CN111255009A - 地面接合磨耗部件和包括所述地面接合磨耗部件的监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括地面接合磨耗部件的监控系统，所述地面接合磨耗部件固定到土方作业设备并且包括：由顶表面、底表面和侧表面限定的外表面；用于安装在铲斗的挖掘边缘上的安装腔；在所述外表面的顶表面、底表面或侧表面中的一者中开口的开口；以及附接件，其固定在所述开口中使得所述附接件能够被从所述外表面的外侧通过所述开口移除，所述附接件具有监控装置，所述监控装置包括用于监控磨耗部件的至少一个特征的电子装置和用于无线传输由电子装置收集的数据的通信装置；所述监控系统还包括用于无线接收所述数据的至少一个远程装置和用于处理所述数据以提供与磨耗部件的所述至少一个特征有关的信息的至少一个可编程逻辑装置。

Description

地面接合磨耗部件和包括所述地面接合磨耗部件的监控系统

本申请是国际申请日为2016年2月12日、于2017年8月11日进入中国国家阶段的题为“监控土方作业设备的地面接合产品”且中国申请号为201680010112.2的国际申请PCT/US2016/017896的分案申请。

相关申请

本申请要求2015年2月13日提交的名称为“Wear Part Monitoring”的美国临时专利申请62/116,216、2015年4月22日提交的名称为“Wear Part Monitoring”的美国临时专利申请62/151,124、2015年6月12日提交的名称为“Wear Part Monitoring”的美国临时专利申请62/175,109、2015年7月29日提交的名称为“Wear Part Monitoring”的美国临时专利申请62/198,552以及2015年9月29日提交的名称为“Monitoring for Earth WorkingEquipment”的美国临时专利申请62/234,463的优先权权益，这些临时专利申请中的每一者全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于识别并监控各种土方作业设备上所使用的地面接合产品诸如地面接合工具、耐磨板、铲斗、卡车托盘等的特征，诸如零件标识、存在、状况、使用和/或性能。

背景技术

在土方作业活动(例如，采矿、建造和挖泥)中，通常所有种类的土方作业设备(例如，索斗铲、线缆铲、正铲、液压挖掘机、铲斗、铲刀、耙路机、挖泥船绞刀头等)上都设置有地面接合产品，以保护底层设备免于过度磨损，并且在一些情况下还执行其他功能，诸如破开挖掘边缘前面的地面。地面接合产品包括例如安装在挖掘机上的铲斗、附接到铲斗的斗唇，以及固定到斗唇的斗齿和护罩。

在使用期间，土方作业设备的地面接合产品可遇到重荷载和高磨损状况，这会给产品造成磨损或损坏，产品的剩余磨损寿命缩短，并且土方作业设备的效率降低。此外，地面接合产品偶尔会遇到比所开采的周围材料更硬的材料(例如，岩石)，从而使产品受到冲击和/或更高的荷载，这可导致产品变形、开裂和/或比预期值更高的磨损率。对地面接合产品造成的磨损率升高和/或损坏，可降低产品的总有效磨损寿命。如果未在适当时间更换产品，产品可磨损超过预期寿命和/或断裂或发生意外分离，这可造成设备挖掘效率降低，并且可暴露挖掘设备的其他部件，导致其他部件经受不必要的磨损。

重荷载和磨损状况可造成地面接合产品与土方作业设备脱离和分离。土方作业设备的操作员不一定总是能够发现地面接合产品何时已分离。分离的地面接合产品可给下游加工设备造成损坏。例如，如果分离的地面接合产品被送入破碎机中，则产品可被喷射出并且给工人带来危害，或其可能被卡住并造成代价高昂的破碎机停机时间。卡住的破碎机需要关闭机器且要让操作员去除零件，有时这可能是困难、耗时和/或有危害的过程。另外，在缺少地面接合产品的情况下继续操作挖掘设备可降低总体生产力，并且可造成其上固定有该产品的基部经受不必要的磨损。

现有系统已经用来监控耐磨零件以便确定耐磨零件何时需要更换和/或何时已丢失，并取得了不同程度成功。例如，Motion Metrics出售的斗齿磨损监控系统(Tooth-WearMonitoring system)和斗齿丢失检测系统(Missing Tooth Detection system)使用安装在挖掘设备的动臂上的光学相机来确定耐磨零件中的磨损量和耐磨零件何时丢失。同样，美国专利8,411,930公开了一种系统，该系统依靠安装到挖掘机的动臂的摄影机来检测损坏或丢失的耐磨构件。

在美国专利6,870,485中，弹簧加载开关设置在耐磨零部件之间，使得当部件分离时，电开关激活无线电发射器，从而警示操作员耐磨零件已分离。在美国专利5,743,031中，致动器附接在斗齿与鼻部之间，在一个示例中其致动发烟筒以提供斗齿已脱落的视觉信号。

美国专利申请2014/0311762公开了耐磨零件的安装腔内的传感器以测量零件中的磨损水平。传感器将所感测的数据无线地传送到处理器以便确定磨损水平。在腔的内端处装配传感器可保护传感器免于磨损和损坏，并且允许其测量零件的易磨损端部。相似地，PCT申请WO 2012/0122587公开了通过以下方式监控衬垫或其他地面接合产品中的磨损的系统：在零件的整个厚度中安装传感器，并且将传感器的远程端连接到处理器以便确定磨损水平。远程端可经由电缆或无线连接来连接到处理器。

发明内容

本发明涉及用于监控土方作业设备的地面接合产品的装置和系统。该系统可用来监控采矿、建造和其他土方作业环境中的土方作业设备上所使用的地面接合产品的特征，诸如零件标识、存在、状况、使用和/或性能。

在本发明的一个方面，该系统可包括与地面接合产品相关联的至少一个监控装置、用于与监控装置协作的至少一个远程装置以及用于处理这些装置之间传送的信息的可编程逻辑。可编程逻辑使用该信息确定附接到土方作业设备的地面接合产品的特征，包括例如零件标识、存在、状况、使用和/或性能。

在本发明的另一个方面，土方作业设备的地面接合产品在地面接合产品的外部附近设置有一个或多个监控装置，以限制信号阻塞并提高系统的可靠性。在一个实施方案中，监控装置包括容纳在凹陷部内的传感器、无线通信装置和电池，该凹陷部通向地面接合产品的外部并且位于地面接合产品的内安装腔或其他内侧之外。与传统知识相反，位于地面接合产品的腔或其他内表面之外的监控装置可承受土方作业环境，诸如挖掘，并且可提供增强的系统信号强度和可靠性。

在本发明的另一个方面，监控装置固定到一个或多个元件，所述一个或多个元件用来联接、保护或以其他方式增强和/或启用地面接合组件。例如，监控装置可固定到锁，该锁将地面接合产品保持到土方作业设备的基部。这种设置优选相似地位于产品的腔或其他内表面之外，以便增强系统的信号强度和可靠性。此外，监控系统设置在锁之中或之上往往可提供免于过早损坏的保护水平，并且能够检测产品丢失。与锁相关联的监控装置的使用还可通过不同于地面接合产品之上或之中的监控装置的方式检测事件和/或产品与基部之间的相对移动，例如，正确锁安装的验证。

在本发明的一个实施方案中，用于将地面接合产品固定到土方作业设备基部的锁具有用于接收监控装置的至少一个凹陷部。在一个示例中，还可在齿尖的钻头部分和/或安装部分中形成一个或多个凹陷部。在另一个示例中，凹陷部可位于锁中，该锁可由工具接合以便调节该锁，从而从基部安装和拆除产品。

在本发明的另一个方面，监控装置可位于地面接合产品的主要磨损表面之外的结构中。在一个实施方案中，监控装置可位于地面接合产品的提升孔眼内。

在本发明的另一个方面，一个或多个监控装置可相对于地面接合产品的受到磨损的一个或多个表面设置，使得一个或多个监控装置可测量产品上的多个位置和/或在挖掘期间发生的多种种类的数据(诸如磨损、冲击等)。

在本发明的另一个方面，地面接合产品设置有可拆除的监控装置。临时安装布置方式的使用允许例如相同监控装置与不同地面接合产品一起使用，具有不同传感器的不同监控装置共同或独立地在相同地面接合产品中使用，更换损坏或破损的监控装置，和/或更换具有低电量或电量耗尽的电池的监控装置。在一个实施方案中，传感器可固定在主体中，该主体机械地附接到产品，以实现方便快捷的安装和拆除。作为一个示例，传感器可保持在地面接合产品的机械附接的提升孔眼中。作为另一个示例，传感器可固定到装配于凹陷部中的弹性插塞。

在本发明的另一个方面，挖掘边缘上的每个地面接合产品包括至少一个监控装置。监控装置由彼此和/或远程装置检测，以确定这些监控装置是否处于它们所固定的设备的确立相对位置中。当一个监控装置从其确立位置或取向偏离超出特定范围时，检测到产品构件丢失。

在本发明的另一个方面，产品设置有使用多种射频协议中的任何一种进行无线通信的监控装置。具体协议可取决于具体应用和/或环境。根据本公开的射频装置可传输地面接合产品的特征，诸如零件ID、存在、状况、使用和/或性能。

在本发明的另一个方面，监控装置固定到地面接合产品，以监控地面接合产品的特征，诸如零件ID、存在、状况、使用和/或性能。作为示例，所述至少一个监控装置可包括一个或多个传感器，所述传感器选自射频启用模块、取向传感器、温度传感器、加速度计、接近传感器、力传感器和位置传感器。

在本发明的另一个方面，固定到地面接合产品的监控装置用来检测其在材料主体中(诸如在拖运卡车荷载、卸料堆等中)的存在。该特征可提高定位丢失的地面接合产品并降低损坏或卡住下游加工设备(例如，破碎机)的风险的能力。

在本发明的另一个方面，远程装置可设置在与所监控的土方作业设备相关的其他设备上。在一个实施方案中，远程装置可设置在破碎机料斗的顶部侧边缘、拖运卡车托盘的侧边缘等之上，以检测诸如地面接合产品在铲斗上的存在之类的特征、跟踪用于装填卡车托盘的荷载的数量、监控挖掘循环的速度等。在另一个实施方案中，远程装置可设置在卡车、手持式装置、其他独立设备等之上。

在本发明的另一个方面，远程装置可向(例如，挖掘机或拖运卡车的)操作员、远程监督者等提供警报，以指示所监控的特征中的至少一种，例如，地面接合产品从铲斗丢失、地面接合产品在拖运卡车荷载中的存在、地面接合产品接近完全磨损状况、地面接合产品在使用期间超过目标冲击荷载等。

在本发明的另一个方面，监控装置可提供操作的特征的实时评估。例如，监控装置可监控铲斗中及所装填的卡车托盘中收集的荷载，以向操作员提供有关更有效装填卡车托盘的信息。

在本发明的另一个方面，监控装置可用来捕获可用于对矿场或其他土方作业现场进行测绘的数据，以估计在该现场使用的土方作业设备上的地面接合产品的特征。例如，所收集的数据可用来生成地面接合产品磨损率的轮廓式测绘，以更好地确定诸如产品更换计划表、成本等情形。该数据可用来对其他特征进行测绘，或者以不同于测绘的方式处理现场数据以生成相似信息。

本发明的各种上述方面和实施方案可彼此独立地使用，或者可与本发明的所有或一些不同方面共同使用。所述方面是本发明各种概念的特定构思的示例性扼要观察结果，并非旨在为穷举性的或必要的。为了获得对本发明优点和特征的更好理解，可参考下面的说明和附图，其描述并示出了与本发明相关的各种构型和概念。

附图说明

图1是采矿挖掘机的侧视图。

图2是锄式铲斗的透视图。

图3是铲斗的斗唇的透视图，该铲斗具有斗齿和护罩。

图4是图3中所示的斗齿组件之一的透视图。

图5是图4中所示的斗齿组件的分解透视图。

图5A是沿着图5中的线5A-5A截取的尖端的剖视图。

图6是另一个示例性斗齿组件的分解透视图。

图7A是安装在斗唇上的斗齿组件的侧视图。

图7B是示出图7A中所示的斗齿中安装的监控装置的放大局部剖视图。

图8是具有远程装置的第一铲斗的侧视图。

图9是具有远程装置的第二铲斗的侧视图。

图10是具有远程装置的车辆的侧视图。

图11是铲斗和手持式远程装置的透视图。

图12是示出多个信号路径的采矿挖掘机的侧视图。

图13A是前装载机的铲斗和独立装置的侧视图，该独立装置用于从传感器拾取信号

图13B是前装载机的铲斗和材料容器的一部分的侧视图。

图14A是示出示例性监控装置的示意图。

图14B是示出示例性监控装置的剖面图。

图15是示出另一个示例性监控装置的示意图。

图16是具有监控装置的锁的销部件的透视图。

图17是销部件的分解透视图。

图18是沿着图16中的线18-18截取的剖视图。

图19是另选的锁的透视图。

图20是具有监控装置的另选的锁的侧视图。

图21是具有监控装置的防微尘插塞的顶视图。

图22是图21中所示的防微尘插塞的顶部透视图。

图23是图21中所示的防微尘插塞的底部透视图。

图24是图21中所示的防微尘插塞的侧视图。

图25是沿着图21中的线25-25截取的防微尘插塞的剖视图。

图26是装卸插塞的剖视图。

图27是具有图26的装卸插塞的护罩的剖视图。

图28是具有磨损监控装置的提升孔眼的剖视图。

图29是具有监控装置的另一个提升孔眼的剖视图。

图30是具有图28的提升孔眼的尖端的顶视图。

图31是附接有图28的提升孔眼的尖端和适配器的顶视图。

具体实施方式

本发明涉及用于监控土方作业设备上所使用的地面接合产品的特征诸如零件标识、存在、状况、使用和/或性能的产品和监控系统。作为示例，该系统可用于监控固定到推土机、装载机、索斗铲机、线缆铲、正铲、液压挖掘机、挖泥船绞刀、铲斗、斗唇、铲刀、耙路机、采煤机滚筒、连续采矿机等之上的地面接合产品。此类地面接合产品的示例包括铲斗、斗唇、铲刀、齿尖、适配器、中间适配器、护罩、转轮、截齿、耐磨板、卡车托盘等。该系统可识别和/或监控土方作业设备上的一个或多个地面接合产品的特征，包括例如零件ID、存在、状况、使用和/或性能。

为方便讨论，使用了诸如前、后、顶、底等相对术语。术语“前”或“向前”一般用来指示在使用期间(例如，在挖掘时)地面接合产品相对于泥土材料行进的通常方向，并且“上”或“顶”一般用作对材料例如在收集在铲斗中时一般从上方经过的表面的参考。然而，已经认识到，在各种土方作业设备的操作中，地面接合产品可按各种方式取向，并且在使用期间以所有种类的方向移动。

为便于讨论，本申请一般讨论监控固定到挖掘铲斗的、基部上的地面接合产品，并且具体地讲，监控一种种类的挖掘斗齿。然而，本发明可用来识别或监控其他种类的斗齿、其他种类的地面接合产品以及各种类型的土方作业设备上的产品。仅作为示例，监控系统可监控适配器上的齿尖、中间适配器上的齿尖、适配器或整体铸造鼻部上的中间适配器、斗唇或基部上的护罩、铲斗上的斗唇、铲斗上的耐磨转轮、模块化耐磨垫、犁板上的铲刀、动臂上的铲斗、挖泥船绞刀头上的斗齿、采煤机滚筒上的截齿、铲斗上的耐磨板、溜槽或卡车托盘上的衬垫、拖运卡车上的卡车托盘等。地面接合产品可附接到各种其他地面接合产品，并且可使用机械附接件(包括锁等)附接，或者可焊接、粘附或以其他方式固定在适当位置。

作为一个示例，采矿挖掘机1配备有用于在挖掘时收集泥土材料的铲斗3(图1)。铲斗3包括框架或外壳4，其限定用于在挖掘操作期间收集材料的腔16(图2)。外壳4包括具有将铲斗3附接到挖掘机1的附接支撑件8的顶壁6、与顶壁6相对的底壁10、后壁12和一对相对的侧壁14。铲斗的多种构型是已知的，并且挖掘铲斗、当然还有其他挖掘机存在铲斗几何形状的变型形式。例如，铲斗可不具有顶壁(如在索斗铲铲斗中)，底壁可被铰接(如在杓斗铲斗中)，或侧壁的一部分可被铰接(如在液压正铲中)。铲斗的特定几何形状并非旨在进行限制，因为本发明的系统可与各种类型的铲斗一起使用，并可与铲斗或其他土方作业设备上所用的各种类型的地面接合产品一起使用。

在该实施方案中，铲斗3具有挖掘边缘5(图2-3、图5和图7)。挖掘边缘是引起与地面的接触且在挖掘机铲斗中一般由斗唇形成的设备部分。铲斗3的侧壁14通常还形成挖掘边缘的一部分，有时包括耐磨零件。斗齿和/或护罩通常固定到挖掘边缘以保护边缘并且破开铲斗3前面的地面。多个斗齿组件7和护罩9(诸如全文以引用方式并入的美国专利9,222,243中所公开)可附接到铲斗3的斗唇5。仅作为一个示例提供的所示斗齿7包括焊接到斗唇5的适配器11、安装在适配器11上的中间适配器13以及安装在中间适配器13上的齿尖(也称为尖端)15(图1-5和图7)。齿尖15包括用于接收鼻部17的安装部分中向后开口的腔18，以及用于穿透地面的前端或钻头部分19(图5)。锁(也称为保持器)21用于将齿尖15固定到中间适配器13，以及将中间适配器13固定到适配器11的鼻部23。在该实施方案中，锁21全都相同，但它们不必这样。其他斗齿布置方式也是可行的(参见例如图6)。

当地面接合产品从基部意外分离或地面接合产品达到最小建议磨损状况(例如，地面接合产品被视为完全磨损)时，地面接合产品被更换，因此生产力不会降低并且其上附接有地面接合产品的基部不会经受不必要的磨损。

在一个实施方案中，提供监控装置25，以监控安装在铲斗上的地面接合产品(此例为中间适配器13上的尖端15)(图2-5)。可在单个产品15中提供多个监控装置25，以监控不同表面上或相同表面的不同部分处的磨损(或其他特征)，或监控不同使用特征(例如，磨损、冲击、应变等)。另外，可提供多个监控装置25，以监控连接到铲斗的多个地面接合产品(齿尖、中间适配器等)。

监控装置25一般可包括：用于识别地面接合产品的特征诸如零件ID、存在、状况、使用和/或性能的一个或多个电子装置或传感器35；用于将信息传送到监控装置和/或将信息从监控装置传送到远程装置38(下文讨论)或从该远程装置传送消息的通信装置36(例如，发射器和/或接收器)；以及电池37。这些装置可为共同工作的不同部件，或它们可组合(例如，其中传感器35和传输装置36属于相同部件)。监控装置25还可具有其他构造。例如，监控装置可包括用于备用或感测其他特征(例如，高冲击事件、挖掘循环等)的多个传感器、用于从远程装置接收信息的接收器、用于保存数据(例如，零件ID)的存储介质、GPS装置、和/或用于处理数据或其他信息的微处理器。监控装置25还可为没有发射器或电池的无源系统。

监控装置25可与远程装置38通信，该远程装置简单地指远离监控装置25的装置。远程装置38可固定到所监控的地面接合产品的不同部分。例如，当地面接合产品是铲斗3时，监控装置25可位于侧壁14的地面接合部分中，并且远程装置38可位于铲斗3的顶壁6上。远程装置38可间接地连接到所监控的地面接合产品。例如，监控装置25可保持在尖端15中，并且远程装置38可位于挖掘机1的铲斗3上(图8-9)、动臂2上、斗杆20上、或驾驶室24中。远程装置38还可单独地支撑在诸如维修卡车(图19)、无人机、手持式装置39(图11)、站点等(图10-11)之上。可使用单个远程装置38，或可使用一起工作或单独工作的一批远程装置38。作为示例，远程装置可包括处理器(PC、微处理器等)、数据库、发射器、接收器等。远程装置38可与地面接合产品、其他地面接合产品、多个地面接合产品、土方作业设备1上的附加传感器通信，和/或与数据库或计算机通信。远程装置38例如可为无线装置或有线装置。

监控装置25和远程装置38可被设计成彼此以不同方式通信，并且不需要某种具体方式。例如，监控装置25可被设计成仅传输信息，并且远程装置38可被设计成仅从监控装置25接收信息。在其他示例中，监控装置25和远程装置38可被设计成彼此来回通信。该通信可使用各种通信协议，例如但不限于连续的、事件驱动的、按需的、批量的通信。无论通信的方式或时序如何，都可在历史上或按实时评估的方式接收和处理信息。例如，如果信号仅在挖掘循环的一部分期间可用，则远程装置仍可接收在无法获取信号时检测到的所有特征的批量信息。

远程装置38和监控装置25可自行、共同和/或与其他装置和/或软件应用程序等(例如，来自例如云数据库中的数据库194的数据、其他处理器等)一起存储、处理和/或传送与土方作业设备上的地面接合产品的特征诸如零件ID、使用、状况、性能和/或存在相关的信息(图12)。与地面接合产品的零件ID相关的信息可包括诸如地面接合产品类型、产品编号、客户编号、品牌名称、商标、制造商、材料清单等情形。与地面接合产品的使用相关的信息可包括诸如使用地面接合产品的机器种类、地面接合产品投入使用的时间、地面接合产品已经历多少次挖掘循环、挖掘循环的平均时间、地面接合产品在机器上的位置、冲击事件等情形。零件ID可用作搜索标准，以便检索关于特定地面接合产品的附加信息。搜索标准可用于查询一个或多个关系数据库和/或更广泛的数据结构。与地面接合产品的状况相关的信息可包括诸如地面接合产品中的磨损、应变等情形。与性能相关的信息可包括诸如挖掘速率、穿透地面所需的力、对于磨损的每个增量而言所移动的吨数等情形。这些特征也可与关于矿山地质、材料破碎的信息和/或其他信息结合用于例如确定挖掘材料的时间表、地面接合产品的更换计划表等。装置25还可用来检测地面接合产品丢失(即，地面接合产品的存在)。这些所监控的特征仅作为示例给出，并非旨在进行限制。信息可与包括可编程逻辑的各种其他机器、其他网络共享(即，向其发送并从其接收)，并且可与各种软件应用程序和例程一起使用。

在一个实施方案中，地面接合产品15包括外表面40，该外表面具有顶表面42、底表面44和侧表面46(图5-7)。腔18被形成为在产品15的后端中开口以接收基部13，以便将该产品安装在该设备上。锁开口48形成于产品中以接收锁21，该锁将产品保持到基部13(图5)。在一个实施方案中，凹陷部50限定于产品的外表面40中，以便接收监控装置25(图5A)。在图示实施方案中，监控装置设置在尖端15的安装部分中的凹陷部50C中，以及尖端15的工作部分或钻头部分中的凹陷部50D中。产品15可包括仅一个或超过两个凹陷部和监控装置。如下文进一步讨论，在其他实施方案中，凹陷部50还可限定于或替代地限定于可位于外表面40附近的组件的部件中。具有监控装置25的部件可包括但可不限于锁21、提升孔眼22和/或插塞75。所述一个或多个部件可继而位于组件的适当凹陷部或承窝中。在任一这些实施方案中，监控装置25优选地定位在外表面40附近且在安装腔18之外，以减少地面接合产品的厚钢壁的信号阻塞效应(但监控装置也可相对于地面接合产品以不同方式定位)。在图示实施方案中，凹陷部50C,50D中的监控装置25均在安装腔18之外。与如现有系统中所做的那样将监控装置25安装在零件内部(例如产品的安装腔18内)相比，该布置方式使得传输到监控装置25的或由该监控装置传输的信号能够更容易且可靠地由远程装置38或监控装置25接收，从而为该系统提供更可靠接收的信号。从远程装置或其他监控装置接收信号的监控装置同样存在该有益效果。监控装置25一般可在更浅凹陷部中承受与土方作业操作相关联的苛刻条件，并且不需要设置在地面接合产品的最内部分中。以前的系统在检测地面接合产品丢失和磨损时一般会遇到可靠性问题，导致误报警及无法检测丢失或磨损。可通过以下方式提高可靠性：移动监控装置25或监控装置25的至少通信装置(例如，发射器和/或接收器)，使之更靠近地面接合产品的外表面(即，在内表面之外)。虽然凹陷部50可为盲孔，但不必这样。一般来讲，监控装置的至少通信装置36(例如，发射器)位于地面接合产品内刚好足够远，以避免在地面接合产品的预期使用寿命期间被磨损掉。根据传感器35的不同，监控装置的传感器部分可位于最大磨损点以下，或可延伸到易磨损部分中并且在使用期间被磨损掉。另选地，如果仅旨在在地面接合产品的使用寿命一部分内提供监控，则监控装置25可全部定位在易磨损部分内。

美国专利申请2014/0311762公开了耐磨零件的安装腔内的传感器以测量零件中的磨损水平。在腔的内端处装配传感器可保护传感器免于磨损和损坏。然而，信号存在丢失且无法成功传输到处理器的风险，这是由于地面接合产品的厚钢、地面接合产品接合的地面、和/或土方作业设备的本体、电子器件、液压装置等起到阻塞作用。相似地，PCT申请WO2012/0122587公开了通过以下方式监控衬垫或其他地面接合产品中的磨损的系统：在零件的整个厚度中安装传感器，并且将传感器的远程端连接到处理器以便确定磨损水平。远程端可经由电缆或无线连接来连接到处理器。然而，使用电缆将传感器硬接线到处理器在许多土方作业操作中并不可行，因为要将发射器定位在耐磨零件内，故存在相似的无线通信困难。

在一个实施方案中，传感器35是定位在凹陷部50中的易磨损电阻器梯形电路52，该凹陷部限定于尖端15的底表面44中(图5A和图14A)。当表面40A磨损时，电阻器52A断开。未磨损的表面40B下方的电阻器52B仍处于电路53中。当电阻器梯形电路52磨损时，电阻改变，从而提供地面接合产品已经受的磨损的量或程度的指示。发射器36和电池37设置在凹陷部50的基部54处或附近，以将信号发送至远程装置38。可包括处理和/或存储器装置。在该示例性实施方案中示出了微控制单元(MCU)199。MCU可任选地包括处理器和存储装置，以处理和存储来自根据本公开的系统中的传感器和/或其他数据装置的数据。MCU可任选地包括机载天线。监控装置25可使用各种机构提供所收集的数据，并且可为例如有源应答器或无源应答器。监控装置25可为近场通信器(NFC)。其他变型形式也是可行的。例如，可使用具有一系列有线回路的电路板。作为另一个示例，一对细长电容器极板56可沿着凹陷部的侧面延伸，并且在地面接合产品磨损时磨损掉(图15)。计量装置55可测量电容、电阻或其他值。还可使用或替代地使用具有同心极板的圆柱形电容器。还可使用或替代地使用多个离散电容器或其他装置。其他种类的传感器(例如，超声)可用来测量磨损程度或地面接合产品或其使用的其他所需特征。监控装置25还可为通过远程装置所传输的信号检测的无源系统。

一旦在凹陷部内安装了监控装置25，就可在凹陷部50中装填树脂、聚合物或其他合适材料形式的填料或主体31。填料31可为介电材料。监控装置25可通过主体以外的装置(例如，粘合剂、机械装置等)固定，或通过主体31固定在凹陷部中。在一个实施方案中，主体31是选自弹性体、热塑性塑料和热固性塑料的聚合物。在另选的实施方案中，凹陷部50中可装填聚合物以外的材料，或可不装填。将装置25固定在聚合物中和/或在凹陷部50中装填聚合物可进一步在地面接合产品接合待挖掘的材料时保护装置25免受微尘、振动和冲击的影响和/或将监控装置固定在凹陷部中。

监控装置25发送例如与例如地面接合产品15的特征相关的连续的、间歇的、批量的或事件驱动的信号。在图示的示例中，信号由接收器60接收，该接收器在该示例中包括安装在挖掘机1的动臂2上的远程装置38的天线(图12)。天线60可设置在其他位置中，并安装在不同支撑件上(例如，铲斗3上、驾驶室24中，等)，以替代或补充动臂上的天线。在该实施方案中提供动臂2上的天线60，以提高从监控装置38接收信号的可靠性。驾驶室24上的天线60在该实施方案中被示出为接线197到驾驶室24中的处理器198，但可具有不同连接。例如，天线或其他接收器可安装在驾驶室中、卡车上、手持式装置39上，等。天线60可联接到无线发射器，使得接收自监控装置25并发送到驾驶室中的远程装置38的信息可以提供给手持式装置39、云数据库194、其他数据源等和/或与来自手持式装置39、云数据库194、其他数据源等的数据组合，从而提供有用的信息和分析。如果具体操作需要或要求，可使用多个天线和/或远程装置38来提高拾取信号的可靠性。例如，远程装置还可位于斗杆20上。处理器198或系统的其他元件可与引擎控制单元ECU 200操作地联接。ECU 200可从处理器198和/或直接从一个或多个传感器35提供或接收信息。ECU 200可提供关于但不限于引擎扭矩、燃料消耗量、大气温度、引擎温度等的数据。ECU数据可与传感器数据和/或来自其他源的数据相结合，并且由处理器处理以提供各种输出。

该实施方案为监控装置25提供相对畅通无阻的信号路径62以向远程装置38提供信息，即，经由远程装置38的天线60。然而，其他变型形式也是可行的，这些变型形式会遇到更多障碍，可接收信号的时间段很有限，等。在仅可在某些时间接收信号的情况下，监控装置25和/或远程装置38仅可在某些时间期间(例如，在铲斗以具体方式取向时，在接收到触发信号时，等)传输，或可继续连续地传输。此外，可使用多个远程装置和/或天线连续地或在较长时间段期间从监控装置接收信息，即便仅可在某些时间间隔期间通过动臂2上的天线获取信号。远程装置可从监控装置接收信号，并将该信号中继到第二或第三远程装置。可根据需要使用任何数量的远程装置中继这些信号。挖掘机1(包括其独立的关节式部件)和/或工地处的其他车辆的移动往往可确立和重新确立传感器与通信装置的相互关系。这样，可确立多种不同通信路径，即便工地处存在许多潜在屏蔽性表面。

在一个其他实施方案中，监控装置25位于土方作业设备(诸如轮式装载机)的铲斗3的尖端15的底表面44中的凹陷部中。远程装置38可位于例如独立支柱64A(图13A)上或破碎机料斗64B(图13B)(或其他容器)的边缘上，以从监控装置拾取信号。图13B示出刚刚将材料荷载倾倒入料斗64B中的铲斗3。这样，具有监控装置25的产品15越过料斗64B中的远程装置38，并与远程装置无线通信。支柱64A或料斗64B等之上的远程装置38可补充或替代位于土方作业设备、维修卡车等之上的一个或多个远程装置。远程装置38也可位于其他位置中。例如，一个或多个远程装置可位于拖运卡车经过的支柱或阈值装置上，以检测分离的地面接合产品何时位于卡车托盘上运载的材料床内。作为另一个示例，远程装置可设置在卡车托盘上，以监控铲斗何时将荷载倾倒入卡车托盘中(正如针对料斗64B所公开的那样)。装置25还可提供数据，该数据经受实时处理，以帮助例如卡车托盘的有效荷载。例如，该系统可向操作员提供有关完全装填备运拖运卡车所要收集的荷载(例如，半铲斗)的信息。装置25可与根据本公开配置的附加装置协同工作，和/或与其他基于机器的传感器(包括但不限于测斜仪、液压传感器等)协同工作。

这样，可以多种方式监控各种特征(例如，磨损)以提高可靠性，但并不需要多个远程装置。为卡车托盘64提供远程装置38还可允许监控其他特征，诸如卸料循环之间的时间、每卡车荷载的卸料次数、卡车托盘边缘上方的铲斗的高度等。位于例如顶表面42(或其他部件或斗唇)上的其他传感器可测量其他特征，诸如倾倒荷载的时间、材料从铲斗倾倒的速度等。来自这些传感器的信号可由机器上、卡车托盘上或其他地方的远程装置拾取。

各种实施方案可将一个或多个远程装置38定位在挖掘机1和/或其他车辆及设备零件上的预定点处。各种实施方案可为移动和手持式装置提供远程装置。实施方案可提供传感器和/或通信装置的电子承揽以对所收集的数据进行盘存。该数据可与此前已知的数据和/或从其他位置收集的数据组合。可利用一个或多个可编程逻辑装置将数据操纵成各种机器可用和人类可用格式。

凹陷部50和监控装置25可相似地设置在其他种类的地面接合产品诸如斗唇5中(图7A)。斗唇中的监控装置可例如识别磨损(例如，使用超声传感器)、冲击事件、挖掘循环等。其他相似的地面接合器具诸如铲刀、铲斗侧壁等也可设置有相似的凹陷部和监控装置。

图5B和图6示出了包括传感器35的监控装置25，该监控装置位于斗齿15a后上角处的凹陷部或腔220中。监控装置25可定位在沿着斗齿的后壁222限定的钻孔220中(图14B)。在该示例中，孔220具有后壁224中的开口通道228，并且通向安装腔的顶表面224。向一侧开口的通道228为发送到监控装置和/或天线36的信号或者由该监控装置和/或天线发送的信号提供相对畅通无阻的信号路径。在该实施方案中，孔沿着其顶端封闭，但可以敞开。优选地在孔中装填作为主体31的树脂或其他材料。监控装置25可包括传感器，诸如电阻器梯形电路52或多回路电路。监控装置25可定位在孔220中，该孔诸如在铸造操作中形成于斗齿15a中。该孔或中空部还可以其他方式形成，诸如通过机械加工形成。该中空部可从顶表面延伸到腔18，但不必这样。在其他情况下，监控装置可贴合于斗齿或其他地面接合产品的一部分上方。

在另一个实施方案中，图7B示出了监控装置，该监控装置包括位于孔246中的延伸部分244，该延伸部分被配置为随斗齿15磨损而磨损。监控装置25可以多种方式固定在凹陷部242中，例如，机械附接件、焊接、树脂等。作为示例，监控装置可包括用于检测关于特征的数据的传感器、发射器和/或接收器、电池、微处理器、存储装置和/或GPS装置。可任选地在凹陷部242前方钻孔或以其他方式形成孔，以接收用于监控齿尖磨损的传感器(例如，电阻器梯形电路)。在该示例中，该孔至少在完全磨损状况的前方延伸，但可使用其他长度。该孔可朝齿尖的前端延伸，或朝外部磨损表面向上成一定角度。

在一个其他实施方案中，监控装置25设置在锁21中，诸如美国专利9,222,243中所公开的锁。监控装置25可仅设置在该锁中，或可设置在该锁及产品15的易磨损表面40的一个或多个凹陷部中。在另一个示例中，监控装置25可固定在一对锁的每一个锁中，该对锁将诸如中间适配器13的产品固定在适当位置(图16-18)。

暂时返回到图5，示出了处于部分组装构型的锁21，其中对于每个锁21而言，销150被拧入轴环122中。轴环122可插入尖端15的通孔48中，并且销150可拧入轴环中以延伸到鼻部17的配合孔49中，从而将尖端15固定到鼻部17上。销150可在没有轴环的情况下固定。现在参见图16-18，销150包括头部152和螺纹柄154。凹陷部50通向头部152的外表面158。凹陷部50包括主要部分160和侧面部分162，但其他布置方式也是可行的。主要部分160被成形和调整成适于接收通过转动销150来安装和拆除产品的工具(未示出)。

监控装置25位于侧面部分162内。在一个示例中，装置25包括安装在基板34(诸如印刷电路板)上的传感器35。发射器36和电池37也安装在基板34上。可安装其他部件(诸如逻辑装置)，或可将其他部件(诸如逻辑装置)与基板联接在一起。基板34、传感器35、发射器36和电池37优选地嵌入主体31中，该主体在该实施方案中是树脂，但其他布置方式也是可行的。另一个实施方案(未示出)可包括设置在凹陷部50的内端或底部处或附近、例如超过电子装置35和发射器36所需的深度的电池37。在一个示例中，电池是AA电池，但也可使用其他种类的电池或能量源。电子装置35设置在凹陷部的侧面部分162中。在该实施方案中，芯片是传感器和发射器，并且发射器是例如无线电通信装置。在这种情况下，电池和芯片同样优选地嵌入主体31中，该主体可为树脂。该树脂将电池和芯片固定在凹陷部中，保护监控装置的部件免受泥土材料和振动的影响，并且叠加在电池上以保护电池不受用于在保持和释放位置之间调节锁的工具的插入影响。电池和芯片可设置在单独的凹陷部中。凹陷部或多个凹陷部对于监控装置可为独特的，并且没有双重目的，诸如接收工具。一个或多个芯片或其他电子装置可设置在凹陷部中。电线或其他布置方式延伸穿过主体，以将芯片以电子方式连接到电池。其他布置方式也是可行的。提供了一个或多个电子装置35，以监控其上附接有电子装置的地面接合产品的特征，诸如零件ID、存在、状况、使用和/或性能。

锁21一般沿着操作员可触及的产品外部定位，以便在其保持和释放位置之间移动，所述保持和释放位置在固定到产品时可为不同位置，或可为插入和拆除位置。通过在锁21之中(或之上)而非在产品的安装腔内提供监控装置25，减少了地面接合产品的钢材(或其他材料)所引起的信号阻塞。来自一个或多个监控装置的一个或多个更强、更可靠的信号降低了丢失一个或多个信号或接收错误读取的风险，并且在远程装置定位时提供了更大的灵活性。然而，在监控例如腔磨损或产品与基部之间的相对移动的状况时，固定到锁的监控装置25可定位在安装腔18内。

在另一个实施方案中，监控装置25固定到具有插塞75或呈该插塞形式的锁21(图5、图21-25)。在该示例中，插塞75接收到凹陷部50中，以在土方作业设备的使用期间抵抗泥土微尘进入锁21的凹陷部50中。在另一个示例中，插塞可覆盖接收锁的整个开口，以对微尘进入开口提供防护。具有监控装置的插塞可替代或补充销的凹陷部的侧面部分162中的监控装置。可在需要将工具(例如，用于拆除产品15)插入凹陷部50中时取出插塞75。在该实施方案中，至少一个监控装置25固定到插塞主体76或固定在该插塞主体内。在图示实施方案中，插塞构件75是监控装置25的主体。在其他实施方案中，监控装置25可例如封装在主体中，然后主体固定到插塞主体76。这种种类的插塞75也可固定到凹陷部50中，该凹陷部直接限定于产品15的外表面40中。

一个或多个监控装置25或一个或多个传感器35优选地嵌入主体76中，但可以其他方式固定。在一个实施方案中，仅一个装置35嵌入主体76内(图22)。在另选的实施方案中，多于一个装置25嵌入主体内。每个装置25可嵌入主体76的底端63中，以最大程度减少对性能的影响及来自使用装置25的环境的影响。

主体76是可拆除的构件，其可从产品7内的凹陷部插入和拆除，但如果接收在未接收工具的凹陷部中，则其可固定。将装置25固定到可拆除的主体76允许装置25临时安装在产品15或锁21中(例如，在装置25的寿命期间，装置25可与多个产品15一起使用)。主体76优选地由聚合物制成，但可使用其他材料。在一个优选实施方案中，该聚合物选自弹性体、热塑性塑料和热固性塑料。在一个实施方案中，主体76是弹性体。弹性体主体也可为插塞的一个零件，该插塞可包括由其他材料构成的零件。

在图示实施方案中，插塞75具有顶端61和底端63(图22-25)。底端63优选地被成形为大致匹配凹陷部50A的形状。这最大程度减少了在使用产品15时可引入凹陷部中的微尘量。应当理解，凹陷部50可具有多种形状，并且底端63可具有多种形状以大致对应于凹陷部的形状。在另选的实施方案中，主体76的形状可不同于接收该主体的凹陷部的形状。将插塞75插入锁的凹陷部中起到减轻锁开口中的微尘聚集的作用，以便更容易释放锁，此外插塞还充当监控装置。插塞75可插入具有其他特定目的或出于在锁或产品中接收插塞75的唯一目的而提供的其他凹陷部中。

在图示实施方案中，底端63具有用于将主体76保持在凹陷部50内的一个或多个保持器69。在图22-25中，保持器69被示出为肋条，它们一般围绕底端63的外边缘的侧面延伸。主体76经由过盈配合固定在凹陷部50内，使得保持器69的肋条接触凹陷部的侧面，从而将主体76固定在凹陷部50内。其他保持器也是可行的，并且肋条仅仅是可用于将主体固定在凹陷部内的保持器的一个示例。将主体固定在凹陷部50内的其他方式也是可行的。例如，保持器69可以是与凹陷部中的凹槽相对应的一系列螺旋脊。主体76可以旋转，使得保持器69接合凹陷部中的对应凹槽。另选地，作为一个示例，可使用一个或多个闩锁将插塞75固定在适当位置。此外，保持器可形成于凹陷部中，以代替或补充插塞75上的保持器。

底端63优选地具有用于从凹陷部50拆除插塞75的拆除特征71。在图21-22中所示的实施方案中，拆除工具接合拆除特征71以将主体76从凹陷部撬出。拆除工具例如可以是能够将主体从凹陷部撬出的撬杆或另一种工具。其他拆除特征也是可行的，并且主体可从接收该主体的凹陷部旋转、枢转或以其他方式拆除。在另选的实施方案中，可使用位于底端之外的拆除特征拆除主体。在该实施方案中，拆除特征71被配置为这样的腔，该腔底部的尺寸和位置被设定为接收和容纳监控装置25(包括传感器)和其他部件。装置25和其他部件可嵌入主体31(例如树脂)中。

在图示实施方案中，顶端61被示出为宽于底端63并限定顶盖或顶部凸缘。宽于底端63的顶端61可最大程度减少主体与凹陷部之间聚集的微尘。在另选的实施方案中，顶端的宽度可大致匹配底端的宽度，或宽度可小于底端。顶端61为大致平坦的，并且具有大致圆形的形状；其他形状也是可行的。

在图21、图21和图25中所示的实施方案中，顶端61具有拆除特征65，操作员可使用该拆除特征将主体31A从凹陷部拉出或撬出。操作员可单手或双手手动地抓持拆除特征65，或可使用工具来接合拆除特征65。在图示实施方案中，拆除特征65被示出为突出部，该突出部与主体的顶表面61齐平，但其他构型也是可行的。拆除特征65可被接合且在远离凹陷部的向外方向上移动，使得拆除特征65高于主体的顶表面61。可使用拆除特征65初始影响主体离开凹陷部的移动，并且可使用拆除特征71将主体76从凹陷部完全拆除。在另选的实施方案中，可使用拆除特征65将主体从凹陷部完全拆除。在另选的实施方案中，顶端61可不具有拆除特征65，或可使用另选的拆除特征将主体从凹陷部50拆除。例如，顶端61可具有凹陷部或突起形式的拆除特征(未示出)，其被设计为与工具接合。该工具可接合拆除特征，以将主体旋转出凹陷部50。

如上所指出，用于接收插塞75(即，监控装置)的凹陷部可为产品15中的凹陷部50、锁21中的凹陷部162、插塞75中的凹陷部71的一部分、或基部13中的凹陷部51(图5)。凹陷部可出于其他原因而预先确立，并不被专门设计用于接收监控装置。例如，凹陷部可为锁中的凹陷部，其被设计成接收拆除工具以在产品15的安装和拆除期间调节锁。当不拆除或安装产品时，可使用该凹陷部接收插塞75形式的监控装置。当需要调节锁21时，可从凹陷部50拆除插塞75。

在另选的实施方案中，凹陷部可为凹陷部50，其被专门设计用于接收具有插塞75构型(图7A)或另一种构型的插塞。凹陷部可具有多种形状。优选地，凹陷部的形状大致对应于插塞的主体，但其他构型也是可行的。凹陷部50优选地位于地面接合产品的外表面40之中或附近并在其中接收插塞，使得因地面接合产品的金属所致的信号阻塞减少。在一些实施方案中，被专门设计用于接收插塞的凹陷部可位于例如锁、齿尖、中间适配器、适配器、铸造斗唇的鼻部、护罩、斗唇、铲刀、耐磨转轮、卡车衬垫、铲斗、或其他种类的土方作业设备的其他地面接合产品中。此外，凹陷部可位于主体将经受最少磨损的位置。在另选的实施方案中，主体可设置在已知经受磨损的位置中，使得监控装置经受磨损并且监控装置可检测产品15的磨损。

在另一个实施方案中，作为第二个锁式示例，监控装置25保持在锁21A中，诸如美国专利7,536,811中所公开，该专利全文以引用方式并入本文。锁21A包括枢转地连接在一起的一对锁主体102(图19-20)。简而言之，锁主体102枢转，使得其外端104朝彼此移动，因此锁可插入产品(诸如护罩9)的开口的入口中。锁在处于开口中时扩展至线性位置，因此锁长于开口的入口。锥形、螺纹保持器106安装在主体102之间的接缝处，以在锁插入开口中时防止主体102的相对移动，从而防止锁从产品的开口拆除。至少一个锁主体102包括凹陷部50A。在一个实施方案中，监控装置25包括电子装置(诸如传感器35)以及凹陷部50B中的电池37。主体31封装芯片(充当传感器和发射器)和电池以保护它们。主体31可为树脂或其他材料。监控装置25可以其他方式固定和/或保护在凹陷部50A中。在一个实施方案中，监控装置25设置在螺纹保持器106中。

在挖掘操作中，地面接合产品经受来自各个方向的、宽泛的严重程度和持续时间范围内的荷载和冲击。固定产品的锁受到各种荷载经由应力、移动、振动、推撞等进行的影响，所述应力、移动、振动、推撞等可通过监控装置检测和监控。通过该过程，监控装置和/或远程装置在通过可编程逻辑处理所收集的信息时，例如考虑到地面接合产品的类型、泥土材料的种类(例如，磨损性、硬度等)、土方作业机等，可确定例如地面接合产品的状况，从而确定地面接合产品(和/或基部)的预期使用寿命。当与机器操作和/或工地相关的信息结合时，可确定预期更换日期，从而允许有效计划地面接合产品更换。监控装置可例如用来检测铲斗经过泥土材料的次数。监控装置还可用来检测地面接合产品中的荷载、应力、荷载持续时间等，从而确定例如穿透性和挖掘速率。监控装置还可用来确定产品在土方作业设备上的存在或不存在。

监控装置25还可设置在地面接合产品的主要易磨损外表面40之外。在一个实施方案中，监控装置可为提升孔眼22的形式(图5-6、图28-31)。由于尺寸和重量的原因，较大的地面接合产品可具有提升孔眼22，以将地面接合产品连接到提升装置，从而将地面接合产品从一个位置调动到另一个位置。这些提升孔眼22可为在地面接合产品制造期间形成的地面接合产品的一体零件(图5)，或可与地面接合产品机械地分离，如美国专利公布2015/0013134中所公开，该专利公布全文以引用方式并入本文。图26和图27是剖视图，示出了装配到轴环252中并紧固到护罩9的孔中的装卸插塞250。可在不再需要提升护罩9之后从轴环252拆除提升孔眼(下文所讨论)，之后可安装装卸插塞250。装卸插塞250可包括根据本公开的传感器35。

在图示实施方案中，监控装置25包括提升孔眼22，其中固定了包括多个装置或传感器35的监控装置25(图28-29)。装置或传感器35嵌入提升孔眼22的安装部分中，但可以其他方式固定且固定到提升孔眼装置的其他部分。在一个实施方案中，仅一个装置35嵌入提升孔眼22内。电子装置35在该示例中嵌入可机械分离的提升孔眼22的安装端163中，以最大程度降低使用装置25的环境的影响。在另选的实施方案中，装置可固定到铸造或以其他方式制造为地面接合产品零件的提升孔眼，和/或可固定到用于调动地面接合产品的提升孔眼22的工作端161。提升孔眼22可形成监控装置25的主体31，或监控装置25可封装在主体中，主体继而固定在提升孔眼22中。

提升孔眼22与美国专利公布2015/0013134中所公开的提升孔眼相似。其他形状也是可行的。在该实施方案中，提升孔眼22是可拆除的，使得提升孔眼可从产品7内的孔插入和拆除。提升孔眼22机械地固定，并且可与地面接合产品机械地分离。将装置25固定到可拆除的提升孔眼22允许监控装置25临时安装在可更换的产品15中。此外，提升孔眼22可与多种不同类型的地面接合产品一起使用，且仅对现有地面接合产品进行最小改动(例如，地面接合产品可制造或改装有附加凹陷部或孔以接收提升孔眼，或可利用现有凹陷部或孔接收提升孔眼)。在另选的实施方案中，装置25和/或提升孔眼22可永久地固定到地面接合产品，并且可不为可拆除的。

在一个示例中，装置25的提升孔眼22固定在地面接合产品15的凹陷部或孔133内(如下所讨论)。在图示实施方案中，提升孔眼22具有用于接合提升装置的工作端161，以及用于将提升孔眼固定到产品的安装端163(图28-31)。如美国专利公布2015/0013134中所公开，轴环(未示出)可设置有开口以接收提升孔眼的安装端163。轴环可为提升孔眼22的一部分，或可为产品15的一部分。在另选的实施方案中，轴环可省略，并且提升孔眼22可直接接合产品15的其他特征以将提升孔眼22固定到产品15。

安装端163优选地被成形为大致匹配孔133或轴环内的开口的形状。这最大程度减少了在产品15接合要挖掘的地面时可引入孔133或开口中的微尘量。应当理解，孔133和/或开口可具有多种形状，并且安装端163可具有多种形状以大致对应于孔133或开口的形状。在另选的实施方案中，提升孔眼22的形状可不同于接收该提升孔眼的孔或开口的形状。

将传感器35插入提升孔眼的凹陷部171中允许装置25充当调动产品的工具，作为其监控功能的补充。然而，传感器35可插入具有其他特定目的或出于在地面接合产品中接收监控装置25的唯一目的而提供的其他凹陷部、孔或开口中。

安装端163优选地具有一个或多个保持器169，以将提升孔眼22保持在孔133或166内。在图28-29中所示的实施方案中，保持器169被示出为螺纹形式的螺旋脊175。如美国专利公布2015/0013134中所述，螺纹大致围绕安装端163的外边缘的侧面延伸。提升孔眼22优选地固定在具有螺纹175的孔133或开口内。其他固定机构和保持器也是可行的，并且螺旋脊仅仅是可用于将提升孔眼22固定在孔133或开口166内的保持器的一个示例。将提升孔眼22固定在孔133或开口166内的其他方式也是可行的。例如，可使用一个或多个闩锁将提升孔眼固定在适当位置。

在图示实施方案中，提升孔眼进一步设置有闭锁棘爪177形式的保持器169。闭锁棘爪177优选地使提升孔眼22能够以相对于轴环或孔133的预定取向停止于固定位置。此外，闭锁棘爪177保持提升孔眼22处于优选取向，使得如果地面接合产品在固定到提升装置时发生转动，提升孔眼22的闭锁棘爪177确保地面接合产品不相对于提升孔眼旋转或以其他方式与提升孔眼22分离(即，当用提升装置提升地面接合产品时，闭锁棘爪177防止提升孔眼22进一步旋转进或旋转出轴环)。闭锁棘爪177优选地将提升孔眼22以足够的余隙保持在孔133或开口之外，使得可拆除(和安装)地面接合产品。可使用其他种类的闭锁构造，这些闭锁构造以其他方式闭锁以便接合产品腔的内壁，或者提升孔眼可不设置有闭锁构造。

安装端163优选地具有用于接收监控装置25的凹陷部171。凹陷部171优选地从与工作端161相邻的安装端163的外表面179延伸到不及相对外表面181的深度。在未示出的另选的实施方案中，凹陷部可例如从与工作端相对的安装端中的外表面延伸到不及与工作端相邻的外表面的深度，或者凹陷部可延伸穿过提升孔眼的整个安装端。凹陷部171可具有在其整个长度中均相同的宽度，或可具有随着其延伸到提升孔眼22的安装端163中而变化的宽度。

一个或多个装置25可固定在提升孔眼22的凹陷部171内。有多种方式可将装置25固定在凹陷部171内。例如，装置25可机械地固定在凹陷部171内，或可使用粘合剂将装置固定在凹陷部171内。在另选的实施方案中，装置25可固定到或嵌入聚合物中，该聚合物固定在凹陷部171内。

在图29中所示的实施方案中，天线183从装置35延伸到与提升孔眼22的工作端161相邻的安装端163的外表面179。在另选的实施方案中，天线可延伸到不及外表面179的点。采用该布置方式时，地面接合产品的金属引起最少信号阻塞。天线183优选地为易磨损的，以充当磨损监控装置。当地面接合产品接合地面时，提升孔眼22磨损并且天线183磨损，从而提供地面接合产品已经受的磨损的指示。在图28中所示的另选的实施方案中，电气装置35为易磨损电阻器梯形电路52A的形式。当电阻器梯形电路52A磨损时，电阻改变，从而提供地面接合产品已经受的磨损程度的指示。在另选的实施方案中，装置可没有天线，或可具有大致不在外表面的方向上延伸的天线。

一旦一个或多个监控装置25已固定在凹陷部171内，就可在凹陷部171中装填聚合物。在一个实施方案中，该聚合物选自弹性体、热塑性塑料和热固性塑料。在另选的实施方案中，凹陷部171中可装填聚合物以外的材料，或可不装填。将装置25固定到聚合物和/或在凹陷部171中装填聚合物可进一步在地面接合产品接合待挖掘的材料时保护装置35免受微尘的影响。

在图示实施方案中，工作端161被示出为呈承载环。其他类型的工作端也是可行的。例如，该环可更换为可由提升装置抓持或以其他方式固定到提升装置的其他索具接合元件，诸如具有孔的板、具有弹簧加载门的c形环、螺纹承窝或适配器。在本申请中，具有任何这些布置方式的提升装置均被称为提升孔眼，即便工作端并不包括传统的“孔眼”。

用于接收提升孔眼22的孔可出于其他原因而预先确立，并不被专门设计用于接收提升孔眼22。例如，孔可为孔133，其通常用于接收锁21以将产品固定到基部(图30)。在其他实施方案中，孔133可被专门设计用于接收提升孔眼22(图30)。在一些实施方案中，被专门设计用于接收监控装置25的孔可位于齿尖、中间适配器、适配器、铸造斗唇的鼻部、护罩、斗唇、铲刀、耐磨转轮、卡车衬垫、或其他种类的土方作业设备的其他产品中。此外，孔133优选地设置在已知经受磨损的位置中，使得提升孔眼22经受磨损并且电子装置35可检测产品15和/或提升孔眼22的磨损。

监控装置25可包括多于一个提升孔眼22，即，多个提升孔眼22和多个装置25可一起用于监控多个地面接合产品。例如，铲斗3可具有多个地面接合产品7和至少一个提升孔眼22，且每个产品7中安装有至少一个装置25，使得可编程逻辑从多个装置25接收信息并且处理来自每个装置25的数据，以识别和确定每个产品7的状况和健康度。另选地，多个装置25可固定到单个产品。作为一个示例，装置25可固定到产品，并且另一个装置25可固定到基部(图5)。作为另一个示例，多个装置25可固定到地面接合产品。

对于所有实施方案而言，监控装置25和/或远程装置38可使用可编程逻辑来处理由例如装置25和/或远程装置38生成的信息，以便识别所监控的地面接合产品的特征，诸如零件ID、存在、状况、使用和/或性能，和/或向操作员提供警报。采用可编程逻辑的处理器(例如，微处理器)可为监控装置25和/或远程装置38的一部分。远程装置中所包括的可编程逻辑可例如使用接收自监控装置25的信息来识别产品15仍然固定到基部13。当产品从基部13意外分离时，监控装置25可发送指示产品15的状况变化的不同信号。在另一个示例中，处理器可将有关矿场地质的信息与来自监控装置25的磨损信息结合用于确定例如估计的产品剩余磨损寿命。在另一个示例中，可编程逻辑可使用挖掘循环的次数或地面接合产品已投入使用的持续时间来确定估计的剩余磨损寿命。可编程逻辑可被编程为产生特定产品接近于需要更换的预先警报。该警报可为例如视觉警报、触觉反馈和/或音频警报。装置25和/或38可向设备操作员和/或无线装置无线地提供警报，以供操作员或他人诸如维修人员、矿场管理人员等获取。此外，如果状况指示例如地面接合产品已从基部意外分离、破损、或处于或接近完全磨损状况，可编程逻辑可被编程为产生警报。

监控装置25和/或远程装置38可为例如无源的或有源的，并且可包括接收器、发射器和/或数字传感器。接收器和/或发射器可为例如无线电通信装置、电磁波接收器和/或发射器、机械波接收器和/或发射器、激光接收器和/或发射器、或全球定位系统(GPS)。电磁波优选地具有可见光谱以外的波长(例如，红外、微波或射频[RF])，但可处于超声频谱中。此外，装置25、装置35可包括提供关于使用地面接合产品时的操作状况的信息的温度传感器、相机、数字测斜仪单元、数字罗盘、RFID、加速度计、定时器、接近传感器、力传感器、位置传感器和/或其他传感器。

来自该过程的结果和警报可发送到至少一个人机界面(HMI)。HMI可例如为如图11中所示的手持式装置39，其安装在车辆(诸如挖掘机或拖运卡车)的驾驶室中、或办公位置中。可通过可编程逻辑，利用其他收集或存储的数据来处理监控装置所检测的特征、事件、数据等，从而确定可影响矿场操作员的多种多样的因素。作为一个示例，该系统可使用有关设备以往使用的数据、设备的实时监控、外部因素诸如所作业的泥土材料的硬度或磨损性、所监控的地面接合产品的材料组成等，来确定预期完全磨损状况。作为一个示例，该数据还可与其他计划维修协调，以确定更换或维修所监控的产品的最有效时间。继而，HMI可依据所检测的特征和/或经处理的信息来提供警报、数据、预期磨损寿命等，从而实现土方作业设备的更有效使用。

监控装置25还可以无线方式或通过电缆来与其他计算机系统通信，一个或多个特定地面接合产品需要维修是因为地面接合产品发生分离，或因为存在地面接合产品可能需要维修的指示。此外，监控装置可存储来自该过程的所有结果。HMI可硬接线到远程装置，或可为无线装置，可与当前在挖掘设备中的显示系统(例如，与OEM显示器)集成在一起，与挖掘设备内的新显示系统集成在一起，和/或可位于远程位置中。HMI可被配置为提供地面接合产品现状的图形显示。HMI可例如提供关于每个地面接合产品的状况的视觉警报(例如，文本和/或图形图像)、触觉反馈(例如，振动)和音频警报。视觉警报可为例如显示每个地面接合产品和每个地面接合产品的状况(即，不存在/存在、可接受的磨损、需要维修)的图形图片。HMI可被设计成显示地面接合产品的活动图像，使得操作员可在视觉上检查警报是否有效。HMI可被设计成显示历史图表，使得操作员可确定曾在何时发生警报，从而操作员可在地面接合产品意外分离时采取必要措施。HMI可包括显示器41。显示器41可包括各种视觉指示器，包括但不限于：例如来自数据库的相似地面接合产品的照片；使用工地处的相机，诸如使用动臂2上的相机190(图12)拍摄的照片；剩余磨损寿命；铲斗构型；等。

在使用中，监控装置25可作为制造过程的一部分安装在凹陷部50中，或可现场安装。当监控装置25在制造的时候安装在凹陷部50中时，它也可用于跟踪运送进展、产品15的库存水平、和/或何时从库存中取出产品以供使用。此外，监控装置25也许还能够检测产品15是否经受在运送期间潜在损坏地面接合产品的状况。另选地，监控装置25可在制造过程之后安装，并且可例如在库存中时或在土方作业设备上安装新地面接合产品的时候安装在锁21中(如下所讨论)。

在另一个示例中，监控装置25可提供用于对操作特征进行实时评估的数据。例如，该工具可监控铲斗中及所装填的卡车托盘中收集的荷载，以向操作员提供有关更有效装填卡车托盘的信息。作为一个示例，该系统可指示在铲斗仅被部分(例如，一半)装填的情况下备运拖运卡车将被完全装填。这样，该系统可提高操作的效率和生产力。可以其他方式使用实时评估，以便优化挖掘路径、计划维修、估计生产力等。

在另一个示例中，监控装置25可用来生成可用于对矿场或其他土方作业现场进行测绘的数据，以估计在该现场使用的土方作业设备上的地面接合产品的特征。例如，所收集的数据可用来生成地面接合产品磨损率的轮廓式测绘，以更好地确定诸如产品更换计划表、成本等情形。在一个示例中，装置25所收集的数据可与诸如矿山地质、GPS数据、破碎度等其他数据相结合。该数据可用来对其他特征进行测绘，或者以不同于测绘的方式处理现场数据以生成相似信息。

在一个实施方案中，在采用任何监控装置时，斗唇5上的每个地面接合产品15包括监控装置25。监控装置25在其上固定有这些监控装置的设备的确立位置中检测彼此。另选地(或除此之外)，所有监控装置都由远程装置38(或多个远程装置)检测。产品丢失(例如，经由断裂或销喷射)导致监控装置从所确立的电子框架丢失；即，当一个监控装置偏离超过其与其他监控装置所确立的位置的特定范围时，检测到监控装置的位置显著变化。通过考虑诸如地面接合产品的类型、磨损、机器操作等情形来确定例如由挖掘引起的预期运动的范围。另选地，远程装置38检测监控装置25的位置，以确保每个产品存在于其相对于其他监控装置25所确立的位置中。在任一种情况下，通过经由其与其他产品的相对位置和取向来检测产品的存在，该系统操作时无需考虑具有地面接合产品的土方作业设备的移动和操作。

在一个实施方案中，相机可附接到例如铲斗、动臂、斗杆、机器、无人机、维修卡车或其他支撑件，以便为操作员提供视觉复查。例如，相机190可固定到动臂2，以捕获(至少一部分时间)附接到铲斗3的地面接合产品的视觉图像。当机器操作员(或他人)接收到例如地面接合产品已分离的警报时，可检查驾驶室内显示视觉图像的显示器，以确保所指出的地面接合产品实际上已从铲斗丢失。该备用系统可减少误报警，误报警会造成操作员停止机器的操作。

在另一个实施方案中，诸如现有技术系统中所用或如美国临时专利申请62/116,216和62/151,124及美国专利申请15/043,433(代理人案卷号507-US)中所公开的涉及相机的系统可与本申请中所述的监控系统结合使用，该美国专利申请15/043,433要求这两份申请的优先权并于2016年2月12日与本申请同时提交，并且全文以引用方式并入。接收自基于相机的系统的信息可用作备用复查以减少误报警次数。另选地，本文所公开的监控装置可为基于相机的监控系统的备用复查。此外，可共同处理由基于相机的监控系统和非基于相机的监控系统(诸如本文所公开)两者收集的数据，以确定例如地面接合产品的零件ID、存在、使用、状况和/或性能。两种系统所接收的完整数据可得出更可靠的结论和评估。

上述公开内容描述了用于识别土方作业设备上所使用的地面接合产品的特征诸如零件ID、状况、使用、存在和/或性能的特定示例性产品和系统。一个实施方案中的特征可与另一个实施方案中的特征一起使用。所给出的示例和所公开的特征组合并非意图在它们必须一起使用的意义上加以限制。

Claims (37)

1.一种监控系统，包括：

地面接合磨耗部件，其固定到土方作业设备，所述磨耗部件包括：

外表面，其由顶表面、底表面和侧表面限定，

安装腔，用于安装在铲斗的挖掘边缘上，

开口，其在所述外表面的顶表面、底表面或侧表面中的一者上开口，以及

附接件，其固定在所述开口中，使得所述附接件能够被从所述外表面的外侧通过所述开口移除，所述附接件具有监控装置，所述监控装置包括用于监控所述磨耗部件的至少一个特征的电子装置和用于无线传输由所述电子装置收集的数据的通信装置；至少一个远程装置，用于无线接收所述数据；以及

至少一个可编程逻辑装置，用于处理所述数据以提供与所述磨耗部件的所述至少一个特征有关的信息。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其中，所述附接件是插塞。

3.根据权利要求2所述的监控系统，其中，所述磨耗部件包括锁，所述锁被接纳在所述开口中以将所述磨耗部件固定到所述土方作业设备，所述锁包括凹陷部，所述插塞可移除地固定在所述凹陷部中，从而防止泥土微尘在所述凹陷部中积聚。

4.根据权利要求2所述的监控系统，其中，所述磨耗部件包括锁，所述锁被接纳在所述开口中以将所述磨耗部件固定到所述土方作业设备，并且其中所述插塞被接纳在所述开口中位于所述锁上方，从而防止泥土微尘在所述开口中积聚。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的监控系统，其中，所述插塞由弹性体材料形成。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的监控系统，其中，所述磨耗部件包括通孔和锁，所述锁被接纳在所述通孔中以将所述磨耗部件固定到所述土方作业设备，并且其中所述通孔与所述开口是分开的。

7.根据权利要求1所述的监控系统，其中，所述附接件是以机械方式固定在所述开口中的吊耳。

8.根据权利要求7所述的监控系统，其中，所述磨耗部件包括固定在所述开口中的轴环，并且所述吊耳包括通过螺纹接合并固定在所述轴环中的安装柄。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述至少一个可编程逻辑装置提供信息以识别所述磨耗部件。

10.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述至少一个可编程逻辑装置提供关于所述磨耗部件是否保持固定在所述土方作业设备上的信息。

11.根据权利要求10所述的监控系统，其中，所述监控系统包括显示界面以提供关于所述磨耗部件是否保持固定在所述土方作业设备上的实时信息。

12.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述至少一个可编程逻辑装置提供关于所述磨耗部件的磨耗量的信息。

13.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述至少一个可编程逻辑装置提供所述磨耗部件的剩余使用寿命的估计值。

14.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述至少一个可编程逻辑装置提供所述磨耗部件的状况的信息。

15.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述至少一个可编程逻辑装置提供关于所述土方作业设备对所述磨耗部件的使用的信息。

16.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述至少一个可编程逻辑装置提供关于所述磨耗部件在所述土方作业设备的使用期间的性能的信息。

17.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述至少一个可编程逻辑装置提供关于在所述磨耗部件上发生超出确立目标的冲击的信息。

18.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述磨耗部件附接到铲斗的挖掘边缘。

19.根据前述权利要求中任意一项所述的监控系统，其中，所述磨耗部件是挖掘齿的构件。

20.一种用于土方作业设备的地面接合磨耗部件，包括：

外表面，其由顶表面、底表面和侧表面限定，

安装腔，用于安装在铲斗的挖掘边缘上，

开口，其在所述外表面的顶表面、底表面或侧表面中的一者上开口，以及

附接件，其固定在所述开口中，使得所述附接件能够被从所述外表面的外侧通过所述开口移除，所述附接件具有监控装置，所述监控装置包括用于监控所述磨耗部件的至少一个特征的电子装置和用于无线传输由所述电子装置收集的数据的通信装置。

21.根据权利要求20所述的磨耗部件，其中，所述附接件是插塞。

22.根据权利要求21所述的磨耗部件，其中，所述磨耗部件包括锁，所述锁被接纳在所述开口中以将所述磨耗部件固定到所述土方作业设备，其中所述锁包括凹陷部，并且所述插塞可移除地固定在所述凹陷部中，从而防止泥土微尘在所述凹陷部中积聚。

23.根据权利要求21所述的磨耗部件，其中，所述磨耗部件包括锁，所述锁被接纳在所述开口中以将所述磨耗部件固定到所述土方作业设备，其中所述插塞被接纳在所述开口中位于所述锁上方，从而防止泥土微尘在所述开口中积聚。

24.根据权利要求21至23中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述插塞由弹性体材料形成。

25.根据权利要求20或24所述的磨耗部件，其中，所述磨耗部件包括通孔和锁，所述锁被接纳在所述通孔中以将所述磨耗部件固定到所述土方作业设备，其中所述通孔与所述开口是分开的。

26.根据权利要求20所述的磨耗部件，其中，所述附接件是吊耳。

27.根据权利要求26所述的磨耗部件，其中，所述磨耗部件包括固定在所述开口中的轴环，其中所述吊耳包括通过螺纹接合并固定在所述轴环中的安装柄。

28.根据前述权利要求中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述电子装置提供数据以识别所述磨耗部件。

29.根据前述权利要求中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述电子装置提供关于所述磨耗部件是否保持固定在所述土方作业设备上的数据。

30.根据前述权利要求中任意一项所述的磨耗部件，所述电子装置提供关于所述磨耗部件的磨耗量的数据。

31.根据前述权利要求中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述电子装置提供关于所述磨耗部件的状况的数据。

32.根据前述权利要求中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述电子装置提供关于所述土方作业设备对所述磨耗部件的使用的数据。

33.根据前述权利要求中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述电子装置提供关于所述磨耗部件在所述土方作业设备的使用期间的性能的数据。

34.根据前述权利要求中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述电子装置提供关于在所述磨耗部件上发生超出确立目标的冲击的信息。

35.根据权利要求20-34中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述安装腔被构造成能够接纳所述铲斗的挖掘边缘。

36.根据权利要求20-34中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述磨耗部件被构造为挖掘齿的构件。

37.根据权利要求20-34中任意一项所述的磨耗部件，其中，所述安装腔被构造成能够接纳固定至所述铲斗的挖掘边缘的基部。

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