CN107958110B - 一种推土机工作状态动态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种推土机工作状态动态监测方法，其属于工程机械监测领域，包括预先建立数据库、实时采集工作参数、通过工作参数访问数据库并进行数据分析、显示当前铲刀的工作状态参数，实时采集斜支撑铰点距离值、左提升油缸铰点距离值、右提升油缸铰点距离值和倾斜油缸铰点距离值，均是推土机上便于采集的参数；可使操作者清楚获知铲刀当前姿态，方便操作者准确调整铲刀参数，提高作业效率，降低劳动强度，防止误操作，提高工作效率及精度。

Description

一种推土机工作状态动态监测方法

技术领域

本发明涉及工程机械监测领域，尤其涉及一种推土机工作状态动态监测方法。

背景技术

推土机属于土石方作业工程机械，工作环境复杂。推土机前工作装置如图1所示，包括铲刀1、推杆2、斜支撑3、倾斜油缸4、左提升油缸5和右提升油缸6，用以完成铲运和推运任务。

操作人员需要适时调整铲刀的提升高度、下降高度，倾斜高度、入土角等参数来满足作业需求，目前尚未有实时监测铲刀工作状态的方法，铲刀姿态调整全凭操作者的经验，劳动强度高，精确度及效率偏低，有时还容易误操作，如极限位置倾斜等，易损坏铲刀，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种推土机工作状态动态监测方法，以解决现有技术中存在的铲刀姿态调整全凭操作者的经验、劳动强度高、精确度及效率偏低、存在安全隐患的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种推土机工作状态动态监测方法，包括：

预先建立数据库，数据库中包括斜支撑铰点距离XL与铲刀入土角度A的关系曲线，曲线由多个离散的点拟合而成，相邻铲刀入土角度A之间的间隔为0.5°～1°；

实时采集工作参数，包括采集斜支撑铰点距离值XLC、左提升油缸铰点距离值LLC、右提升油缸铰点距离值RLC和倾斜油缸铰点距离值TLC；

通过工作参数访问数据库，进行数据分析；

显示当前铲刀的工作状态参数；

当前铲刀的工作状态参数，包括：

根据测得的斜支撑铰点距离值XLC查询数据库中的斜支撑铰点距离XL与铲刀入土角度A关系曲线数据，查得斜支撑铰点距离XL，此时与XL对应的铲刀入土角度A为当前状态下的铲刀入土角度值Ap；

当铲刀为倾斜姿态时，根据测得的倾斜油缸铰点距离值TLC和当前状态下的铲刀入土角度值Ap，查询数据库中的倾斜油缸铰点距离TL与铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB关系曲线数据；查得倾斜油缸铰点距离TL，此时与TL对应的铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB之差的绝对值为当前铲刀倾斜高度Tp。

其中，进行数据分析包括：

判断铲刀是否处于极限位置倾斜工况，若是，则判定铲刀此动作为危险动作，发出操作危险警示；否则，获得当前铲刀的工作状态参数。

其中，数据库中预存有提升油缸最大极限行程Lmax、提升油缸设定误差值Δlmax、倾斜油缸设定误差值Δt；

若|LLC-Lmax|<＝Δlmax或者|RLC-Lmax|<＝Δlmax，且|XLC-TLC|>Δt，则判定铲刀处于极限位置倾斜工况。

其中，判断测得的斜支撑铰点距离值XLC和测得的倾斜油缸铰点距离值TLC的差值是否在预设范围内，若是，则判定当前铲刀为水平位置，否则，判定当前铲刀为倾斜姿态。

其中，当铲刀在水平位置时，铲刀倾斜高度Tp＝0。

其中，测得的左提升油缸铰点距离值LLC和测得的右提升油缸铰点距离值RLC的平均值为铲刀水平位置提升油缸测量值LC；

根据获得的当前状态下的铲刀入土角度值Ap，利用算得的铲刀水平位置提升油缸测量值LC查询数据库中对应的提升油缸铰点距离LS与铲刀高度L的关系曲线数据，查得提升油缸铰点距离LS，此时与LS对应的铲刀高度L为当前铲刀姿态下铲刀高度值Lp；

则当前状态下的铲刀左刀尖高度值LBp和铲刀右刀尖高度值RBp均等于铲刀高度值Lp。

其中，当铲刀为倾斜姿态时，根据测得的倾斜油缸铰点距离值TLC和当前状态下的铲刀入土角度值Ap，查询数据库中的倾斜油缸铰点距离TL与左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM关系曲线数据；查得倾斜油缸铰点距离TL，获得此时与TL对应的左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM；

根据测得的左提升油缸铰点距离值LLC、右提升油缸铰点距离值RLC和获得的左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM，转化算得铲刀水平位置提升油缸测量值LC；

根据当前状态下的铲刀入土角度值Ap，利用LC查询数据库中的提升油缸铰点距离LS与铲刀高度L的关系曲线数据，获得提升油缸铰点距离LS，此时与LS对应的铲刀高度L为当前铲刀姿态下铲刀高度值Lp；

则当前状态下的铲刀左刀尖高度值LBp为铲刀左刀尖高度LB和铲刀高度值Lp之和，当前状态下的铲刀右刀尖高度值RBp为铲刀右刀尖高度RB和铲刀高度值Lp之和。

本发明的有益效果：

本发明提出的推土机工作状态动态监测方法，通过预先建立数据库，并实时采集工作参数访问数据库，进行分析计算显示当前铲刀的工作状态参数，可使操作者清楚获知铲刀当前姿态，方便操作者准确调整铲刀参数，提高作业效率，降低劳动强度，防止误操作，提高工作效率及精度。

附图说明

图1是现有的推土机前工作装置的结构示意图；

图2是本发明提供的推土机工作状态动态监测方法的数据库状态图；

图3是本发明提供的推土机工作状态动态监测方法的流程图。

图中：

1、铲刀；2、推杆；3、斜支撑；4、倾斜油缸；5、左提升油缸；6、右提升油缸。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

参见图2和图3，一种推土机工作状态动态监测方法，主要包括预先建立数据库、实时采集工作参数、通过工作参数访问数据库并进行数据分析、显示当前铲刀的工作状态参数等步骤。

利用机构动力学仿真手段对推土机的铲刀工作姿态进行仿真计算，获取铲刀工作姿态曲线数据库。

数据库中包括斜支撑铰点距离XL与铲刀入土角度A的关系曲线，以及对应每个铲刀入土角度A获得的提升油缸铰点距离LS与铲刀高度L的关系曲线、倾斜油缸铰点距离TL与铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB的关系曲线和倾斜油缸铰点距离TL与左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM的关系曲线。

数据库中还预存有提升油缸最大极限行程Lmax、提升油缸设定误差值Δlmax、倾斜油缸设定误差值Δt、斜支撑设定误差值Δa、铲刀水平位置倾斜油缸设定误差值Δt′、铲刀水平位置提升油缸设定误差值Δl′、铲刀倾斜位置倾斜油缸设定误差值Δt″等相关参数。

由于铲刀属于空间运动机构，如果对每种姿态都进行仿真分析，那么仿真分析数据库容量过大，不利于实时存储、查询及显示，因此根据铲刀入土角度A进行分组获取铲刀工作姿态曲线数据库。

由于入土角度变化对倾斜高度等参数的影响敏感度较大，仿真数据根据精度对铲刀入土角度A进行数据分组，分为A1、A2、A3、……、An。分组间距可根据设置精度进行定义，如某铲刀入土角度为52±3°，可按1°为间距进行分组共分为49°、50°、51°、52°、53°、54°、55°，7个数据组，也可按0.5°进行分13组。

建立数据库的具体步骤如下：

首先分析获得斜支撑铰点距离XL与铲刀入土角度A关系曲线数据，曲线由多个离散的点拟合而成，点的数量越多，曲线越精确，点的数量根据实际需要的精度确定。相邻铲刀入土角度A之间的间隔为0.5°～1°。

根据分组情况，以地面位置为初始位置，得到以下3组曲线：

1.铲刀提升下降动作，左、右提升油缸同时动作，左提升油缸铰点距离LL、右提升油缸铰点距离RL与提升、下降高度L的关系曲线数据；

2.铲刀倾斜动作，倾斜油缸铰点距离TL与铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB关系曲线数据；

3.铲刀倾斜动作，倾斜油缸铰点距离TL与左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM关系曲线数据。

其中，高度值以地面为基准，提升为正，下降为负；运作值伸长为正，缩短为负。

因为对应每组入土角度A共3组关联数据曲线，如果入土角分组共7组，加上首次获得的斜支撑铰点距离XL与铲刀入土角度A关系曲线，一共22组关联数据曲线，大大减少了仿真数据库数据容量。

在建立数据库之后，需要采集当前状态下的工作参数，以便于分析当前状态下的铲刀姿态。

采集当前状态下的工作参数的具体步骤如下：

采用位置传感器，实时测量斜支撑铰点距离值XLC、左提升油缸铰点距离值LLC、右提升油缸铰点距离值RLC和倾斜油缸铰点距离值TLC；实际情况中，可以根据需要间隔设定时间采集一次参数，设定时间可以为1分钟或者任意根据需要设定的数值。这些参数均是推土机上便于采集到的，操作简单，成本低。

通过采集到的工作参数访问预先建立的数据库，进行数据分析，得到当前铲刀的工作状态参数并显示。其中，进行数据分析具体包括：

1)判断铲刀是否处于极限位置倾斜工况，若是，则判定铲刀此动作为危险动作，发出操作危险警示；否则，获得当前铲刀的工作状态参数。

判断过程为：若|LLC-Lmax|<＝Δlmax或者|RLC-Lmax|<＝Δlmax，并且|XLC-TLC|>Δt，则判断铲刀处于极限位置倾斜工况。

2)若铲刀处于安全状态，则获得当前铲刀的工作状态参数，具体包括：

首先，根据测得的斜支撑铰点距离值XLC查询斜支撑铰点距离XL与铲刀入土角度A关系曲线数据，查得斜支撑铰点距离XL，此时与XL对应的铲刀入土角度A为当前状态下的铲刀入土角度值Ap。

优选地，将测得的斜支撑铰点距离值XLC与曲线上的各个斜支撑铰点距离XL进行比较，当|XLC-XL|<＝Δa时，此时的斜支撑铰点距离XL为查得的斜支撑铰点距离XL，此时与XL对应的铲刀入土角度A为当前状态下的铲刀入土角度值Ap。

然后，判断当前状态下的铲刀是处于水平位置，还是处于倾斜姿态。判断测得的斜支撑铰点距离值XLC和倾斜油缸铰点距离值TLC的差值是否在预设范围内，若是，则判定当前铲刀为水平位置，否则，判定当前铲刀为倾斜姿态。

预设范围为[-Δt′，Δt′]，即如果|XLC-TLC|<＝Δt′，则判定当前铲刀为水平位置，否则，判定当前铲刀为倾斜姿态。

21)若铲刀处于水平位置，则按照如下步骤计算铲刀的工作状态参数：

铲刀倾斜高度Tp＝0，铲刀左刀尖高度LB＝0、铲刀右刀尖高度RB＝0；左提升油缸运动距离LM＝0、右提升油缸运动距离RM＝0。

测得的左提升油缸铰点距离值LLC和右提升油缸铰点距离值RLC的平均值为铲刀水平位置提升油缸测量值LC，即

根据获得的当前状态下的铲刀入土角度值Ap，利用算得的铲刀水平位置提升油缸测量值LC查询数据库中对应的提升油缸铰点距离LS与铲刀高度L的关系曲线数据，查得提升油缸铰点距离LS，此时与LS对应的铲刀高度L为当前铲刀姿态下铲刀高度值Lp。

优选地，将算得的铲刀水平位置提升油缸测量值LC与曲线上的各个提升油缸铰点距离LS进行比较，当|LC-LS|<＝Δl′时，此时对应的铲刀高度L为当前铲刀姿态下铲刀高度值Lp。

当前状态下的铲刀左刀尖高度值LBp为铲刀左刀尖高度LB和铲刀高度值Lp之和，当前状态下的铲刀右刀尖高度值RBp为铲刀右刀尖高度RB和铲刀高度值Lp之和，即

LBp＝Lp+LB

RBp＝Lp+RB

因为铲刀处于水平位置时，LB＝0、RB＝0，则当前状态下的铲刀左刀尖高度值LBp和当前状态下的铲刀右刀尖高度值RBp均等于铲刀高度值Lp。

因此，获得了当铲刀为水平位置时的工作状态参数：铲刀入土角度值Ap、铲刀高度值Lp、铲刀倾斜高度Tp、铲刀左刀尖高度值LBp、铲刀右刀尖高度值RBp。并将当前工作状态参数显示在显示屏上，便于操作者观察。

22)若铲刀处于倾斜姿态，则按照如下步骤计算铲刀的工作状态参数：

根据测得的倾斜油缸铰点距离值TLC和当前状态下的铲刀入土角度值Ap，查询数据库中对应的倾斜油缸铰点距离TL与铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB关系曲线数据，查得倾斜油缸铰点距离TL，此时与TL对应的铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB之差的绝对值|LB-RB|为当前铲刀倾斜高度Tp。

优选地，将测得的倾斜油缸铰点距离值TLC与曲线上的各个倾斜油缸铰点距离TL进行比较，当|TLC-TL|<＝Δt″时，此时与TL对应的铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB之差的绝对值|LB-RB|为当前铲刀倾斜高度Tp。

根据测得的倾斜油缸铰点距离值TLC和当前状态下的铲刀入土角度值Ap，查询数据库中对应的倾斜油缸铰点距离TL与左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM关系曲线数据，查得倾斜油缸铰点距离TL，获得此时与TL对应的左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM。

优选地，将测得的倾斜油缸铰点距离值TLC与曲线上的各个倾斜油缸铰点距离TL进行比较，当|TLC-TL|<＝Δt″时，获得此时与TL对应的左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM。

根据获得的左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM和测得的左提升油缸铰点距离值LLC、右提升油缸铰点距离值RLC，将铲刀处于倾斜姿态时的参数转化计算得铲刀水平位置提升油缸测量值LC，即

根据当前状态下的铲刀入土角度值Ap，利用转化算得的铲刀水平位置提升油缸测量值LC查询数据库中对应的提升油缸铰点距离LS与铲刀高度L的关系曲线数据，查得提升油缸铰点距离LS，此时与LS对应的铲刀高度L为当前铲刀姿态下铲刀高度值Lp。

优选地，将转化算得的铲刀水平位置提升油缸测量值LC与曲线上的各个提升油缸铰点距离LS进行比较，当|LC-LS|<＝Δl′时，此时对应的铲刀高度L为当前铲刀姿态下铲刀高度值Lp。

当前状态下的铲刀左刀尖高度值LBp为铲刀左刀尖高度LB和铲刀高度值Lp之和，当前状态下的铲刀右刀尖高度值RBp为铲刀右刀尖高度RB和铲刀高度值Lp之和，即

LBp＝Lp+LB

RBp＝Lp+RB

因此，获得了当铲刀为倾斜姿态时的工作状态参数：铲刀入土角度值Ap、铲刀高度值Lp、铲刀倾斜高度Tp、铲刀左刀尖高度值LBp、铲刀右刀尖高度值RBp。并将当前工作状态参数显示在显示屏上，便于操作者观察。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种推土机工作状态动态监测方法，其特征在于，包括：

预先建立数据库；

实时采集工作参数，包括采集斜支撑铰点距离值XLC、左提升油缸铰点距离值LLC、右提升油缸铰点距离值RLC和倾斜油缸铰点距离值TLC；

通过工作参数访问数据库，进行数据分析；

进行数据分析包括：

判断铲刀是否处于极限位置倾斜工况，若是，则判定铲刀此动作为危险动作，发出操作危险警示；否则，获得当前铲刀的工作状态参数；

显示当前铲刀的工作状态参数；

获得当前铲刀的工作状态参数，包括：

根据测得的斜支撑铰点距离值XLC查询数据库中的斜支撑铰点距离XL与铲刀入土角度A关系曲线数据，查得斜支撑铰点距离XL，此时与XL对应的入铲刀入土角度A为当前状态下的铲刀入土角度值Ap；

判断测得的斜支撑铰点距离值XLC和测得的倾斜油缸铰点距离值TLC的差值是否在预设范围内，若是，则判定当前铲刀为水平位置，否则，判定当前铲刀为倾斜姿态；

当铲刀为倾斜姿态时，根据测得的倾斜油缸铰点距离值TLC和当前状态下的铲刀入土角度值Ap，查询数据库中的倾斜油缸铰点距离TL与铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB关系曲线数据；查得倾斜油缸铰点距离TL，此时与TL对应的铲刀左刀尖高度LB、铲刀右刀尖高度RB之差的绝对值为当前铲刀倾斜高度Tp。

2.根据权利要求1所述的推土机工作状态动态监测方法，其特征在于，数据库中预存有提升油缸最大极限行程Lmax、提升油缸设定误差值Δlmax、倾斜油缸设定误差值Δt；

若|LLC-Lmax|<＝Δlmax或者|RLC-Lmax|<＝Δlmax，且|XLC-TLC|>Δt，则判定铲刀处于极限位置倾斜工况。

3.根据权利要求1所述的推土机工作状态动态监测方法，其特征在于，当铲刀在水平位置时，铲刀倾斜高度Tp＝0。

4.根据权利要求3所述的推土机工作状态动态监测方法，其特征在于，测得的左提升油缸铰点距离值LLC和测得的右提升油缸铰点距离值RLC的平均值为铲刀水平位置提升油缸测量值LC；

根据获得的当前状态下的铲刀入土角度值Ap，利用算得的铲刀水平位置提升油缸测量值LC查询数据库中对应的提升油缸铰点距离LS与铲刀高度L的关系曲线数据，查得提升油缸铰点距离LS，此时与LS对应的铲刀高度L为当前铲刀姿态下铲刀高度值Lp；

则当前状态下的铲刀左刀尖高度值LBp和铲刀右刀尖高度值RBp均等于铲刀高度值Lp。

5.根据权利要求1所述的推土机工作状态动态监测方法，其特征在于，根据测得的倾斜油缸铰点距离值TLC和当前状态下的铲刀入土角度值Ap，查询数据库中的倾斜油缸铰点距离TL与左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM关系曲线数据；查得倾斜油缸铰点距离TL，获得此时与TL对应的左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM；

根据测得的左提升油缸铰点距离值LLC、右提升油缸铰点距离值RLC和获得的左提升油缸运动距离LM、右提升油缸运动距离RM，转化算得铲刀水平位置提升油缸测量值LC；

根据当前状态下的铲刀入土角度值Ap，利用LC′查询数据库中的提升油缸铰点距离LS与铲刀高度L的关系曲线数据，获得提升油缸铰点距离LS，此时与LS对应的铲刀高度L为当前铲刀姿态下铲刀高度值Lp；

则当前状态下的铲刀左刀尖高度值LBp为铲刀左刀尖高度LB和铲刀高度值Lp之和，当前状态下的铲刀右刀尖高度值RBp为铲刀右刀尖高度RB和铲刀高度值Lp之和。

6.根据权利要求1-5任一项所述的推土机工作状态动态监测方法，其特征在于，在预先建议数据库的过程中，采用多个离散的点拟合曲线，相邻铲刀入土角度A之间的间隔为0.5°～1°。

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