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壽命預警方法、壽命預警系統及強夯機.pdf

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壽命 預警 方法 預警系統 強夯機
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摘要
申請專利號:

CN201310669340.9

申請日:

2013.12.10

公開號:

CN103678908A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 19/00申請日:20131210|||公開
IPC分類號: G06F19/00(2011.01)I 主分類號: G06F19/00
申請人: 中聯重科股份有限公司
發明人: 王曦鳴; 曾光; 付玲
地址: 410013 湖南省長沙市岳麓區銀盆南路361號
優先權:
專利代理機構: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283 代理人: 黃志興;李翔
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310669340.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種強夯機的壽命預警方法,包括:檢測第i次沖擊對臂架的單次損傷評價參數值;將單次損傷評價參數值和當前總損傷評價參數值相加;將相加后獲得的值作為新的當前總損傷評價參數值;將新的當前總損傷評價參數值與預先設定的損傷評價參數值閾值進行比較,當新的所述當前總損傷評價參數值的值大于或者等于損傷評價參數值閾值時報警。還公開了一種壽命預警系統和強夯機。本發明對臂架的損傷評價參數值進行檢測和評價,在當前總損傷評價參數值大于或等于損傷評價參數值閾值時進行報警。這樣能夠根據臂架的實際工作情況來對臂架的壽命進行監控和預警,避免臂架在工作過程中出現斷裂等現象而導致事故的發生,提高了強夯機的安全性。

權利要求書

權利要求書
1.  一種強夯機的壽命預警方法,其特征在于:該壽命預警方法包括:
檢測第i次沖擊對所述強夯機的臂架的單次損傷評價參數值;
將該單次損傷評價參數值和當前總損傷評價參數值相加,當i=1時,該當前總損傷評價參數值為零;
將該相加后獲得的值作為新的當前總損傷評價參數值;
將新的所述當前總損傷評價參數值與預先設定的損傷評價參數值閾值進行比較,當新的所述當前總損傷評價參數值大于或者等于所述損傷評價參數值閾值時報警,
其中,i為大于等于0的整數。

2.  根據權利要求1所述的壽命預警方法,其特征在于,所述壽命預警方法還包括:采用損傷率作為所述損傷評價參數值,其中
在所述強夯機的額定工作范圍內將所述強夯機的工況劃分為n個工況等級,并獲得第j個工況等級下臂架的額定應力循環次數Nj;
檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h;
檢測所述第i次沖擊時所述臂架產生的q個振動信號各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk;
計算所述q個振動信號的振動次數與工況等級h下的額定應力循環次數Nh的比值并相加,即為所述第i次沖擊對所述臂架的單次損傷率
將該單次損傷率p與當前總損傷率P相加,當i=1時,該當前總損傷率為零;
將新的所述當前總損傷率與預先設定的損傷率閾值進行比較,當新的所述當前總損傷率的值大于或者等于所述損傷率閾值時報警,
其中,k=1,2,…,q,j=1,2,…,n,h為大于或等于1且小于或等于n的整數, i為大于等于0的正整數。

3.  根據權利要求2所述的壽命預警方法,其特征在于,獲得第j個工況等級下臂架的額定應力循環次數Nj的方法包括在第j個工況等級下進行臂架的應力循環試驗,將臂架發生或即將發生斷裂時的應力循環次數記錄為額定應力循環次數Nj。

4.  根據權利要求2所述的壽命預警方法,其特征在于,檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h包括以下步驟:
檢測所述強夯機的夯錘的重量m、提升高度h、提升加速度a;
計算實際沖擊能量E=m×h×(a+g);
將所述實際沖擊能量E與n個工況等級分別對應的標準沖擊能量范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。

5.  根據權利要求2所述的壽命預警方法,其特征在于,檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h包括以下步驟:
檢測所述強夯機的臂架的應力的大小;
將所述應力的大小與n個工況等級分別對應的臂架的應力范圍相比較來確定所述強夯機的工況等級。

6.  一種強夯機的壽命預警系統,該壽命預警系統包括檢測器、處理器和控制器,其特征在于,
所述檢測器用于檢測第i次沖擊對所述強夯機的臂架的單次損傷評價參數值,并將所述單次損傷評價參數值傳送到所述處理器;
所述處理器用于儲存損傷評價參數值閾值和當前總損傷評價參數值,當 i=1時,該當前總損傷評價參數值為零,將接收到的所述單次損傷評價參數值與所述當前總損傷評價參數值相加的值作為新的所述當前總損傷評價參數值,并將計算得到的新的所述當前總損傷評價參數值與該損傷評價參數值閾值進行比較,當新的所述當前總損傷評價參數值大于或者等于所述損傷評價參數值閾值時產生報警信號,并將該報警信號傳送到輸出器;
所述輸出器用于輸出所述報警信號;
其中,i為大于等于0的正整數。

7.  根據權利要求6所述的壽命預警系統,其特征在于,所述損傷參數值為損傷率,
所述檢測器用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h,以及所述第i次沖擊在所述強夯機的臂架產生的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk,并將該工況等級h、該q個振動信號的各自的振動頻率fk和振動時間tk傳送到處理器;
所述處理器用于儲存損傷率閾值,所述強夯機在額定工作范圍內劃分的n個工況等級和第j個工況等級下的額定應力循環次數Nj,以及當前總損傷率P,當i=1時,P=0,根據所述第i沖擊的工況等級h下的額定應力循環次數Nh,計算第i次沖擊產生的所述臂架的單次損傷率為將該單次損傷率p與當前總損傷率P相加的值作為新的所述當前總損傷率,并將計算得到的新的所述當前總損傷率與該損傷率閾值進行比較,當新的所述當前總損傷率大于或者等于所述損傷率閾值時產生報警信號,并將該報警信號傳送到所述輸出器;
其中k=1,2,…,q,j=1,2,…,n,h為大于或等于1且小于或等于n的整數,i為大于等于0的正整數。

8.  根據權利要求7所述的壽命預警系統,其特征在于,
所述檢測器還用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的夯錘的重量m、提升高度h、提升加速度a,并將該重量m、提升高度h和提升加速度a傳的信號送到所述處理器;
所述處理器還用于儲存重力加速度g和n個工況等級分別對應的標準沖擊能量范圍,并計算實際沖擊能量E=m×h×(a+g),并通過將所述實際沖擊能量E與所述標準沖擊能量范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。

9.  根據權利要求8所述的壽命預警系統,其特征在于,
所述檢測器包括重量傳感器、高度傳感器、加速度傳感器中的一種或多種。

10.  根據權利要求7所述的壽命預警系統,其特征在于,
所述檢測器還用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的臂架的應力的大小,并將該應力傳送到所述處理器;
所述處理器還用于儲存n個工況等級分別對應的臂架的應力范圍,通過將所述應力的大小與所述應力范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。

11.  根據權利要求10所述的壽命預警系統,其特征在于,所述檢測器包括應力傳感器。

12.  一種強夯機,其特征在于,該強夯機包括根據權利要求6-11中任意一項所述的壽命預警系統。

說明書

說明書壽命預警方法、壽命預警系統及強夯機
技術領域
本發明涉及工程機械領域,具體地,涉及一種用于強夯機的壽命預警方法、壽命預警系統以及包括該壽命預警系統的強夯機。
背景技術
強夯機是一種用起重設備反復將夯錘起吊到一定高度后,利用自動脫鉤釋放載荷或帶錘自由下落,以給地基以強大的沖擊能量的夯擊,提高地基強度的工程機械設備。
對于強夯機來說,突然卸載對于強夯機是正常且頻繁的工況。因此,強夯機的臂架經常受到突然卸載這一寬頻激勵的作用而處于振動狀態。
目前國內強夯施工設備大多以中小噸位安裝用履帶起重機為基礎進行改裝。提升夯錘時,起重機桁架臂的鋼絲繩在夯錘重力與提升加速度的作用下,產生較大的拉力,鋼絲繩被拉長,起重機桁架臂自身也在夯錘作用下發生一定變形,儲存了一定能量。當夯錘提升到額定高度后,自動脫鉤器控制夯錘脫鉤,起重機一瞬間卸去載荷,起重機臂架由于其自身及鋼絲繩的彈性儲能作用,發生劇烈振動并釋放能量,導致起重機臂架和相關機件受到沖擊,輕則使起重機有關機件提前損壞,重則造成臂架向后傾翻,甚至發生臂架提前斷裂的情況。
發明內容
本發明的目的是提供一種壽命預警系統,該壽命預警系統能夠對臂架的壽命進行預估并在臂架的損傷量達到一定程度時報警。
為了實現上述目的,本發明提供一種強夯機的壽命預警方法,其中:該 壽命預警方法包括:
檢測第i次沖擊對所述強夯機的臂架的單次損傷評價參數值;
將該單次損傷評價參數值和當前總損傷評價參數值相加,當i=1時,該當前總損傷評價參數值為零;
將該相加后獲得的值作為新的當前總損傷評價參數值;
將新的所述當前總損傷評價參數值與預先設定的損傷評價參數值閾值進行比較,當新的所述當前總損傷評價參數值大于或者等于所述損傷評價參數值閾值時報警,
其中,i為大于等于0的正整數。
優選地,所述壽命預警方法還包括:采用損傷率作為損傷評價參數值,其中
在所述強夯機的額定工作范圍內將所述強夯機的工況劃分為n個工況等級,并獲得第j個工況等級下臂架的額定應力循環次數Nj;
檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h;
檢測所述第i次沖擊時所述臂架產生的q個振動信號各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk;
計算所述q個振動信號的振動次數與工況等級h下的額定應力循環次數Nh的比值并相加,即為所述第i次沖擊對所述臂架的單次損傷率
將該單次損傷率p與當前總損傷率P相加,當i=1時,該當前總損傷率為零;
將新的所述當前總損傷率與預先設定的損傷率閾值進行比較,當新的所述當前總損傷率的值大于或者等于所述損傷率閾值時報警,
其中,k=1,2,…,q,j=1,2,…,n,h為大于或等于1且小于或等于n的整數,i為大于等于0的正整數。
優選地,獲得第j個工況等級下臂架的額定應力循環次數Nj的方法包括在第j個工況等級下進行臂架的應力循環試驗,將臂架發生或即將發生斷裂時的應力循環次數記錄為額定應力循環次數Nj。
優選地,檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h包括以下步驟:
檢測所述強夯機的夯錘的重量m、提升高度h、提升加速度a;
計算實際沖擊能量E=m×h×(a+g);
將所述實際沖擊能量E與n個工況等級分別對應的標準沖擊能量范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。
優選地,檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h包括以下步驟:
檢測所述強夯機的臂架的應力的大小;
將所述應力的大小與n個工況等級分別對應的臂架的應力范圍相比較來確定所述強夯機的工況等級。
本發明還提供一種強夯機的壽命預警系統,該壽命預警系統包括檢測器、處理器和控制器,其中,
所述檢測器用于檢測第i次沖擊對所述強夯機的臂架的單次損傷評價參數值,并將所述單次損傷評價參數值傳送到所述處理器;
所述處理器用于儲存損傷評價參數值閾值和當前總損傷評價參數值,當i=1時,該當前總損傷評價參數值為零,將接收到的所述單次損傷評價參數值與所述當前總損傷評價參數值相加的值作為新的所述當前總損傷評價參數值,并將計算得到的新的所述當前總損傷評價參數值與該損傷評價參數值閾值進行比較,當新的所述當前總損傷評價參數值大于或者等于所述損傷評價參數值閾值時產生報警信號,并將該報警信號傳送到輸出器;
所述輸出器用于輸出所述報警信號;
其中,i為大于等于0的正整數。
優選地,所述損傷參數值為損傷率,
所述檢測器用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h,以及所述第i次沖擊在所述強夯機的臂架產生的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk,并將該工況等級h、該q個振動信號的各自的振動頻率fk和振動時間tk傳送到處理器;
所述處理器用于儲存損傷率閾值,所述強夯機在額定工作范圍內劃分的n個工況等級和第j個工況等級下的額定應力循環次數Nj,以及當前總損傷率P,當i=1時,P=0,根據所述第i沖擊的工況等級h下的額定應力循環次數Nh,計算第i次沖擊產生的所述臂架的單次損傷率為將該單次損傷率p與當前總損傷率P相加的值作為新的所述當前總損傷率,并將計算得到的新的所述當前總損傷率與該損傷率閾值進行比較,當新的所述當前總損傷率大于或者等于所述損傷率閾值時產生報警信號,并將該報警信號傳送到所述輸出器;
其中k=1,2,…,q,j=1,2,…,n,h為大于或等于1且小于或等于n的整數,i為大于等于0的正整數。
優選地,所述檢測器還用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的夯錘的重量m、提升高度h、提升加速度a,并將該重量m、提升高度h和提升加速度a傳的信號送到所述處理器;
所述處理器還用于儲存重力加速度g和n個工況等級分別對應的標準沖擊能量范圍,并計算實際沖擊能量E=m×h×(a+g),并通過將所述實際沖擊能量E與所述標準沖擊能量范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。
優選地,所述檢測器包括重量傳感器、高度傳感器、加速度傳感器中的一種或多種。
優選地,所述檢測器還用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的臂架的 應力的大小,并將該應力傳送到所述處理器;
所述處理器還用于儲存n個工況等級分別對應的臂架的應力范圍,通過將所述應力的大小與所述應力范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。
優選地,所述檢測器包括應力傳感器。
本發明還提供一種強夯機,其中,該強夯機包括本發明所述的壽命預警系統。
通過上述技術方案,對臂架的損傷情況進行檢測和系統的評價,計算臂架在每次工作后的當前總損評價參數值,在與額定的損傷評價參數值閾值進行比較,當總損傷評價參數值大于或等于所述損傷評價參數值閾值時進行報警。這樣就能夠根據臂架的實際工作情況來對臂架的壽命進行監控和預警,從而避免臂架在工作過程中出現斷裂等現象而導致危險,大大提高了強夯機的安全性。
本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
附圖說明
附圖是用來提供對本發明的進一步理解,并且構成說明書的一部分,與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明,但并不構成對本發明的限制。在附圖中:
圖1是根據本發明的優選實施方式的壽命預警方法的流程圖;
圖2是根據本發明的優選實施方式的壽命預警方法的流程圖;
圖3是根據本發明的優選實施方式中檢測第i次沖擊時強夯機的工況等級的方法的流程圖;
圖4是根據本發明的優選實施方式中檢測第i次沖擊時強夯機的工況等級的方法的流程圖;
圖5是根據本發明的優選實施方式的壽命預警系統的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是,此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明,并不用于限制本發明。
在本發明中,在未作相反說明的情況下,使用的方位詞如“上、下、左、右”通常根據附圖中所示的方向或者實際應用中的方向,并結合說明書中的描述具體適當的理解。
本發明提供一種強夯機的壽命預警方法,其中:該壽命預警方法包括:
檢測第i次沖擊對所述強夯機的臂架的單次損傷評價參數值;
將該單次損傷評價參數值和當前總損傷評價參數值相加,當i=1時,該當前總損傷評價參數值為零;
將該相加后獲得的值作為新的當前總損傷評價參數值;
將新的所述當前總損傷評價參數值與預先設定的損傷評價參數值閾值進行比較,當新的所述當前總損傷評價參數值的值大于或者等于所述損傷評價參數值閾值時報警,
其中,i為大于等于0的正整數。
根據本發明的壽命預警方法的主要原理是檢測每次沖擊下強夯機的臂架的單次損傷評價參數值,并對單次損傷評價參數值進行累計計算并儲存為當前總損傷評價參數值,即在某次沖擊發生之后,當前總損傷評價參數值的值為該次沖擊之前的當前總損傷評價參數值與本次沖擊的單次損傷評價參數值的疊加。
在實際應用中,可以選擇一種或多種參數來作為臂架損傷的評價參數,該評價參數能夠體現臂架的損傷程度,而總損傷的評價參數值則表示當單次 損傷的評價參數值累計達到該總損傷的評價參數值時,臂架就會發生或即將發生斷裂。本發明對該臂架損傷的評價參數的選擇并不加以限定,本領域技術人員可以在本發明的發明思想下任意選取適當的物理量作為評價參數,但是都落在本發明的保護范圍之內。在下文中例舉了一種本發明的評價參數選擇的優選實施方式。
此處用第i次沖擊來表示對強夯機的臂架的任意一次沖擊,該i的取值為大于零的正整數。當然,該沖擊的次數應該在根據臂架的壽命的極限允許的沖擊次數之內,即該第i次沖擊發生之后,臂架仍然不會發生斷裂。
如圖1所示,當第i次沖擊為第一次沖擊時,在該第一次沖擊發生之前,當前總損傷評價參數值為零。檢測第一次沖擊的單次損傷評價參數值;將第一次沖擊的單次損傷評價參數值和當前總損傷評價參數值相加得到的值作為新的當前總損傷評價參數值,即第一次沖擊之后,當前總損傷評價參數值為第一次沖擊的單次損傷評價參數值。
當第i次沖擊為第二次沖擊時,當前總損傷評價參數值為第一次沖擊之后的當前總損傷評價參數值,即第一次沖擊的單次損傷評價參數值。檢測到第二次沖擊的單次損傷評價參數值;并將第二次沖擊的單次損傷評價參數值和當前總損傷評價參數值相加得到的值作為新的當前總損傷評價參數值,即第二次沖擊之后,當前總損傷評價參數值為第一次沖擊的單次損傷評價參數值和第二次沖擊的單次損傷評價參數值之和。
依此類推地,當第i次沖擊發生之前,當前總損傷評價參數值為第i-1次沖擊之后的當前總損傷評價參數值,即第1次至第i-1次沖擊的單次損傷評價參數值之和,當第i次沖擊發生之后,檢測到第i次沖擊的單次損傷評價參數值;并將第i次沖擊的單次損傷評價參數值和當前總損傷評價參數值相加得到的值作為新的當前總損傷評價參數值,即第i次沖擊之后,新的當前總損傷評價參數值為第1次至第i次沖擊的單次損傷評價參數值之和。
由此可見,根據本發明的技術方案,在第i次沖擊之后,將第1次至第i次沖擊的單次損傷評價參數值求和獲得的值與損傷評價參數值閾值進行比較,當該計算出的新的當前總損傷評價參數值大于或者等于損傷評價參數值閾值時報警。
其中,該損傷評價參數值閾值可以設置為一個小于損傷評價參數值極限值的值,這樣即使當前總損傷評價參數值在一定范圍內大于該損傷評價參數值閾值也不會導致臂架出現斷裂等故障,留有一定的安全余量。例如,在第i-1次沖擊時,比較的結果為新的當前總損傷評價參數值小于損傷評價參數值閾值,但是損傷評價參數值閾值與新的當前總損傷評價參數值的差值較小或者可以預見到發生第i次沖擊時就會導致第i次沖擊后的新的當前總損傷評價參數值大于損傷評價參數值閾值,那么該損傷評價參數值閾值應當設置為,即使發生了該第i次沖擊,第i次沖擊后的新的當前總損傷評價參數值大于損傷評價參數值閾值,仍然能夠保證臂架不會斷裂,不會出現安全事故。也就是說,該損傷評價參數值閾值應當設置為,損傷評價參數值的極限值與損傷評價參數值閾值的差值至少大于或等于單次損傷評價參數值的最大值。本領域技術人員可以根據實際工況對該損傷評價參數值閾值進行相應的設置,本發明對此并不加以限制。
報警的方式可以根據實際需要進行選擇,例如可以選擇為例如利用簡單的聲或光報警裝置,或者用顯示裝置來進行報警,還可以將當前總損傷評價參數值顯示出來以供技術人員參考。
通過上述技術方案,對臂架的損傷情況進行檢測和系統的評價,計算臂架在每次工作后的當前總損評價參數值,在與額定的損傷評價參數值閾值進行比較,當總損傷評價參數值大于或等于所述損傷評價參數值閾值時進行報警。這樣就能夠根據臂架的實際工作情況來對臂架的壽命進行監控和預警,從而避免臂架在工作過程中出現斷裂等現象而導致危險,大大提高了強夯機 的安全性。
優選地,所述壽命預警方法還包括:采用損傷率作為損傷評價參數值,其中
在所述強夯機的額定工作范圍內將所述強夯機的工況劃分為n個工況等級,并獲得第j個工況等級下臂架的額定應力循環次數Nj;
檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h;
檢測所述第i次沖擊時所述臂架產生的q個振動信號各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk;
計算所述q個振動信號的振動次數與工況等級h下的額定應力循環次數Nh的比值并相加,即為所述第i次沖擊對所述臂架的單次損傷率
將該單次損傷率p與當前總損傷率P相加,當i=1時,該當前總損傷率為零;
將新的所述當前總損傷率與預先設定的損傷率閾值進行比較,當新的所述當前總損傷率的值大于或者等于所述損傷率閾值時報警,
其中,k=1,2,…,q,j=1,2,…,n,h為大于或等于1且小于或等于n的整數,i為大于等于0的正整數。
在實際操作中,作為損傷評價參數值的物理量可以根據實際情況和需要進行選擇,例如可以選擇容易測量和評估的物理量。在本優選實施方式中的壽命預警方法用損傷率作為損傷評價參數值,從而對壽命進行預警。
如圖2所示。在本優選實施方式中,首先在強夯機的額定工作范圍內將工況劃分為n個等級,強夯機的額定工作范圍指強夯機所允許的工作范圍,即在額定的臂架傾角范圍內,將額定重量的夯錘,提升至額定高度,可以將該強夯機的額定工作范圍劃分為依次連續地n個區間以對應該n個工況等級,而且各個額定工作范圍的區間的長度(即數值范圍)不一定相等。通常 地,該額定工作范圍主要依據夯錘下落到地面時在臂架上引起的振動的情況來劃分為n個等級,具體地,由于在不同的工況等級下夯錘下落時的勢能不同,因此在臂架上引起的振動的能量也不同,作用于臂架的應力不同,而同一工況等級下可以近似地認為夯錘下落到地面時在臂架上引起的振動的能量相同,作用于臂架的應力相同。上述對強夯機的工況等級的劃分主要以經驗值和實驗測量數據為主,并可以在一定范圍內根據實際情況進行人為調整。
當夯錘下落到地面時,沖擊在臂架上引起的振動可能是多個振動的疊加,假設第i次沖擊在臂架上產生q個振動信號,并且各個振動信號的各自的振動頻率為fk和該頻率下臂架的振動時間為tk,由此可知,fktk即為第i次沖擊產生的頻率為fk的振動的次數,即該應力的循環次數。
并且,在第i個工況等級下,夯錘從對應于該工況等級的提升高度范圍內的任意高度下落到地面時,在臂架上引起的振動的額定應力循環次數均近似地認為是Ni,i=1,2,…,n。
計算將第i次沖擊產生的振動的振動頻率和振動時間相乘獲得的實際應力的循環次數和該工況等級下的額定應力循環次數的比值,即獲得第i次沖擊的單次損傷率,該單次損傷率的數值為大于零且小于等于1,并將第i次沖擊的單次損傷率與第i次沖擊之前的當前總損傷率相加作為新的當前總損傷率。
當第i次沖擊發生后,檢測到第i次沖擊的強夯機的工況等級為h,并且第i次沖擊在強夯機的臂架產生的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk;根據n個工況等級,第j個工況等級對應的額定應力循環次數Nj,j=1,2,…,n,因此根據檢測到的該第i次沖擊的強夯機的工況等級h確定第i次沖擊的額定應力循環次數Nh,并且處理器根據q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk,來分別計算q個振 動信號的振動次數(即應力循環次數)并求和,即第i次沖擊產生的所述臂架的單次損傷率為當前總損傷率P為上次沖擊之后的臂架當前的總損傷率,當第i次沖擊發生后,將第i次沖擊的單次損傷率p與當前總損傷率P相加作為新的當前總損傷率P。
當所述第i次沖擊為第一次沖擊時,在該第一次沖擊發生之前,所述當前總損傷率為零。
根據本優選實施方式,測量每次沖擊下強夯機的臂架的單次損傷率,并對該單次損傷率進行累計計算并儲存為當前總損傷率,即在某次沖擊發生之后,新的當前總損傷率的值為該次沖擊之前的當前總損傷率與本次沖擊的單次損傷率的疊加。
當第i次沖擊為第一次沖擊時,在該第一次沖擊發生前的當前總損傷率為零。根據檢測到的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk來計算第一次沖擊的單次損傷率;并將第一次沖擊的單次損傷率和當前總損傷率相加得到的值作為新的當前總損傷率,即第一次沖擊之后,當前總損傷率為第一次沖擊的單次損傷率。
當第i次沖擊為第二次沖擊時,當前總損傷率為第一次沖擊之后的當前總損傷率,即第一次沖擊的單次損傷率。根據檢測到的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk來計算第二次沖擊的單次損傷率;并將第二次沖擊的單次損傷率和當前總損傷率相加得到的值作為新的當前總損傷率,即第二次沖擊之后,當前總損傷率為第一次沖擊的單次損傷率和第二次沖擊的單次損傷率之和。
依此類推地,當第i次沖擊發生時,沖擊之前的當前總損傷率為第i-1次沖擊之后的當前總損傷率,即第1次至第i-1次沖擊的單次損傷率之和,根據檢測到的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間 tk來計算第i次沖擊的單次損傷率;并將第i次沖擊的單次損傷率和當前總損傷率相加得到的值作為新的當前總損傷率,即第i次沖擊之后,當前總損傷率為第1次至第i次沖擊的單次損傷率之和。
由此可見,根據本發明的技術方案,在第i次沖擊之后,根據檢測到的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk來計算第i次沖擊的單次損傷率將第1次至第i次沖擊的單次損傷率求和獲得的值與損傷率閾值進行比較,當該計算出的當前總損傷率大于或者等于損傷率閾值時產生報警信號,并通過輸出器來輸出報警信號。
其中,當損傷率達到1的時候臂架發生斷裂,該損傷率閾值可以設置為一個小于1的值,這樣即使當前總損傷率大于該損傷率閾值也不一定會導致臂架出現斷裂等故障,留有一定的安全余量。例如,在第i-1次沖擊時,比較的結果為新的當前總損傷率小于損傷率閾值,但是損傷率閾值與新的當前總損傷率的差值較小或者可以預見到發生第i次沖擊時就會導致第i次沖擊后的新的當前總損傷率大于損傷率閾值,那么該損傷率閾值應當設置為,即使發生了該第i次沖擊,第i次沖擊后的新的當前總損傷率大于損傷率閾值,仍然能夠保證臂架不會斷裂,不會出現安全事故。也就是說,該損傷率閾值應當設置為,損傷率的極限值與損傷率閾值的差值至少大于或等于單次損傷率的最大值。本領域技術人員可以根據實際工況對該損傷率閾值進行相應的設置,本發明對此并不加以限制。
以上描述本發明的一種優選實施方式,將臂架的額定工作范圍劃分為n個工況等級,將每次振動的實際應力循環次數與該次振動的工況等級下的額定應力循環次數的比值作為單次損傷率,通過計算臂架在每次沖擊下的單次損傷率并疊加獲得當前總損傷率。在上述優選實施方式中,首先需要確定每次沖擊的臂架的工況等級。以上已經介紹了工況等級劃分的原則,優選地,獲得第j個工況等級下臂架的額定應力循環次數Nj的方法包括在第j個工況 等級下進行臂架的應力循環試驗,將臂架發生或即將發生斷裂時的應力循環次數記錄為額定應力循環次數Nj。當然,也可以根據強夯機的臂架結構從理論計算并結合經驗估算該額定應力循環次數等。通過該方法可以獲得n個工況等級的強夯機的臂架斷裂時的額定應力循環次數,并且建立數據表,在該壽命預警方法時,通過檢測強夯機的工況等級,直接就可以查表獲得該工況等級所對應的額定應力循環次數。
下面對工況等級的測量與確定的優選實施方式進行介紹。
優選地,檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h包括以下步驟:
檢測所述強夯機的夯錘的重量m、提升高度h、提升加速度a;
計算實際沖擊能量E=m×h×(a+g);
將所述實際沖擊能量E與n個工況等級分別對應的標準沖擊能量范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。
在本優選實施方式中,如圖3所示,檢測檢測所述強夯機的夯錘的重量m、提升高度h、提升加速度a,并計算實際沖擊能量E=m×h×(a+g),并通過將所述實際沖擊能量E與所述標準沖擊能量范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。
在本優選實施方式中,通過能量來對工況等級進行劃分,強夯機的工作范圍即強夯機的臂架將夯錘提升的高度的范圍,對于不同范圍的夯錘提升高度,夯錘下落后在臂架上引起的振動的能量也不用,因此可以通過對夯錘在提升高度的重力勢能即沖擊能量來劃分工況等級。
優選地,檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h包括以下步驟:
檢測所述強夯機的臂架的應力的大小;
將所述應力的大小與n個工況等級分別對應的臂架的應力范圍相比較來確定所述強夯機的工況等級。
以上介紹了通過沖擊能量還劃分強夯機的工況等級的方法,本優選實施 方式還提供了另外一種根據臂架的應力劃分強夯機的工況等級的方法。
當夯錘下落到地面時,沖擊能量會在臂架上產生應力,該應力的循環次數即為振動的次數。但是,對于不同的工況等級,臂架上所產生的應力的大小的范圍不同。
在本優選實施方式中,如圖4所示,檢測強夯機的臂架中應力的大小,并將該應力的大小與n個工況等級相對應的臂架的應力范圍進行比較,從而確定強夯機的工況等級。
另外,本發明提供一種強夯機的壽命預警系統,如圖5所示,該壽命預警系統包括檢測器、處理器和控制器,其中,
所述檢測器用于檢測第i次沖擊對所述強夯機的臂架的單次損傷評價參數值,并將所述單次損傷評價參數值傳送到所述處理器;
所述處理器用于儲存損傷評價參數值閾值和當前總損傷評價參數值,當i=1時,該當前總損傷評價參數值為零,將接收到的所述單次損傷評價參數值與所述當前總損傷評價參數值相加的值作為新的所述當前總損傷評價參數值,并將計算得到的新的所述當前總損傷評價參數值與該損傷評價參數值閾值進行比較,當新的所述當前總損傷評價參數值大于或者等于所述損傷評價參數值閾值時產生報警信號,并將該報警信號傳送到輸出器;
所述輸出器用于輸出所述報警信號;
其中,i為大于等于0的正整數。
本發明的上述壽命預警系統能夠實現本發明的壽命預警方法。
根據本發明的壽命預警系統通過檢測器檢測每次沖擊下強夯機的臂架的單次損傷評價參數值,處理器對單次損傷評價參數值進行累計計算并儲存為當前總損傷評價參數值,即在某次沖擊發生之后,當前總損傷評價參數值的值為該次沖擊之前的當前總損傷評價參數值與本次沖擊的單次損傷評價參數值的疊加。
由此可見,根據本發明的技術方案,在第i次沖擊之后,檢測器檢測該第i次沖擊的單次損傷評價參數值,處理器將第1次至第i次沖擊各自的單次損傷評價參數值求和獲得的值與損傷評價參數值閾值進行比較,當該計算出的當前總損傷評價參數值大于或者等于損傷評價參數值閾值時產生報警信號,并通過輸出器來輸出報警信號。
其中,該損傷評價參數值閾值可以設置為一個小于損傷評價參數值極限值的值,這樣即使當前總損傷評價參數值在一定范圍內大于該損傷評價參數值閾值也不會導致臂架出現斷裂等故障,留有一定的安全余量。例如,在第i-1次沖擊時,比較的結果為新的當前總損傷評價參數值小于損傷評價參數值閾值,但是損傷評價參數值閾值與新的當前總損傷評價參數值的差值較小或者可以預見到發生第i次沖擊時就會導致第i次沖擊后的新的當前總損傷評價參數值大于損傷評價參數值閾值,那么該損傷評價參數值閾值應當設置為,即使發生了該第i次沖擊,第i次沖擊后的新的當前總損傷評價參數值大于損傷評價參數值閾值,仍然能夠保證臂架不會斷裂,不會出現安全事故。也就是說,該損傷評價參數值閾值應當設置為,損傷評價參數值的極限值與損傷評價參數值閾值的差值至少大于或等于單次損傷評價參數值的最大值。本領域技術人員可以根據實際工況對該損傷評價參數值閾值進行相應的設置,本發明對此并不加以限制。
輸出器用于輸出報警信號,因此該輸出器可以選擇為例如簡單的聲或光報警裝置,或者用顯示裝置來進行報警,還可以將當前總損傷量顯示出來以供技術人員參考。
通過上述技術方案,對臂架的損傷情況進行檢測和系統的評價,計算臂架在每次工作后的當前總損評價參數值,在與額定的損傷評價參數值閾值進行比較,當總損傷評價參數值大于或等于所述損傷評價參數值閾值時進行報警。這樣就能夠根據臂架的實際工作情況來對臂架的壽命進行監控和預警, 從而避免臂架在工作過程中出現斷裂等現象而導致危險,大大提高了強夯機的安全性。
優選地,所述損傷參數值為損傷率,
所述檢測器用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級h,以及所述第i次沖擊在所述強夯機的臂架產生的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk,并將該工況等級h、該q個振動信號的各自的振動頻率fk和振動時間tk傳送到處理器;
所述處理器用于儲存損傷率閾值,所述強夯機在額定工作范圍內劃分的n個工況等級和第j個工況等級下的額定應力循環次數Nj,以及當前總損傷率P,當i=1時,P=0,根據所述第i沖擊的工況等級h下的額定應力循環次數Nh,計算第i次沖擊產生的所述臂架的單次損傷率為將該單次損傷率p與當前總損傷率P相加的值作為新的所述當前總損傷率,并將計算得到的新的所述當前總損傷率與該損傷率閾值進行比較,當新的所述當前總損傷率大于或者等于所述損傷率閾值時產生報警信號,并將該報警信號傳送到所述輸出器;
其中k=1,2,…,q,j=1,2,…,n,h為大于或等于1且小于或等于n的整數,i為大于等于0的正整數。
在實際操作中,作為損傷評價參數值的物理量可以根據實際情況和需要進行選擇,例如可以選擇容易測量和評估的物理量。在本優選實施方式中的壽命預警方法用損傷率作為損傷評價參數值,從而對壽命進行預警。
本優選實施方式能夠實現上述本發明的壽命預警方法的優選實施方式。
在第i個工況等級下,夯錘從對應于該工況等級的提升高度范圍內的任意高度下落到地面時,在臂架上引起的振動的額定應力循環次數均近似地認為是Ni,i=1,2,…,n。
計算將第i次沖擊產生的振動的振動頻率和振動時間相乘獲得的實際應力的循環次數和該工況等級下的額定應力循環次數的比值,即獲得第i次沖擊的單次損傷率,該單次損傷率的數值為大于零且小于等于1,并將第i次沖擊的單次損傷率與第i次沖擊之前的當前總損傷率相加作為新的當前總損傷率。
檢測到第i次沖擊的強夯機的工況等級為h,并且第i次沖擊在強夯機的臂架產生的q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk,并將上述檢測量的值傳送到處理器中;處理器儲存有n個工況等級,第j個工況等級對應的額定應力循環次數Nj,j=1,2,…,n,因此根據檢測到的該第i次沖擊的強夯機的工況等級h確定第i次沖擊的額定應力循環次數Nj,并且處理器根據q個振動信號的各自的振動頻率fk和該頻率下臂架的振動時間tk,來分別計算q個振動信號的振動次數(即應力循環次數)并求和,即第i次沖擊產生的所述臂架的單次損傷率為當前總損傷率P為上次沖擊之后的臂架當前的總損傷率,當第i次沖擊發生后,將第i次沖擊的單次損傷率p與當前總損傷率P相加作為新的當前總損傷率P。
由此可見,根據本發明的技術方案,在第i次沖擊之后,處理器將第1次至第i次沖擊的單次損傷率求和獲得的值與損傷率閾值進行比較,當該計算出的當前總損傷率大于或者等于損傷率閾值時產生報警信號,并通過輸出器來輸出報警信號。
其中,當損傷率達到1的時候臂架發生斷裂,該損傷率閾值可以設置為一個小于1的值,這樣即使當前總損傷率大于該損傷率閾值也不一定會導致臂架出現斷裂等故障,留有一定的安全余量。例如,在第i-1次沖擊時,比較的結果為新的當前總損傷率小于損傷率閾值,但是損傷率閾值與新的當前總損傷率的差值較小或者可以預見到發生第i次沖擊時就會導致第i次沖擊 后的新的當前總損傷率大于損傷率閾值,那么該損傷率閾值應當設置為,即使發生了該第i次沖擊,第i次沖擊后的新的當前總損傷率大于損傷率閾值,仍然能夠保證臂架不會斷裂,不會出現安全事故。也就是說,該損傷率閾值應當設置為,損傷率的極限值與損傷率閾值的差值至少大于或等于單次損傷率的最大值。本領域技術人員可以根據實際工況對該損傷率閾值進行相應的設置,本發明對此并不加以限制。
以上描述本發明的一種優選實施方式,將臂架的額定工作范圍劃分為n個工況等級,將每次振動的實際應力循環次數與該次振動的工況等級下的額定應力循環次數的比值作為單次損傷率,通過計算臂架在每次沖擊下的單次損傷率并疊加獲得當前總損傷率,從而將對損傷量的測量和計算轉化成對損傷率的測量和計算。在上述優選實施方式中,首先需要確定每次沖擊的臂架的工況等級,再根據處理器存儲的n個工況等級的強夯機的臂架斷裂時的額定應力循環次數的數據表查表獲得該工況等級所對應的額定應力循環次數。以上已經介紹了工況等級劃分的原則,下面對工況等級的測量與確定的優選實施方式進行介紹。
優選地,所述檢測器還用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的夯錘的重量m、提升高度h、提升加速度a,并將該重量m、提升高度h和提升加速度a傳的信號送到所述處理器;
所述處理器還用于儲存重力加速度g和n個工況等級分別對應的標準沖擊能量范圍,并計算實際沖擊能量E=m×h×(a+g),并通過將所述實際沖擊能量E與所述標準沖擊能量范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。
在本優選實施方式中,通過能量來對工況等級進行劃分,強夯機的工作范圍即強夯機的臂架將夯錘提升的高度的范圍,對于不同范圍的夯錘提升高度,夯錘下落后在臂架上引起的振動的能量也不用,因此可以通過對夯錘在 提升高度的重力勢能即沖擊能量來劃分工況等級。
因此,檢測器還用于檢測夯錘的重量m、提升高度h、提升加速度a;處理器儲存有重力加速度g,從而計算實際沖擊能量E=m×h×(a+g),由于處理器還儲存有n個工況等級分別對應的標準沖擊能量范圍,將該實際沖擊能量E與標準沖擊能量范圍進行比較從而確定強夯機的工況等級。
優選地,所述檢測器包括重量傳感器、高度傳感器、加速度傳感器中的一種或多種。此處僅例舉了檢測器優選的種類,本發明的技術方案的實施并不限于上述幾種傳感器,在實際應用中可以根據實際需要進行具體選擇,本發明對此不加以限制。
優選地,所述檢測器還用于檢測所述第i次沖擊時所述強夯機的臂架的應力的大小,并將該應力傳送到所述處理器;
所述處理器還用于儲存n個工況等級分別對應的臂架的應力范圍,通過將所述應力的大小與所述應力范圍相比較來確定所述第i次沖擊時所述強夯機的工況等級。
以上介紹了通過沖擊能量還劃分強夯機的工況等級的方法,本優選實施方式還提供了另外一種根據臂架的應力劃分強夯機的工況等級的方法。
當夯錘下落到地面時,沖擊能量會在臂架上產生應力,該應力的循環次數即為振動的次數。但是,對于不同的工況等級,臂架上所產生的應力的大小的范圍不同。
在本優選實施方式中,檢測器用于檢測強夯機的臂架中應力的大小,處理器將該應力的大小與n個工況等級相對應的臂架的應力范圍進行比較,從而確定強夯機的工況等級。
優選地,所述檢測器包括應力傳感器。
優選地,所述應力包括拉應力和/或彎曲應力。
根據上述優選實施方式,該應力可以包括拉應力和彎曲應力。沖擊能量 在臂架上產生的應力的情況可能比較復雜,并不一定是單一的應力,可以是多種應力的疊加。在實際應用中,本領域技術人員可以根據實際的檢測的應力來選擇相應的應力傳感器,本發明對應力的種類和選擇的測量傳感器并不加以限制。
本發明還提供一種強夯機,其中,該強夯機包括本發明所述的壽命預警系統。
通過采用本發明的壽命預警系統,可以對強夯機的壽命進行預估,在強夯機的臂架發生斷裂等故障之前進行報警,從而防止因此導致的安全問題。
以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式,但是,本發明并不限于上述實施方式中的具體細節,在本發明的技術構思范圍內,可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型,這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
另外需要說明的是,在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征,在不矛盾的情況下,可以通過任何合適的方式進行組合,為了避免不必要的重復,本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外,本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合,只要其不違背本發明的思想,其同樣應當視為本發明所公開的內容。

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