载荷谱数据采集系统、方法、装置及混凝土泵车与流程

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集系统、方法、装置及混凝土泵车。

背景技术：

混凝土泵车在变动载荷长期作用下，其臂架钢结构容易发生疲劳断裂破坏，从而造成重大经济损失，甚至是人身伤亡。因此，对臂架钢结构的可靠性进行评估，对保证安全生产、降低成本、提高经济效益等，都有十分重要的意义。

目前，对混凝土泵车臂架钢结构的剩余疲劳寿命的评估主要有以下两种方法：

一、通过仿真分析，计算出臂架钢结构的剩余疲劳寿命。由于影响臂架钢结构疲劳的因素复杂，因此该方法误差较大。

二、采集混凝土泵车长时间工作过程中的载荷谱数据，编制出相应的载荷谱，然后根据该载荷谱在试验台对臂架钢结构进行模拟加载疲劳试验，从而对臂架钢结构的剩余疲劳寿命进行评估。该方法得出的结果准确度较高，但载荷谱数据的采集量比较大，工作周期长，工况环境差，工程师需要跟随整个采集过程，因此，采集过程往往耗费较大的人力物力，成本投入较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集系统、方法、装置及混凝土泵车，以提高载荷谱数据采集效率，降低载荷谱数据采集的成本投入。

本发明实施例提供的应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集系统，包括控制设备以及分别与所述控制设备连接的传感器设备、开关检测装置和存储设备，其中：

所述传感器设备，用于检测臂架的第一载荷谱数据；

所述开关检测装置，用于在臂架抬起时，向控制设备发送第一电信号；

所述控制设备，用于在接收到所述第一电信号时，接收传感器设备检测的所述臂架的第一载荷谱数据，并对所述臂架的第一载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储。

具体的，所述传感器设备包括以下中的至少一种：至少一个节臂上所对应设置的用于检测节臂应变的应变传感器；至少一个节臂上所对应设置的用于检测节臂倾角的倾角传感器；用于检测臂架回转角的回转角传感器；用于检测第一节臂油缸的有杆腔压力的第一压力传感器和用于检测第一节臂油缸的无杆腔压力的第二压力传感器；

所述开关检测装置为设置于臂架支撑座或第一节臂的接近开关。

较佳的，所述应变传感器包括：在所述节臂的至少一个侧板上距离盖板1/5到1/15的侧板宽度的位置和距离腹板1/5到1/15的侧板宽度的位置分别设置的应变片。

优选的，所述应变传感器包括：在所述节臂的每个侧板上距离盖板1/5到1/15的侧板宽度的位置和距离腹板1/5到1/15的侧板宽度的位置分别设置的应变片；所述节臂的两个侧板的应变片呈对称布置。

进一步，所述控制设备还与泵送开关和泵送控制器连接；所述泵送开关用于在开启时向控制设备发送第二电信号；所述控制设备用于在接收到所述第二电信号时，接收泵送控制器发送的第二载荷谱数据，并对所述第二载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储，其中，所述第二载荷谱数据包括以下中的至少一种：泵送方量、泵送时间、泵送次数、泵送状态、泵送压力、排量和档位。

优选的，所述控制设备包括：微处理器、与微处理器连接的CAN控制器、 与CAN控制器连接的第一CAN收发器、第二CAN收发器和第三CAN收发器，其中：

所述第一CAN收发器在开启时通过CAN总线接收所述传感器设备发送的第一载荷谱数据并发送至所述微处理器；

所述第二CAN收发器在开启时通过CAN总线接收所述泵送控制器发送的第二载荷谱数据并发送至所述微处理器；

所述第三CAN收发器通过CAN总线接收开关检测装置发送的第一电信号及泵送开关发送的第二电信号，并发送至所述微处理器；

所述微处理器在接收到所述第一电信号时，通过CAN控制器控制第一CAN收发器开启，及在接收到所述第二电信号时，通过CAN控制器控制第二CAN收发器开启；

所述微处理器对所述第一载荷谱数据及第二载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储。

具体的，所述微处理器对所述第一载荷谱数据进行处理，包括：

所述微处理器根据所述第一载荷谱数据中的节臂的应变值，确定出节臂的弯矩；和/或

所述微处理器根据所述第一载荷谱数据中的第一节臂油缸的有杆腔压力和无杆腔压力，确定出臂架的弯矩。

优选的，所述存储设备包括存储不同类数据的多个存储单元，每个存储单元依据采样定理进行数据采样。

在本发明上述实施例的技术方案中，开关检测装置在臂架抬起时，向控制设备发送第一电信号；控制设备在接收到第一电信号时，接收传感器设备检测的臂架的第一载荷谱数据，并对臂架的第一载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储。可见，对混凝土泵车进行载荷谱数据的采集无需人工值守，可以由该系统在臂架处于工作状态时自动采集。相比现有技术，提高了载荷谱数据采集效率，降低了载荷谱数据采集的成本投入。

本发明实施例还提供了一种混凝土泵车，包括如前述任一技术方案所述的载荷谱数据采集系统。由于混凝土泵车包括上述的载荷谱数据采集系统，该系统可以在臂架处于工作状态时自动采集载荷谱数据，因此可以提高载荷谱数据采集的效率，降低载荷谱数据采集的成本投入。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集方法，包括：

当接收到开关检测装置在臂架抬起时发送的第一电信号时，接收传感器设备检测的臂架的第一载荷谱数据；

对所述臂架的第一载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储。

其中，所述第一载荷谱数据包括以下中的至少一种：节臂的应变、节臂的倾角、臂架的回转角、第一节臂油缸的有杆腔压力和第一节臂油缸的无杆腔压力。

进一步，所述方法还包括：

当接收到泵送开关在开启时发送的第二电信号时，接收泵送控制器发送的第二载荷谱数据；

对所述第二载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储；其中，所述第二载荷谱数据包括以下中的至少一种：泵送方量、泵送时间、泵送次数、泵送状态、泵送压力、排量和档位。

采用上述方法实施例，可以在臂架处于工作状态时自动采集载荷谱数据，因此可以提高载荷谱数据采集的效率，降低载荷谱数据采集的成本投入。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集装置，包括：

第一接收单元，用于当接收到开关检测装置在臂架抬起时发送的第一电信号时，接收传感器设备检测的臂架的第一载荷谱数据；

第一处理发送单元，用于对所述臂架的第一载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储。

其中，所述第一载荷谱数据包括以下中的至少一种：节臂的应变、节臂的倾角、臂架的回转角、第一节臂油缸的有杆腔压力和第一节臂油缸的无杆腔压力。

进一步，所述装置还包括：

第二接收单元，用于当接收到泵送开关在开启时发送的第二电信号时，接收泵送控制器发送的第二载荷谱数据；

第二处理发送单元，用于对所述第二载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储；其中，所述第二载荷谱数据包括以下中的至少一种：泵送方量、泵送时间、泵送次数、泵送状态、泵送压力、排量和档位。

同理，采用上述方法实施例，可以在臂架处于工作状态时自动采集载荷谱数据，因此可以提高载荷谱数据采集的效率，降低载荷谱数据采集的成本投入。

附图说明

图1为本发明一实施例载荷谱数据采集系统示意图；

图2为本发明一实施例混凝土泵车示意图；

图3为应变片设置方式及变形前后示意图；

图4a为臂架处于竖直状态示意图；

图4b为臂架处于水平状态示意图；

图4c为臂架在水平状态加载固定载荷示意图；

图5为本发明另一实施例载荷谱数据采集系统示意图；

图6为本发明又一实施例载荷谱数据采集系统示意图；

图7为本发明一实施例中控制设备的工作流程示意图；

图8为本发明一实施例载荷谱数据采集方法流程示意图；

图9为本发明一实施例载荷谱数据采集装置示意图。

具体实施方式

为了提高载荷谱数据采集效率，降低载荷谱数据采集的成本投入，本发明实施例提供了一种应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集系统、方法、装置及混凝土泵车。

如图1所示，本发明一实施例提供的应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集系统，包括控制设备11以及分别与控制设备11连接的传感器设备12、开关检测装置13和存储设备14，其中：

传感器设备12，用于检测臂架的第一载荷谱数据；

开关检测装置13，用于在臂架抬起时，向控制设备11发送第一电信号；

控制设备11，用于在接收到第一电信号时，接收传感器设备12检测的臂架的第一载荷谱数据，并对臂架的第一载荷谱数据进行处理后发送至存储设备14存储。

在本发明上述实施例的技术方案中，开关检测装置在臂架抬起时，向控制设备发送第一电信号；控制设备在接收到第一电信号时，接收传感器设备检测的臂架的第一载荷谱数据，并对臂架的第一载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储。可见，对混凝土泵车进行载荷谱数据的采集无需人工值守，可以由该系统在臂架处于工作状态时自动采集，且通过自动判断分析采集数据的条件，剔除无效数据(即满足采集条件时自动采集数据，不满足条件时自动不采集数据)，本发明相对于传统系统数据存储量可减小50％以上，实现大数据小容量的存储功能。相比现有技术，提高了载荷谱数据采集效率，降低了载荷谱数据采集的成本投入，可减少至少90％的人力成本。

第一载荷谱数据至少包括以下中的一种：节臂应变值、节臂倾角、臂架回转角、第一节臂油缸的有杆腔压力、无杆腔压力。

如图2所示，该混凝土泵车中，传感器设备包括：至少一个节臂上所对应设置的用于检测节臂应变的应变传感器，分别为应变传感器15a～15f；至少一个节臂上所对应设置的用于检测节臂倾角的倾角传感器，分别为倾角传感器16a～16f(该实施例在每个节臂上均对应设置了应变传感器和倾角传感器)；用 于检测臂架回转角的回转角传感器17；用于检测第一节臂油缸的有杆腔压力的第一压力传感器18和用于检测第一节臂油缸的无杆腔压力的第二压力传感器19。开关检测装置13为设置于臂架支撑座或第一节臂的接近开关。

该实施例中，节臂应变值、节臂倾角、臂架回转角、第一节臂油缸的有杆腔压力、无杆腔压力等均作为第一载荷谱数据。控制设备还可以对节臂的应变值进行处理计算，从而得到节臂的弯矩。工作人员在进行载荷谱编制时，可以以节臂的弯矩作为基础数据。

如图3所示，在本发明的较佳实施例中，应变传感器包括：在节臂的至少一个侧板10a上距离盖板10b的1/5到1/15的侧板宽度的位置和距离腹板10c1/5到1/15的侧板宽度的位置分别设置的应变片20。其中，侧板宽度指盖板10b与腹板10c之间的侧板的宽度尺寸。例如，在节臂侧板10a上距离盖板10b 1/10侧板宽度的位置和距离腹板10c 1/10侧板宽度的位置分别设置应变片20。

侧板10a上的两个应变片可以组成半桥式电路。当节臂产生弯曲变形时，靠近盖板10b的应变片受拉力作用伸长，靠近腹板10c的应变片受压力作用缩短，并且两个应变片的受力大小相等，方向相反，从而可以消除温差对变形的影响，进而有利于提高应变传感器的检测精度。并且，应变片20设置在侧板10a上，可以受到盖板10b和腹板10c的保护，不易损坏。

图3所示的优选实施例中，在节臂的两个侧板10a靠近盖板10b 1/5到1/15的侧板宽度的位置和靠近腹板10c 1/5到1/15的侧板宽度的位置均设置有应变片20，并且节臂的两个侧板10a上的应变片20呈对称布置。这样，可以将两侧的应变数据(理论上应当一致，但实际中会有偏差)进行对比，互为参考，以提高应变传感器的检测精度。另外，当一侧应变片损坏时，另一侧的应变片还可以继续工作，从而提升了系统的工作可靠性。

混凝土泵车的节臂弯矩的测量计算原理如下：

如图4a所示，将臂架完全展开，并使臂架处于竖直状态(各节臂倾角值均为90±2°)，在该状态下可认为各节臂的受力为零。此时，系统自动对各节 臂的应变值进行清零。系统在长时间工作下，应变片可能发生漂移现象，而应变值自动清零可以实现对应变漂移的校正。

如图4b所示，将臂架展开到水平状态(各节臂倾角值均为0±2°)，等臂架静止后，采集该时刻节臂的应变值ε_a1；

如图4c所示，在臂架水平状态下(各节臂倾角值均为0±2°)，在臂架末端加上一个质量为m＝100kg的固定载荷，等臂架静止后，采集该时刻节臂的应变值ε_b1；

重复以上步骤三次，采集3组节臂加载固定载荷前后的应变值，分别为ε_a1、ε_a2、ε_a3、ε_b1、ε_b2、ε_b3；

计算出节臂加载固定载荷前后的应变值均值，分别为ε_a＝(ε_a1+ε_a2+ε_a3)/3、ε_b＝(ε_b1+ε_b2+ε_b3)/3，然后计算出节臂加载固定载荷后的应变值变化量，为△ε＝ε_b-ε_a；

测量固定载荷到节臂设置应变片位置的距离△L，则加载固定载荷后节臂的弯矩变化量△M＝m*g*△L。根据节臂的弯矩值M＝K*ε，可知节臂的弯矩变化量△M＝K*△ε，进而可以得出K＝△M/△ε＝(m*g*△L)/(ε_b-ε_a)，其中，K为转换系数。

将K值存储在控制设备中，可以根据节臂的弯矩计算式M＝K*ε，以及检测的节臂应变值计算出节臂的弯矩。

在编制混凝土泵车的载荷谱时，还经常会用到与泵送相关的数据，例如泵送方量、泵送时间、泵送次数、泵送状态、泵送压力、排量和档位等，这些泵送数据可以作为第二载荷谱数据被采集。在本发明的一优选实施例中，如图5所示，控制设备11还与泵送开关21和泵送控制器22连接；泵送开关21用于在开启时向控制设备11发送第二电信号；控制设备11用于在接收到第二电信号时，接收泵送控制器22发送的第二载荷谱数据，并对第二载荷谱数据进行处理后发送至存储设备14存储，其中，第二载荷谱数据包括以下中的至少一 种：泵送方量、泵送时间、泵送次数、泵送状态、泵送压力、排量和档位。如图6所示，在该优选实施例中，控制设备11包括：微处理器23、与微处理器23连接的CAN(Controller Area Network,CAN，控制器局域网络，简称CAN)控制器24、与CAN控制器24连接的第一CAN收发器25、第二CAN收发器26和第三CAN收发器27，其中：

第一CAN收发器25在开启时通过CAN总线接收传感器设备12发送的第一载荷谱数据并发送至微处理器23；

第二CAN收发器26在开启时通过CAN总线接收泵送控制器22发送的第二载荷谱数据并发送至微处理器23；

第三CAN收发器27通过CAN总线接收开关检测装置13发送的第一电信号及泵送开关21发送的第二电信号，并发送至微处理器23；

微处理器23在接收到第一电信号时，通过CAN控制器24控制第一CAN收发器25开启，及在接收到第二电信号时，通过CAN控制器24控制第二CAN收发器26开启；

微处理器23对第一载荷谱数据及第二载荷谱数据进行处理后发送至存储设备14存储。

微处理器23与传感器设备12和泵送控制器22之间基于CAN总线技术进行数据传输，具有采集信号广、信号线缆少、系统可维护性强、可靠性高等特点，并且尤其适用于户外车载采集系统。

其中，微处理器23对第一载荷谱数据进行处理，包括：微处理器根据第一载荷谱数据中的节臂的应变值，确定出节臂的弯矩；和/或微处理器根据第一载荷谱数据中的第一节臂油缸的有杆腔压力和无杆腔压力，确定出臂架的弯矩。这里需要注意的是，微处理器对第一载荷谱数据和第二载荷谱数据的处理并不局限于上述内容，还可以包括数据识别、数据干扰滤除、数据变换分析等常规数据处理内容。

上述控制设备的工作流程如图7所示，包括以下步骤：

步骤101、载荷谱数据采集系统上电，启动微处理器和CAN控制器；

步骤102、CAN控制器启动第三CAN收发器；

步骤103、第三CAN收发器接收CAN总线上的来自开关检测装置及泵送开关的信号，并发送至微处理器；

步骤104、微处理器判断第一节臂是否离开支撑座(当来自开关检测装置的信号为第一电信号时，则确定第一节臂离开支撑座)，如果是，则执行步骤105，否则，执行步骤107；

步骤105、CAN控制器启动第一CAN收发器；

步骤106、第一CAN收发器接收CAN总线上的来自传感器设备的第一载荷谱数据，并发送至微处理器；

步骤107、CAN控制器不启动第一CAN收发器；

步骤108、第一CAN收发器数据接收停止；

步骤109、微处理器判断泵送开关是否开启(当来自泵送开关的信号为第二电信号时，则确定泵送开关开启)，如果是，则执行步骤110，否则，执行步骤112；

步骤110、CAN控制器启动第二CAN收发器；

步骤111、第二CAN收发器接收CAN总线上的来自泵送控制器的第二载荷谱数据，并发送至微处理器；

步骤112、CAN控制器不启动第二CAN收发器；

步骤113、第二CAN收发器数据接收停止；

步骤114、微处理器同步接收第一CAN收发器和第二CAN收发器发送的数据；

步骤115、微处理器对接收的数据进行计算处理；

步骤116、微处理器按照指定的存储格式将数据发送至存储设备存储并返回步骤103。

优选的，存储设备包括存储不同类数据的多个存储单元，每个存储单元依 据采样定理进行数据采样。采样定理是指采样频率大于信号中最高频率的两倍，一般保证5～10倍。这些存储单元同时读取控制设备的时钟信号，保证数据的同步性。该存储设备对采集数据进行有效分类，相比传统的数据存储设备可以减少至少50％的存储量，从而实现了大数据小容量的存储功能。

本发明实施例还提供了一种混凝土泵车，包括如前述任一技术方案的载荷谱数据采集系统。由于混凝土泵车上设置有上述的载荷谱数据采集系统，该系统可以在臂架处于工作状态时自动采集载荷谱数据，因此可以提高载荷谱数据采集的效率，降低载荷谱数据采集的成本投入。

如图8所示，基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集方法，该方法包括以下步骤：

步骤301、当接收到开关检测装置在臂架抬起时发送的第一电信号时，接收传感器设备检测的臂架的第一载荷谱数据；

步骤302、对臂架的第一载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储。

其中，第一载荷谱数据包括以下中的至少一种：节臂的应变、节臂的倾角、臂架的回转角、第一节臂油缸的有杆腔压力和第一节臂油缸的无杆腔压力。

进一步，方法还包括：

当接收到泵送开关在开启时发送的第二电信号时，接收泵送控制器发送的第二载荷谱数据；

对第二载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储；其中，第二载荷谱数据包括以下中的至少一种：泵送方量、泵送时间、泵送次数、泵送状态、泵送压力、排量和档位。

采用上述方法实施例，可以在臂架处于工作状态时自动采集载荷谱数据，因此可以提高载荷谱数据采集的效率，降低载荷谱数据采集的成本投入。

如图9所示，基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种应用于混凝土泵车的载荷谱数据采集装置，包括：

第一接收单元41，用于当接收到开关检测装置在臂架抬起时发送的第一电 信号时，接收传感器设备检测的臂架的第一载荷谱数据；

第一处理发送单元42，用于对臂架的第一载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储。

其中，第一载荷谱数据包括以下中的至少一种：节臂的应变、节臂的倾角、臂架的回转角、第一节臂油缸的有杆腔压力和第一节臂油缸的无杆腔压力。

进一步，装置还包括：

第二接收单元51，用于当接收到泵送开关在开启时发送的第二电信号时，接收泵送控制器发送的第二载荷谱数据；

第二处理发送单元52，用于对第二载荷谱数据进行处理后发送至存储设备存储，其中，第二载荷谱数据包括以下中的至少一种：泵送方量、泵送时间、泵送次数、泵送状态、泵送压力、排量和档位。

同理，采用上述方法实施例，可以在臂架处于工作状态时自动采集载荷谱数据，因此可以提高载荷谱数据采集的效率，降低载荷谱数据采集的成本投入。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。