CN112182863A - 工程机械健康监测方法、剩余寿命估算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工程机械健康监测方法、剩余寿命估算方法及系统，属于工程机械监测技术领域。所述方法包括：获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，以及获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据；根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值。本发明用于工作装置健康监测及剩余寿命评估。
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的健康监测方法、一种用于工程机械的剩余寿命估算方法、一种用于工程机械的健康监测系统、一种电子设备、一种用于工程机械健康监测的传感设备、一种工程机械和一种计算机可读存储介质。
背景技术
工程机械通常有挖掘机和装载机等，挖掘机和装载机设有工作装置，工作装置一般具有动臂、铲斗和提供作业驱动的油缸等，对于挖掘机的工作装置，常以动臂、斗杆、铲斗以及驱动油缸等部件组成，这些部件或工作装置整体是液压挖掘机的关键承载结构件，作为液压挖掘机完成挖掘、回转、卸料等一系列动作的直接实施者。工作装置在实际使用过程中，作业对象包含土方、石方、煤矿等复杂物料，频繁承受交变作用的拉压、弯扭以及各种冲击载荷作用，容易出现疲劳失效问题。根据数据统计分析表明，由疲劳开裂引起的结构破坏事故占挖掘机工作装置失效的90％左右，因此，工作装置的疲劳可靠性直接影响到挖掘机作业时的性能发挥及整机使用寿命。
工作装置设计的难点在于，要同步实现结构的高可靠性和轻量化设计，就必须获取结构件的精确承载载荷谱，再基于该载荷谱设计预期的使用寿命，否则高可靠性和轻量化设计将难以兼得。
另一方面，随着市场上挖掘机保有量的不断上升，二手挖掘机销售使得包含工作装置在内的关键结构件回收再利用也正逐步成为一种趋势。再二次使用的工作装置已经服役过一段时间，不可避免的会存在一定的损伤，通过外观分析和普通的结构件探伤，均不能很好评估其健康状况，更难以评估剩余寿命。要评估其剩余寿命，重要是两个方面：1、使用过程中的载荷历程；2、该结构的设计寿命。结构件的设计寿命可通过复原结构进行分析，但载荷历程却难以准确复原。
因此，在已知工作装置理论设计寿命的前提下，合理实时监测工作装置承载状况或健康状况，并在此基础上通过合理的方式对其损伤值进行分析，以便对其剩余疲劳可靠寿命进行评估，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种工程机械健康监测方法、剩余寿命估算方法及系统，解决了由于难以通过现有载荷分析得出工作装置的疲劳情况而导致的工程机械健康监测困难和剩余寿命估计困难等技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于工程机械的健康监测方法，该健康监测方法包括：
获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，以及获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据；
根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值。
具体的，所述根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值，包括：
获得所述载荷大小数据和所述偏载大小数据的乘积数据；
根据所述乘积数据与预设的乘积阈值数据的比较结果，确定所述工作装置的寿命损伤值。
具体的，所述根据乘积数据与预设的乘积阈值数据的比较结果，确定所述工作装置的寿命损伤值，包括：
若获得所述乘积数据超出预设的乘积阈值数据的比较结果，则选取第一损伤值为当前的寿命损伤值，或者，
若获得所述乘积数据未及预设的乘积阈值数据的比较结果，则选取第二损伤值为当前的寿命损伤值，
其中，所述第二损伤值小于所述第一损伤值。
具体的，所述根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值，包括：
获得所述载荷大小数据是否超出装置载荷阈值数据的判断结果，以及
获得所述偏载大小数据是否超出装置偏载阈值数据的判断结果；
选取与两个判断结果对应的当前损伤值，通过所述当前损伤值更新所述工程机械的当前工况下所述工程机械的工作装置的寿命损伤值。
具体的，所述选取与两个判断结果对应的当前损伤值，包括：
若两个判断结果中存在超出所述装置载荷阈值数据的判断结果和/或超出所述装置偏载阈值数据的判断结果，则选取第三损伤值为当前损伤值，或者，
若两个判断结果中存在未超出所述装置载荷阈值数据的判断结果和未超出所述装置偏载阈值数据的判断结果，则选取第四损伤值为当前损伤值，
其中，所述第四损伤值小于所述第三损伤值。
具体的，所述获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，其中，所述动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据包括动臂前叉的偏载大小数据。
具体的，所述获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据，包括：
获取所述工作装置中驱动油缸的载荷大小数据，其中，所述驱动油缸包括动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸。
本发明实施例提供一种用于工程机械的剩余寿命估算方法，该剩余寿命估算方法包括：
获取工程机械的总寿命值；
获取前述的用于工程机械的健康监测方法中的寿命损伤值；
通过所述总寿命值扣减所述寿命损伤值，获得所述工程机械的剩余寿命值。
本发明实施例提供一种用于工程机械的健康监测系统，该健康监测系统包括：
获取模块，用于获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，以及获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据；
损伤确定模块，用于根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值。
具体的，该健康监测系统还包括：
剩余寿命估算模块，用于获取工程机械的总寿命值，通过所述总寿命值扣减所述寿命损伤值，获得所述工程机械的剩余寿命值。
再一方面，本发明实施例提供一种电子设备，该电子设备包括：
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。
又一方面，本发明实施例提供一种用于工程机械健康监测的传感设备，该传感设备包括：
第一传感器，与前述的电子设备连接，被配置在工程机械的动臂前叉上，用于传输第一传感信号至所述电子设备，其中，所述第一传感器包括压力传感器、应变传感器或扭矩传感器；
第二传感器，与所述电子设备连接，被配置在所述工程机械的转台主阀上或液压管路上，用于传输第二传感信号至所述电子设备，其中，所述第二传感器包括压力传感器。
又一方面，本发明实施例提供一种工程机械，该工程机械具有前述的电子设备，或者，
该工程机械具有前述的电子设备和前述的传感设备。
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。
本发明通过动臂与斗杆连接处铰点附近受扭矩作用所对应的偏载大小，以及通过与作业驱动设备受弯曲作用力或拉压作用力(拉力和/或压力组合)所对应的载荷大小，由该载荷大小与偏载大小共同等效得出工程机械的工作装置造成的疲劳损伤，从而可通过直接映射选值或阈值比较选值或该两者的组合等方式实现确定工作装置的寿命损伤值。
本发明具体提供了两种工程机械的损伤值的量化选取方式，通过结合与不同受力对应的工作装置各个载荷数据与其阈值数据的判断结果，选取出用于剩余寿命估计的损伤值，克服了已服役的工作装置各部件在作业工况下载荷不同而导致的工作装置的损伤情况众多且差异较大，进而改善工程机械的剩余寿命估计值，特别是对于已服役的(或二手交易获取的)挖掘设备(如履带/轮式挖掘机)，能够完成该挖掘设备的剩余寿命估计，从而能够根据剩余寿命评估该挖掘设备是否可以再继续服役以及再服役大致时间。
本发明具体选择动臂前叉位置的扭矩、压力或应变等相关数据，用于得出工作装置的偏载大小数据，动臂前叉的偏载大小能明显体现出工作装置受扭矩作用的载荷情况。
本发明具体选择驱动油缸的压力相关数据，用于得出工作装置的载荷大小数据，驱动油缸的压力能明显反映出工作装置受弯曲作用和拉压作用的载荷情况。
本发明提供了剩余寿命的估算方式，在得到寿命损伤值的基础上，能够根据理论总寿命求得剩余寿命，从而实现已服役的工程机械的损伤和剩余寿命估算。
本发明还提供了传感设备的布置方案，结合前述电子设备，实现了工程机械的剩余寿命监测的数据采集架构。
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为本发明实施例的示例性挖掘机主要组成部件示意图；
图2为本发明实施例的示例性挖掘机工作装置主要载荷的对应区域示意图；
图3为本发明实施例的示例性动臂前叉结构示意图；
图4为本发明实施例的示例性挖掘机主要监测步骤示意图；
图5为本发明实施例的示例性挖掘机驱动油缸数据处理步骤示意图；
图6为本发明实施例的示例性挖掘机动臂前叉数据处理步骤示意图；
图7为本发明实施例的示例性工作装置健康监测及剩余寿命评估流程示意图；
图8为本发明实施例的示例性挖掘机一种确定寿命损伤值处理步骤示意图；
图9为本发明实施例的示例性挖掘机一种确定寿命损伤值处理步骤示意图；
图10为本发明实施例的示例性剩余寿命与装置载荷和偏载的关系示意图。
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的健康监测方法，该健康监测方法包括：
S1)获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，以及获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据；
S2)根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值。
在一些具体实施中，工程机械可以包括履带式挖掘机和/或轮式挖掘机，如图1，履带式挖掘机通常可以包括底盘系统1、上车系统2、动臂油缸3、动臂4、斗杆油缸5、斗杆6、铲斗油缸7、摇杆8、连杆9和铲斗10等主要部件。对于获得前述的偏载大小数据和载荷大小数据，可根据具体起重设备结构、监测系统需求和成本进行设计传感采集获得相应的传感数据，通过传感数据分别得出偏载大小数据和载荷大小数据；例如，获取动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，可以在铰点附近选取两个及两个以上的位置得到压力或应变传感信号，通过前述位置的压力或应变传感信号，获得偏载大小数据，偏载大小数据可以是通过差值或比值等方式得到的数据；以及例如，通过作业驱动设备安装的压力传感器，获取与所述工程机械的作业驱动设备的压力传感信号，通过压力传感信号得到载荷大小数据；在根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定工作装置的寿命损伤值步骤中，可通过直接映射选值或阈值比较选值或该两者的组合等方式实现确定工作装置的寿命损伤值，寿命损伤值可以包括应力循环次数或该应力循环次数通常对应的寿命时间。
本发明实施例先通过对该挖掘机的主要部件进行受力和载荷分析，提出影响挖掘机工作装置服役过程中寿命损伤的主要载荷类型，然后提供了获取偏载大小数据和载荷大小数据的方式，以及确定损伤值大小的方式，具体如下。
挖掘机工作装置在工作过程中主要承受挖掘工况作用的载荷和回转启停工况作用的载荷两大类；其中，挖掘工况载荷根据作业对象产生的冲击不同又可细分为均匀作用在铲斗10的中齿载荷和非均匀作用在铲斗10的边齿载荷。
中齿载荷对工作装置承载的影响是产生弯曲作用力或拉压作用力，该种载荷对箱型结构(如动臂4)造成的损伤通常偏小；工作装置在承受非均匀作用在铲斗10的边齿载荷或承受回转启停的惯性载荷作用时，都会使工作装置承受扭矩作用，扭矩对箱型结构的损伤通常偏大。
工作装置的动臂油缸3、斗杆油缸5、铲斗油缸7等驱动油缸属于细长杆件，且油缸的缸筒和油杆之间的转动自由度是释放的。在工作装置承载受力的过程中，各驱动油缸只能承受拉力或压力，无法传递扭矩。因此，若通过单独检测各个油缸的作用压力大小来评判工作装置载荷情况是不具备代表性的、与实际损伤有较大差异。
因此，监测工作装置的健康服役状态，可以通过监测工作装置的受扭矩作用情况(即偏载情况)和驱动油缸的压力情况进行实现，也可以由此复现出该工作装置的载荷谱。
进一步地，对于监测工作装置的驱动油缸的作业过程中压力，可以选用压力传感器，考虑各驱动油缸均会通过液压管路与转台液压主阀相连。因此，可考虑将检测液压油缸压力的压力传感器设置在转台主阀上或者是靠近转台的液压管路上。
在压力传感器使用时，可发送压力传感信号(还可以是根据实际挖掘机的结构和材料等参数仿真得到)至挖掘机的控制器(或处理器)。进一步地可有，所述获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据，如图5，可以包括：
S101)获取所述工程机械的驱动油缸的压力传感信号；
S102)经信号传输与处理，将所述压力传感信号转换为具有所述驱动油缸载荷的载荷大小数据。
对于该信号传输与处理，在一些情况中，挖掘机的控制器的处理能力相较于执行作业任务有较大冗余，并且具备与压力传感器的相应的接口或控制器被配置有用于转换压力传感信号的电路，该电路可以包括放大器、滤波器等，从而实现该信号传输；在另外一些情况中，选用的压力传感器可以具有控制器，该控制器与挖掘机的控制器可以直接交互传感数据。
对于根据压力传感信号的数据转换得到载荷大小数据(可以是载荷与时间历程的载荷谱)，挖掘机的控制器可以被配置有匹配具体挖掘机参数的计算公式或处理规则(如奇异值、零漂和滤波等信号处理规则)等，也可以是由挖掘机的控制器转发压力传感器信号的数据至远程服务器，通过远程服务器完成转换过程后挖掘机的控制器接收载荷大小数据即可，从而实现信号对应的转换。
对于监测工作装置承受偏载，传感器可选用压力传感器、应变传感器等，前述的传感信号可以包括压力传感器传输至挖掘机控制器的压力传感信号或应变传感器传输至挖掘机控制器的应变传感信号，可以是根据实际挖掘机的结构和材料等参数仿真得到，也可以是通过实际传感器检测得到。
进一步地，如图6，获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，可以包括步骤S103)，步骤S103)可以包括以下任意一项：
A)分别获取工程机械的动臂前叉上的压力传感信号或应变传感信号；
B)获取工程机械的动臂前叉的扭矩传感信号。
进一步地，获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，还可以包括以下任意一项：
S104)经信号传输与处理，将所述压力传感信号、应变传感信号或者扭矩传感信号转换为具有所述动臂前叉左右侧的载荷差异的偏载大小数据。
其中，步骤S103)和前述步骤101)不限定执行先后顺序，可以同步、异步、或间隔有等待时间等方式执行两者。动臂前叉可以是有加强板或无加强板。
在一些情况中，在获取偏载大小数据的精度要求不高时，还可以有替换实施方式，例如考虑动臂与斗杆连接区域，该区域可以包括斗杆后段(距离铲斗远的一段)区域、动臂前段(距离上车系统远的一段)区域和铰接区域中任意一个区域内。
如图1和图2，由于动臂油缸通常是左、右侧均设置的双油缸，偏载的作用在靠近转台的动臂中、后段作用不够明显，检测效果不佳；斗杆前端靠近铲斗的部位(斗杆前段区域)对偏载的敏感性强，但因靠近铲斗，若在该位置设置相应的传感器，使用过程中容易出现破损；斗杆与动臂连接的力传递路径只有两处，一处是动臂前叉，另一处是斗杆油缸，因斗杆油缸只能传递拉力或压力无法传递扭矩，故斗杆上承受的各类扭矩只能通过动臂前叉进行传递。因此，将监测工作装置偏载情况的传感器分别对称设置在动臂前叉左、右两侧，如图3，可以分别具体在动臂前叉的两侧耳板(有安装孔)，可以是两侧耳板相对面上安装，也可以是相背面上安装，还可以是分别在动臂前叉上任意两个位置打孔安装，安装的传感器可同步读取动臂前叉左、右两侧传感器信号的差值即可获取工作装置的偏载情况。
用于检测偏载的压力传感器或应变传感器宜设置在动臂与斗杆连接的铰点附近，具体地，推荐左、右对称设置在动臂前叉的左、右两侧(俯视正常挖掘机挖掘工作姿态时的动臂前叉)，该安装位置可以是有加强板的外侧或无加强板的内侧(前叉左右侧板正对的区域为内侧)，并且可以使用同种传感器，在用于检测偏载的压力传感器或应变传感器使用时，可同步发送压力或应变传感信号至控制器。
此处对压力传感信号或应变传感信号的信号传输与处理的方式可以按照前述压力传感信号的信号传输与处理的方式实施。
将驱动油缸的压力传感器数据作为评判工作装置载荷大小的标准，将动臂前叉获取的偏载数值作为评判工作装置偏载的标准，综合两个参数即可评判或监测工作装置服役情况。
基于上述分析，如图7，本发明实施例可以以各个传感器实时同步监测的方式实施，同步进行驱动油缸压力信号实时监测和进行动臂前叉左、右两侧压力或应变信号实时监测，然后进行各个传感信号的信号传输与处理，分别得到载荷大小数据和偏载大小数据，根据载荷大小数据和偏载大小数据进行工程机械的工作装置服役情况损伤数据获取以及评估，适时修正(可以根据具体起重设备的实际数据，修正涉及的理论值，如推断的总寿命修正为实际记录值)后，根据预设总损伤和总寿命得出工作装置剩余寿命。
进一步地，如图8，工作装置的损伤由偏载大小数据和载荷大小数据共同决定，具体可以包括：
S201)获得所述载荷大小数据和所述偏载大小数据的乘积数据；
S202)根据所述乘积数据与预设的乘积阈值数据的比较结果，确定所述工作装置的寿命损伤值。
具体数据处理方式是可选的，可以取直接乘积，也可以是先预处理偏载大小数据和载荷大小数据后，再取两者乘积，乘积阈值也相应地可以根据既往实际记录数据、台架试验数据和数据处理方式等，进行预设；例如先将载荷大小数据和偏载大小数据进行归一化，比较归一化后的两者的乘积(也可视作面积)与前述乘积阈值，然后根据比较结果选择损伤值即可。
对于选择损伤值，步骤S202)具体可以包括：
若获得所述乘积数据超出预设的乘积阈值数据的比较结果，则选取第一损伤值为当前的寿命损伤值，或者，
若获得所述乘积数据未及预设的乘积阈值数据的比较结果，则选取第二损伤值为当前的寿命损伤值，
其中，所述第二损伤值小于所述第一损伤值。
需要说明的是，本发明实施例不限于特定类型的挖掘姿态和工况，如铲斗卸载姿态、回转工况或挖掘工况等，任意一种或多种挖掘姿态和工况下获得的偏载大小数据和载荷大小数据均可以适用本发明实施例。
所述根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值，如图9，具体可以包括：
S203)将所述载荷大小数据作为与所述工程机械的工作装置受弯曲作用或拉压作用对应的装置载荷数据，以及将所述偏载大小数据作为与所述工程机械的工作装置受扭矩作用对应的装置偏载数据；
S204)获得所述装置载荷数据或所述载荷大小数据是否超出装置载荷阈值数据的判断结果，以及获得所述装置偏载数据或所述偏载大小数据是否超出装置偏载阈值数据的判断结果；
S205)选取与两个判断结果对应的当前损伤值，通过所述当前损伤值更新所述工程机械的当前工况下所述工程机械的工作装置的寿命损伤值。
其中，步骤S203)至步骤S205，以及步骤S201)至步骤S202，可以任选一者进行确定寿命损伤值，也可以同步、异步或有间隔等待时间等方式执行两者，步骤S203)至步骤S205的方式对偏载大小数据和载荷大小数据的同步性要求更低。
步骤S205)中选取与两个判断结果对应的当前损伤值，包括：
若两个判断结果中存在超出所述装置载荷阈值数据的判断结果和/或超出所述装置偏载阈值数据的判断结果，则选取第三损伤值为当前损伤值，或者，
若两个判断结果中存在未超出所述装置载荷阈值数据的判断结果和未超出所述装置偏载阈值数据的判断结果，则选取第四损伤值为当前损伤值，
其中，所述第四损伤值小于所述第三损伤值，前述第一损伤值可以与第三损伤值相等或分别取为两个数值，第二损伤值也可以与第四损伤值相等或分别取为两个数值。装置载荷阈值数据和装置偏载阈值数据可以是单个阈值、多个阈值、一段数值范围或者多段数值范围等多种形式或组合形式，可以根据具体工程机械的工作装置结构尺寸和材料类型等因素进行设定，若工作装置的装置载荷数据表现为小(未超出所述装置载荷阈值数据)，表明工作装置的载荷小，并且若工作装置的装置偏载数据表现也为小(未超出所述装置偏载阈值数据)，表明工作装置的偏载小，则该情况下的损伤值较小，损伤值对疲劳寿命影响小；若工作装置的装置载荷和装置偏载中有一个参数偏大，则该情况下的损伤值较大，损伤值对疲劳寿命影响大。
一般地，损伤值或(疲劳)寿命损伤值通常可以为与载荷谱对应的应力谱(可结合有限元模型实现)所被统计得到的循环次数，而疲劳寿命(或总寿命)或总损伤值通常可以为工作装置失效前的总循环次数(可以是出厂理论估计次数)，以循环次数度量的疲劳寿命损伤值和总损伤值还可以通过单位时间(年、月或日等)内工作装置作业的次数转换为以时间度量(年、月或日等)的疲劳寿命损伤值和总损伤值。
在本发明实施例中，损伤值也可以是以次数度量或时间度量，对于根据判断结果进行当前损伤值的选取，可以灵活实施，损伤值大或小是具体挖掘机确定的情况下和各个装置的阈值数据选定时的相对量，可以优选地是，损伤值可以是由多个单位损伤值(单位损伤值如一年、一月或一日等，又如十次、千次次数等)构成，前述的各个阈值数据均可以选择单个阈值，因此，可以统一装置载荷、装置偏载和对应的阈值在同一个坐标系中，判断装置载荷、装置偏载是否超出阈值，在未超出阈值时确定一定数量的单位损伤值为当前损伤值，在超出阈值时确定更多数量的单位损伤值为当前损伤值，如果在不存在前次所确定的寿命损伤值，则当前损伤值即可以等于寿命损伤值，存在前次所确定的寿命损伤值，可以用当前损伤值调整寿命损伤值的大小。如图10，N为工作装置的疲劳寿命(可以通过疲劳考核获得或取理论值等方式获得)，NL为该工作装置的剩余寿命，通过比较装置载荷数据FD与装置载荷阈值数据Fa的大小，以及通过比较装置偏载数据FΔ与装置偏载阈值数据Fb的大小，获得工作装置的载荷的状态(大或小)和偏载的状态(大或小)，在一些情况中，可以将各载荷数据与对应的阈值在同一坐标系中通过面积(S1-S4)映射出对应的一定数量的单位损伤值(实心黑圈代表未受损的单位损伤值，空心圈代表已经损伤的单位损伤值)，在简化情况中，损伤值n1(可以至少为一个空心圈)可以小于n2，n3，n4等损伤值，而n2，n3，n4等损伤值可以取为相同值，nx取自n1，n2，n3等损伤值，因此，可得出该工作装置的剩余寿命NL为N-nx。
其中，在一些情况中，在超出阈值时或在未超出阈值时，还可以进一步细分，以在超出阈值时为例，装置偏载超出装置偏载阈值的相对量远大于或远小于装置载荷超出装置载荷阈值的相对量(如若|FΔ-Fb|>>|Fa-FD|，则可以主要考虑装置偏载所造成的损伤)，可以分别忽略装置载荷所对应考虑确定的数量的单位损伤值或忽略装置偏载所对应考虑确定的数量的单位损伤值。
对于前述的第二损伤值和第四损伤值，第二损伤值和第四损伤值可以大于零损伤值，在本发明实施例中，工作装置的装置载荷和装置偏载属于较小值的情况时，并不视为此时没有损伤值，而是选取第二损伤值或第四损伤值作为当前损伤值。
值得提出的是，若工作装置的总寿命是经历了疲劳性考核得出并且考核过程中记录了装置载荷、装置偏载以及损伤大小程度的相关数据，则能够进一步地增加确定损伤值步骤的置信度，如工作装置或部件的疲劳台架试验，实现了直接根据载荷大小程度和偏载大小程度找出对应的损伤值，特别对于新开发工作装置的疲劳可靠性考核过程中，基于载荷大小和偏载大小两个参数，可较好的复原服役载荷情况，只是与上述剩余寿命评估不同的是，新工作装置应先经过疲劳可靠性考核后获取的总寿命数据具备更高的置信度，寿命评估才会更准确。
本发明实施例还提供了用于工程机械的剩余寿命估算方法，该剩余寿命估算方法包括：获取工程机械的总寿命值，并获取前述的用于工程机械的健康监测方法中的寿命损伤值；通过所述总寿命值扣减所述寿命损伤值，获得所述工程机械的剩余寿命值。
总寿命或总损伤值可以预设于挖掘机的健康监测主机(具有前述的处理器或控制器)中，结合该总寿命或总损伤值，去除(减去)工作装置健康检测获取的损伤值，即可评判工作装置剩余寿命，其中，考虑总寿命或总损伤值可以是理论推断值，在具体实施时，可以根据实际记录值适时修正总寿命或总损伤值。
实施例2
本发明实施例与实施例属于同一发明构思，本发明实施例提供了用于工程机械的健康监测系统，该健康监测系统包括：
获取模块，用于获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，以及获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据；
损伤确定模块，用于根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值。
具体的，该健康监测系统还包括：
剩余寿命估算模块，用于获取工程机械的总寿命值，通过所述总寿命值扣减所述寿命损伤值，获得所述工程机械的剩余寿命值。
具体的，所述损伤确定模块具体用于：
获得所述载荷大小数据和所述偏载大小数据的乘积数据；
根据所述乘积数据与预设的乘积阈值数据的比较结果，确定所述工作装置的寿命损伤值。
具体的，所述损伤确定模块具体用于：
若获得所述乘积数据超出预设的乘积阈值数据的比较结果，则选取第一损伤值为当前的寿命损伤值，或者，
若获得所述乘积数据未及预设的乘积阈值数据的比较结果，则选取第二损伤值为当前的寿命损伤值，
其中，所述第二损伤值小于所述第一损伤值。
具体的，所述损伤确定模块具体用于：
获得所述载荷大小数据是否超出装置载荷阈值数据的判断结果，以及
获得所述偏载大小数据是否超出装置偏载阈值数据的判断结果；
选取与两个判断结果对应的当前损伤值，通过所述当前损伤值更新所述工程机械的当前工况下所述工程机械的工作装置的寿命损伤值。
具体的，所述损伤确定模块具体用于：
若两个判断结果中存在超出所述装置载荷阈值数据的判断结果和/或超出所述装置偏载阈值数据的判断结果，则选取第三损伤值为当前损伤值，或者，
若两个判断结果中存在未超出所述装置载荷阈值数据的判断结果和未超出所述装置偏载阈值数据的判断结果，则选取第四损伤值为当前损伤值，
其中，所述第四损伤值小于所述第三损伤值。
具体的，所述获取模块具体用于获取动臂前叉的偏载大小数据。
具体的，所述获取模块具体用于获取所述工作装置中驱动油缸的载荷大小数据，其中，所述驱动油缸包括动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸。
实施例3
本发明实施例与实施例1至2均属于同一发明构思，本发明实施例提供了用于工程机械健康监测的传感设备，实施例1中用于工程机械的健康监测方法可选用该传感设备进行实施，该传感设备包括：
第一传感器，与前述的电子设备连接，被配置在工程机械的动臂前叉上，用于传输第一传感信号至所述电子设备，其中，所述第一传感器包括压力传感器、应变传感器或扭矩传感器，第一传感信号可相应地是压力传感信号、应变传感信号或扭矩传感信号；
第二传感器，与所述电子设备连接，被配置在所述工程机械的转台主阀上或液压管路上，用于传输第二传感信号至所述电子设备，其中，所述第二传感器包括压力传感器，第二传感信号可相应地是压力传感信号。
应变传感器、压力传感器或扭矩传感器可以是多个传感器。电子设备可以为前述健康监测主机(或主控)，若本地的电子设备不处理关于寿命损伤值的选择、计算和判断，则可以通过该电子设备利用射频网络或有线网络等方式实时将传感信号传输至用于寿命评估的服务器。此外，对动臂前叉左、右两侧偏载差值的监测可以有替换实施方式，不应局限在压力传感器、应变传感器或扭矩传感器，只要能较好的评判动臂前叉左、右两侧承载的差值即可。
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的健康监测方法，其特征在于，该健康监测方法包括：
获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，以及获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据；
根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值。
2.根据权利要求1所述的用于工程机械的健康监测方法，其特征在于，所述根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值，包括：
获得所述载荷大小数据和所述偏载大小数据的乘积数据；
根据所述乘积数据与预设的乘积阈值数据的比较结果，确定所述工作装置的寿命损伤值。
3.根据权利要求2所述的用于工程机械的健康监测方法，其特征在于，所述根据乘积数据与预设的乘积阈值数据的比较结果，确定所述工作装置的寿命损伤值，包括：
若获得所述乘积数据超出预设的乘积阈值数据的比较结果，则选取第一损伤值为当前的寿命损伤值，或者，
若获得所述乘积数据未及预设的乘积阈值数据的比较结果，则选取第二损伤值为当前的寿命损伤值，
其中，所述第二损伤值小于所述第一损伤值。
4.根据权利要求1所述的用于工程机械的健康监测方法，其特征在于，所述根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值，包括：
获得所述载荷大小数据是否超出装置载荷阈值数据的判断结果，以及
获得所述偏载大小数据是否超出装置偏载阈值数据的判断结果；
选取与两个判断结果对应的当前损伤值，通过所述当前损伤值更新所述工程机械的当前工况下所述工程机械的工作装置的寿命损伤值。
5.根据权利要求4所述的用于工程机械的健康监测方法，其特征在于，所述选取与两个判断结果对应的当前损伤值，包括：
若两个判断结果中存在超出所述装置载荷阈值数据的判断结果和/或超出所述装置偏载阈值数据的判断结果，则选取第三损伤值为当前损伤值，或者，
若两个判断结果中存在未超出所述装置载荷阈值数据的判断结果和未超出所述装置偏载阈值数据的判断结果，则选取第四损伤值为当前损伤值，
其中，所述第四损伤值小于所述第三损伤值。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的用于工程机械的健康监测方法，其特征在于，所述获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，其中，所述动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据包括动臂前叉的偏载大小数据。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的用于工程机械的健康监测方法，其特征在于，所述获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据，包括：
获取所述工作装置中驱动油缸的载荷大小数据，其中，所述驱动油缸包括动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸。
8.一种用于工程机械的剩余寿命估算方法，其特征在于，该剩余寿命估算方法包括：
获取工程机械的总寿命值；
获取权利要求1至7中任意一项所述的用于工程机械的健康监测方法中的寿命损伤值；
通过所述总寿命值扣减所述寿命损伤值，获得所述工程机械的剩余寿命值。
9.一种用于工程机械的健康监测系统，其特征在于，该健康监测系统包括：
获取模块，用于获取工程机械的工作装置中动臂与斗杆连接处铰点附近的偏载大小数据，以及获取所述工作装置中作业驱动设备的载荷大小数据；
损伤确定模块，用于根据所述载荷大小数据和所述偏载大小数据，确定所述工作装置的寿命损伤值。
10.根据权利要求9所述的用于工程机械的健康监测系统，其特征在于，该健康监测系统还包括：
剩余寿命估算模块，用于获取工程机械的总寿命值，通过所述总寿命值扣减所述寿命损伤值，获得所述工程机械的剩余寿命值。
11.一种电子设备，其特征在于，该电子设备包括：
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实现权利要求1至8中任意一项权利要求所述的方法。
12.一种用于工程机械健康监测的传感设备，其特征在于，该传感设备包括：
第一传感器，与权利要求11所述的电子设备连接，被配置在工程机械的动臂前叉上，用于传输第一传感信号至所述电子设备，其中，所述第一传感器包括压力传感器、应变传感器或扭矩传感器；
第二传感器，与所述电子设备连接，被配置在所述工程机械的转台主阀上或液压管路上，用于传输第二传感信号至所述电子设备，其中，所述第二传感器包括压力传感器。
13.一种工程机械，其特征在于，该工程机械具有权利要求11所述的电子设备，或者，
该工程机械具有权利要求11所述的电子设备和权利要求12所述的传感设备。
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8中任意一项权利要求所述的方法。
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