CN109183895B - 挖掘机作业循环智能计数方法和计数系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及挖掘机作业循环计数，为解决现有挖掘机作业循环次数计数容易出错的问题；提供一种挖掘机作业循环智能计数方法，其特征在于步骤如下：通过数据采集模块的速度检测装置检测挖掘机上部车身回转角速度；数据处理模块接收上部车身的回转角速度数据并分析角速度的变化，并记录上部车身的回转角速度由零值变化至正值或负值的速度变化时间节点和回转角速度由正值或负值变化至零值的速度变化时间节点；当每出现两个相邻且相同的速度变化时间节点时所述数据处理模块推定挖掘机完成一个作业循环，对挖掘机作业循环次数加一并在显示装置上显示挖掘机作业循环总次数。本发明通过上部车身的回转角速度的变化推定挖掘作业循环并自动计数，准确性高。

Description

挖掘机作业循环智能计数方法和计数系统

技术领域

本发明涉及一种计算方法，更具体地说，涉及一种挖掘机作业循环智能计数方法和计数系统。

背景技术

在挖掘机的测试过程中具有诸多的测试项目是基于挖掘机作业循环次数，挖掘机作业循环计数是指挖掘机在规定时间里完成的挖掘循环数，它是衡量挖掘机作业效率的指标。

传统的挖掘机作业循环次数计数方式是用纸和笔画“正”字的方式人工来计数，一个正字是指5斗。如今大多采用的方式是使用计数器和秒表来计数。但随着时代进步，人工成本在提高，计数这活非常费时间又枯燥，也满足不了测试的长期作业保持高精度要求(观察数斗久容易让人产生疲劳，还有半途接电话等因素也容易产生误差)，而随着科技发展，数据智能化也成了新技术发展的方向，全新的挖掘机作业循环计数是我们需要研究的方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有挖掘机作业循环次数计数容易出错、不准确的问题，而提供一种挖掘机作业循环智能计数方法和计数系统。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机作业循环智能计数方法，其特征在于步骤如下：通过数据采集模块的速度检测装置检测挖掘机上部车身回转角速度；数据处理模块接收上部车身的回转角速度数据并分析角速度的变化，并记录上部车身的回转角速度由零值变化至正值或负值的速度变化时间节点和回转角速度由正值或负值变化至零值的速度变化时间节点；当每出现两个相邻且相同的速度变化时间节点时所述数据处理模块推定挖掘机完成一个作业循环，对挖掘机作业循环次数加一并在显示装置上显示挖掘机作业循环总次数。在本发明中，速度检测装置可以是设置在挖掘机上部车身的陀螺仪，或者转速传感器检测出上部车身相对下部车身的回转角速度。挖掘机在进行挖掘物料装车的作业循环中，包括挖掘动作，载料回转动作、向车斗中卸料的卸料动作、空斗回转至挖掘位置的回位回转动作。挖掘机进行连续的挖掘机作业时，其所进行的动作按上述四个动作顺序进行循环，在挖掘动作中，上部车身不回转，其角速度为零，在载料回转动作中上部车身角速度大于零，卸料动作中角速度等于零，在回位回转动作中，角速度小于零。从上一个动作进行到下一个动作时，上部车身的回转角速度都会发生变化，角速度由零值变至正值或负值，或者由正值或负值变化至零值。本发明中通过速度检测装置检测上部车身的角速度，并分析角速度的变化并记录速度变化时间节点，当速度变化时间节点重现时推定完成一个挖掘工作循环，对挖掘机的挖掘循环次数进行加一，从而实现挖掘机作业循环智能计数。

在上述挖掘机作业循环智能计数方法中，数据处理模块记录的上部车身的速度变化时间节点包括由零值变化至正值的零正节点、回转角速度由正值变化至零值的正零节点、回转角速度由零值变化至负值的零负节点、回转角速度由负值变化至零值的负零节点的四种速度变化时间节点；零正节点对应着挖掘机完成物料挖掘后进行载料回转，正零节点对应着上部车身载料回转至卸料点后停止准备卸料，零负节点对应着上部车身从卸料点由静止开始向物料挖掘点回转，负零节点对应着上部车身回转至物料挖掘点后停止准备挖掘物料。

进一步，在上述挖掘机作业循环智能计数方法中，所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环的步骤中还包括以下步骤：所述数据处理模块通过位移传感器检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量、通过压力传感器检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸无杆腔内压力的压力传感器；所述数据处理模块分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段且在该时间段内油缸无杆腔压力大于预设压力时，所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。在挖掘机进行物料挖掘动作时，铲斗和斗杆都是做回收动作，铲斗油缸和斗杆油缸的活塞杆都是向外伸出，油缸活塞杆的伸出量是增加的。并且挖掘物料时，铲斗油缸和斗杆油缸的无杆腔均处于推动油缸活塞杆伸出的高压状态。在一个工作循环中，会存在一个挖掘动作，因此也存在一个铲斗油缸和斗杆油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段，并且在该时间段，铲斗油缸和斗杆油缸的大腔的压力会大于一定值(也即大于根据机型设定的预设值)。因此可以通过铲斗油缸活塞杆伸出量或斗杆油缸活塞杆伸出量的变化以及它们无杆腔内的压力值大小并结合上部车身角速度的变化而推定挖掘机是否完成一个作业周期。当上部车身角度度变化完成一个循环且在该循环周期内具有挖掘物料的动作时推定挖掘机完成一个作业循环。此举可以避免挖掘机作业时空斗回转循环动作被计入挖掘作业次数，使得挖掘机作业循环次数计数更加准确。进一步地，所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环的步骤中还包括以下步骤：所述数据处理模块通过发动机参数检测装置检测发动机转速和发动机负载率中两参数中的至少一个参数，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段同时该时间段内的发动机检测参数的平均值大于预设值时所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

或者，本发明挖掘机作业循环智能计数方法中，所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环的步骤中还包括以下步骤：所述数据处理模块通过位移传感器检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量、通过发动机参数检测装置检测发动机转速和发动机负载率中两参数中至少一个参数并分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段同时该时间段内的发动机检测参数的平均值大于预设值时所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。也即通过铲斗油缸和/或斗杆油缸的伸缩以及发动机的转速和/或负载率推定判断挖掘机是否在挖掘机回转循环中进行了挖掘动作，若在一个挖掘回转循环动作过程中进行了挖掘物料的动作，则推定挖掘机完成一个作业循环，对挖掘机作业循环次数加一并在显示装置上显示挖掘机作业循环总次数。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机作业循环智能计数系统，该计数系统包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块包括检测挖掘机上部回转角速度的速度检测装置；所述数据处理模块接收上部车身的回转角速度数据并分析角速度的变化，记录上部车身的回转角速度由零值变化至正值或负值的速度变化时间节点和回转角速度由正值或负值变化至零值的速度变化时间节点；当每出现两个相邻且相同的速度变化时间节点时所述数据处理模块推定挖掘机完成一个作业循环，对挖掘机作业循环次数加一并在显示装置上显示挖掘机作业循环总次数。进一步地，所述数据处理模块记录上部车身的速度变化时间节点包括由零值变化至正值的零正节点、回转角速度由正值变化至零值的正零节点、回转角速度由零值变化至负值的零负节点、回转角速度由负值变化至零值的负零节点的四种速度变化时间节点；在每个作业循环的两个相同的速度变化时间节点之间具有四种速度变化时间节点中的其他三个速度变化时间节点。

进一步地，上述挖掘机作业循环智能计数系统中，所述数据采集模块还包括用于检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量的位移传感器、用于检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸无杆腔内压力的压力传感器，所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环时所述数据处理模块接收压力传感器和位移传感器的检测数据并分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段且在该时间段内油缸无杆腔压力大于预设压力时，所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。进一步地，所述数据采集模块还包括用于检测发动机转速和发动机负载率中两参数中至少一个参数的发动机参数检测装置；所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环时所述数据处理模块接收发动机参数检测装置的检测数据，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段同时该时间段内发动机检测参数的平均值大于预设值时所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

或者，本发明挖掘机作业循环智能计数系统，其特征在于所述数据采集模块还包括用于检测发动机转速和发动机负载率中两参数中至少一个参数的发动机参数检测装置、用于检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量的位移传感器；所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环时所述数据处理模块接收发动机参数检测装置的检测数据和位移传感器的检测数据并分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段同时该时间段内的发动机检测参数的平均值大于预设值时所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

本发明与现有技术相比，本发明通过速度检测装置检测挖掘机上部车身的回转角速度的变化，推定挖掘机作业循环并自动计数，提高其准确性。

附图说明

图1是本发明挖掘机作业循环智能计数系统的框图

图2是本发明挖掘机循环挖掘作业过程中上部车身的角速度变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

本实施例中的挖掘机作业循环智能计数系统结构框图如图1所示，在该计数系统包括数据采集模块1和数据处理模块20，数据采集模1块包括：速度检测装置11、发动机参数检测装置12、压力传感器13、位移传感器14、信号接收模块17、信号发射模块18、数据存储模块16、电源模块15等等。

其中速度检测装置11用于检测挖掘机上部车身的回转角速度；速度检测装置可以是角速度传感器、或者是设置在上部车身上的陀螺仪。

压力传感器13用于检测挖掘机斗杆油缸的无杆腔内压力，或用于检测挖掘机铲斗油缸的无杆腔内压力；或者设置两个压力传感器分别用于检测挖掘机斗杆油缸的无杆腔内压力和挖掘机铲斗油缸的无杆腔内压力。

位移传感器14用于检测挖掘机斗杆油缸的活塞杆伸出量，或用于检测挖掘机铲斗油缸的活塞杆伸出量；或者设置两个位移传感器分别用于检测挖掘机斗杆油缸的活塞杆伸出量和挖掘机铲斗油缸的活塞杆伸出量。位移传感器可以是直线位移传感器，直接测出油缸活塞杆的伸出量。位移传感器还可以是角度位移传感器，用于测量斗杆与动臂之间的夹角而计算斗杆油缸活塞杆的伸出量，或斗杆与铲斗之间的夹角而计算铲斗油缸活塞杆的伸出量。

电源模块15用于对数据采集模块进行供电，数据存储模块16则对速度检测装置、压力传感器13、位移传感器14采集的信号进行存储与读取。信号接收模块17和信号发射模块18则用于与数据处理模块进行无线通讯，实现远程获取数据采集模块所采集的数据。数据采集模块在进行场地试验时也可以通过有线通讯与数据处理模块进行通讯，实现检测数据的下载与读取。

数据处理模块是安装有对数据采集模块所采集数据进行处理分析的软件系统的计算机，数据处理模块通过对采集数据分析，推定挖掘机是否完成一个作业循环，每完成一个作业循环，则对挖掘机作业循环次数进行加一计数。

本实施例中计算方法如下：

数据处理模块接收速度检测装置检测到的上部车身回转角速度数据并分析角速度的变化，记录上部车身的回转角速度由零值变化至正值或负值的速度变化时间节点和回转角速度由正值或负值变化至零值的速度变化时间节点。上部车身的速度变化时间节点包括由零值变化至正值的零正节点、回转角速度由正值变化至零值的正零节点、回转角速度由零值变化至负值的零负节点、回转角速度由负值变化至零值的负零节点的四种速度变化时间节点；在挖掘机的标准挖掘物料装车的过程中，如图2所示，零正节点A对应着挖掘机完成物料挖掘后进行载料回转，正零节点B对应着上部车身载料回转至卸料点后停止准备卸料，零负节点C对应着上部车身从卸料点由静止开始向物料挖掘点回转，负零节点D对应着上部车身回转至物料挖掘点后停止准备挖掘物料。

当每出现两个相邻且相同的速度变化时间节点时数据处理模块推定挖掘机完成一个作业循环，对挖掘机作业循环次数加一并在显示装置上显示挖掘机作业循环总次数。挖掘机完成一个标准的作业循环时，零正节点A、正零节点B、零负节点C、负零节点D、零正节点A循环出现。

为了避免挖掘机空斗回转循环计入挖掘机的作业循环次数中，本发明计算方法中还采集铲斗油缸和斗杆油缸的大腔压力、活塞杆的伸出量、发动机的转速和负载率等对挖掘机是否完成一个有效的作业循环进行辅助判断。

数据处理模块通过位移传感器检测斗杆油缸和铲斗油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量并分析其变化，当活塞杆伸出量由小变大时，则推定挖掘机时在做挖掘动作(铲斗和斗杆做回收动作)。挖掘机在进行挖掘动作时，挖掘机的斗杆和铲斗都做回收动作，在斗杆回收和铲斗回收动作中，铲斗后杠的活塞杆和斗杆的油缸的活塞杆伸出，活塞杆伸出量由小变大。

数据处理模块还通过压力传感器检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸无杆腔内压力。铲斗挖掘物料时，铲斗油缸和斗杆油缸的无杆腔均处于推动油缸活塞杆伸出的高压状态，此时油缸无杆腔压力值与预先设置的进行对比。因此可以通过检测铲斗油缸和斗杆油缸的无杆腔内的压力与预设压力值进行对比判断其是否大于预设压力值而推定挖掘机铲斗是否有负载。

数据处理模块分析上部车身的速度变化时间节点出现两个相邻且相同的速度变化时间节点(例如出现了两个零正节点)，并且在这两个相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内，具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段(也即挖掘机具有斗杆回收动作或/和铲斗回收动作)同时该时间段内铲斗油缸和/或斗杆油缸的无杆腔内的压力大于预设压力值(铲斗上有负载)，由此推定挖掘机完成了一个作业循环。对挖掘机作业循环次数加一并在显示装置上显示挖掘机作业循环总次数。

为了更精确地推定挖掘机是否完成了一个作业循环，还可以通过发动机参数检测装置检测发动机的参数，例如检测发动机转速、发动机负载率或者同时检测发动机转速和发动机负载率。发动机参数检测装置通常为发动机自带部件，并且这些参数会被传递至发动机控制单元，因此数据处理模块可以通过获取发动机控制单元获取发动机转速、发动机负载率等参数。

数据采集模块通过发动机参数检测装置检测发动机转速和发动机负载率中两参数中至少一个参数并分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段(挖掘动作)同时该时间段内的发动机检测参数的平均值大于预设值时数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。发动机参数预设值可以通过试验测试来确定，例如在挖掘机的每个档位操作挖掘机做若干标准的挖掘动作，并测试此时的发动机转速、发动机负载率，然后计算平均值从而得到挖掘机每个档位下的检测参数预设值。

在挖掘机的挖掘物料的过程中，铲斗油缸的活塞杆和斗杆油缸的活塞杆的变化时同步一致，其伸出量都是由小变大，因此，可以只检测铲斗油缸和斗杆油缸中的任意一个油缸的活塞杆伸出量来推定挖掘机是否在挖掘动作。当然同时检测铲斗油缸的活塞杆和斗杆油缸的活塞杆的伸出量并判断它们的变化，将得到更精确的结果。

同样，在挖掘机的挖掘物料过程，铲斗油缸的无杆腔压力、斗杆油缸的无杆腔压力、发动机的转速、发动机负载率均会同步大于对应的预设值，因此可以只检测铲斗油缸的无杆腔压力、斗杆油缸的无杆腔压力、发动机的转速、发动机负载率中任何一个将其与对应的预设值进行对比，则可以判断铲斗上是否有负载。当然同时检测铲斗油缸的无杆腔压力、斗杆油缸的无杆腔压力、发动机的转速、发动机负载率中多个参数并与对应的预设值进行对比，将获得更精确的结果。

Claims (10)

1.一种挖掘机作业循环智能计数方法，其特征在于步骤如下：通过数据采集模块的速度检测装置检测挖掘机上部车身回转角速度；数据处理模块接收上部车身的回转角速度数据并分析角速度的变化，并记录上部车身的回转角速度由零值变化至正值或负值的速度变化时间节点和回转角速度由正值或负值变化至零值的速度变化时间节点；当每出现两个相邻且相同的速度变化时间节点时所述数据处理模块推定挖掘机完成一个作业循环，对挖掘机作业循环次数加一并在显示装置上显示挖掘机作业循环总次数。

2.根据权利要求1所述的挖掘机作业循环智能计数方法，其特征在于数据处理模块记录的上部车身的速度变化时间节点包括由零值变化至正值的零正节点、回转角速度由正值变化至零值的正零节点、回转角速度由零值变化至负值的零负节点、回转角速度由负值变化至零值的负零节点的四种速度变化时间节点；在每个作业循环的两个相同的速度变化时间节点之间具有四种速度变化时间节点中的其他三个速度变化时间节点。

3.根据权利要求1所述的挖掘机作业循环智能计数方法，其特征在于所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环的步骤中还包括以下步骤：所述数据处理模块通过位移传感器检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量、通过压力传感器检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸无杆腔内压力的压力传感器；所述数据处理模块分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段且在该时间段内油缸无杆腔压力大于预设压力时，所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

4.根据权利要求3所述的挖掘机作业循环智能计数方法，其特征在于所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环的步骤中还包括以下步骤：所述数据处理模块通过发动机参数检测装置检测发动机转速和发动机负载率中两参数中的至少一个参数，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段同时该时间段内的发动机检测参数的平均值大于预设值时所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

5.根据权利要求1所述的挖掘机作业循环智能计数方法，其特征在于所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环的步骤中还包括以下步骤：所述数据处理模块通过位移传感器检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量、通过发动机参数检测装置检测发动机转速和发动机负载率中两参数中至少一个参数并分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段同时该时间段内的发动机检测参数的平均值大于预设值时所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

6.一种挖掘机作业循环智能计数系统，其特征在于：该计数系统包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块包括检测挖掘机上部回转角速度的速度检测装置；所述数据处理模块接收上部车身的回转角速度数据并分析角速度的变化，记录上部车身的回转角速度由零值变化至正值或负值的速度变化时间节点和回转角速度由正值或负值变化至零值的速度变化时间节点；当每出现两个相邻且相同的速度变化时间节点时所述数据处理模块推定挖掘机完成一个作业循环，对挖掘机作业循环次数加一并在显示装置上显示挖掘机作业循环总次数。

7.根据权利要求6所述的挖掘机作业循环智能计数系统，其特征在于所述数据处理模块记录上部车身的速度变化时间节点包括由零值变化至正值的零正节点、回转角速度由正值变化至零值的正零节点、回转角速度由零值变化至负值的零负节点、回转角速度由负值变化至零值的负零节点的四种速度变化时间节点；在每个作业循环的两个相同的速度变化时间节点之间具有四种速度变化时间节点中的其他三个速度变化时间节点。

8.根据权利要求7所述的挖掘机作业循环智能计数系统，其特征在于所述数据采集模块还包括用于检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量的位移传感器、用于检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸无杆腔内压力的压力传感器，所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环时所述数据处理模块接收压力传感器和位移传感器的检测数据并分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段且在该时间段内油缸无杆腔压力大于预设压力时，所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

9.根据权利要求6或8所述的挖掘机作业循环智能计数系统，其特征在于所述数据采集模块还包括用于检测发动机转速和发动机负载率中两参数中至少一个参数的发动机参数检测装置；所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环时所述数据处理模块接收发动机参数检测装置的检测数据，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段同时该时间段内发动机检测参数的平均值大于预设值时所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

10.根据权利要求6所述的挖掘机作业循环智能计数系统，其特征在于所述数据采集模块还包括用于检测发动机转速和发动机负载率中两参数中至少一个参数的发动机参数检测装置、用于检测铲斗油缸和斗杆油缸中至少一个油缸活塞杆伸出量的位移传感器；所述数据处理模块推定挖掘机是否完成一个作业循环时所述数据处理模块接收发动机参数检测装置的检测数据和位移传感器的检测数据并分析油缸活塞杆伸出量的变化，当两个相邻且相同的速度变化时间节点之间的时间间隔内具有油缸活塞杆伸出量由小变大的时间段同时该时间段内的发动机检测参数的平均值大于预设值时所述数据处理模块才推定挖掘机完成一个作业循环。

Images