采掘的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種采掘機(jī)，具有操作該采掘機(jī)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有振動(dòng)監(jiān)控器。該采掘機(jī)包括：感測(cè)該采掘機(jī)組件振動(dòng)的傳感器和振動(dòng)處理模塊。該振動(dòng)處理模塊確定采掘機(jī)何時(shí)在預(yù)定周期運(yùn)動(dòng)，基于確定該采掘機(jī)在預(yù)定周期運(yùn)動(dòng)獲取來(lái)自傳感器的振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)，處理該振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)以生成處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并輸出該處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】采掘機(jī)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年I月18日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/587，890及2012年2月2日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/594，234的優(yōu)先權(quán)，在此，將它們的全部?jī)?nèi)容并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本實(shí)用新型涉及電動(dòng)采掘鏟的振動(dòng)監(jiān)控。
【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)電動(dòng)采掘機(jī)的測(cè)試通常包含在電動(dòng)采掘機(jī)上的不同測(cè)試點(diǎn)處設(shè)置的外部傳感器。在測(cè)試期間，為了測(cè)試的目的，需要使電動(dòng)采掘機(jī)停機(jī)，然后將外部傳感器移動(dòng)到不同的測(cè)試點(diǎn)。由于在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中需要頻繁地執(zhí)行使電動(dòng)采掘機(jī)停機(jī)并移動(dòng)外部傳感器的操作，因此耗費(fèi)了大量的時(shí)間，并且通常至少需要一名放置和重置這些外部傳感器的現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家，這在實(shí)際操作中造成了諸多不便。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]因此，需要一種能以簡(jiǎn)化、實(shí)時(shí)的方式測(cè)試采掘機(jī)的系統(tǒng)，而不需要頻繁地停機(jī)和移動(dòng)外部傳感器，也不再需要現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家。
[0006]振動(dòng)監(jiān)控確保了所有軸承的監(jiān)控和電動(dòng)采掘鏟的軸安全性。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了一種采掘機(jī)，其具有用來(lái)操作該采掘機(jī)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有振動(dòng)監(jiān)控器。該采掘機(jī)包括:感測(cè)采掘機(jī)組件振動(dòng)的傳感器和振動(dòng)處理模塊。當(dāng)采掘機(jī)在以預(yù)定周期運(yùn)動(dòng)時(shí)，該振動(dòng)處理模塊從傳感器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)，處理振動(dòng)數(shù)據(jù)以生成處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)并輸出該處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了一種測(cè)試采礦設(shè)備的方法。本方法包括采掘機(jī)的監(jiān)控操作；確定采掘機(jī)組件是在預(yù)定周期運(yùn)動(dòng)；確定采掘機(jī)組件是以預(yù)定速度范圍內(nèi)恒速運(yùn)動(dòng)；基于確定該采掘機(jī)組件是在預(yù)定周期和以在預(yù)定速度范圍內(nèi)恒速的運(yùn)動(dòng)來(lái)獲得采掘機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)；處理該振動(dòng)數(shù)據(jù)以便產(chǎn)生處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)；并輸出該處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0009]在一些實(shí)施例中，本實(shí)用新型包括采掘機(jī)，其包括模擬轉(zhuǎn)速計(jì)和振動(dòng)監(jiān)控模塊。該模擬轉(zhuǎn)速計(jì)可包括電壓監(jiān)控器，或者電壓監(jiān)控器和電壓至脈沖變換器，其用于確定采掘機(jī)組件的速度以生成感測(cè)速度，該速度輸出到振動(dòng)處理模塊?；谠摳袦y(cè)速度，該振動(dòng)處理模塊感測(cè)采掘機(jī)組件的振動(dòng)，并生成振動(dòng)數(shù)據(jù)。該振動(dòng)處理模塊然后處理該振動(dòng)數(shù)據(jù)以生成頻譜波形。在收集振動(dòng)數(shù)據(jù)過(guò)程中，該處理可包括傅里葉變換，并部分地基于感測(cè)速度對(duì)組件的速度變化進(jìn)行調(diào)整。該組件可能是升降電機(jī)、推壓電機(jī)(crowd motor)、回轉(zhuǎn)電機(jī)、升降變速箱、推壓變速箱(crowd gearbox)和回轉(zhuǎn)變速箱中的一個(gè)。
[0010]本實(shí)用新型還涉及一種采掘機(jī)，具有用于操作所述采掘機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)具有振動(dòng)監(jiān)控器，所述采掘機(jī)包括:用戶(hù)界面，指示出所述采掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)組件的預(yù)定模式；在所述預(yù)定模式下運(yùn)動(dòng)的采掘機(jī)組件；當(dāng)在所述預(yù)定模式下運(yùn)行時(shí)，傳感器感測(cè)所述采掘機(jī)組件的振動(dòng)，所述傳感器輸出振動(dòng)數(shù)據(jù)；以及，處理模塊，所述處理模塊接收來(lái)自所述傳感器的所述振動(dòng)數(shù)據(jù)、處理所述振動(dòng)數(shù)據(jù)、并且輸出經(jīng)處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0011]本實(shí)用新型進(jìn)一步涉及一種采掘機(jī)，具有用于操作所述采掘機(jī)的控制系統(tǒng)，所述采掘機(jī)包括:用戶(hù)界面，指示出操作所述采掘機(jī)的預(yù)定模式；在所述預(yù)定模式下運(yùn)行的所述采掘機(jī)；當(dāng)在所述預(yù)定模式下運(yùn)行時(shí)，傳感器感測(cè)所述采掘機(jī)的參數(shù)，所述傳感器輸出表示感測(cè)的參數(shù)的傳感器數(shù)據(jù)；以及，處理模塊，所述處理模塊接收來(lái)自所述傳感器的所述傳感器數(shù)據(jù)、處理所述傳感器數(shù)據(jù)、并且輸出經(jīng)處理的傳感器數(shù)據(jù)。
[0012]本實(shí)用新型獲得了如下有益的技術(shù)效果:執(zhí)行對(duì)采掘機(jī)的測(cè)試而不需要在測(cè)試期間頻繁地在采掘機(jī)上的不同點(diǎn)處設(shè)置和/或重置外部傳感器。結(jié)果，可以實(shí)時(shí)地執(zhí)行對(duì)電動(dòng)采掘機(jī)的測(cè)試過(guò)程，而無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)的專(zhuān)家。此外，本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)還包括了可以指令操作者以預(yù)定周期(或模式)使采掘機(jī)運(yùn)動(dòng)的用戶(hù)界面，并且一旦采掘機(jī)以預(yù)定的周期(或模式)運(yùn)動(dòng)時(shí)就可以自動(dòng)地開(kāi)始對(duì)采掘機(jī)進(jìn)行測(cè)試。
[0013]參考本實(shí)用新型的內(nèi)容和附圖，本實(shí)用新型的其它方面將變得顯而易見(jiàn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為示出電動(dòng)采掘伊的示意圖。
[0015]圖2為示出圖1的采掘鏟的控制系統(tǒng)的方框圖。
[0016]圖3為示出采掘鏟的振動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的方框圖。
[0017]圖4為示出振動(dòng)頻譜分析的示意圖。
[0018]圖5a_5d為示出控制系統(tǒng)的用戶(hù)界面的示意圖。
[0019]圖6為示出收集振動(dòng)數(shù)據(jù)程序的示意圖。
[0020]圖7為示出采掘鏟的模擬轉(zhuǎn)速計(jì)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型并不局限于下文說(shuō)明或示出的組件的具體構(gòu)造和布置。
[0022]本實(shí)用新型能夠用其它實(shí)施方式并能夠以多種方式操作或者實(shí)施。應(yīng)當(dāng)理解，此處使用的措辭和術(shù)語(yǔ)僅用于描述的目的，不應(yīng)看作為限制。此處使用的“包括，”“包含”或“具有”及其它們的變形意味著包含其后所列的項(xiàng)目和等同物以及附加項(xiàng)目。術(shù)語(yǔ)“安裝，” “連接”和“耦接”被廣泛使用并包含兩者直接和間接安裝、連接和耦接。另外，“連接”和“耦接”不是局限于物理或機(jī)械地連接或耦接，并可以包括電連接或耦接，無(wú)論直接或間接。此外，電子通信和通知可以通過(guò)任何已知的方法執(zhí)行，包括直接連接、無(wú)線連接等等。
[0023]也應(yīng)注意到多個(gè)基于硬件和軟件的裝置，以及多個(gè)不同的結(jié)構(gòu)組件可用來(lái)實(shí)施本實(shí)用新型。另外，應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型的實(shí)施例可包括硬件、軟件、和電子組件或模塊，出于討論的目的，其可能示出和描述成仿佛大多數(shù)組件在硬件中獨(dú)自實(shí)現(xiàn)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于閱讀具體說(shuō)明，將認(rèn)識(shí)到至少一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型的基于電子的方面可在由一個(gè)或多個(gè)處理器可執(zhí)行的軟件中實(shí)現(xiàn)(例如，存儲(chǔ)在非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上)。因而，應(yīng)當(dāng)注意到，多個(gè)基于硬件和軟件的裝置，以及多個(gè)不同的結(jié)構(gòu)組件可以用來(lái)實(shí)施本實(shí)用新型。此外，如下面段落中描述的，圖中所示的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)用來(lái)例示本實(shí)用新型的實(shí)施例以及其他可替換地機(jī)械結(jié)構(gòu)是可行的。例如，在說(shuō)明書(shū)中描述的“控制器”可以包括標(biāo)準(zhǔn)處理組件，比如一個(gè)或多個(gè)處理器，一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)模塊，一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出接口，和各種連接組件的連接(例如，系統(tǒng)總線)。
[0024]圖1示出電動(dòng)采掘伊100。圖1中所示的實(shí)施例示出作為繩伊(rope shovel)的電動(dòng)采掘鏟100，然而在其它實(shí)施例中，電動(dòng)采掘鏟100可以是不同類(lèi)型的采掘機(jī)，比如混合采掘鏟、拉鏟挖掘機(jī)等。采掘鏟100包括履帶105，其用來(lái)向前和向后推進(jìn)采掘鏟100、以及用來(lái)使采掘鏟100轉(zhuǎn)動(dòng)(B卩，通過(guò)改變左右履帶相對(duì)彼此的速度和/或方向)。該履帶105支撐包含駕駛室115的基座110。該基座110能夠繞著回轉(zhuǎn)軸125回轉(zhuǎn)或者旋轉(zhuǎn)，例如，從挖掘位置運(yùn)動(dòng)至傾卸位置。履帶105的運(yùn)動(dòng)不是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所必需的。該采掘鏟進(jìn)一步包括鏟斗軸130，其支撐可樞轉(zhuǎn)的鏟斗柄135 (柄135)和鏟斗140。該鏟斗140包括門(mén)145，用于將鏟斗140中的裝載物傾卸至比如料斗車(chē)或自動(dòng)傾卸卡車(chē)的傾卸位置。
[0025]該采掘鏟100此外包括耦接在基座110和鏟斗軸130之間的拉緊的吊索150，用于支撐該鏟斗軸130 ;升降纜索155附接至基座110內(nèi)的絞車(chē)(未示出)，用來(lái)卷繞該升降纜索155以升降鏟斗140 ;以及附接至另一絞車(chē)(未示出)的鏟斗門(mén)纜索160，用于打開(kāi)鏟斗140的門(mén)145。在有些情況下，該采掘鏟100是P&II? 4100系列鏟，其由P & H采礦設(shè)備公司
生產(chǎn)，然而電動(dòng)采掘鏟100可以是其它類(lèi)型或型號(hào)的電動(dòng)采掘設(shè)備。
[0026]當(dāng)采掘鏟100的履帶105靜止時(shí)，該鏟斗140基于三個(gè)控制動(dòng)作升降、推壓和回轉(zhuǎn)來(lái)可操作的運(yùn)動(dòng)。該升降控制通過(guò)卷繞和展開(kāi)升降纜索155來(lái)升降鏟斗140。該推壓控制伸展和縮回柄135和鏟斗140的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，柄135和鏟斗140通過(guò)使用齒條和齒輪系統(tǒng)來(lái)推壓。在另一個(gè)實(shí)施例中，該柄135和鏟斗140使用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)推壓。該回轉(zhuǎn)控制相對(duì)于回轉(zhuǎn)軸125轉(zhuǎn)動(dòng)柄135。在傾卸裝載物之前，該鏟斗140被操縱至適當(dāng)?shù)纳?、推壓和回轉(zhuǎn)位置，以便I)確保裝載物不會(huì)錯(cuò)過(guò)傾卸位置；2)當(dāng)釋放時(shí)，門(mén)145不會(huì)碰撞傾卸位置；和3)該鏟斗140不會(huì)太高從而釋放的裝載物不會(huì)損傷該傾卸位置。
[0027]如圖2所示，該采掘鏟100包括控制系統(tǒng)200。該控制系統(tǒng)200包括控制器205、操作員控制210、鏟斗控制215、傳感器220、用戶(hù)界面225，和輸入/輸出230。該控制器205包括處理器235和存儲(chǔ)器240。該存儲(chǔ)器240存儲(chǔ)處理器235可執(zhí)行的指令和用于比如允許控制器205和操作員之間或者控制器205和傳感器220之間通訊的各種輸入/輸出。在有些情況下，該控制器205包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)等等。
[0028]控制器205接收來(lái)自操作員控制210的輸入。該操作員控制210包括推壓控制245、回轉(zhuǎn)控制250、升降控制255和門(mén)控制260。該推壓控制245、回轉(zhuǎn)控制250、升降控制255、和門(mén)控制260包括比如操作員控制的輸入裝置，如操縱桿、桿、腳踏板及其他致動(dòng)器。該操作員控制210通過(guò)輸入裝置接收操作員輸入并將數(shù)字運(yùn)動(dòng)命令輸出至控制器205。該運(yùn)動(dòng)命令包括，比如，上升、下降、推壓伸展、推壓收回、順時(shí)針回轉(zhuǎn)、逆時(shí)針回轉(zhuǎn)、鏟斗門(mén)釋放、左履帶向前、左履帶反轉(zhuǎn)、右履帶向前和右履帶反轉(zhuǎn)。
[0029]在接收運(yùn)動(dòng)命令后，控制器205通常如操作員所命令地控制鏟斗控制215。該鏟斗控制215包括一個(gè)或多個(gè)推壓電機(jī)265、一個(gè)或多個(gè)回轉(zhuǎn)電機(jī)270、和一個(gè)或多個(gè)升降電機(jī)275。例如，如果操作員通過(guò)回轉(zhuǎn)控制250指示逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)柄135，則控制器305將通?？刂苹剞D(zhuǎn)電機(jī)270逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)柄135。然而，在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，控制器205可操作來(lái)限制操作員運(yùn)動(dòng)命令并產(chǎn)生獨(dú)立于操作員輸入的運(yùn)動(dòng)命令。
[0030]控制器205還與許多傳感器220通信來(lái)監(jiān)控鏟斗140的位置和狀態(tài)。例如，控制器205與一個(gè)或多個(gè)推壓傳感器280、一個(gè)或多個(gè)回轉(zhuǎn)傳感器285、和一個(gè)或多個(gè)升降傳感器290通信。推壓傳感器280向控制器205指示出鏟斗140伸展或縮回的程度?；剞D(zhuǎn)傳感器285向控制器205指示出柄135的回轉(zhuǎn)角度。升降傳感器290基于升降纜索155的位置向控制器205指示出鏟斗140的高度。在其它實(shí)施例中，除其他之外，門(mén)閂鎖傳感器指示出伊斗門(mén)145是否開(kāi)啟或關(guān)閉，并測(cè)量包含在伊斗140內(nèi)的載荷的重量。
[0031]用戶(hù)界面225，比如操作員用戶(hù)界面，向操作員提供關(guān)于采掘鏟100的狀態(tài)及與采掘鏟100通信的其他系統(tǒng)的信息。用戶(hù)界面225包括下列一個(gè)或多個(gè):顯示器(例如液晶顯示器(IXD))個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)或其它照明裝置；頭頂顯示器(例如投射到駕駛室115的窗上)；用于聲音反饋的揚(yáng)聲器(例如嘟嘟聲、語(yǔ)音信息等等)；比如振動(dòng)裝置的觸覺(jué)反饋裝置，其引起操作員座位或者操作員控制210的振動(dòng)；或其他反饋裝置。
[0032]圖3示出采掘鏟100的振動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300的方框圖。該振動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300包括一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)傳感器305、一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)307、振動(dòng)頻譜分析處理器310和服務(wù)器315。該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300進(jìn)一步與控制器205電耦接。
[0033]當(dāng)采掘鏟100運(yùn)行時(shí)，加速度計(jì)傳感器305收集采掘鏟100的振動(dòng)數(shù)據(jù)。該加速度計(jì)傳感器305測(cè)量結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。振動(dòng)引起的力產(chǎn)生了在加速度計(jì)傳感器305內(nèi)的壓電材料上的力。該壓電材料產(chǎn)生電荷，其與施加于其上的力成比例。該加速度計(jì)傳感器305可以是徑向加速度計(jì)傳感器或軸向加速度計(jì)傳感器。該徑向加速度計(jì)傳感器測(cè)量采掘鏟100軸承上的加速度。該軸向加速度計(jì)傳感器測(cè)量測(cè)采掘鏟的100的軸上的加速度。加速度計(jì)傳感器305位于采掘鏟100的不同位置，除其它位置之外，所述位置包括一個(gè)或多個(gè)推壓電機(jī)265、一個(gè)或多個(gè)回轉(zhuǎn)電機(jī)270、一個(gè)或多個(gè)升降電機(jī)275、升降變速箱、推壓變速箱、和回轉(zhuǎn)變速箱。
[0034]轉(zhuǎn)速計(jì)307測(cè)量采掘鏟100的各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。每個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)307可以是物理轉(zhuǎn)速計(jì)或模擬轉(zhuǎn)速計(jì)。物理轉(zhuǎn)速計(jì)是物理地測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的儀器，例如，利用光學(xué)或磁性傳感器。模擬轉(zhuǎn)速計(jì)將在下面更詳細(xì)地描述。
[0035]該振動(dòng)頻譜分析處理器310處理加速度計(jì)傳感器305的振動(dòng)數(shù)據(jù)并輸出處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，該振動(dòng)頻譜分析處理器310隨處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)一起輸出原始振動(dòng)數(shù)據(jù)。該振動(dòng)頻譜分析處理器310包括處理器和存儲(chǔ)器。該處理器執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的指令來(lái)分析并處理從加速度計(jì)傳感器305接收的數(shù)據(jù)。在有些情況下，該振動(dòng)頻譜分析處理器310是微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)等。在一些實(shí)施例中，該振動(dòng)頻譜分析處理器310處理通過(guò)創(chuàng)建振動(dòng)數(shù)據(jù)的聲音文件來(lái)處理振動(dòng)數(shù)據(jù)。該振動(dòng)頻譜分析處理器310然后對(duì)創(chuàng)建的聲音文件進(jìn)行傅里葉變換以生成振動(dòng)頻譜。在其它實(shí)施例中，其它頻譜分析算法被用于生成頻譜的不同變化或以另一方式分析數(shù)據(jù)。
[0036]圖4示出由振動(dòng)頻譜分析處理器310創(chuàng)建的示例性的振動(dòng)頻譜320。單個(gè)振動(dòng)頻譜320對(duì)應(yīng)于被監(jiān)控的采掘鏟100的一部分，比如冷卻風(fēng)扇、變速箱、變速器、或者電機(jī)(例如升降電機(jī)275)。因此，該振動(dòng)頻譜分析處理器310為采掘鏟100的每個(gè)監(jiān)控部分生成了多個(gè)振動(dòng)頻譜320。頻譜320包括若干峰值325。具有非正常地高振幅的振動(dòng)頻譜320的峰值325表明了機(jī)械故障的可能性或者采掘鏟100對(duì)應(yīng)部分(例如，排風(fēng)機(jī)、或者一個(gè)升降電動(dòng)機(jī)275)上將要發(fā)生故障的可能性。振動(dòng)數(shù)據(jù)可被獲得和周期性地處理(例如一周)來(lái)為采掘鏟100的每個(gè)監(jiān)控部分產(chǎn)生多個(gè)頻譜320。當(dāng)對(duì)于特定頻率下的峰值325顯示出正隨時(shí)間增加時(shí)(例如，在少許周期性地創(chuàng)建的頻譜320上)，表明發(fā)生了或即將發(fā)生故障。
[0037]該服務(wù)器315用于將包括一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)頻譜320的處理的和/或原始的振動(dòng)數(shù)據(jù)，從振動(dòng)頻譜分析處理器310至中央單元地進(jìn)行通信，以用于進(jìn)一步的分析。服務(wù)器315可經(jīng)由局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)等來(lái)與振動(dòng)頻譜分析處理器310進(jìn)行通信。
[0038]在一些實(shí)施例中，為收集有效振動(dòng)測(cè)量結(jié)果，振動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300在被測(cè)試采掘鏟100組件以預(yù)定速度范圍的恒速(B卩，鏟斗以恒速進(jìn)行比如回轉(zhuǎn)、推壓、升降等運(yùn)動(dòng))運(yùn)動(dòng)的同時(shí)獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，速度確定為恒定，而速度可以按照50rpm、100rpm、300rpm、或高達(dá)600rpm變化。當(dāng)該速度變化時(shí)，使用算法來(lái)考慮速度的變化。在一些實(shí)施例中，為了精確的振動(dòng)分析，在范圍內(nèi)的恒速運(yùn)動(dòng)期間，捕獲振動(dòng)數(shù)據(jù)的一至三秒。在一些實(shí)施例中，采掘鏟100的組件的速度不必須在預(yù)定速度范圍內(nèi)。在操作期間，通過(guò)各式各樣的下面詳細(xì)披露的方法可以保持或識(shí)別恒速。
[0039]階段測(cè)試
[0040]階段測(cè)試是振動(dòng)數(shù)據(jù)收集的一個(gè)實(shí)施例。階段測(cè)試包括采掘鏟100在各種預(yù)定模式中運(yùn)動(dòng)，而振動(dòng)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300收集。通過(guò)在預(yù)定模式中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)采掘鏟100在恒速操作時(shí)，在已知點(diǎn)捕獲振動(dòng)數(shù)據(jù)。該預(yù)定模式包括，但是不限于:向上向下升降該鏟斗140、向內(nèi)和向外推壓該鏟斗140、以及左右回轉(zhuǎn)柄135。例如，當(dāng)向上升降鏟斗140時(shí)，鏟斗140將以預(yù)定速度范圍內(nèi)的恒速運(yùn)動(dòng)約一至三秒。一旦鏟斗140 —直向上升起，鏟斗140在頂端停止并下降。當(dāng)鏟斗140下降時(shí)，鏟斗140將以范圍內(nèi)的恒速運(yùn)動(dòng)約一至三秒直至鏟斗140—直下降。一直重復(fù)直到收集到足夠的振動(dòng)數(shù)據(jù)。在有些情況下，比如當(dāng)上下升降該伊斗140時(shí),該預(yù)定速度范圍是IOOOrpm至1500rpm。其它組件或其它預(yù)定模式的預(yù)定速度范圍可能不同。
[0041]圖5a_5d示出在一個(gè)實(shí)施例中顯示在比如操作員用戶(hù)界面的用戶(hù)界面225上的階段測(cè)試操作員指令。盡管所述的顯示在用戶(hù)界面225上，但在其它實(shí)施例中，階段測(cè)試指令被顯示和/或可聽(tīng)見(jiàn)地生成在獨(dú)立的用戶(hù)界面上。
[0042]如圖5a所示，利用用戶(hù)界面225，操作員通過(guò)選擇開(kāi)始特定的階段測(cè)試而開(kāi)始進(jìn)行階段測(cè)試操作。例如，操作員使用用戶(hù)界面225來(lái)選擇升降階段測(cè)試330、推壓階段測(cè)試335、回轉(zhuǎn)階段測(cè)試340或其它各種階段測(cè)試。
[0043]如圖5b所示，一旦該操作員已經(jīng)選擇特定的階段測(cè)試，該用戶(hù)界面225通知操作員開(kāi)始該測(cè)試所需的步驟。例如，如圖5b所示，該用戶(hù)界面225通過(guò)指令操作員“推壓鏟斗至完全伸出然后快速向上向下升降運(yùn)動(dòng)”來(lái)通知操作員開(kāi)始測(cè)試。
[0044]如圖5c所示，一旦該操作員開(kāi)始測(cè)試，則該用戶(hù)界面225將繼續(xù)給出操作指令，t匕如“繼續(xù)向上和向下升降”。該用戶(hù)界面225進(jìn)一步包括進(jìn)度條342和速度計(jì)345。該進(jìn)度條342在階段測(cè)試期間告知操作員他的進(jìn)度。在其它實(shí)施例中，除進(jìn)度條之外，可視的或聲音的進(jìn)度指示器在階段測(cè)試期間用來(lái)指示操作員的進(jìn)度。速度計(jì)345告知操作員采掘鏟100的運(yùn)動(dòng)組件的速度。該速度計(jì)345包括目標(biāo)范圍350，其指示操作員為捕獲數(shù)據(jù)采掘鏟100的運(yùn)動(dòng)組件必須以此進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的預(yù)定的速度范圍。在一些情況下，運(yùn)動(dòng)組件的速度不必須在預(yù)定的速度范圍之內(nèi)，速度計(jì)345從用戶(hù)界面225中省略。如圖5d所示，一旦階段測(cè)試完成，用戶(hù)界面225指令操作員“停止升降”。
[0045]當(dāng)采掘鏟100在各個(gè)階段測(cè)試期間操作時(shí)，該振動(dòng)數(shù)據(jù)被加速度計(jì)傳感器305獲取并保存在(例如加速度計(jì)傳感器305的或者振動(dòng)頻譜分析處理器310的)存儲(chǔ)器中。該記錄數(shù)據(jù)然后被振動(dòng)頻譜分析處理器310處理以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)頻譜320，其與采掘鏟100的各個(gè)組件(處理的振動(dòng)數(shù)據(jù))相對(duì)應(yīng)。該處理的數(shù)據(jù)然后被發(fā)送給非現(xiàn)場(chǎng)位置(例如，服務(wù)器315)來(lái)進(jìn)一步分析或者比如在用戶(hù)界面225上本地地顯示。另外，該振動(dòng)頻譜分析處理器310、服務(wù)器315、控制器205、或者其它裝置可分析處理的數(shù)據(jù)以確定采掘鏟100的組件是否已經(jīng)發(fā)生故障或者即將發(fā)生。換句話說(shuō)，分析頻譜峰值325來(lái)確定它們是否超過(guò)預(yù)定閾值或者以過(guò)度的速率隨時(shí)間增加。該預(yù)定的閾值和速率對(duì)具體的組件也可以是特定的。因此，對(duì)應(yīng)于一個(gè)組件的一個(gè)頻譜320的峰值325是可接受的，但是對(duì)應(yīng)于另一個(gè)組件的另一個(gè)頻譜320的類(lèi)似的峰值325 —定程度表明了問(wèn)題。
[0046]采掘鏟操作期間的振動(dòng)數(shù)據(jù)收集
[0047]另一個(gè)收集振動(dòng)數(shù)據(jù)的方法包括在采掘鏟100在正常操作而不是在階段測(cè)試期間收集該振動(dòng)數(shù)據(jù)。在正常操作期間，該采掘鏟100以特定周期操作，比如，挖掘、向傾卸位置回轉(zhuǎn)和卷起。這些周期具有與他們相關(guān)的特定速度和轉(zhuǎn)距。在采掘鏟100操作的各個(gè)周期部分期間，采掘鏟100將具有在預(yù)定范圍內(nèi)的恒速和在預(yù)定范圍內(nèi)的恒定轉(zhuǎn)矩。在具體的時(shí)間段期間保持為正或者保持為負(fù)(即不越過(guò)零-轉(zhuǎn)矩閾值)的轉(zhuǎn)矩被認(rèn)為在該時(shí)間段期間是恒定的。該控制系統(tǒng)200使用算法來(lái)識(shí)別采掘鏟100正在執(zhí)行的周期。在一個(gè)實(shí)施例中，該算法使用速度、轉(zhuǎn)矩、和位置來(lái)識(shí)別該周期和觸發(fā)數(shù)據(jù)收集。在另一個(gè)實(shí)施例中，該算法使用增加或減少的速率來(lái)觸發(fā)數(shù)據(jù)收集。在另一個(gè)實(shí)施例中，該算法僅僅使用速度和位置來(lái)觸發(fā)數(shù)據(jù)收集。
[0048]圖6示出用于在采掘鏟的操作期間收集電子數(shù)據(jù)的過(guò)程400。過(guò)程400從監(jiān)控采掘鏟100的操作開(kāi)始(步驟405)。該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300確定采掘鏟100是否在正確的周期，其中速度將保持恒定一至三秒(步驟410)。如果采掘鏟100不是在正確的周期，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300返回到步驟405。如果該采掘鏟100在正確周期，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300確定采掘鏟100的組件是否在預(yù)定速度范圍內(nèi)恒速運(yùn)動(dòng)(步驟415)。如果該采掘鏟100的組件不是以恒速運(yùn)動(dòng)并不在預(yù)定速度范圍內(nèi)，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300返回到步驟405。如果該采掘鏟100的組件是恒速的，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300確定轉(zhuǎn)矩是否是恒定的且在預(yù)定扭矩范圍內(nèi)(步驟420)。如果該轉(zhuǎn)矩不是恒定的并且不在預(yù)定扭矩范圍內(nèi)，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300返回到步驟405。如果該轉(zhuǎn)矩是恒定的并且在該預(yù)定扭矩范圍內(nèi)，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300開(kāi)始收集振動(dòng)數(shù)據(jù)(步驟425)。該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300接下來(lái)確定振動(dòng)數(shù)據(jù)是否已經(jīng)被充分地收集(步驟430)。如果振動(dòng)數(shù)據(jù)沒(méi)有被充分地收集，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300返回到步驟405。振動(dòng)數(shù)據(jù)可能是在若干周期上收集的。如果已經(jīng)充分地收集到振動(dòng)數(shù)據(jù)，該振動(dòng)數(shù)據(jù)被振動(dòng)頻譜分析處理器310處理(步驟435)。接下來(lái)，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300或者技術(shù)人員確定處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)是否表明了機(jī)械問(wèn)題(步驟440)。如果沒(méi)有問(wèn)題，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300返回到步驟405。如果存在問(wèn)題，該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300生成警報(bào)(步驟445)。一旦該振動(dòng)數(shù)據(jù)被處理，該處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)可被發(fā)送給非現(xiàn)場(chǎng)位置，比如服務(wù)器315用于進(jìn)一步分析。在一些實(shí)施例中，步驟420是過(guò)程400中的旁路，使得數(shù)據(jù)獲取不會(huì)基于轉(zhuǎn)矩而觸發(fā)。
[0049]模擬轉(zhuǎn)速計(jì)
[0050]正如以上的討論，為了數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300收集有效的振動(dòng)測(cè)量，被測(cè)試的采掘鏟100的組件的速度應(yīng)該保持相對(duì)恒定并且在預(yù)定速度范圍內(nèi)。如此，該轉(zhuǎn)速計(jì)307可能用來(lái)監(jiān)控采掘鏟100的組件的速度。在一些實(shí)施例中，比如采掘鏟100包括直流電機(jī)，該采掘鏟100使用模擬轉(zhuǎn)速計(jì)而不是物理轉(zhuǎn)速計(jì)作為該轉(zhuǎn)速計(jì)307。
[0051]如圖6所示，模擬轉(zhuǎn)速計(jì)450被用來(lái)確定速度。該模擬轉(zhuǎn)速計(jì)450包括電壓監(jiān)控器455、電壓至脈沖變換器465、和模擬轉(zhuǎn)速計(jì)分析處理器460。該模擬轉(zhuǎn)速計(jì)450然后可與振動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300電耦接。
[0052]該電壓監(jiān)控器455監(jiān)控采掘鏟100的電機(jī)電壓。這個(gè)被監(jiān)控的電壓與電機(jī)的速度成比例。在一些實(shí)施例中，該采掘鏟100的電機(jī)電壓由控制系統(tǒng)200監(jiān)控，并且不需要單獨(dú)的電壓監(jiān)控器455。該監(jiān)控的電壓被輸出至轉(zhuǎn)速計(jì)分析處理器460，其然后輸出電壓模擬信號(hào)。在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)速計(jì)分析處理器460將該電壓模擬信號(hào)輸出至電壓至脈沖變換器465。該電壓至脈沖變換器465將該電壓模擬信號(hào)(例如，24伏特)轉(zhuǎn)換至頻率(例如，1000赫茲)。該頻率，其表示采掘鏟100的電機(jī)速度，然后被輸出到該振動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300、該用戶(hù)界面225、或者兩者。在一些實(shí)施例中，該電壓模擬信號(hào)被直接輸出到振動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)300、用戶(hù)界面225、或者兩者，并且電壓至脈沖變換器465不是必要的。在一些實(shí)施例中，模擬轉(zhuǎn)速計(jì)450利用電機(jī)電流連同電機(jī)電壓一起確定采掘鏟100的電機(jī)速度。
[0053]如此，本實(shí)用新型尤其提供了用于電采掘鏟的振動(dòng)測(cè)試的方法和系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種采掘機(jī)，具有操作所述采掘機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)具有振動(dòng)監(jiān)控器，所述采掘機(jī)包括: 傳感器，感測(cè)所述采掘機(jī)組件的振動(dòng)；以及 振動(dòng)處理模塊， 當(dāng)所述采掘機(jī)在以預(yù)定周期運(yùn)動(dòng)時(shí)，從所述傳感器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)， 處理所述振動(dòng)數(shù)據(jù)以生成處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并且 輸出所述處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采掘機(jī)，其特征在于，所述傳感器是加速度計(jì)傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采掘機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)速計(jì)，其測(cè)量所述采掘機(jī)組件的轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采掘機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速計(jì)是包括電壓監(jiān)控器的模擬轉(zhuǎn)速計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采掘機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括用戶(hù)界面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采掘機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括用于傳遞所述處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡(luò)。
7.一種采掘機(jī)，具有用于操作所述采掘機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)具有振動(dòng)監(jiān)控器，所述采掘機(jī)包括: 用戶(hù)界面，指示出所述采掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)組件的預(yù)定模式； 在所述預(yù)定模式下運(yùn)動(dòng)的采掘機(jī)組件； 當(dāng)在所述預(yù)定模式下運(yùn)行時(shí)，傳感器感測(cè)所述采掘機(jī)組件的振動(dòng)，所述傳感器輸出振動(dòng)數(shù)據(jù)；以及處理模塊， 接收來(lái)自所述傳感器的所述振動(dòng)數(shù)據(jù)， 處理所述振動(dòng)數(shù)據(jù)，并且 輸出經(jīng)處理的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
8.一種采掘機(jī)，具有用于操作所述采掘機(jī)的控制系統(tǒng)，所述采掘機(jī)包括: 用戶(hù)界面，指示出操作所述采掘機(jī)的預(yù)定模式； 在所述預(yù)定模式下運(yùn)行的所述采掘機(jī)； 當(dāng)在所述預(yù)定模式下運(yùn)行時(shí)，傳感器感測(cè)所述采掘機(jī)的參數(shù)，所述傳感器輸出表示感測(cè)的參數(shù)的傳感器數(shù)據(jù)；以及處理模塊， 接收來(lái)自所述傳感器的所述傳感器數(shù)據(jù)， 處理所述傳感器數(shù)據(jù)，并且 輸出經(jīng)處理的傳感器數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采掘機(jī)，其特征在于，所述傳感器是感測(cè)振動(dòng)的加速度計(jì)傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采掘機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括測(cè)量所述采掘機(jī)組件的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的采掘機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速計(jì)是包括電壓監(jiān)控器的模擬轉(zhuǎn)速計(jì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采掘機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括用于傳遞所述處理模塊輸出的經(jīng)處理的傳感器數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號(hào)】E21C35/24GK203702148SQ201320112934
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月18日
【發(fā)明者】肯尼斯·J·丹尼爾, 喬斯·托雷斯, 馬克·埃默森 申請(qǐng)人:哈尼施費(fèi)格爾技術(shù)公司