挖掘机工况识别计时方法及系统和挖掘机与流程

本发明涉及一种挖掘机，更具体地说，涉及一种挖掘机工况识别方法及系统和挖掘机。

背景技术

挖掘机以其优异的工况适应性被广泛应用在采矿、建筑、水利水电等工程的施工中。往往同一吨位的产品，使用工况会有较大的不同，导致整机寿命存在较大差异。在产品开发初期，开展产品使用工况调查分析，对于后续产品开发过程中设计方案的选择有重要的意义。以往整机使用工况的调查采用走访、电话调研等方法进行调查，存在样本量有限、数据真实性难以保证等缺点。

在挖掘机的各种工况中，主要有三种，分别是土方挖掘作业(简称土方作业)、石方挖掘作业(简称石方作业)、破碎作业；工程机械厂商通常也以这三种工况的工作强度为标准，对挖掘机的各种工况进行划分，并分别对这三种工况工作时间进行累计计时，用于产品三包的依据。但是如何在挖掘机上准确判定区分这三种工况，一直是行业内的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有挖掘机无法准确判别土方、石方、破碎工况作业的问题，而提供一种能够准确识别挖掘机的土方作业、石方作业、破碎作业的挖掘机工况识别方法及系统和挖掘机。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机工况识别计时方法，该挖掘机具有分别用于驱动动臂、斗杆、铲斗动作的动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸以及用于控制动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸动作的先导控制装置，其特征在于识别方法如下：以一定时间间隔周期检测先导控制装置输出的先导控制信号；

当所检测到的先导控制信号仅包括斗杆和/或铲斗回收动作的先导控制信号时获取该先导控制信号作用周期内铲斗油缸无杆腔压力值，通过雨流分析统计并计算铲斗油缸无杆腔内均值压力p以及铲斗油缸无杆腔内压力值大于等于第一预设压力值的时间百分比n；若斗油缸无杆腔均值压力p大于等于第二预设压力值且时间百分比大于等于预设百分比时判定此时挖掘机处于石方作业工况，若铲斗油缸无杆腔均值压力p小于第二预设压力值和/或时间百分比n大于等于预设百分比时则判定此时挖掘机处于土方作业工况；

当有动臂下降先导控制信号且在该信号结束后的预设时间内获取该时间段内铲斗油缸无杆腔压力信号并进行频域分析，当铲斗油缸无杆腔压力波动频率和主峰值压力pg均位于各自的预设范围内时，例如铲斗油缸无杆腔压力波动频率的预设范围是5-8hz,所述主峰值压力pg的预设范围大于等于18mpa，也即铲斗油缸无杆腔压力波动频率位于在5-8hz范围内且主峰值压力pg≥18mpa时，则判定挖掘机此时处于破碎工况；

对当前工况工作时间进行累加计时直到挖掘机所处工况发生变化。

进一步地，上述挖掘机工况识别计时方法中，所检测到的先导控制信号是先导控制装置输出的先导控制压力信号或先导控制装置输出的先导控制电信号。

进一步地，上述挖掘机工况识别计时方法中，所述的第一预设压力值为18mpa，所述的第二预设压力值为15mpa，所述的预设百分比为50％。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机工况识别计时系统，所述挖掘机具有车载控制器和分别用于驱动动臂、斗杆、铲斗动作的动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸以及与车载控制器连接用于控制动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸动作的先导控制装置，其特征在于还包括与车载控制器连接用于检测铲斗油缸无杆腔内压力的压力传感器，所述车载控制器以一定时间间隔周期获取先导控制装置输出的先导控制信号以及铲斗油缸无杆腔内的压力信号，并依据所接收到的先导控制信号和压力信号进行下列逻辑判断识别工况：

当所接受到的先导控制信号仅包括斗杆和/或铲斗回收动作的先导控制信号时获取该先导控制信号作用周期内铲斗油缸无杆腔压力值，通过雨流分析统计并计算铲斗油缸无杆腔内均值压力p以及铲斗油缸无杆腔内压力值大于等于第一预设压力值的时间百分比n；若斗油缸无杆腔均值压力p大于等于第二预设压力值且时间百分比大于等于预设百分比时判定此时挖掘机处于石方作业工况，若铲斗油缸无杆腔均值压力p小于第二预设压力值和/或时间百分比n小于等于预设百分比时则判定此时挖掘机处于土方作业工况；

当有动臂下降先导控制信号且在该信号结束后的预设时间内获取该时间段内铲斗油缸无杆腔压力信号并进行频域分析，当铲斗油缸无杆腔压力波动频率和主峰值压力pg均位于各自的预设范围内时，例如铲斗油缸无杆腔压力波动频率的预设范围是5-8hz,所述主峰值压力pg的预设范围大于等于18mpa，也即铲斗油缸无杆腔压力波动频率位于在5-8hz且主峰值压力pg≥18mpa时，则判定整机处于破碎工况；

所述车载控制器所判定挖掘机工况后对当前工况工作时间进行累加计时直到挖掘机所处工况发生变化。例如车载控制器所判定挖掘机处于土方作业工况时，开始对机器的土方作业时间进行累加计时，车载控制器以一定时间间隔周期获取先导控制信号和铲斗油缸无杆腔内的压力信号并以此判定挖掘机所处工况，若车载控制器判定挖掘机仍处于土方作业工况时，则继续进行土方作业累加计时，若车载控制器依据所获取的信号不能判定是土方作业、石方作业或破碎工况时，则仍认为是土方作业工况，车载控制器继续进行土方作业累加计时；当车载控制器依据所获取的信号判定挖掘机的工况发生变化时，例如判定挖掘机当前工况为石方作业工况时，则停止土方作业工况累加计时，而进行石方作业工况累加计时。

进一步地，上述挖掘机工况识别计时系统中，所述先导控制装置包括与动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的主控阀的先导控制端对应连接的先导阀，各先导阀的先导压力输出油路上设置有与所述车载控制器连接的先导压力传感器。

进一步地，上述挖掘机工况识别计时系统中，所述先导控制装置是各信号输出端与所述车载控制器连接的电控操作手柄。

进一步地，上述挖掘机工况识别计时系统中，所述的第一预设压力值为18mpa，所述的第二预设压力值为15mpa，所述的预设百分比为50％，所述预设时间为6秒。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：一种挖掘机，其包含有前述的挖掘机工况识别计时系统。

本发明与现有技术相比，本发明该系统输入信号较少，判定逻辑简单，能够有效识别研发人员关注的挖掘机的三种主要工况。该系统以及方法的实施所增加成本少，便于大批量推广，可对产品的开发提供基础数据。

附图说明

图1是本发明挖掘机工况识别计时系统的原理框图。

图2是本发明挖掘机工况识别计时系统中铲斗油缸内无杆腔压力波动示意图。

图中零部件名称及序号：

车载控制器1、铲斗油缸2、压力传感器3、动臂电控操作手柄4、斗杆电控操作手柄5、铲斗电控操作手柄6、铲斗油缸无杆腔压力波动曲线9、第一压力预设值93、均值压力曲线92、第二压力预设值91。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

如图1所示，挖掘机工况识别计时系统，挖掘机具有车载控制器1、动臂、斗杆、铲斗以及用于它们动作的动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸2，在动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸各自的驱动油路上对应地设置有各自的主控阀，各主控阀的控制端与先导控制装置连接，通过操作先导控制装置实现动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸等各油缸的伸缩以便实现动臂的升降、斗杆向前摆动打开和后摆动回收、铲斗向前摆动打开和向后摆动回收等各种操作动作。

先导控制装置可以是与各主控阀先导控制端连接的先导阀，各先导阀的先导压力输出油路上设置有先导压力传感器，各先导压力传感器与车载控制器连接，车载控制器通过各先导压力传感器检测的先导压力信号而判定挖掘机正在进行哪些操作动作，例如当车载控制器接收到斗杆先导阀的斗杆回收动作先导输出油路上具有先导压力油输出时，则判定斗杆是在作回收动作。

先导控制装置也可以是输出电信号的电控操作手柄，如图1所示，电控操作手柄包括动臂电控操作手柄4、斗杆电控操作手柄5、铲斗电控操作手柄6，此时动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸各自的驱动油路上对应地设置有各自的主控阀为电磁阀，电控手柄的各输出端和各主控阀的控制端与车载控制器连接，车载控制器根据电控手柄输出的电信号输出控制信号用于控制各主控阀。

在铲斗油缸的无杆腔或与其连接的驱动油路上设置有用于检测铲斗油缸的无杆腔内压力的压力传感器3。

车载控制器以一定时间间隔周期检测先导控制装置输出的先导控制信号依据所接收到的先导控制信号和压力信号进行下列逻辑判断识别工况：

当所接受到的先导控制信号仅包括斗杆和/或铲斗回收动作的先导控制信号时获取该先导控制信号作用周期内铲斗油缸无杆腔压力值，并进行雨流分析，统计并计算铲斗油缸无杆腔内均值压力p以及铲斗油缸无杆腔内压力值大于等于第一预设压力值的时间百分比n；若斗油缸无杆腔均值压力p大于等于第二预设压力值且时间百分比大于等于预设百分比时判定此时挖掘机处于石方作业工况，若铲斗油缸无杆腔均值压力p小于第二预设压力值和/或时间百分比n大于等于预设百分比时则判定此时挖掘机处于土方作业工况。

当车载控制器1接收到动臂下降先导控制信号且在该信号结束后的预设时间内获取该时间段内铲斗油缸无杆腔压力信号并进行频域分析，当铲斗油缸无杆腔压力波动频率和主峰值压力pg均位于各自的预设范围内时，则判定挖掘机此时处于破碎工况。

在本实施例中，第一预设压力值91、第二预设压力值93、预设百分比、预设时间等都是根据挖掘机的参数人为地设定的参数，用于挖掘机工况的判断，例如在本实施例中，如图2所示，第一预设压力值为18mpa，所述的第二预设压力值为15mpa，所述的预设百分比为50％，所述预设时间为6秒。也即在所接受到的先导控制信号仅包括斗杆和/或铲斗回收动作的先导控制信号时，在该先导控制信号的作用周期内，若铲斗油缸无杆腔均值压力p≥15mpa，铲斗油缸无杆腔内出现大于等于18mpa压力的时间占先导控制信号作用周期的百分比n≥50％时判定为石方作业(矿石挖掘机作业)；若斗油缸无杆腔均值压力p＜15mpa，或铲斗油缸无杆腔内出现大于等于18mpa压力的时间占先导控制信号作用周期的百分比n＜50％时，则判定此时挖掘机处于土方作业工况。

当所接受到的先导控制信号出现了动臂下降先导控制信号时，则在该信号结束后的6秒钟内进行破碎工况识别，获取该时间段内铲斗油缸无杆腔压力信号，并进行频域分析。当铲斗油缸无杆腔压力波动频率在5-8hz范围内且主峰值压力pg≥18mpa时，则判定挖掘机此时处于破碎工况。

车载控制器所判定挖掘机工况后对当前工况工作时间进行累加计时直到挖掘机所处工况发生变化。车载控制器所判定挖掘机工况后对当前工况工作时间进行累加计时直到挖掘机所处工况发生变化。例如车载控制器所判定挖掘机处于土方作业工况时，开始对机器的土方作业时间进行累加计时，车载控制器以一定时间间隔周期获取先导控制信号和铲斗油缸无杆腔内的压力信号并以此判定挖掘机所处工况，若车载控制器判定挖掘机仍处于土方作业工况时，则继续进行土方作业累加计时，若车载控制器依据所获取的信号不能判定是土方作业、石方作业或破碎工况时，则仍认为是土方作业工况，车载控制器继续进行土方作业累加计时；当车载控制器依据所获取的信号判定挖掘机的工况发生变化时，例如判定挖掘机当前工况为石方作业工况时，则停止土方作业工况累加计时，而进行石方作业工况累加计时。