机控制器组件124来确定起重机维修条件，或者其可由远程计算系统138确定。处理器确定起重机维修条件的示例包括处理器将数据与历史数据相比较以确定任何异常。例如，可以针对所确定的正常值来比较停止纵向加速度所需的时间量。如果该时间量大于正常值，则其可指示吊臂102的磨损垫被磨损，允许过大的振动。在另一示例中，在缩回或延伸的同时的纵向瞬时加速度可以大于基线值，指示延伸机构的液压密封存在的问题。可以有用于确定磨损的其他技术，并且其不一定要求针对基线而比较值。在某些实施例中，可使用测量结果或历史趋势的组合来确定磨损。可以将测量的加速度和计算的维修条件与历史和理论数据相比较以验证和改善设计。

在某些实施例中，可将数据分解成频率含量。这可使用快速傅立叶变换来完成。然后可以评估该频率数据以确定可指示维修条件的不正常频率或振幅。从类似起重机获得的历史数据可用来确定指示特定维修条件的频率和振幅。例如，远程计算系统508可具有需要维修的起重机的历史记录。可以分析这些历史记录以确定在正常操作的起重机中不存在的一般频率和振幅。然后可以命令处理单元查找这些条件。

传感器118还可用来测量相对于重力的角度。图7a和图7b图示出吊臂700的简化视图。吊臂包括固定臂702和延伸臂704。延伸臂704被磨损垫706支撑在固定臂702内。在延伸臂的末端处的载荷708具有法向分量710和切向分量712。载荷708是重力加速度的结果，但是还可包括其他力，诸如风载荷。法向分量710在吊臂700中引起力矩714。

在具有新磨损垫706的吊臂700中，力矩714几乎不引起延伸臂704的正交位移，如图7a中所示。如果磨损垫706被磨损，如图7b中所示，力矩714导致延伸臂以位移角716移位。可以使用加速度计118来确定吊臂700的末端处的臂角。加速度计118测量重力加速度的方向，其可以分解成切向分量和法向分量。臂角等于重力加速度的切向分量和重力加速度的法向分量的比的反正切。可以通过计算延伸臂缩回的情况下的臂角与延伸臂延伸的情况下的臂角的差来找到位移角716。此外，可以使用三角测量法根据吊臂长度和位移角来计算正交位移距离。

图8是根据放置在延伸臂704上的加速度计的重力加速度的切向分量与重力加速度的法向分量的比的反正切计算的臂角802对比时间804的图表。在点806处，延伸臂704缩回并具有约2.5度的臂角。随着延伸臂704朝着点808延伸，臂角减小至约1.5度。点806附近的尖峰脉冲是臂随着其延伸而加速的结果，并且该尖峰脉冲反映测量噪声而不是实际臂角802。同样地，点808、810和812附近的尖峰脉冲是延伸臂加速的结果且并不指示实际臂角802。延伸臂704被保持在点808和810之间的恒定长度。如此，臂角802在点808和点810之间保持相对恒定。在点810处，延伸臂缩回。在点810之后，臂角802逐渐地减小直至延伸臂704在点812处完全缩回为止。在此过程期间，固定臂的臂角保持恒定。

可以通过监视延伸臂的位移来确定线性延伸臂部件的维修条件。可通过在延伸臂上具有已知载荷而增加位移量。类似于频率数据，可将位移数据存储、发射、用来确定基线并用来确定维修条件。

该加速度传感器还可用来随着其延伸而计算吊臂的速度。可通过对沿着吊臂的加速度求积分来发现速度。速度的变化可以指示诸如泵、密封以及致动器之类的部件中的磨损。该速度分量可另外用来对加速度测量结果进行加权。例如，如果吊臂以高速度完全延伸到硬停，则较高的加速度是可能的，因为在停止时耗散了更多的动能。可以进一步对速度求积分以计算吊臂的延伸部。在某些实施例中，可使用准确的响应长度传感器来计算吊臂末端处的速度和加速度。

用于检测维修条件的另一有用特性是测量吊臂末端的水平位移。吊臂末端的水平位移可指示磨损，并且在超过阈值时，可用来触发维修条件，诸如对预防性维护的需要。可通过对水平加速度求积分两次来发现水平位移。

起重机控制器504可从数据库536接收基线数据，或者其可基于过去的测量结果来计算其自己的基线数据。该基线数据被存储在存储器中并且被用来将基线与测量数据相比较。

可通过外部通信网络向远程计算系统508发射数据。可立即发射数据，或者可将其存储在存储器中并在稍后的时间发射。起重机控制器504可使用该数据和先前存储在存储器中的基线来确定起重机的维修。在某些实施例中，可通过外部通信网络来检索基线以供起重机控制器504使用。仍然在其他实施例中，远程计算系统508可使用由起重机控制器504发射的数据来进行起重机维修条件的确定。在此类实施例中，远程计算机系统508然后可向起重机控制系统返回指示至少一个起重机维修条件的状态标识符。远程计算系统508还可向起重机控制器504发送已更新基线以供将来使用。

起重机控制器504可通过已知起重机操作来提示起重机操作员操作起重机。例如，起重机控制器504可提示操作员使吊臂以45度角成角度，并使吊臂延伸，保持该延伸一分钟，并且然后使吊臂缩回。使起重机操作员执行已知起重机程序允许更简单地识别起重机维修条件。起重机控制器504可记录操作员输入，验证操作员执行了已知操作。

在某些实施例中，起重机可包括适合于与起重机控制器504通信的至少一个附加传感器。所述至少一个附加传感器可感测附加起重机状态，诸如吊臂长度、起重机载荷、吊臂位置或吊臂角度。此信息可被起重机控制器504存储且可用来验证起重机执行了已知起重机操作。还可与传感器数据相结合地使用该信息来验证起重机的维修条件。

当起重机控制器504将数据发送到远程计算系统508时，其可包括其他数据，诸如起重机标识符、时间、位置、环境条件及其他数据。远程计算系统508将数据存储在维修数据库中。在图9中示出了维修数据库的一个示例。在图9中，数据库900包括多个维修记录902。每个维修记录902存储起重机型号904、序列号906、吊臂型号908、数据记录910、维修数据912以及保修数据914。数据字段的此列表是说明性的且实施例不限于本示例。

远程计算系统508可使用包含在数据库900中的信息以基于从起重机接收到的数据来确定用于起重机的维修条件。例如，起重机可连同起重机序列号一起发送表示在吊臂处测量的加速度的数据。可以发送其他数据，包括诸如线性延伸部件延伸长度和位移角之类的信息，如前所述。远程计算系统508然后可基于序列号而找到起重机的所有先前记录，并将过去的加速度数据或其他数据与接收数据相比较。或者，远程计算系统508可基于该型号的多个起重机的数据记录而产生用于起重机的该特定型号的基线。在某些实施例中，可在从起重机接收到数据之前计算基线。可在起重机控制器504上将基线存储在用于起重机的数据记录中。

在某些实施例中，可以从传感器所检测的事件的发生的加权和触发维修警告。例如，在一个示例中，可以用公式来触发检查，诸如（类型1事件的数目）/N1+（类型2事件的数目）/N2+（类型3事件的数目）/N3 >= 1，其中，N1、N2和N3是加权因数且N1＞N2＞N3。（即，10个类型1事件、1000个类型2事件或100000个类型3事件或充分加权的组合触发警告检查。）该事件可以是单一类型事件的不同阈值。例如，振动可具有三个不同阈值，其中最低阈值对应于次要事件且最高阈值对应于主要事件。在此类系统中，大量微小振动在激活维修警告之前将是可允许的，或者相对少的大的振动将导致维修警告。例如，可使微小振动与正常磨损的磨损垫相关联，而大的振动可与有故障的磨损垫相关联。可以在起重机控制器504处执行数据的实际存储和计算，或者可将事件发送到远程计算系统508以用于计算。

许多预防性维护调度表简单地基于日历时间。其他人尝试使用更多地指示预期磨损的数据，诸如通过记录引擎在运行的小时数。本发明可以用来跟踪给定起重机部件的实际使用，诸如在伸缩式吊臂的延伸和缩回期间可能磨损的部件的实际使用。在此类实施例中，测量度量可以是行进的加权距离。例如，可以计算载荷条件下的延伸和或缩回循环的和。传感器512将能够检测线性延伸部件的致动并可以确定行进的距离。起重机控制器504通常具有测量线性延伸部件上的载荷的传感器512。度量可能是（缩回的类型1载荷的数目）/ N1R +（延伸的类型1载荷的数目）/ N1E +（缩回的类型2载荷的数目）/N2R +（延伸的类型2载荷的数目）/ N2E +（缩回的类型3载荷的数目）/ N3R +（延伸的类型3载荷的数目）/N3E，其中，N1R、N1E、N2R、N2R、N3E和N3R是加权因数且N1E＞N2E＞N3E且N1R＞N2R＞N3R。例如，类型1载荷可以是至少67%容量的载荷，并且类型2载荷可以在从容量的33%至66%的范围内。如果线性延伸部件未完成延伸或缩回，则载荷的数目可以是分数。传感器512还可用来确定行进的实际距离并使用该测量结果。再次地，可以在起重机控制器504处执行数据的实际存储和计算，或者可将事件发送到远程计算系统508以用于计算。这些度量将证明然后将在预防性维护程序中被替换的各零件上的预期磨损的准确指示。

在图10的实施例中描述了维修工具1000。维修工具1000具有便携式的外壳1002。在外壳1002内，维修工具包含适合于与传感器1006、诸如加速度计通信的第一通信接口1004。第一通信接口1004可具有适合于与传感器1006通信的外部无线接收机1008。第二通信接口1010适合于与起重机控制系统通信。第一通信接口1004和第二通信接口1010可以是有线或无线的，或者两者的组合。通信接口1004、1010可使用不同的通信协议。

计算机处理器被操作耦合到第一通信接口1004和第二通信接口1010，使得计算机处理器能够与第一通信接口1004和第二通信接口1010通信。计算机可读存储介质被操作耦合到计算机处理器。计算机可读存储介质的示例包括硬盘、闪速驱动器、光盘、磁带驱动器或存储计算机可读数据的任何其他介质。计算机可读存储介质存储计算机可执行指令，其在被计算机处理器执行时促使计算机处理器实现各功能。此类功能包括用于通过第一通信接口1004从传感器1006接收信号的功能、用于通过第二通信接口1010与起重机控制系统通信的功能以及用于基于接收信号来确定起重机的至少一个维修条件的功能。

计算机可读存储介质还存储用于确定起重机的维修条件的数据。用于确定起重机维修条件的数据可包括与多个起重机型号有关的数据，并且由计算机处理器实现的功能还可包括用于从所述多个起重机型号中选择关于给定起重机型号的数据的功能。在某些实施例中，该功能可包括用于从所述多个起重机型号中检测起重机型号的功能。例如，维修工具可具有通过通信接口被操作耦合到计算机处理器的射频识别数据（RFID）标签扫描仪或通过通信接口被操作耦合到计算机处理器的条形码扫描仪。起重机或起重机部件可具有向维修工具识别起重机或起重机部件的RFID标签或条型码。

在另一实施例中，维修工具1000包括适合于与远程数据仓库、诸如图5的远程计算系统508通信的第三通信接口。维修工具1000的功能可包括用于通过第三接口向数据仓库发送表示接收的传感器信号的数据的功能和用于接收更新数据以便更新用于确定起重机的维修条件的数据的功能。在某些实施例中，维修工具1000可通过第三通信接口从远程数据仓库接收起重机维修条件的指示。用于确定起重机的维修条件的数据可包括从远程数据仓库接收到的起重机的维修条件的指示。

在某些实施例中，维修工具1000包括传感器1006，诸如加速度计。传感器1006被配置成耦合到起重机部件并通过第一通信接口1004与计算机处理器通信。外壳1002可具有尺寸和形状被确定为接纳传感器1006的保持器。在此类实施例中，将传感器1006存储在保持器中并可以去除以将维修工具1000耦合到起重机部件。

图11图示出维修工具1100的另一实施例。维修工具1100类似于图10的维修工具，并且包括具有处理器、计算机可读存储介质、第一通信接口1104以及第二通信接口1110的外壳1102。然而，维修工具1100的第一通信接口1104是无线接口，而维修工具1000的第一通信接口1004是被通信耦合到无线接收机1008的有线连接。第一通信接口1104使用无线通信协议与传感器1106通信。第二通信接口1110是与起重机控制器通信的有线接口。在某些实施例中，维修工具1100可通过单个无线接口与传感器和起重机控制器两者进行通信。在这种情况下，可将所述单个无线接口视为第一通信接口1004和第二通信接口110两者。

已相对于起重机吊臂描述了实施例，但其可应用于起重机的任何振动部件。例如，网格吊臂、网格吊杆、支腿横梁以及支腿千斤顶可使用本发明的实施例来确定其维修条件。在此类实施例中，数据库内的记录将包含附加字段以记录与部件相关联的加速度。基于先前由同一型号的起重机提供的加速度，可以针对该部件产生适当的基线。

此外，可与加速度数据相结合地使用其他测量结果以确定起重机维修需要。例如，传感器可监视温度和噪声以便在确定起重机维修条件时使用。应理解的是，对本文所述的当前优选实施例的各种变更和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。例如，还可在支腿或液压圆筒上使用本发明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下且在不减少其预定优点的情况下，可进行此类变更和修改。因此意图在于此类变更和修改被所附权利要求覆盖。

Claims (42)

1.一种起重机监视系统，包括：

a) 传感器，适合于感测线性延伸部件的加速度序列并输出表示加速度序列的信号；

b) 处理单元，被操作耦合到传感器并适合于接收信号；

c) 数据存储器，存储计算机可执行指令，其在被处理单元执行时促使处理单元执行多个功能，包括：

用以利用信号来确定至少一个起重机维修条件的功能，其中将所述信号与基线数据相比较。

2.根据 权利要求1所述 的起重机监视系统，其中，所述多个功能还包括：

用以将信号分解成频率含量的功能，并且其中，用以确定至少一个起重机维修条件的功能包括评估频率含量。

3.根据 权利要求1所述 的起重机监视系统，其中，所述基线数据被存储在所述数据存储器中。

4.根据 权利要求1所述 的起重机监视系统，还包括：

数据链路，被操作耦合到所述处理单元，该数据链路适合于与远程计算系统通信。

5.根据 权利要求4所述 的起重机监视系统，其中，用以确定至少一个起重机维修条件的功能包括通过数据链路将表示信号的数据传输到远程计算系统，并通过数据链路来接收所述至少一个起重机维修条件的指示。

6.根据 权利要求4所述 的起重机监视系统，其中，所述数据存储器还存储基线数据，并且其中，用以确定至少一个起重机维修条件的功能包括将信号与基线数据相比较，并且所述多个功能还包括

用于通过数据链路将表示信号的数据发送到远程计算系统的功能，以及

用于通过数据链路从远程计算系统接收已更新基线数据的功能。

7.根据 权利要求1所述 的起重机监视系统，其中，所述多个功能还包括用于通过预定起重机操作来提示操作员操作起重机的功能。

8.根据 权利要求1所述 的起重机监视系统，其中，所述多个功能还包括用于记录起重机操作员输入的功能。

9.根据 权利要求1所述 的起重机监视系统，还包括适合于感测至少一个起重机状态并输出表示所述感测的起重机状态的至少一个附加信号的至少一个附加传感器，并且其中，所述处理单元还适合于接收所述至少一个附加信号，其中，所述多个功能包括存储表示所述至少一个附加信号的数据。

10.根据 权利要求9所述 的起重机监视系统，其中，所述至少一个起重机状态选自由吊臂长度、起重机载荷、吊臂位置以及吊臂角度组成的组。

11.根据 权利要求9所述 的起重机监视系统，其中，用以确定至少一个起重机维修条件的功能利用所述至少一个相应的信号。

12.根据 权利要求1所述 的起重机监视系统，其中，所述多个功能还包括用以响应于接收到指示线性延伸部件的待决致动的输入而唤醒传感器的功能。

13.根据 权利要求12所述 的起重机监视系统，其中，所述多个功能还包括用以响应于接收到指示线性延伸部件的不活动的输入而促使传感器进入低功率状态的功能。

14.根据 权利要求1所述 的起重机监视系统，其中，所述传感器是三轴加速度计。

15.根据 权利要求9所述 的起重机监视系统，其中，所述多个功能包括用于监视操作员输入的功能，并且其中，用以确定至少一个起重机维修条件的功能还利用操作员输入。

16.根据 权利要求15所述 的起重机监视系统，其中，所述操作员输入是操纵杆位置。

17.一种用于使用维修工具来确定线性延伸起重机部件的至少一个维修条件的方法，该方法包括：

a) 将传感器耦合到线性延伸起重机部件，该传感器适合于感测线性延伸起重机部件的加速度并输出表示该加速度的信号；

b) 通过预定操作程序来操作线性延伸起重机部件；

c) 在预定操作程序期间在维修工具处从传感器接收表示线性延伸起重机部件的一系列加速度的信号；以及

d) 分析接收的信号来确定用于线性延伸起重机部件的所述至少一个维修条件，其中将所述接收的信号与基线值进行比较。

18.根据 权利要求17所述 的方法，还包括：

将表示该信号的数据传送至远程数据仓库。

19.根据 权利要求17所述 的方法，其中，分析信号的步骤包括将信号分解成频率含量并将该频率含量与所述基线值相比较。

20.根据 权利要求19所述 的方法，其中，所述基线值对应于预定操作程序。

21.根据 权利要求19所述 的方法，还包括：

将频率含量保存到数据存储器。

22.根据 权利要求21所述 的方法，其中，所述数据存储器具有在其上面存储的包括频率含量的历史趋势的数据，并且其中，将频率含量与基线值相比较包括将频率含量与频率含量的历史趋势相比较。

23.根据 权利要求17所述 的方法，其中，所述预定操作程序包括提升操作。

24.根据 权利要求17所述 的方法，其中，所述预定操作程序包括使线性延伸起重机部件延伸。

25.一种用于跟踪起重机队伍的维修条件的系统，该系统包括：

a) 多个起重机传感器，适合于感测起重机部件的加速度；

b) 多个通信链路，被操作耦合到所述多个起重机传感器；

c) 数据仓库，被操作耦合到所述多个通信链路；以及

d) 处理单元，被操作耦合到数据仓库，所述处理单元具有计算机可读存储器，其存储指令，该指令在被处理单元执行时促使处理单元分析先前从所述多个通信链路接收到的数据以确定用于产生起重机设计的信息或用于确定起重机维修需要的信息，其中将所述接收的数据与基线数据相比较。

26.根据 权利要求25所述 的系统，其中，所述数据仓库存储多个数据记录，每个数据记录包括：

a) 起重机标识；

b) 起重机传感器数据的历史；以及

c) 起重机维修数据的历史。

27.根据 权利要求26所述 的系统，其中，所述起重机标识包括起重机型号、起重机序列号以及起重机部件的身份。

28.根据 权利要求25所述 的系统，其中，所述起重机队伍包括多个起重机型号，并且其中，所述指令还促使处理单元确定基线数据以便确定用于所述多个起重机型号中的每个起重机型号的起重机维修需要。

29.一种用于确定起重机的至少一个维修条件的维修工具，该维修工具包括：

a) 外壳；

b) 第一通信接口，适合于与传感器通信；

c) 第二通信接口，适合于与起重机控制系统通信；

d) 计算机处理器，被设置在外壳内，该计算机处理器被操作耦合到通信接口；

e) 计算机可读存储介质，被操作耦合到计算机处理器并设置在外壳内，该计算机可读存储介质具有在其上面存储的用于确定至少一个维修条件的数据和计算机可执行指令，该计算机可执行指令在被计算机处理器执行时促使计算机处理器实现功能，包括：

i) 用于通过第一通信链路从传感器接收信号的功能；

ii) 用于通过第二通信链路与起重机控制系统通信的功能；以及

iii) 用于基于信号来确定起重机的所述至少一个维修条件的功能，其中将所述信号与基线数据相比较。

30.根据 权利要求29所述 的维修工具，还包括被操作耦合到所述第一通信接口的传感器。

31.根据 权利要求30所述 的维修工具，其中，所述外壳包括尺寸和形状被确定为接纳传感器的保持器。

32.根据 权利要求29所述 的维修工具，其中，用于确定起重机的至少一个维修条件的数据包括与多个起重机型号有关的数据，并且其中，所述功能还包括用于从所述多个起重机型号中选择关于给定起重机型号的数据的功能。

33.根据 权利要求29所述 的维修工具，其中，用于确定起重机的至少一个维修条件的数据包括与多个起重机型号有关的数据，并且其中，所述功能还包括用于从所述多个起重机型号中检测起重机型号的功能。

34.根据 权利要求29所述 的维修工具，还包括射频识别数据（RFID）标签扫描仪，并且其中，用于检测起重机型号的功能包括与RFID标签扫描仪通信。

35.根据 权利要求33所述 的维修工具，还包括条形码扫描仪，并且其中，用于检测起重机型号的功能包括与条形码扫描仪通信。

36.根据 权利要求29所述 的维修工具，还包括设置在外壳内的第三通信接口，该第三通信接口适合于与远程数据仓库通信，其中，所述功能还包括用于通过第三通信接口向数据仓库发送表示信号的数据的功能和用于接收更新数据以便更新用于确定起重机的维修条件的数据的功能。

37.一种起重机，包括：

a) 起重机主体；

b) 起重机部件，被耦合到起重机主体；

c) 传感器，被耦合到起重机部件并适合于感测起重机部件的加速度序列且输出表示该加速度序列的信号；

d) 处理单元，被操作耦合到传感器并适合于接收信号；

e) 数据存储器，存储计算机可执行指令，其在被处理单元执行时促使处理单元执行多个功能，包括：

用以根据信号来确定至少一个维修条件的功能，其中将所述信号与基线数据相比较。

38.根据 权利要求37所述 的起重机，其中，所述起重机部件包括伸缩吊臂。

39.根据 权利要求38所述 的起重机，其中，所述至少一个维修条件包括是否需要替换伸缩吊臂上的一个或多个磨损垫。

40.根据 权利要求38所述 的起重机，其中，所述至少一个维修条件包括是否需要润滑所述伸缩吊臂。

41.根据 权利要求37所述 的起重机，还包括起重机控制系统，其中，所述处理单元被集成在起重机控制系统内，并且其中，所述多个功能包括用以记录到起重机控制系统的至少一个输入的功能。

42.根据 权利要求37所述 的起重机，其中，所述起重机部件选自由网格吊臂、网格吊杆、支腿横梁以及支腿千斤顶组成的组。