臂架安全预警方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种臂架安全预警方法、装置和系统。臂架安全预警方法，包括：实时获取作业状态下臂架预定位置处的应力；计算应力的变化率，如果变化率超过预定范围时，则预警。本发明实时检测应力的变化率，当应力的变化率超过预定范围时，表明可能发生了裂纹，此时，可发生预警，以提醒操作人员及时做出补救措施、减小损失，可有效防止臂架断裂的事故，提高了系统的安全性，保护了人身安全。
【专利说明】臂架安全预警方法、装置和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制领域，更具体地，涉及一种臂架安全预警方法、装置和系统。
【背景技术】
[0002]泵车在使用过程中，有可能发生臂架断裂的事故，每次都会带来很大的经济损失及造成很坏的社会影响。现有技术为了避免臂架断裂的事故，多采用安全裕度大的设计，因此，出现断裂的可能性很小。
[0003]然而，现在混凝土泵车已经转向超长、等寿命的方向发展，需要不断的减重及加长。传统的大富余寿命设计已经被抛弃。新的设计理念所带来新的问题，是由于材料缺陷、制造缺陷、使用不当等因素，导致臂架在工作于超过设计的恶劣状态时，极易发生臂架断裂，具有极大的安全隐患。现有技术中，还没有对这种情况进行有效的安全预警的方法和装置。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种可对臂架断裂进行预警的臂架安全预警方法、装置和系统。
[0005]为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种臂架安全预警方法，包括:实时获取作业状态下臂架预定位置处的应力；计算应力的变化率，如果变化率超过预定范围时，则预警。
[0006]进一步地，预定位置指臂架的应力敏感区域。
[0007]进一步地，变化率包括总变化率，总变化率是在某一工作时间内，该某一工作时间内获取的所有应力的拟合直线的斜率，当总变化率超过第一预定值时，则预警。
[0008]进一步地，变化率还包括分时段变化率，某一工作时间被划分为多个连续的时间段，分时段变化率是指每个时间段内获取的所有应力的拟合直线的斜率，当分时段变化率超过第二预定值时，则预警。
[0009]进一步地，臂架安全预警方法还包括:在进入新工况时，滤除无规律的噪声，然后开始计算变化率。
[0010]进一步地，臂架安全预警方法还包括:获取非作业状态下臂架在预定姿态时的校准应力；获取预先存储的、与预定姿态对应的标准应力；比较校准应力与标准应力，如果二者的偏差超过第三预定值，则预警。
[0011]进一步地，预定姿态包括收臂状态或伸展状态。
[0012]根据本发明的第二个方面，提供了一种臂架安全预警装置，包括:应力传感单元，用于实时获取作业状态下臂架预定位置处的应力；控制单元，与应力传感单元连接，用于计算应力的变化率、并在变化率超过预定范围时发出预警信号。
[0013]进一步地，预定位置指臂架的应力敏感区域。
[0014]进一步地，变化率包括总变化率，总变化率是在某一工作时间内，该某一工作时间内应力传感单元获取的所有应力的拟合直线的斜率，当总变化率超过第一预定值时，控制单元生成预警信号。
[0015]进一步地，变化率还包括分时段变化率，某一工作时间被划分为多个连续的时间段，分时段变化率是指每个时间段内应力传感单元获取的所有应力的拟合直线的斜率，当分时段变化率超过第二预定值时，控制单元生成预警信号。
[0016]进一步地，臂架安全预警装置还包括:滤波单元，与控制单元电连接，用于在进入新工况时滤除无规律的噪声。
[0017]进一步地，控制单元获取非作业状态下臂架在预定姿态时的校准应力和预先存储的、与预定姿态对应的标准应力，并比较校准应力与标准应力，如果二者的偏差超过第三预
定值，则预警。
[0018]根据本发明的第三个方面，提供了一种臂架安全预警系统，包括:臂架安全预警装置，臂架安全预警装置是上述的臂架安全预警装置；机手控制器，与臂架安全预警装置通讯连接，用于报警与司机操作。
[0019]本发明实时检测应力的变化率，当应力的变化率超过预定范围时，表明可能发生了裂纹，此时，可发生预警，以提醒操作人员及时做出补救措施、减小损失，可有效防止臂架断裂的事故，提高了系统的安全性，保护了人身安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0021]图1示意性示出了本发明中的应力获取单元的一个安装示意图；
[0022]图2示意性示出了本发明中的应力获取单元的另一个安装示意图；
[0023]图3示意性示出了某一臂架中的一个臂节的应力变化图；
[0024]图4示意性示出了臂架安全预警装置的安装示意图；
[0025]图5示意性示出了臂架安全预警装置的原理图；以及
[0026]图6示意性示出了机手控制器的示意图。
[0027]图中附图标记:10、应力传感单元；20、安装板；30、控制单元；40、报警单元；50、数据传输装置；60、显示屏；70、控制器；80、数据传输单元；90、显示屏；100、安装电路板；110、操作按钮。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0029]作为本发明的第一方面，提供了一种臂架安全预警方法，包括:实时获取作业状态下臂架预定位置处的应力；计算应力的变化率，如果变化率超过预定范围时，则预警。优选地，预定位置指臂架的应力敏感区域。特别地，通过上述方法，可以在臂架实际作业的过程中(例如，正在进行泵送等操作)，实时检测作业过程中臂架的应力变化情况，从而根据应力变化情况及时进行预警，避免臂架断裂的事故。
[0030]特别地，请参考图1和图2，该应力敏感区域可以是指臂架上的受力较大的区域。进一步地，在臂架的同一截面I的左右两侧分别设置一个用于获取该应力的应力获取单元，这样可以获取截面不同侧的应力情况。特别地，可通过有限元计算出臂架上的受力较大的区域(例如，可在该区域安装应变测试装置)，其选取原则为常用姿态时应力较大、应力梯度小、对其他设备无影响的位置。
[0031]图3示出了某一臂架中的一个臂节的应力情况图。在该臂节的两个截面上分别设置了两个应力获取单元，其中，A和B为设置在一个截面处的两个应力获取单元获取的应力曲线，C和D为设置在另一个截面处的两个应力获取单元获取的应力曲线。图3中，横轴为采样周期，纵轴为应力的大小(Nm)。特别地，可通过试验手段测试出常用工况和一些常用姿态的应力值并作出曲线图，形成电子数据资料。此外，必需要有收臂后(即泵车可以在路上行驶的状态)的应力曲线资料。
[0032]请参考图3，当臂架开始发生开裂时，在同一个工况中，应力值会出现向下或向上倾斜的角度(参考图3中E所示的区域内的曲线)，如果裂纹越大，那么该角度将会越大。本发明实时检测应力的变化率，当应力的变化率超过预定范围时，即表明应力值出现了较大的向上或向下倾斜的角度，因此，也表明可能发生了裂纹，此时，可发生预警，以提醒操作人员及时做出补救措施、减小损失，可有效防止臂架断裂的事故，提高了系统的安全性，保护了人身安全。
[0033]优选地，变化率包括总变化率，总变化率是在某一工作时间内，该某一工作时间内获取的所有应力的拟合直线的斜率，当总变化率超过第一预定值时，则预警。
[0034]优选地，变化率还包括分时段变化率，某一工作时间被划分为多个连续的时间段，分时段变化率是指每个时间段内获取的所有应力的拟合直线的斜率，当分时段变化率超过第二预定值时，则预警。这样，当任何一个时段内，应力的变化率超过预定范围，都会发出预
警。特别地，无论总变化率、分时段变化率中的任一个或两个超过了预定位置，均可发出预
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目O
[0035]优选地，臂架安全预警方法还包括:在进入新工况时，滤除无规律的噪声，然后开始计算变化率。在实际工作中，工程机械，例如泵车在不同的工况和不同的泵送混凝土量的情况下，会导致臂架的应力状态变化很大。为此，本发明将进入新工况一段时间(例如5分钟或10分钟)内的应力数据滤除，以滤除这段时间内出现的无规律的应力值，也就是说，这段时间出现的应力值会认为无效数据。例如，在图3中，四条曲线的起始段出现大量毛刺的部分，将被滤除。
[0036]上述的方法涉及在作业过程中，自动检测臂架应力变化情况，以进行预警。当在非作业状态时，操作人员需要主动对臂架的应力状态进行校准性预警检测，此时可获取非作业状态下臂架在预定姿态时的校准应力；获取预先存储的、与预定姿态对应的标准应力；比较校准应力与标准应力，如果二者的偏差超过第三预定值，则预警。优选地，预定姿态包括收臂状态或伸展状态。
[0037]例如，可通过试验的方法，在某一正常状态(例如出厂时)测得正常状态下臂架处于某一姿态时的应力值，并将该应力值作为标准应力存储起来。当使用一段时间后，如果操作人员需要主动对臂架进行生预警检测，则可将操作臂架使其处于相应的姿态，然后测得在该姿态的应力值，并将该应力值变作校准应力。然后，比较校准应力与标准应力之间的偏差，如果该偏差超过第三预定值的范围，那么表示臂架相对于该某一正常状态状态，已经发生了一定的裂纹，于是发出相应的预警。否则，则表明臂架相对于该某一正常状态状态未发生较大的变化，还可正常使用。
[0038]本发明通过对臂架的应力状态的监控来判断臂架是否安全。首先，可通过实验和CAE计算得出应力传感单元的安装位置，将应力传感单元紧密地安装在臂架上，以使臂架测试点的真实应力值得到有效的测试。其次，通过应力传感单元测量出测试位置的应力后，计算得到相应的应力值。第三，控制单元对应力状态进行实时监控，当应力值出现异常时，相应的报警单元发出警报(例如预警灯会闪烁，预警喇叭会发出报警声音等)。当臂应力值的变化率超过预定范围时，就会进行预警。因此，极大地提高了设备的安全性能，基本杜绝了臂架出现断臂的现象，保护了人身安全。使用本发明，可以及时发现安全隐患，特别是，可在臂架出现初始裂纹时，做出补救措施，从而减小了损失，节约了成本。
[0039]作为本发明的第二方面，提供了一种臂架安全预警装置(例如，可以用于泵车、起重机等具有臂架的工程设备)，包括:应力传感单元10，用于实时获取作业状态下臂架预定位置处的应力，此时，臂架上必须留出应力传感单元的安装位置，特别地，在臂架加工时，预留出安装位置，该安装位置可采用凹入式或凸出式，优先采用凸出式，例如凸出高度大约为
0.2_，例如，凸出形状可为长方形，尺寸比臂架安全预警装置稍大即可，具体安装示意图如图4所示；控制单元30，与应力传感单元连接，用于计算应力的变化率、并在变化率超过预定范围时发出预警信号。
[0040]优选地，预定位置指臂架的应力敏感区域。例如，应力传感单元可以为应变片。特别地，应力敏感区域可通过实验测试或CAE分析计算得出，主要为臂架一般取应力值较大的区域。例如，控制单元可以是PLC或单片机等。例如，可通过CAE计算得出应力传感单元10的安装位置，应力传感单元10需要紧密的安装在臂架上，已使臂架测试点的真实应力值得到有效的测试。当测得应变后，通过控制单元30转化成应力值。进一步地，控制单元30对应力状态进行实时监控，当应力值出现异常时，可通过报警单元进行报警。
[0041]应力传感单元10需要满足安装方便、精度保持性时间长的要求，且能动态的、持续的测取应力值。安装时，需要把安装面打磨光滑、除去油污等杂质，然后紧密的、牢固的黏贴在臂架安装位置处。
[0042]请参考图5，在一个实施例中，臂架安全预警装置还包括安装板20，控制单元30设置在安装板20 (—般为电路板)上，控制单元30用作数据处理单元，其可以处理应力传感单元10测取的应力，形成曲线；还可对试验获取的数据进行存储，并实现与测试数据的对比。在满足评判标准时，控制单元30根据曲线与试验数据曲线进行自动对比。优选地，在安装板20上还安装数据传输装置50，其用于将控制单元30的数据发送出去。臂架安全预警装置可通过安装板20安装到臂架上。
[0043]优选地，变化率包括总变化率，总变化率是在某一工作时间内，该某一工作时间内应力传感单元获取的所有应力的拟合直线的斜率，当总变化率超过第一预定值时，控制单元生成预警信号。
[0044]优选地，变化率还包括分时段变化率，某一工作时间被划分为多个连续的时间段，分时段变化率是指每个时间段内应力传感单元获取的所有应力的拟合直线的斜率，当分时段变化率超过第二预定值时，控制单元生成预警信号。
[0045]优选地，臂架安全预警装置还包括:滤波单元，与控制单元电连接，用于在进入新工况时滤除无规律的噪声。优选地，当获取的应力信号稳定后，控制单元再开始计算上述的变化率。
[0046]优选地，臂架安全预警装置还包括:报警单元40，与控制单元电连接，预警信号触发报警单元工作，以发出警报。报警单元40包括报警灯、报警喇叭等，实现声音与视觉双重警示。
[0047]优选地，臂架安全预警装置还包括:显示屏60，与控制单元电连接，用于显示报警提示信息。
[0048]优选地，控制单元30获取非作业状态下臂架在预定姿态时的校准应力和预先存储的、与预定姿态对应的标准应力，并比较校准应力与标准应力，如果二者的偏差超过第三预定值，则预警。这样，本发明具有两重预警系统，其中，第一重为臂架处于非作业状态时的预警，第二重为臂架处于作业状态时的预警，因而，提高了预警性可靠，具有安全系数高的特点。
[0049]作为本发明的第三方面，提供了一种臂架安全预警系统，包括:上述的臂架安全预警装置；机手控制器，与臂架安全预警装置通讯连接，用于报警与司机操作。例如，机手控制器与臂架安全预警装置之间可以采用有线和/或无线的方式，优选的使用无线方式。
[0050]请参考图6，优选地，机手控制器包括:数据传输单元80，用于接收由数据传输装置50传输过来的数据；控制器70，与数据传输单元80电连接，用于处理数据传输单元80接收到的数据；显示屏90，与控制器70电连接，用于显示预警信息；操作按钮110，与控制器70电连接，用于向控制单元30发出控制信息。进一步地，数据传输单元80、控制器70、显示屏90和操作按钮110安装在安装电路板100上。
[0051]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种臂架安全预警方法，其特征在于，包括: 实时获取作业状态下臂架预定位置处的应力； 计算所述应力的变化率，如果所述变化率超过预定范围时，则预警。
2.根据权利要求1所述的臂架安全预警方法，其特征在于，所述预定位置指所述臂架的应力敏感区域。
3.根据权利要求1所述的臂架安全预警方法，其特征在于，所述变化率包括总变化率，所述总变化率是在某一工作时间内，该某一工作时间内获取的所有应力的拟合直线的斜率，当所述总变化率超过第一预定值时，则预警。
4.根据权利要求3所述的臂架安全预警方法，其特征在于，所述变化率还包括分时段变化率，所述某一工作时间被划分为多个连续的时间段，所述分时段变化率是指每个所述时间段内获取的所有应力的拟合直线的斜率，当所述分时段变化率超过第二预定值时，则预警。
5.根据权利要求3所述的臂架安全预警方法，其特征在于，所述臂架安全预警方法还包括: 在进入新工况时，滤除无规律的噪声，然后开始计算所述变化率。
6.根据权利要求1所述的臂架安全预警方法，其特征在于，所述臂架安全预警方法还包括: 获取非作业状态下所述臂架在预定姿态时的校准应力； 获取预先存储的、与所述预.定姿态对应的标准应力； 比较所述校准应力与所述标准应力，如果二者的偏差超过第三预定值，则预警。
7.根据权利要求6所述的臂架安全预警方法，其特征在于，所述预定姿态包括收臂状态或伸展状态。
8.一种臂架安全预警装置，其特征在于，包括: 应力传感单元，用于实时获取作业状态下臂架预定位置处的应力； 控制单元，与所述应力传感单元连接，用于计算所述应力的变化率、并在所述变化率超过预定范围时发出预警信号。
9.根据权利要求8所述的臂架安全预警装置，其特征在于，所述预定位置指所述臂架的应力敏感区域。
10.根据权利要求8所述的臂架安全预警装置，其特征在于，所述变化率包括总变化率，所述总变化率是在某一工作时间内，该某一工作时间内所述应力传感单元获取的所有应力的拟合直线的斜率，当所述总变化率超过第一预定值时，所述控制单元生成预警信号。
11.根据权利要求10所述的臂架安全预警装置，其特征在于，所述变化率还包括分时段变化率，所述某一工作时间被划分为多个连续的时间段，所述分时段变化率是指每个所述时间段内所述应力传感单元获取的所有应力的拟合直线的斜率，当所述分时段变化率超过第二预定值时，所述控制单元生成预警信号。
12.根据权利要求10所述的臂架安全预警装置，其特征在于，所述臂架安全预警装置还包括: 滤波单元，与所述控制单元电连接，用于在进入新工况时滤除无规律的噪声。
13.根据权利要求8所述的臂架安全预警装置，其特征在于，所述控制单元获取非作业状态下所述臂架在预定姿态时的校准应力和预先存储的、与所述预定姿态对应的标准应力，并比较所述校准应力与所述标准应力，如果二者的偏差超过第三预定值，则预警。
14.一种臂架安全预警系统，其特征在于，包括: 臂架安全预警装置，所述臂架安全预警装置是权利要求8至13中任一项所述的臂架安全预警装置； 机手控制器，与所述臂架安全预警装置通讯连接，用于报警与司机操作。
【文档编号】G01L5/00GK103471755SQ201310398443
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】余德海, 杨钢, 王佳茜, 万民顺 申请人:中联重科股份有限公司