CN117151476B - 一种基于大数据的挖掘机安全运行预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及挖掘机安全运行技术领域，涉及一种基于大数据的挖掘机安全运行预警系统，本发明通过动臂的压缸行为安全评估指数和执行符合程度指数综合分析目标工作行为的动臂运行安全风险系数，通过斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数以及铰接安全性能指数综合分析目标工作行为的斗杆运行安全风险系数，通过铲斗的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数、铰接安全性能指数以及铲斗运行过程中的综合物料处理能力评估指数，综合分析目标工作行为的铲斗运行安全风险系数，弥补现有技术针对挖掘机工作行为中动臂、斗杆和铲斗运行安全评估缺乏全面性和细致性的缺点，有效提高目标挖掘机的整体工作安全性。

Description

一种基于大数据的挖掘机安全运行预警系统

技术领域

本发明涉及挖掘机安全运行技术领域，具体而言，涉及一种基于大数据的挖掘机安全运行预警系统。

背景技术

近年来，挖掘机在建筑、矿山以及其他工程领域得到了广泛应用，其工作行为，即工作装置的操作，涉及到日常的挖掘、装载和搬运等复杂任务。这些任务不仅存在高风险和复杂操作，可能导致事故和伤害事件，而且直接影响到挖掘机的工作效率、安全性以及使用寿命。因此，准确监测评估挖掘机的工作行为对于提高挖掘机的安全性，降低潜在风险具有至关重要的意义。

现有挖掘机工作行为的安全运行预警技术能够通过传感器等先进技术实时监测工作行为中动臂、斗杆和铲斗相关信息，对动臂、斗杆和铲斗运行安全进行评估，以此综合分析工作行为的安全运行，虽满足一定要求，但仍存在局限性，其具体表现在：现有技术针对挖掘机工作行为中动臂、斗杆和铲斗运行安全评估缺乏全面性和细致性，多注重于动臂、斗杆和铲斗的压缸行为，忽略了其他影响因素对于动臂、斗杆和铲斗运行安全评估的影响，例如动臂、斗杆和铲斗的实际执行操作是否与操作员推杆指示符合，若实际执行操作的方向和高度与操作员指示不同，将导致无法及时发觉倾覆、碰撞或其他危险的风险，再例如工作行为过程中斗杆铰接结构和铲斗铰接结构性能安全，若铰接结构存在堵塞或偏移故障等运转困难问题，将可能导致挖掘机的工作效率降低，此外未针对铲斗运行过程中的综合物料处理能力进行评估，导致铲斗处理超出其容量或设计能力的物料，可能导致工作装置整体不稳定，增加倾覆和安全事故的风险，由此使得挖掘机工作行为的安全运行预警存在及时性、准确性和科学性。

发明内容

为了克服背景技术中的缺点，本发明实施例提供了一种基于大数据的挖掘机安全运行预警系统,能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于大数据的挖掘机安全运行预警系统，包括：挖掘机工作行为实时监测模块，用于实时监测目标挖掘机目标工作行为，获取目标工作行为的相关信息，包括动臂运行参数、斗杆运行参数以及铲斗运行参数。

动臂运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的动臂运行参数，分析目标工作行为的动臂运行安全风险系数，若其小于预设的动臂运行安全风险系数阈值，执行斗杆运行安全风险分析模块，反之进行动臂运行风险预警。

斗杆运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的斗杆运行参数，分析目标工作行为的斗杆运行安全风险系数，若其小于预设的斗杆运行安全风险系数阈值，执行铲斗运行安全风险分析模块，反之进行斗杆运行风险预警。

铲斗运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的铲斗运行参数，分析目标工作行为的铲斗运行安全风险系数，若其小于预设的铲斗运行安全风险系数阈值，执行工作行为运行安全反馈模块，反之进行铲斗运行风险预警。

工作行为运行风险预警模块，用于分别进行目标挖掘机目标工作行为的动臂、斗杆、铲斗运行风险预警。

工作行为运行安全反馈模块，用于进行目标挖掘机目标工作行为的运行安全反馈。

云数据库,用于存储挖掘机制造商规定目标挖掘机的动臂的操作机械比和液压机械比、工作装置各基础稳固结构模型，存储销轴正常状态下的最大允许游隙距离以及转动力矩、润滑油脂液位的合理范围，存储挖掘机制造商规定目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的最大允许水平受力。

优选地，所述动臂运行参数包括动臂的压缸行为安全评估指数和执行符合程 度指数。

所述斗杆运行参数包括斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数以及铰接安全性能指数。

所述铲斗运行参数包括铲斗的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数、铰接安全性能指数以及铲斗运行过程中的综合物料处理能力评估指数。

优选地，所述动臂运行参数的具体获取方法包括：获取目标挖掘机目标工作行为 中驾驶室动臂推杆的推动方向和推动距离，根据云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标 挖掘机的动臂的操作机械比和液压机械比，进一步获取目标挖掘机目标工作行为的动臂指 示方向、指示高度以及对应指示液压值。

获取目标挖掘机目标工作行为动臂油缸运行过程中各监测时间点的缸内液压值、 缸体温度值和活塞运动速度，分别记为，其中为动臂油缸运行过程中各监测 时间点的编号，，由公式得 到目标工作行为的动臂油缸运行状态系数，其中分别为预设的动臂油缸的缸体温 度合理阈值、活塞参照运动速度，分别为预设的动臂油缸缸内液压值和活塞运动 速度的合理偏差阈值，为活塞运动速度波动因子，，为动 臂油缸运行过程中监测时间点总数。

获取目标挖掘机目标工作行为动臂油缸运行过程中最大振动幅值和最大噪声强 度，分析记为，由公式得到目标工作行为的动臂油缸异常表现 评估系数，其中为预设的挖掘机动臂油缸最大允许的振动幅值和噪声强度，为自 然常数。

分析目标工作行为动臂的压缸行为安全评估指数，其计算公式为：。

优选地，所述动臂运行参数的具体获取方法还包括：获取目标挖掘机目标工作行 为中动臂的实际运行方向和实际运行高度，若目标挖掘机目标工作行为中动臂的实际运 行方向与指示方向一致，设置目标挖掘机目标工作行为的动臂方向符合因子为1，反之 设置为0，则，由公式得到目标工作行为动臂的执行符合 程度指数。

优选地，所述目标工作行为的动臂运行安全风险系数的计算公式为：，其中为预设的目标工作行为动臂的压缸行为安全 评估指数、执行符合程度指数对应权重占比。

优选地，所述斗杆运行参数的具体获取方法包括：同目标工作行为动臂的压缸行 为安全评估指数、执行符合程度指数获取方法一致得到目标工作行为斗杆的压缸行为安全 评估指数、执行符合程度指数。

获取目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构运行过程中各监测时间点的上、中、 下销轴的游隙距离、转动力矩以及润滑油脂液位，将斗杆铰接结构运行过程中各监测时间 点的上销轴的游隙距离、转动力矩以及润滑油脂液位分别记为，其中为斗 杆铰接结构运行过程中各监测时间点的编号，根据云数据库中存储的销轴正 常状态下的最大允许游隙距离以及转动力矩、润滑油脂液位的合理范围，通过提取范围 上限值和下限值进行均值计算，分别得到销轴正常状态下合理参照的转动力矩以及润滑油 脂液位，记为，计算目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构的上销轴安全性能指数，，其中为斗杆铰接 结构运行过程中第个监测时间点上销轴的转动力矩，分别为预设的相邻监 测时间点销轴转动力矩合理偏差阈值、销轴转动力矩与其正常状态下合理参照值的偏差阈 值，为预设的销轴润滑油脂液位合理偏差阈值，为斗杆铰接结构运行过程中监测时 间点总数。

同理得到目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构的中、下销轴安全性能指数，分 别记为。

由公式得到目标工作行为斗杆的铰接安全性能指数。

优选地，所述目标工作行为的斗杆运行安全风险系数的计算公式为：，其中为预设的 目标工作行为斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数、铰接安全性能指数对应 权重占比。

优选地，所述目标挖掘机目标工作行为的铲斗运行参数的具体获取方法为：同目 标工作行为动臂的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数获取方法一致得到目标工作 行为铲斗的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数。

同目标工作行为斗杆的铰接安全性能指数获取方法一致得到目标工作行为铲斗 的铰接安全性能指数。

在目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点获取斗杆与动臂的相对角度以及 斗杆与铲斗的相对角度，构建目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构 模型，根据云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标挖掘机的工作装置各基础稳固结构模 型，将目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构模型与其一一进行比 对，获取目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构模型与目标挖掘机工 作装置各基础稳固结构模型的匹配度，筛选其中最大值作为目标工作行为铲斗运行过程中 各监测时间点的工作装置基础稳定度，其中为铲斗运行过程中各监测时间点的编号，，由公式得到目标工作行为铲斗运行过程中的结构 运行稳定指数，其中为。

根据目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗安装的力传感器得到目标工作行为铲斗运行 过程中各监测时间点的动臂、斗杆以及铲斗的水平受力和垂直受力，分别记为 和，提取云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的 最大允许水平受力，记为，由公式得到目标工作行为铲斗运行过 程中的物料承载能力合格指数，其中为目标工作行为铲斗运行过程中监测时间点总数，为预设的挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的垂直受力和的允许偏差绝对值。

由公式得到目标工作行为铲斗运行过程中的综合物料处理能 力评估指数。

优选地，所述目标工作行为的铲斗运行安全风险系数的计算公式为：。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：（1）本发明通过动臂的压缸行为安全评估指数和执行符合程度指数综合分析目标工作行为的动臂运行安全风险系数，直观地反映了动臂运行中的安全风险水平，完善现有技术对于动臂实际执行操作符合程度层面的分析缺失，为目标工作行为的斗杆、铲斗运行安全风险系数分析奠定坚实基础。

（2）本发明通过斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数以及铰接安全性能指数，综合分析目标工作行为的斗杆运行安全风险系数，弥补现有技术缺失斗杆铰接结构安全分析的缺点，对目标挖掘机斗杆操作的安全性能进行更加全面和深入的评估，从而降低事故风险。

（3）本发明通过铲斗的压缸行为安全评估指数、铰接安全性能指数以及铲斗运行过程中的综合物料处理能力评估指数，综合分析目标工作行为的铲斗运行安全风险系数，充分考虑铲斗自身运行安全、与斗杆之间的铰接安全以及物料处理安全，更准确地评估目标工作行为在铲斗运行方面的安全风险，进而优化挖掘机工作行为的安全运行预警分析。

（4）本发明通过对目标挖掘机目标工作行为的动臂、斗杆以及铲斗的运行安全风险进行逐步评估，斗杆运行安全风险评估建立在动臂运行安全的基础上，铲斗运行安全风险评估建立在斗杆的基础上，及早发现和预防潜在的安全问题，做到预警的有序性和及时性，进而有效提高目标挖掘机的整体工作安全性以及保障操作人员和目标挖掘机的安全。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的模块连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，本发明提供一种基于大数据的挖掘机安全运行预警系统，包括：挖掘机工作行为实时监测模块、动臂运行安全风险分析模块、斗杆运行安全风险分析模块、铲斗运行安全风险分析模块、工作行为运行风险预警模块、工作行为运行安全反馈模块和云数据库。

所述挖掘机工作行为实时监测模块与动臂运行安全风险分析模块连接，所述动臂运行安全风险分析模块分别与斗杆运行安全风险分析模块、工作行为运行风险预警模块连接，所述斗杆运行安全风险分析模块分别与铲斗运行安全风险分析模块、工作行为运行风险预警模块连接，所述铲斗运行安全风险分析模块分别与工作行为运行风险预警模块、工作行为运行安全反馈模块连接，所述云数据库分别与动臂运行安全风险分析模块、斗杆运行安全风险分析模块、铲斗运行安全风险分析模块连接。

所述挖掘机工作行为实时监测模块，用于实时监测目标挖掘机目标工作行为，获取目标工作行为的相关信息，包括动臂运行参数、斗杆运行参数以及铲斗运行参数。

具体地，所述动臂运行参数包括动臂的压缸行为安全评估指数和执行符合程 度指数。

所述斗杆运行参数包括斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数以及铰接安全性能指数。

所述铲斗运行参数包括铲斗的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数、铰接安全性能指数以及铲斗运行过程中的综合物料处理能力评估指数。

需要说明的是，上述工作行为指的是目标挖掘机在进行挖掘、装载、卸载和其他相关操作时的动作和行为，涉及到目标挖掘机动臂、斗杆和铲斗的运行操作。

所述动臂运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的动臂运行参数，分析目标工作行为的动臂运行安全风险系数，若其小于预设的动臂运行安全风险系数阈值，执行斗杆运行安全风险分析模块，反之进行动臂运行风险预警。

具体地，所述动臂运行参数的具体获取方法包括：获取目标挖掘机目标工作行为 中驾驶室动臂推杆的推动方向和推动距离，根据云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标 挖掘机的动臂的操作机械比和液压机械比，进一步获取目标挖掘机目标工作行为的动臂指 示方向、指示高度以及对应指示液压值。

需要说明的是，上述目标挖掘机目标工作行为中驾驶室动臂推杆的推动方向和推 动距离是通过动臂推杆下方安装的位置传感器获取得到的，目标挖掘机目标工作行为的指 示高度是通过推动距离除以目标挖掘机的动臂的操作机械比获取得到的，目标挖掘机 目标工作行为的动臂对应指示液压值是通过推动距离除以目标挖掘机的动臂的液压机 械比获取得到的。

获取目标挖掘机目标工作行为动臂油缸运行过程中各监测时间点的缸内液压值、 缸体温度值和活塞运动速度，分别记为，其中为动臂油缸运行过程中各监测 时间点的编号，，由公式得 到目标工作行为的动臂油缸运行状态系数，其中分别为预设的动臂油缸的缸体温 度合理阈值、活塞参照运动速度，分别为预设的动臂油缸缸内液压值和活塞运动 速度的合理偏差阈值，为活塞运动速度波动因子，，为动 臂油缸运行过程中监测时间点总数。

需要说明的是，上述目标挖掘机目标工作行为动臂油缸运行过程中各监测时间点的缸内液压值、缸体温度值和活塞运动速度分别通过动臂油缸内的压力传感器、温度传感器和编码器获取得到的。

还需要说明的是，上述预设的活塞参照运动速度是通过获取活塞合理运动速度范围，提起范围的上限值和下限值，通过均值计算得到的。

获取目标挖掘机目标工作行为动臂油缸运行过程中最大振动幅值和最大噪声强 度，分析记为，由公式得到目标工作行为的动臂油缸异常表 现评估系数，其中为预设的挖掘机动臂油缸最大允许的振动幅值和噪声强度，为 自然常数。

需要说明的是，上述目标挖掘机目标工作行为动臂油缸运行过程中最大振动幅值和最大噪声强度是通过动臂油缸内的振动传感器和声音级计得到的。

分析目标工作行为动臂的压缸行为安全评估指数，其计算公式为：。

具体地，所述动臂运行参数的具体获取方法还包括：获取目标挖掘机目标工作行 为中动臂的实际运行方向和实际运行高度，若目标挖掘机目标工作行为中动臂的实际运 行方向与指示方向一致，设置目标挖掘机目标工作行为的动臂方向符合因子为1，反之 设置为0，则，由公式得到目标工作行为动臂的执行符合 程度指数。

具体地，所述目标工作行为的动臂运行安全风险系数的计算公式为：，其中为预设的目标工作行为动臂的压缸行为安 全评估指数、执行符合程度指数对应权重占比。

本发明实施例通过动臂的压缸行为安全评估指数和执行符合程度指数综合分析目标工作行为的动臂运行安全风险系数，直观地反映了动臂运行中的安全风险水平，完善现有技术对于动臂实际执行操作符合程度层面的分析缺失，为目标工作行为的斗杆、铲斗运行安全风险系数分析奠定坚实基础。

所述斗杆运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的斗杆运行参数，分析目标工作行为的斗杆运行安全风险系数，若其小于预设的斗杆运行安全风险系数阈值，执行铲斗运行安全风险分析模块，反之进行斗杆运行风险预警。

具体地，所述斗杆运行参数的具体获取方法包括：同目标工作行为动臂的压缸行 为安全评估指数、执行符合程度指数获取方法一致得到目标工作行为斗杆的压缸行为安全 评估指数、执行符合程度指数。

获取目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构运行过程中各监测时间点的上、中、 下销轴的游隙距离、转动力矩以及润滑油脂液位，将斗杆铰接结构运行过程中各监测时间 点的上销轴的游隙距离、转动力矩以及润滑油脂液位分别记为，其中为斗 杆铰接结构运行过程中各监测时间点的编号，，根据云数据库中存储的销轴 正常状态下的最大允许游隙距离以及转动力矩、润滑油脂液位的合理范围，通过提取范 围上限值和下限值进行均值计算，分别得到销轴正常状态下合理参照的转动力矩以及润滑 油脂液位，记为，计算目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构的上销轴安全性能指 数，，其中为 斗杆铰接结构运行过程中第个监测时间点上销轴的转动力矩，分别为预 设的相邻监测时间点销轴转动力矩合理偏差阈值、销轴转动力矩与其正常状态下合理参照 值的偏差阈值，为预设的销轴润滑油脂液位合理偏差阈值，为斗杆铰接结构运行过 程中监测时间点总数。

需要说明的的是，上述目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构运行过程中各监测时间点的上、中、下销轴的游隙距离是通过销轴上按照的位移传感器得到的，转动力矩是通过销轴上安装的力矩传感器得到的，润滑油脂液位是通过安装在润滑油脂容器中的液位传感器获取得到的。

同理得到目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构的中、下销轴安全性能指数，分 别记为。

由公式得到目标工作行为斗杆的铰接安全性能指数。

具体地，所述目标工作行为的斗杆运行安全风险系数的计算公式为：，其中为预设 的目标工作行为斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数、铰接安全性能指数对 应权重占比。

本发明实施例通过斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数以及铰接安全性能指数，综合分析目标工作行为的斗杆运行安全风险系数，弥补现有技术缺失斗杆铰接结构安全分析的缺点，对目标挖掘机斗杆操作的安全性能进行更加全面和深入的评估，从而降低事故风险。

所述铲斗运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的铲斗运行参数，分析目标工作行为的铲斗运行安全风险系数，若其小于预设的铲斗运行安全风险系数阈值，执行工作行为运行安全反馈模块，反之进行铲斗运行风险预警。

具体地，所述目标挖掘机目标工作行为的铲斗运行参数的具体获取方法为：同目 标工作行为动臂的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数获取方法一致得到目标工作 行为铲斗的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数。

同目标工作行为斗杆的铰接安全性能指数获取方法一致得到目标工作行为铲斗 的铰接安全性能指数。

在目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点获取斗杆与动臂的相对角度以及 斗杆与铲斗的相对角度，构建目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构 模型，根据云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标挖掘机的工作装置各基础稳固结构模 型，将目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构模型与其一一进行比 对，获取目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构模型与目标挖掘机工 作装置各基础稳固结构模型的匹配度，筛选其中最大值作为目标工作行为铲斗运行过程中 各监测时间点的工作装置基础稳定度，其中为铲斗运行过程中各监测时间点的编号，，由公式得到目标工作行为铲斗运行过程中的结构 运行稳定指数，其中为。

需要说明的是，上述斗杆与动臂的相对角度以及斗杆与铲斗的相对角度分别通过斗杆铰接结构、铲斗铰接结构表面的角度传感器得到的。

根据目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗安装的力传感器得到目标工作行为铲斗运行 过程中各监测时间点的动臂、斗杆以及铲斗的水平受力和垂直受力，分别记为 和，提取云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标挖掘机动臂、斗杆以及铲 斗的最大允许水平受力，记为，由公式得到目标工作行为铲斗运行过 程中的物料承载能力合格指数，其中为目标工作行为铲斗运行过程中监测时间点总数，为预设的挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的垂直受力和的允许偏差绝对值。

需要说明的是，上述目标工作行为铲斗运行过程中的物料承载能力合格指数分析过程中将目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的垂直受力累加的依据为：理想状态下挖掘机动臂、斗杆和铲斗的垂直受力之和应该为零，即受力平衡，使得挖掘机各部分运行不受到多余垂直力的阻碍，然而在实际情况下，由于各种因素的存在，如摩擦、重力、力传递的不完全等，可能会存在一定的合理偏差。这些偏差可以是由于工艺、材料或操作等方面引起的系统性误差，也可以是由于随机因素造成的偶然误差，因而将目标挖掘机目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点动臂、斗杆以及铲斗的垂直受力和的绝对值与对应允许偏差绝对值进行比对，将垂直受力层面作为目标工作行为铲斗运行过程中的物料承载能力合格指数的分析因素之一。

由公式得到目标工作行为铲斗运行过程中的综合物料处理 能力评估指数。

需要说明的是，铲斗运行过程中的综合物料处理能力评估指数之所以作为目标工作行为的铲斗运行安全风险系数的分析因素之一，是因为不管铲斗、斗杆和动臂是同步进行还是依次进行，物料处理的起始点都是铲斗的开合运动，铲斗是目标挖掘机最直接处理和操控物料的部分，动臂和斗杆的运动是为了支持或优化铲斗的操作，所以综合物料处理能力虽涉及动臂、斗杆和铲斗的整体化分析，但仍可归咎为铲斗的运行风险考虑内。

具体地，所述目标工作行为的铲斗运行安全风险系数的计算公式为：。

本发明实施例通过铲斗的压缸行为安全评估指数、铰接安全性能指数以及铲斗运行过程中的综合物料处理能力评估指数，综合分析目标工作行为的铲斗运行安全风险系数，充分考虑铲斗自身运行安全、与斗杆之间的铰接安全以及物料处理安全，更准确地评估目标工作行为在铲斗运行方面的安全风险，进而优化挖掘机工作行为的安全运行预警分析。

所述工作行为运行风险预警模块，用于分别进行目标挖掘机目标工作行为的动臂、斗杆、铲斗运行风险预警。

需要说明的是，上述目标挖掘机目标工作行为的动臂运行风险预警的具体过程为：向目标挖掘机操作员发送实时警报，要求立即停止当前工作行为操作，通过可视化界面、声音或其他通信设备提醒操作员注意可能的风险。

同理进行目标挖掘机目标工作行为的斗杆、铲斗运行风险预警。

所述工作行为运行安全反馈模块，用于进行目标挖掘机目标工作行为的运行安全反馈。

需要说明的是，上述目标挖掘机目标工作行为的运行安全反馈的具体过程为：将安全反馈通过操作室可视化显示屏的安全窗口传达给目标挖掘机的操作人员，告知操作人员目标工作行为操作是安全的，可继续工作。

所述云数据库,用于存储挖掘机制造商规定目标挖掘机的动臂的操作机械比和液压机械比、工作装置各基础稳固结构模型，存储销轴正常状态下的最大允许游隙距离以及转动力矩、润滑油脂液位的合理范围，存储挖掘机制造商规定目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的最大允许水平受力。

本发明实施例通过对目标挖掘机目标工作行为的动臂、斗杆以及铲斗的运行安全风险进行逐步评估，斗杆运行安全风险评估建立在动臂运行安全的基础上，铲斗运行安全风险评估建立在斗杆的基础上，及早发现和预防潜在的安全问题，做到预警的有序性和及时性，进而有效提高目标挖掘机的整体工作安全性以及保障操作人员和目标挖掘机的安全。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本发明所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于大数据的挖掘机安全运行预警系统，其特征在于，该系统包括：

挖掘机工作行为实时监测模块，用于实时监测目标挖掘机目标工作行为，获取目标工作行为的相关信息，包括动臂运行参数、斗杆运行参数以及铲斗运行参数；

动臂运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的动臂运行参数，分析目标工作行为的动臂运行安全风险系数，若其小于预设的动臂运行安全风险系数阈值，执行斗杆运行安全风险分析模块，反之进行动臂运行风险预警；

斗杆运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的斗杆运行参数，分析目标工作行为的斗杆运行安全风险系数，若其小于预设的斗杆运行安全风险系数阈值，执行铲斗运行安全风险分析模块，反之进行斗杆运行风险预警；

铲斗运行安全风险分析模块，用于根据目标工作行为的铲斗运行参数，分析目标工作行为的铲斗运行安全风险系数，若其小于预设的铲斗运行安全风险系数阈值，执行工作行为运行安全反馈模块，反之进行铲斗运行风险预警；

工作行为运行风险预警模块，用于分别进行目标挖掘机目标工作行为的动臂、斗杆、铲斗运行风险预警；

工作行为运行安全反馈模块，用于进行目标挖掘机目标工作行为的运行安全反馈；

云数据库,用于存储挖掘机制造商规定目标挖掘机的动臂的操作机械比和液压机械比、工作装置各基础稳固结构模型，存储销轴正常状态下的最大允许游隙距离以及转动力矩、润滑油脂液位的合理范围，存储挖掘机制造商规定目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的最大允许水平受力；

所述动臂运行参数包括动臂的压缸行为安全评估指数和执行符合程度指数/>；

所述斗杆运行参数包括斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数/>以及铰接安全性能指数/>；

所述铲斗运行参数包括铲斗的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数/>、铰接安全性能指数/>以及铲斗运行过程中的综合物料处理能力评估指数/>；

所述动臂运行参数的具体获取方法包括：获取目标挖掘机目标工作行为中驾驶室动臂推杆的推动方向和推动距离，根据云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标挖掘机的动臂的操作机械比和液压机械比，进一步获取目标挖掘机目标工作行为的动臂指示方向、指示高度以及对应指示液压值/>；

目标挖掘机目标工作行为的指示高度是通过推动距离除以目标挖掘机的动臂的操作机械比获取得到的，目标挖掘机目标工作行为的动臂对应指示液压值/>是通过推动距离除以目标挖掘机的动臂的液压机械比获取得到的；

获取目标挖掘机目标工作行为动臂油缸运行过程中各监测时间点的缸内液压值、缸体温度值和活塞运动速度，分别记为，其中/>为动臂油缸运行过程中各监测时间点的编号，/>，由公式得到目标工作行为的动臂油缸运行状态系数，其中/>分别为预设的动臂油缸的缸体温度合理阈值、活塞参照运动速度，/>分别为预设的动臂油缸缸内液压值和活塞运动速度的合理偏差阈值，/>为活塞运动速度波动因子，/>，/>为动臂油缸运行过程中监测时间点总数；

获取目标挖掘机目标工作行为动臂油缸运行过程中最大振动幅值和最大噪声强度，分析记为，由公式/>得到目标工作行为的动臂油缸异常表现评估系数，其中/>为预设的挖掘机动臂油缸最大允许的振动幅值和噪声强度，/>为自然常数；

分析目标工作行为动臂的压缸行为安全评估指数，其计算公式为：；

所述动臂运行参数的具体获取方法还包括：获取目标挖掘机目标工作行为中动臂的实际运行方向和实际运行高度，若目标挖掘机目标工作行为中动臂的实际运行方向与指示方向一致，设置目标挖掘机目标工作行为的动臂方向符合因子/>为1，反之设置为0，则，由公式/>得到目标工作行为动臂的执行符合程度指数；

所述目标工作行为的动臂运行安全风险系数的计算公式为：，其中/>为预设的目标工作行为动臂的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数对应权重占比；

所述斗杆运行参数的具体获取方法包括：同目标工作行为动臂的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数获取方法一致得到目标工作行为斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数/>；

获取目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构运行过程中各监测时间点的上、中、下销轴的游隙距离、转动力矩以及润滑油脂液位，将斗杆铰接结构运行过程中各监测时间点的上销轴的游隙距离、转动力矩以及润滑油脂液位分别记为，其中/>为斗杆铰接结构运行过程中各监测时间点的编号，/>，根据云数据库中存储的销轴正常状态下的最大允许游隙距离/>以及转动力矩、润滑油脂液位的合理范围，通过提取范围上限值和下限值进行均值计算，分别得到销轴正常状态下合理参照的转动力矩以及润滑油脂液位，记为/>，计算目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构的上销轴安全性能指数/>，/>，其中/>为斗杆铰接结构运行过程中第/>个监测时间点上销轴的转动力矩，/>分别为预设的相邻监测时间点销轴转动力矩合理偏差阈值、销轴转动力矩与其正常状态下合理参照值的偏差阈值，/>为预设的销轴润滑油脂液位合理偏差阈值，/>为斗杆铰接结构运行过程中监测时间点总数；

同理得到目标挖掘机目标工作行为斗杆铰接结构的中、下销轴安全性能指数，分别记为；

由公式得到目标工作行为斗杆的铰接安全性能指数；

所述目标工作行为的斗杆运行安全风险系数的计算公式为：，其中/>为预设的目标工作行为斗杆的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数、铰接安全性能指数对应权重占比；

所述目标挖掘机目标工作行为的铲斗运行参数的具体获取方法为：同目标工作行为动臂的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数获取方法一致得到目标工作行为铲斗的压缸行为安全评估指数、执行符合程度指数/>；

同目标工作行为斗杆的铰接安全性能指数获取方法一致得到目标工作行为铲斗的铰接安全性能指数;

在目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点获取斗杆与动臂的相对角度以及斗杆与铲斗的相对角度，构建目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构模型，根据云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标挖掘机的工作装置各基础稳固结构模型，将目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构模型与其一一进行比对，获取目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置结构模型与目标挖掘机工作装置各基础稳固结构模型的匹配度，筛选其中最大值作为目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的工作装置基础稳定度，其中/>为铲斗运行过程中各监测时间点的编号，，由公式/>得到目标工作行为铲斗运行过程中的结构运行稳定指数，其中/>为/>；

根据目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗安装的力传感器得到目标工作行为铲斗运行过程中各监测时间点的动臂、斗杆以及铲斗的水平受力和垂直受力，分别记为和，提取云数据库中存储的挖掘机制造商规定目标挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的最大允许水平受力，记为/>，由公式/>得到目标工作行为铲斗运行过程中的物料承载能力合格指数，其中/>为目标工作行为铲斗运行过程中监测时间点总数，/>为预设的挖掘机动臂、斗杆以及铲斗的垂直受力和的允许偏差绝对值；

由公式得到目标工作行为铲斗运行过程中的综合物料处理能力评估指数；

所述目标工作行为的铲斗运行安全风险系数的计算公式为：。