累计孔深测量系统、测量方法及具有该系统的工程机械的制作方法
【专利摘要】本发明涉及工程机械的累计孔深测量系统及测量方法。工程机械具有机架、工作头及操作控制部，工作头通过拉绳与机架相连，且可在操作控制部的控制下进行成孔作业，孔深测量系统包括控制器、深度测量器及拉绳受力传感器，深度测量器用于测量工作头的下放深度，拉绳受力传感器用于感测工作头施加于拉绳的作用力大小，控制器在拉绳受力传感器感测到的作用力发生突变时(工作头触地时)记录工作头的第一下放深度，且在操作控制部发出结束信号时记录工作头的第二下放深度，并根据第一下放深度和第二下放深度计算单次有效成孔深度和累计成孔深度。本发明利用拉绳受力传感器识别工作头是否触地，并以单次有效成孔深度作为计量对象，可去除统计误差。
【专利说明】累计孔深测量系统、测量方法及具有该系统的工程机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，特别是关于一种累计孔深测量系统、测量方法及具有该系统的工程机械。
【背景技术】
[0002]旋挖钻机、地下连续墙液压抓斗等工程机械设备具有依赖于工作头的周期性进给和退出来进行掘进和排渣的特点。目前，在统计设备的实际施工总量时，业内只是通过工程项目组提供的单个孔深的验收文件，进行某一批次的孔深总量的计算并将其作为施工总量。然而，在实际挖掘作业时，工作头在接近孔底时即需开始进给，不同的操作人员对工作头的下放深度的判断存在区别，并且，由于在挖孔的过程中存在新成孔壁塌陷等原因，导致工作头的实际施工量可能大于最终测量的施工量。因此，现有的计量方式无法对该工程机械的实际施工总量进行准确评估，同时，由于人工操作的局限性，也无法在设备每次进给挖掘时进行即时测量，导致不能形成对设备整个生命周期的施工量的连续性记录，形成“累计成孔深度”等设备生命参数以供维护保养、质量评估参考。
[0003]此外，此方式还存在以下不足:
[0004](I)依赖人为测量的记录来形成一定周期内的总量累计，存在测量误差；
[0005](2)需在施工完成后安排人员和设备进行测量统计，且对统计数据还需额外存档、保管，时间效率低、经济成本高。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明目的在于提供一种累计孔深测量系统、测量方法及具有该系统的工程机械，以对设备整个生命周期的累计成孔深度进行连续性记录，并可有效去除因每次操作的差异所造成的统计误差。
[0007]为达到上述优点，本发明提供一种工程机械的累计孔深测量系统，所述工程机械具有机架、工作头及操作控制部，所述工作头通过拉绳与所述机架相连，并可在所述操作控制部的控制下进行成孔作业，所述累计孔深测量系统包括与所述操作控制部信号连接的控制器、以及与所述控制器信号连接的深度测量器和拉绳受力传感器，所述深度测量器用于测量所述工作头的下放深度并将其传给所述控制器，所述拉绳受力传感器用于感测所述工作头施加于所述拉绳的作用力大小并将其传给所述控制器；所述控制器用于在所述拉绳受力传感器感测到的作用力发生突变时记录所述工作头的第一下放深度，且在所述操作控制部发出结束信号时记录所述工作头的第二下放深度，并根据所述第一下放深度和所述第二下放深度计算单次有效成孔深度和所述工程机械的累计成孔深度。
[0008]在本发明的一个实施例中，所述控制器在所述操作控制部发出开始信号时将所述工作头所处的位置记录为进给起始点，在所述拉升受力传感器感测到作用力发生突变时将所述工作头所处的位置记录为挖掘起始点并记录所述第一下放深度，在所述操作控制部发出结束信号时将所述工作头所处的位置记录为进给结束点并记录所述第二下放深度。
[0009]在本发明的一个实施例中，所述累计孔深测量系统还具有与所述控制器信号连接的人机对话界面，所述控制器将所述单次有效成孔深度与所述累计成孔深度发送至所述人机对话界面进行显示。
[0010]在本发明的一个实施例中，所述拉绳绕过设于所述机架上的滑轮与所述工程机械的主卷扬相连，所述拉绳受力传感器设于所述滑轮的轴孔内。
[0011]在本发明的一个实施例中，所述深度测量器为编码器，所述编码器安装于绕装有所述拉绳的主卷扬上。
[0012]在本发明的一个实施例中，所述深度测量器包括码盘与接近开关，所述码盘的周向等距设有多个通孔，所述码盘安装于绕装有所述拉绳的主卷扬的卷盘上且可随拉绳的下放而转动，所述接近开关固定于所述主卷扬的支架上且与所述码盘相对设置，所述码盘转动时，所述多个通孔使所述接近开关产生脉冲信号，所述接近开关通过对所述脉冲信号的处理，得到所述工作头的下放深度。
[0013]本发明还提供一种工程机械，具有机架、工作头及操作控制部，所述工作头通过拉绳与所述机架相连，并可在所述操作控制部的控制下进行成孔作业，所述工程机械还包括如上所述的累计孔深测量系统。
[0014]本发明还提供一种工程机械的累计孔深测量方法，所述工程机械具有机架、工作头及操作控制部，所述工作头通过拉绳与所述机架相连，并可在所述操作控制部的控制下进行成孔作业，所述累计孔深测量方法包括:
[0015]控制所述工作头下放；
[0016]利用拉绳受力传感器感测所述工作头施加于所述拉绳的作用力大小并将其传给所述控制器；
[0017]利用深度测量器测量所述工作头的下放深度并将其传给控制器；
[0018]所述控制器在所述拉绳受力传感器感测到的作用力发生突变时记录所述工作头的第一下放深度；
[0019]所述控制器在所述操作控制部发出结束信号时记录所述工作头的第二下放深度；
[0020]所述控制器根据所述第一下放深度深度和所述第二下放深度计算单次有效成孔深度和所述工程机械的累计成孔深度。
[0021 ] 在本发明的一个实施例中，所述控制器在所述操作控制部发出开始信号时将所述工作头所处的位置记录为进给起始点；
[0022]所述控制器在所述拉绳受力传感器感测到作用力发生突变时将所述工作头所处的位置记录为挖掘起始点并记录所述第一下放深度；
[0023]所述控制器在所述操作控制部发出结束信号时将所述工作头所处的位置记录为进给结束点并记录所述第二下放深度。
[0024]在本发明的一个实施例中，所述累计孔深测量方法进一步包括:
[0025]所述控制器将所述有效成孔深度及所述累计孔深的数值发送至人机对话界面进行显示。
[0026]综上所述，本发明利用拉绳受力传感器来识别工作头的实际触地情况，可有效去除每次操作的区别所造成的统计误差，此外，以单次有效成孔深度作为计量对象来统计设备整个生命周期的累计成孔深度，评估客观准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明一个实施例中累计孔深测量系统的示意图。
[0028]图2为本发明一个实施例中深度测量器的结构示意图。
[0029]图3为图2中码盘的结构示意图。
[0030]图4a为进给起始点对应的工作头位置及受力分析图。
[0031]图4b为挖掘起始点对应的工作头位置及受力分析图。
[0032]图5为本发明一个实施例中工作头的有效挖掘进给示意图。
【具体实施方式】
[0033]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0034]首先需要说明的是，本发明的工程机械可以是旋挖钻机、地下连续墙液压抓斗等具有依赖于工作头的周期性进给和退出来进行掘进和排渣的工程机械设备，其具有机架(图未示)、工作头30及操作控制部20，工作头30通过拉绳(图未示)与机架相连，并可在操作控制部20的控制下进行成孔作业。
[0035]图1为本发明一个实施例中累计孔深测量系统的示意图。如图1所示，本发明的累计孔深测量系统包括控制器11、拉绳受力传感器12、深度测量器13及人机对话界面14。控制器11分别与操作控制部20、拉绳受力传感器12及深度测量器13信号连接。控制器11实时采集操作控制部20、拉绳受力传感器12及深度测量器13的信息。其中，深度测量器13用于测量工作头30的下放深度并将其传给控制器11，拉绳受力传感器12用于感测工作头30施加于拉绳的作用力大小并将其传给控制器11，操作控制部20用于控制工作头30开始进给与结束进给，并将开始信号与结束信号传给控制器11，人机对话界面14用于对测量结果进行显示。
[0036]接上述，深度测量器13用于测量工作头30的下放深度。优选的，在本实施例中，深度测量器13为编码器，该编码器安装于绕装有上述拉绳的主卷扬上并用于识别拉绳的下放深度。如图2及图3所示，在本发明的其它实施例中，深度测量器13可以包括码盘131与接近开关132，码盘131的周向等距设有多个通孔131a，码盘131安装于绕装有上述拉绳的主卷扬的卷盘上且可随拉绳的下放进行转动，接近开关132固定于该主卷扬的支架上且与码盘131相对设置，码盘131转动时，多个通孔131a依次经过接近开关132而使接近开关132产生脉冲信号，接近开关132通过对这些脉冲的处理，得到工作头30的下放深度。
[0037]当工作头30下放至接近孔底时，操作控制部20发出开始信号(比如操作人员按压“使能按钮”)，此时，工作头30启动并以一定的加速度下降，控制器11采集到该开始信号，激活单次有效成孔深度测量的功能并将工作头30所处的位置记录为进给起始点。也就是说，在本实施例中，进给起始点用于作为激活控制器11的单次累计成孔深度测量功能的识别点。
[0038]如图4a所示，由于控制器11根据开始信号记录了工作头30的进给起始点，而工作头30在启动直至真正触地开始挖掘前与孔底还有一段距离h，该距离h为孔深测量误差，其可根据不同操作人员的经验值判断而不同，在本发明中，通过拉绳受力传感器12对触地点进行判断，可有效去除该孔深测量误差。
[0039]具体的，拉绳受力传感器12用于感测工程机械对工作头30的吊重，即感测拉绳受到的作用力。在本实施例中，拉绳绕过设于机架上的滑轮与主卷扬相连，拉绳受力传感器12为设于滑轮的轴孔内的压力传感器，此时，拉绳受力传感器12通过对滑轮受到的压力进行转换即可得到拉绳的受力。在本发明的另一个实施例中，拉绳受力传感器12也可以是与拉绳相连的拉力传感器，而可直接感测拉绳的受力。可理解的，在本发明的其它实施例中，拉绳受力传感器12的类型及安装方式并不仅限于此，只要可感测拉绳的受力即可。
[0040]如图4a所示,在工作头30下放且未开始启动进给之前,工作头30的重量(G)完全由拉绳的拉力(F)来克服，即，拉绳的拉力(F)等于工作头30的重量(G)。当操作控制部20给出开始信号时，工作头30启动并以一定的加速度下降，此时，拉绳的拉力(F)小于工作头30的重量(G)，但由于工作头30仍未触地，拉绳在工作头30启动前后的受力并未发生突变(即受力的变化符合一设定值)，工作头30并未真正开始挖掘作业。如图4b所示，当工作头30触地时，工作头30的重量(G)将由拉绳拉力(F)和地面支持力(N)共同克服，由于拉绳为刚性材料，拉绳拉力(F)会在工作头30触地时急剧减小而使拉绳受力传感器12的测量值出现突变，且理论上拉绳拉力(F)会减轻至“零”。当拉绳受力传感器12感测的吊重发生突变时，控制器11判断工作头30已接触孔底，并将工作头30所处的位置记录为挖掘起始点，同时记录工作头30的第一下放深度。可理解的，工作头30的触地判断条件可以为一预先设定值，该预先设定值小于工作头30开始进给但未触地前拉绳的吊重值。
[0041]如图5所示，工作头30触地并继续进给挖掘一段距离后，操作控制部20给出结束信号(比如操作人员松开“使能按钮”)，工作头30停止，控制器11接收该结束信号并记录工作头30所处的位置为进给结束点，同时记录工作头30的第二下放深度。
[0042]控制器11根据测得的第一下放深度和第二下放深度计算单次有效成孔深度“H”和累计成孔深度。具体的，单次有效成孔深度“H”为挖掘起始点与进给结束点之间的相对距离，即第二下放深度与第一下放深度之差。控制器11得出单次有效成孔深度后，一方面作为最新值赋给“单次有效成孔深度”，另一方面与之前记录的“累计成孔深度”进行累加，并更新“累计成孔深度”变量。最后，控制器11将“单次成孔深度”和“累计成孔深度”两个信息发送至人机对话界面14进行显示。
[0043]接下来，对本发明的累积孔深测量方法的步骤总结说明如下:
[0044]首先，利用控制室的下行按钮控制工作头30下放；
[0045]在工作头30的下放过程中，利用深度测量器13测量工作头30的下放深度，利用拉绳受力传感器12感测拉绳对工作头30的吊重，利用控制器11实时接收操作控制部20、深度测量器13及拉绳受力传感器12的信息；
[0046]当工作头30下放至接近孔底时，操作控制部20给出开始信号，工作头30开始进给，同时，控制器11接收该开始信号，激活单次累计成孔孔深测量功能并记录工作头30所处的位置为进给起始点；
[0047]工作头30继续下放至拉绳受力传感器12感测到的吊重发生突变时，控制器11判断工作头30接触孔底并记录工作头30所在的位置为挖掘起始点，同时记录工作头30的下放深度为第一下放深度；
[0048]工作头30挖掘一段距离后，操作控制部20给出结束信号，工作头30停止，控制器30接收该结束信号并记录工作头30所在的位置为进给结束点，同时记录工作头30的下放深度为第二下放深度；
[0049]控制器11根据第一下放深度与第二下放深度进行逻辑运算得出单次有效成孔深度，并与之前的累计成孔深度累加进行累计成孔深度的数值更新；
[0050]最后，控制器11将单次有效成孔深度及累计成孔深度的数值发送至人机对话界面14进行显示。
[0051]综上所述，本发明具有如下有益效果:
[0052]1.利用设备本身实现挖掘进给功能的进给信号来定义测量系统计量的起始与终止，可有效避免测量系统在设备的其它工作状态下产生错误识别；
[0053]2.利用拉绳受力传感器来识别工作头的实际触地情况，并以此作为计量的真正起始点，有效去除了由于操作人员每次操作的区别而形成的孔深测量误差，计量更加准确；
[0054]3.化整为零，以每一次有效成孔深度为计量对象，统计设备整个生命周期的累计成孔深度，将计量周期缩短至单次进给操作，排除了目前以单孔深度作为计量对象与实际施工总量之间的误差，同时有效去除了人为测量孔深的操作误差；
[0055]4.将“单次成孔深度”和“累计孔深”通过人机对话界面显示，对设备施工关键信息实现全自动计量，为项目结算及设备的使用评估提供更为可靠的数字依据。
[0056]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种工程机械的累计孔深测量系统，所述工程机械具有机架、工作头及操作控制部，所述工作头通过拉绳与所述机架相连，并可在所述操作控制部的控制下进行成孔作业，其特征在于:所述累计孔深测量系统包括与所述操作控制部信号连接的控制器、以及与所述控制器信号连接的深度测量器和拉绳受力传感器，所述深度测量器用于测量所述工作头的下放深度并将其传给所述控制器，所述拉绳受力传感器用于感测所述工作头施加于所述拉绳的作用力大小并将其传给所述控制器；所述控制器用于在所述拉绳受力传感器感测到的作用力发生突变时记录所述工作头的第一下放深度，且在所述操作控制部发出结束信号时记录所述工作头的第二下放深度，并根据所述第一下放深度和所述第二下放深度计算单次有效成孔深度和所述工程机械的累计成孔深度。
2.如权利要求1所述的累计孔深测量系统，其特征在于:所述控制器在所述操作控制部发出开始信号时将所述工作头所处的位置记录为进给起始点，在所述拉升受力传感器感测到作用力发生突变时将所述工作头所处的位置记录为挖掘起始点并记录所述第一下放深度，在所述操作控制部发出结束信号时将所述工作头所处的位置记录为进给结束点并记录所述第二下放深度。
3.如权利要求1所述的累计孔深测量系统，其特征在于:所述累计孔深测量系统还具有与所述控制器信号连接的人机对话界面，所述控制器将所述单次有效成孔深度与所述累计成孔深度发送至所述人机对话界面进行显示。
4.如权利要求1所述的累计孔深测量系统，其特征在于:所述拉绳绕过设于所述机架上的滑轮与所述工程机械的主卷扬相连，所述拉绳受力传感器设于所述滑轮的轴孔内。
5.如权利要求1所述的累计孔深测量系统，其特征在于:所述深度测量器为编码器，所述编码器安装于绕装有所述拉绳的主卷扬上。
6.如权利要求1所述的累计孔深测量系统，其特征在于:所述深度测量器包括码盘与接近开关，所述码盘的周向等距设有多个通孔，所述码盘安装于绕装有所述拉绳的主卷扬的卷盘上且可随拉绳的下放而转动，所述接近开关固定于所述主卷扬的支架上且与所述码盘相对设置，所述码盘转动时，所述多个通孔使所述接近开关产生脉冲信号，所述接近开关通过对所述脉冲信号的处理，得到所述工作头的下放深度。
7.—种工程机械，具有机架、工作头及操作控制部，所述工作头通过拉绳与所述机架相连，并可在所述操作控制部的控制下进行成孔作业，其特征在于:所述工程机械还包括如权利I至6中任一项所述的累计孔深测量系统。
8.—种工程机械的累计孔深测量方法，所述工程机械具有机架、工作头及操作控制部，所述工作头通过拉绳与所述机架相连，并可在所述操作控制部的控制下进行成孔作业，其特征在于:所述累计孔深测量方法包括: 控制所述工作头下放； 利用拉绳受力传感器感测所述工作头施加于所述拉绳的作用力大小并将其传给所述控制器； 利用深度测量器测量所述工作头的下放深度并将其传给控制器； 所述控制器在所述拉绳受力传感器感测到的作用力发生突变时记录所述工作头的第一下放深度； 所述控制器在所述操作控制部发出结束信号时记录所述工作头的第二下放深度；所述控制器根据所述第一下放深度深度和所述第二下放深度计算单次有效成孔深度和所述工程机械的累计成孔深度。
9.如权利要求8所述的累计孔深测量方法，其特征在于: 所述控制器在所述操作控制部发出开始信号时将所述工作头所处的位置记录为进给起始点； 所述控制器在所述拉绳受力传感器感测到作用力发生突变时将所述工作头所处的位置记录为挖掘起始点并记录所述第一下放深度； 所述控制器在所述操作控制部发出结束信号时将所述工作头所处的位置记录为进给结束点并记录所述第二下放深度。
10.如权利要求8所述的累计孔深测量方法，其特征在于:所述累计孔深测量方法进一步包括: 所述控制器将所述有效成孔深度及所述累计孔深的数值发送至人机对话界面进行显示。
【文档编号】G01B21/18GK104048635SQ201410267610
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】何欢 申请人:上海中联重科桩工机械有限公司, 中联重科股份有限公司