CN111091310A - 挖掘设备健康监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种挖掘设备健康监测系统及方法，属于工程机械监测技术领域。所述方法包括：确定工程机械的工作姿态，并获取所述工作姿态下与所述工程机械的工作装置对应的应变检测点数据；根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，再通过所述应变检测点数据，获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据；将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，并通过所述应力统计数据，评估所述工程机械的损伤程度。本发明用于挖掘设备工作装置的健康状况评估。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械监测技术领域，具体地涉及一种用于工程机械健康监测的方法、一种用于挖掘设备健康监测的信号采集方法、一种用于工程机械健康监测的系统、一种用于挖掘设备的健康监测系统、一种设备、一种工程机械和一种计算机可读存储介质。
背景技术
液压挖掘机是应用最为广泛、产销量最大的工程机械之一，广泛运用于能源、水利、交通、建筑等基础工程建设中，是国家建设过程中重要的施工产品；据统计，60％以上的土石方开挖是由液压挖掘机完成的。
挖掘机的服役载荷复杂多变，挖掘机工作装置长期承受随机的交变载荷，容易产生疲劳破坏。实际使用中，挖掘机工作装置频繁发生疲劳断裂，导致结构失效，严重影响挖掘机整机的工作性能。据统计，由疲劳造成的破坏占机械破坏的80％左右。影响挖掘机疲劳开裂的因素众多，主要分为内因与外因，内因主要是工作装置的使用的材料、焊接工艺、结构形式等，外因为服役过程中的挖掘力复杂载荷。目前，行业内暂无有效的办法可对挖掘机铲斗的受力状态进行采集或求取，导致挖掘机生产企业很难在设计和产品出厂的验证阶段很难排除产品中的设计缺陷。
掌握挖掘机工作装置服役历程，并进行数据分析与处理，是进行产品设计、寿命预估与维护决策的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种挖掘设备健康监测系统及方法，解决现有技术因缺少载荷信息或应力信息分类而导致的无法统计损伤分解数据以及不能切实反映工程机械健康状况等技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于工程机械健康监测的方法，该方法包括：
S1)确定工程机械的工作姿态，并获取所述工作姿态下与所述工程机械的工作装置对应的应变检测点数据；
S2)根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，再通过所述应变检测点数据，获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据，其中，所述载荷历程数据的属性可以是频域或时域；
S3)将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，并通过所述应力统计数据，评估所述工程机械的损伤程度；
在步骤S2)中获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据之前，还可以配置循环监测操作，循环监测操作中，每获得一次应变检测点数据，则返回步骤S1)，其中，应变检测点数据可以是部分时刻的数据，具有实时性，循环监测操作执行至预设时间后，再形成载荷时间历程数据；
此外，在获得载荷时间历程数据之前，还可选地执行傅里叶变换等数据转换步骤，从而获得的载荷时间历程数据的属性可以是频域，以符合频域内的统计规则的数据要求。
具体的，步骤S1)中确定工程机械的工作姿态，具体为：
获取工程机械的油缸采集信号，通过所述油缸采集信号确定所述工程机械的工作姿态，其中，所述油缸采集信号包括：压力信号、位移信号和角度信号。
具体的，步骤S2)中根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，包括：
从所述应变检测点数据中选择至少两个应变检测点对应的应变数据，计算选择的应变数据的差值；
确定所述差值的变化历程符合预设载荷方向分类规则，利用所述选择的应变数据，获得载荷方向信息；
预设载荷方向分类规则可以根据实际服役中的工程机械具体类型进行配置，例如可以根据挖掘机铲斗斗齿的载荷方向类型进行观察和对应配置，具体的，可以进行理论仿真和台架试验，模拟一种载荷方向分类，然后在载荷与时间的谱线中进行判断，对于同种载荷方向类型，存在复现的或相似的(部分奇异点和扰动)应变数据的差值的变化历程，则可以实现预先配置的分类规则。
具体的，步骤S2)中根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，包括：
从所述应变检测点数据内，选定与所述工作装置中动臂对应的两个应变检测点的应变数据，其中，所述两个应变检测点被布置于所述动臂的盖板且在所述动臂的横截面内投影为相互独立；
若所述应变数据的差值的绝对值小于第一预设应力阈值，则确定载荷方向为正载荷方向，获得当前的载荷方向信息，或者，
若所述应变数据的差值的绝对值属于预设应力范围，则确定载荷方向为侧载荷方向，获得当前的载荷方向信息，或者，
若所述应变数据的差值的绝对值大于第二预设应力阈值，则确定载荷方向为偏载荷方向，获得当前的载荷方向信息，或者，
若所述应变数据的差值的绝对值大小符合小于所述第一预设应力阈值、属于所述预设应力范围和大于所述第二预设应力阈值三种大小判断条件中任意至少两种，则确定载荷方向为复合载荷方向，获得当前的载荷方向信息，其中，所述复合载荷方向为所述正载荷方向、所述偏载荷方向和所述侧载荷方向中至少两个方向，所述复合载荷方向可以是在多个时段内具有不同的载荷方向。
具体的，步骤S2)中在确定载荷方向信息之前，还包括：
从所述应变检测点数据内，选定与所述工作装置中动臂对应的至少两个应变检测点的应变数据，其中，与所述工作装置中动臂对应的至少两个应变检测点被布置于所述动臂的盖板且在所述动臂的横截面内投影为相互独立；
若所述应变数据的差值的绝对值大小符合小于第一预设应力阈值、属于预设应力范围和大于第二预设应力阈值三种大小判断条件中任意至少两种，则确定载荷方向为复合载荷方向，获得当前的载荷方向信息，其中，所述复合载荷方向为正载荷方向、偏载荷方向和侧载荷方向中至少两个方向，所述复合载荷方向可以是同一时刻具有不同的载荷方向或在多个时段内具有不同的载荷方向。
具体的，步骤S2)中的载荷方向信息，包括：
正载荷方向信息、偏载荷方向信息、侧载荷方向信息和复合载荷方向信息，其中，所述复合载荷方向信息被定义为在选定的时间范围(如同时刻或同一个时间段)内，具有正载荷方向信息、偏载荷方向信息和侧载荷方向信息中任意至少两类载荷方向信息。
具体的，步骤S2)中通过所述应变检测点数据，获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据，具体为：
通过所述应变检测点数据，获得与每类载荷方向信息对应的载荷历程数据。
具体的，步骤S1)中的应变检测点数据与所述工作装置的动臂对应；
步骤S3)中将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，包括：
根据所述载荷方向信息，对每个载荷方向的载荷历程数据分别进行计数、分割和重构，获得与所述动臂对应的载荷统计数据，其中，所述载荷方向信息中每个载荷方向均分别与所述工作装置的铲斗部件载荷方向对应，
选取损伤等效模型，利用所述损伤等效模型，将所述载荷统计数据转化为与所述动臂对应的应力统计数据，
利用与所述动臂对应的应力统计数据，结合预设映射关系，获得与所述铲斗部件对应的载荷统计数据，其中，所述预设映射关系被配置为通过与所述动臂对应的应力和所述工作装置的油缸作用力获得与所述铲斗部件对应的载荷的映射关系；
其中，应力统计数据可以是关于应力变化范围的应力谱，载荷统计数据可以是关于载荷幅和循环次数的载荷谱，载荷历程数据可以是关于载荷幅和时间的载荷-时间历程谱；
损伤等效模型可以包括信号预处理规则、基于损伤等效的数据强化规则和雨流计数规则等，信号预处理规则包括奇异值处理规则、信号零漂处理规则和滤波处理规则等；在一些具体实施中，信号预处理规则还可以包括插值规则；在一些具体实施中，基于损伤等效的数据强化规则，可选地形成包含具体数值(作用次数、特定分级应力和应力修正量等)的预配置的曲线或预配置的关系表，以方便快速完成数据强化。
具体的，步骤S3)在获得与所述铲斗部件对应的载荷统计数据之后，且在评估所述工程机械的损伤程度之前，还包括：
建立所述工作装置的有限元模型，通过与所述动臂对应的应力统计数据和/或与所述铲斗部件对应的载荷统计数据，结合所述有限元模型，转换获得所述工作装置的剩余部件的应力统计数据。
本发明实施例提供一种用于挖掘设备健康监测的信号采集方法，该信号采集方法包括：
S1)确定挖掘设备的动臂的部分区域为等效截面布置区域；
S2)布置第一应变传感单元于所述动臂的盖板，通过所述第一应变传感单元形成用于判断载荷方向的至少两个应变检测点，其中，所述至少两个应变检测点被配置为在所述等效截面布置区域内任意等效截面内投影相互独立；
S3)布置第二应变传感单元于所述动臂的腹板，通过所述第二应变传感单元形成用于获得所述挖掘设备铲斗部件载荷的应变检测点；
需要注意地是，动臂结构可以由不同的焊接方式形成，通常动臂可以由四块板焊接围成，若动臂(正常工作时姿态)截面内上方视为盖板，则其余三块板可以视为腹板，分别是下盖板、左侧板和右侧板，此时，步骤S3)中布置第二应变传感单元于所述动臂的腹板，具体为，布置第二应变传感单元于所述动臂的左侧板和/或右侧板；在一些具体实施中，动臂还可以由一块盖板和凹形母材构成，动臂截面内上方依旧视为盖板，此时，步骤S3)中布置第二应变传感单元于所述动臂的腹板，具体为，布置第二应变传感单元于所述动臂的腹板左侧面和/或腹板右侧面。
优选的，步骤S3)包括：
布置第二应变传感单元于所述等效截面布置区域内的腹板，其中，所述第二应变传感单元被布置于所述等效截面布置区域中至少两个等效截面内；
通过所述第二应变传感单元形成用于获得所述挖掘设备铲斗部件载荷的至少五个应变检测点，其中，
所述至少五个应变检测点被布置于所述至少两个等效截面内，所述至少五个应变检测点中处于所述至少两个等效截面中任意一个等效截面内的至少两个投影为相互独立，所述至少两个等效截面内等效截面至少存在一个应变检测点；
等效截面是应力变化情况为等效的动臂截面；对于投影，此处，投影可以是等效截面的垂直投影；假设光束沿着与动臂的任意一块板材(如上述四块板)所在面对应的平行方向朝等效截面射去，且此时光束与等效截面呈垂直，从而可以获得动臂的板材上设置的应变检测点(会遮挡光束传播)在等效截面内的垂直投影；对于应变检测点的分布位置，相对动臂的截面，存在应变检测点的任意一个动臂截面位置并不要求其他应变检测点也必须全部在所述任意一个动臂截面位置，各个应变检测点在焊缝所在直线方向上是可以有相对距离的，但是要求投影不能重叠，因为重叠的投影意味着至少两个应变检测点所检测的数据没有独立性，没有独立性的数据(无法确定分解力情况)可能相对真实应变数据有较大偏差。
本发明实施例提供一种用于工程机械健康监测的系统，该系统包括：
健康状况评估单元，被配置为用于确定工程机械的工作姿态，并通过信号采集与传输单元获取所述工作姿态下与所述工程机械的工作装置对应的应变检测点数据；
所述健康状况评估单元被配置为用于根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，再通过所述应变检测点数据，获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据；
所述健康状况评估单元还被配置为用于将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，并通过所述应力统计数据，评估所述工程机械的损伤程度。
本发明实施例提供一种用于挖掘设备的健康监测系统，该健康监测系统包括：
信号监测单元，被配置为用于通过前述的第一应变传感单元和第二应变传感单元生成应变检测点数据，其中，所述应变检测点数据通过信号采集与传输单元发送至前述的健康状况评估单元。
再一方面，本发明实施例提供一种设备，包括：
至少一个处理器；
存储器，与所述至少一个处理器连接；
其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的方法。
再一方面，本发明实施例提供一种工程机械，该工程机械具有前述的设备。
又一方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行前述的方法。
对应上述内容，本发明利用了具有载荷方向信息的载荷历程数据，使得转换的应力统计数据具有应力情况分类信息，能够获得更切实的工程机械损伤程度；
本发明至少通过压力信号、位移信号和角度信号实现确定工作姿态，能够在工作姿态被识别准确的情况下具有更低的实现成本和实现难度；
本发明通过应变数据、差值的变化历程与预设载荷方向分类规则，获得载荷方向信息，能够支持分解地记录载荷历程数据；
本发明提供了通过动臂应变数据确定载荷方向信息的判断方式，能够用于处理与动臂载荷存在映射关系的铲斗部件挖掘力的统计数据；
本发明提供了载荷方向信息的具体分类情况，能够支持用于工作装置的铲斗斗齿的载荷分析，并且还分类地记录了载荷历程数据，为分割和重构统计数据提供基础；
本发明通过动臂应变数据获得了铲斗部件的载荷统计数据，克服了处于复杂、混合外部受力的铲斗斗齿等工作装置部件难以获知实际载荷情况的问题，实现了铲斗部件的载荷统计，从而能够具有整个工作装置的健康程度的切实评价基础；
本发明利用应力统计数据作为有限元模型的初始配置参数，在一定预设边界条件下，能够掌握整个工作装置的剩余部件(相对等效截面布置区域内的动臂)的应力统计数据，从而实现了挖掘设备等工程机械的整个工作装置健康状况监测；
本发明还充分考虑了实际传感实现和计算设备等成本情况，优选了信号采集的实现方式。
本发明实施例的其它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实施例的进一步理解，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实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的主要系统架构示意图；
图2为本发明实施例的示例性挖掘机斗齿的受力分析示意图；
图3为本发明实施例的示例性挖掘机动臂上等效截面布置区域示意图；
图4为本发明实施例的示例性挖掘机动臂两个等效截面上的应变贴片位置示意图
图5为本发明实施例的示例性挖掘机工作装置受力分析示意图；
图6为本发明实施例的示例性挖掘机工作装置健康评估流程示意图。
附图标记说明
A、B、C、D、E、F、G、K、M、N、Q、Z和Q为铰点；
FDE和FGM为油缸作用力；
O1、O2、O3、O4和O5分别为铲斗重心、第一铲斗连杆重心、第二铲斗连杆重心、液压杆重心和动臂重心；
G1、G2、G3、G4和G5分别为铲斗自重、第一铲斗连杆自重、第二铲斗连杆自重、液压杆自重和动臂自重。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例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实施例，并不用于限制本发明实施例。
实施例1
本发明实施例提供了用于工程机械健康监测的系统，该系统包括：
健康状况评估单元，被配置为用于确定工程机械的工作姿态，并通过信号采集与传输单元获取所述工作姿态下与所述工程机械的工作装置对应的应变检测点数据；
所述健康状况评估单元被配置为用于根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，再通过所述应变检测点数据，获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据；
所述健康状况评估单元还被配置为用于将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，并通过所述应力统计数据，评估所述工程机械的损伤程度。
挖掘机工作装置健康监测系统包括信号监测单元、信号采集与传输单元、健康状况评估单元、以及与主机对接的各种接口，各单元之间的传输关系如图1所示。其中信号监测单元包括各种传感器如压力传感器、角位移传感器、应变传感器等，信号采集与传输单元包含各种数据的采集与传输模块，健康状况评估单元用于对各种信号进行分析与处理，并集成各种算法实现对挖掘机工作装置的损伤分析，最终对工作装置的健康状况进行评估，其中，应变传感器位置可以选为应变检测点位置。
挖掘机受力复杂，作业的土壤介质种类繁多，如挖掘过程中的石方料、松散土、原生土等，如破碎锤的岩石与混凝土等，使其挖掘机斗齿受到正载、偏载、侧载以及正、侧载等多种复杂载荷，但不管其受力形式如何复杂均可以将斗齿的挖掘机均可以分解为X、Y、Z三个方向的力FX,FY,FZ(如图2)。
在挖掘机动臂的非加强部位(即无补强板区域)选取两个等效截面(如图3)，在距焊缝一定距离的腹板上布置5个应变传感器(σ1、σ2、σ3、σ4、σ5，如图4)作为斗齿挖掘力传递规律计算的参考点。因铲斗处的FX,FY,FZ会在动臂与斗杆铰点F处产生轴向力、法向力、侧向力、轴向力矩以及法向力矩，则至少需要求解5个方程，且5个测试位置须有不同的截面特征，两个等效截面较为合适。在动臂上盖板的等效截面区域布置2个应变(σ6、σ7)作为确定正载、偏载以及各种复合载荷形式的判定点。通过理论推算与试验修正，挖掘机工作装置斗齿挖掘力与各部件的重力G1、G2、G3、G4、G5，斗杆油缸作用力FDE、铲斗油缸作用力FGM有关(如图5)，本实施例将挖掘力表达为：
P挖(X、Y、Z)＝f(k,μ,σ,F)
其中，k,μ为修正参数，该修正参数可以通过与等效截面的截面面积、高度、宽度和截面惯性矩等因素进行确定，σ为应力，F为油缸作用力，由于应力分别取为σ1、σ2、σ3、σ4、σ5，则可写为：
P挖(X、Y、z)＝(k1,k2,k3,k4,k5,μ1,μ2,μ3,μ4,μ5,σ1,σ2,σ3,σ4,σ5,FDE,FGM)
其中，k1,k2,k3,k4,k5分别为应力的修正参数，μ1,μ2,μ3,μ4,μ5分别为应力的修正参数。
实施例2
本发明实施例提供了用于工程机械健康监测的方法，该方法包括：
S1)确定工程机械的工作姿态，并获取所述工作姿态下与所述工程机械的工作装置对应的应变检测点数据；
S2)根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，再通过所述应变检测点数据，获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据，其中，载荷历程数据的属性可以是时域；
S3)将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，并通过所述应力统计数据，评估所述工程机械的损伤程度。
如图6，挖掘机工作装置健康监测方法具体如下：
1)信息监测单元实时采集油缸的压力、位移、角度信号，用以确定挖掘机的工作姿态；
2)挖掘机服役过程中的受力十分复杂，包括正载、偏载、侧载以及正载+侧载等多种复合情况。通过对挖掘机动臂上的两点(σ6、σ7)进行判断，确定挖掘机工作装置的受力形式；
正载姿态，两测试点(可以为应变检测点，也可以为应变数据的接收点)应力均为压应力，差值很小；具体可以为，压应力的差值的绝对值小于第一预设应力阈值，则可以确定载荷方向为正载荷方向，此时挖掘机工作姿态可以确定为正载姿态；
偏载姿态，两测试点应力均为压应力，差值很大；具体可以为，压应力的差值的绝对值大于第二预设应力阈值，则可以确定载荷方向为偏载荷方向，此时挖掘机工作姿态可以确定为偏载姿态；
侧载姿态，两侧点应力为拉压应力，差值在一定范围；具体可以为，拉压应力的差值的绝对值属于预设应力范围，则可以确定载荷方向为侧载荷方向，此时挖掘机工作姿态可以确定为侧载姿态；
在一些具体实施中，复合载荷根据组合载荷的不同形式进行区分判断，例如，在特定复合载荷情况下，可以视挖掘机工作姿态为复合载姿态，测试点(此时数量可以是多个)应力可以视为同时存在上述的压应力和上述的拉压应力(选定的时间范围可以是某个时刻)，如第一组两个测试点的应力作为压应力而第二组两个测试点的应力作为拉压应力，压应力的差值的绝对值可能很大(大于第二预设应力阈值)或很小(小于第一预设应力阈值)，并且拉压应力的差值的绝对值可以属于预设应力范围；
对于复合载姿态，在一些特定情况中，预设应力范围可以取为包含第二预设应力阈值和第一预设应力阈值的应力范围，上述两组测试点还可以取完全相同的测试点，即此处所用测试点数量仍可以为两个，两侧点应力为拉压应力，拉压应力的差值的绝对值可以属于预设应力范围，还可以符合大于第二预设应力阈值和/或小于第一预设应力阈值；
对于复合载姿态，还可以通过在选定的时间范围(可以是某个时间区间)内组合载荷的不同形式进行区分判断，例如，示例性的，在一些复合载荷情况下，两测试点可以在选定的时间范围中，部分时间范围内只存在压应力的差值的绝对值很大、压应力的差值的绝对值很小和拉压应力的差值的绝对值属于预设应力范围中任意一种情况，并且，至少在除了上述部分时间范围外的剩余时间范围内存在压应力的差值的绝对值很大、压应力的差值的绝对值很小和拉压应力的差值的绝对值属于预设应力范围中任意至少一种情况；
在一些具体实施中，由于各类挖掘机动臂等部件具体结构和部件材料等具体情况可能不尽相同，由于挖掘机的测试点或应变检测点数量和位置等具体情况可能不尽相同，以及由于应变检测的相关数据在具体系统中用途可能不尽相同等，则第一预设应力阈值和第二预设应力阈值的具体取值可以不同、相同或存在某个映射关系，预设应力范围的具体值区间可以包括第一预设应力阈值和/或第二预设应力阈值，预设应力范围的具体值区间也可以不包括第一预设应力阈值和/或第二预设应力阈值；
3)健康监测评估单元的数据分析模块对实际服役过程中的正载、偏载、侧载和复合载荷进行计数，并将相关数据进行分割与重构，分别对测试数据进行载荷处理，载荷处理包括信号奇异值、零漂、滤波等信号处理，基于损伤等效的数据强化和雨流计数等，从而将具有随机信号特征的载荷谱转化为规律的多级应力谱；
4)健康监测评估单元数据分析模块根据截面处的应力与挖掘机斗齿挖掘力之间的传递规律，将多级应力谱转化为挖掘力斗齿的服役载荷谱；
5)健康监测评估单元的软件模块根据挖掘机的有限元模型对挖掘机工作装置进行受力分析，实现挖掘机工作装置各部位的应力谱求取；
6)健康监测评估单元的状态评估模块对挖掘机工作装置各部位进行损伤评估，确定其是否处于安全服役状态，是否需要检修等。
本发明有以下优异特点：
(1)提出了可以实时监测与评估挖掘机工作装置健康状态的系统，包括监测单元、信号采集与传输单元、健康状况评估单元、以及与主机对接的各种接口；
(2)提出了可实时监测与评估挖掘机健康状态的方案，能够实时采集挖掘机运行的数据，实时评估挖掘机工作装置的健康状态；
(3)提出了一种区分挖掘机处于正载、偏载、侧载以及复合载荷的方案，为产品设计与室内台架试验提供载荷基础；
(4)提出了一种通过等效截面位置处的应力计算挖掘阻力的推算方案，可有效地将等效截面的多个测点的应力谱转化为挖掘机斗齿的载荷谱。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。
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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (14)
1.一种用于工程机械健康监测的方法，其特征在于，该方法包括：
S1)确定工程机械的工作姿态，并获取所述工作姿态下与所述工程机械的工作装置对应的应变检测点数据；
S2)根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，再通过所述应变检测点数据，获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据；
S3)将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，并通过所述应力统计数据，评估所述工程机械的损伤程度。
2.根据权利要求1所述的用于工程机械健康监测的方法，其特征在于，步骤S1)中确定工程机械的工作姿态，具体为：
获取工程机械的油缸采集信号，通过所述油缸采集信号确定所述工程机械的工作姿态，其中，所述油缸采集信号包括：压力信号、位移信号和角度信号。
3.根据权利要求1所述的用于工程机械健康监测的方法，其特征在于，步骤S2)中根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，包括：
从所述应变检测点数据中选择至少两个应变检测点对应的应变数据，计算选择的应变数据的差值；
确定所述差值的变化历程符合预设载荷方向分类规则，利用所述选择的应变数据，获得载荷方向信息。
4.根据权利要求1或3所述的用于工程机械健康监测的方法，其特征在于，步骤S2)中根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，包括：
从所述应变检测点数据内，选定与所述工作装置中动臂对应的两个应变检测点的应变数据，其中，所述两个应变检测点被布置于所述动臂的盖板且在所述动臂的横截面内投影为相互独立；
若所述应变数据的差值的绝对值小于第一预设应力阈值，则确定载荷方向为正载荷方向，获得当前的载荷方向信息，或者，
若所述应变数据的差值的绝对值属于预设应力范围，则确定载荷方向为侧载荷方向，获得当前的载荷方向信息，或者，
若所述应变数据的差值的绝对值大于第二预设应力阈值，则确定载荷方向为偏载荷方向，获得当前的载荷方向信息。
5.根据权利要求1所述的用于工程机械健康监测的方法，其特征在于，步骤S2)中的载荷方向信息，包括：
正载荷方向信息、偏载荷方向信息、侧载荷方向信息和复合载荷方向信息，其中，所述复合载荷方向信息被定义为在选定的时间范围内，具有正载荷方向信息、偏载荷方向信息和侧载荷方向信息中任意至少两类载荷方向信息。
6.根据权利要求1所述的用于工程机械健康监测的方法，其特征在于，
步骤S1)中的应变检测点数据与所述工作装置的动臂对应；
步骤S3)中将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，包括：
根据所述载荷方向信息，对每个载荷方向的载荷历程数据分别进行计数、分割和重构，获得与所述动臂对应的载荷统计数据，其中，所述载荷方向信息中每个载荷方向均分别与所述工作装置的铲斗部件载荷方向对应，
选取损伤等效模型，利用所述损伤等效模型，将所述载荷统计数据转化为与所述动臂对应的应力统计数据，
利用与所述动臂对应的应力统计数据，结合预设映射关系，获得与所述铲斗部件对应的载荷统计数据，其中，所述预设映射关系被配置为通过与所述动臂对应的应力和所述工作装置的油缸作用力获得与所述铲斗部件对应的载荷的映射关系。
7.根据权利要求6所述的用于工程机械健康监测的方法，其特征在于，步骤S3)在获得与所述铲斗部件对应的载荷统计数据之后，且在评估所述工程机械的损伤程度之前，还包括：
建立所述工作装置的有限元模型，通过与所述动臂对应的应力统计数据和/或与所述铲斗部件对应的载荷统计数据，结合所述有限元模型，转换获得所述工作装置的剩余部件的应力统计数据。
8.一种用于挖掘设备健康监测的信号采集方法，其特征在于，该信号采集方法包括：
S1)确定挖掘设备的动臂的部分区域为等效截面布置区域；
S2)布置第一应变传感单元于所述动臂的盖板，通过所述第一应变传感单元形成用于判断载荷方向的至少两个应变检测点，其中，所述至少两个应变检测点被配置为在所述等效截面布置区域内任意等效截面内投影相互独立；
S3)布置第二应变传感单元于所述动臂的腹板，通过所述第二应变传感单元形成用于获得所述挖掘设备铲斗部件载荷的应变检测点。
9.根据权利要求8所述的用于挖掘设备健康监测的信号采集方法，其特征在于，步骤S3)包括：
布置第二应变传感单元于所述等效截面布置区域内的腹板，其中，所述第二应变传感单元被布置于所述等效截面布置区域中至少两个等效截面内；
通过所述第二应变传感单元形成用于获得所述挖掘设备铲斗部件载荷的至少五个应变检测点，其中，
所述至少五个应变检测点被布置于所述至少两个等效截面内，所述至少五个应变检测点中处于所述至少两个等效截面中任意一个等效截面内的至少两个投影为相互独立，所述至少两个等效截面内等效截面至少存在一个应变检测点。
10.一种用于工程机械健康监测的系统，其特征在于，该系统包括：
健康状况评估单元，被配置为用于确定工程机械的工作姿态，并获取所述工作姿态下与所述工程机械的工作装置对应的应变检测点数据；
所述健康状况评估单元被配置为用于根据所述应变检测点数据中与至少两个应变检测点对应的应变数据，确定载荷方向信息，再通过所述应变检测点数据，获得具有所述载荷方向信息的载荷历程数据；
所述健康状况评估单元还被配置为用于将所述载荷历程数据转换为所述工作装置的应力统计数据，并通过所述应力统计数据，评估所述工程机械的损伤程度。
11.一种用于挖掘设备的健康监测系统，其特征在于，该健康监测系统包括：
信号监测单元，被配置为用于通过权利要求8或9所述的第一应变传感单元和第二应变传感单元生成应变检测点数据。
12.一种设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
存储器，与所述至少一个处理器连接；
其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现权利要求1至9中任意一项权利要求所述的方法。
13.一种工程机械，其特征在于，该工程机械具有权利要求12所述的设备。
14.一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1至9中任意一项权利要求所述的方法。
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