CN109208687B - 一种用于获取挖掘机燃油效率的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于获取挖掘机燃油效率的方法及系统，所述方法包括：获取动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量以及所述铲斗中物料的相关参量；根据第一连接点的力矩平衡公式得到第一预测物料重量；根据第二连接点的力矩平衡公式得到第二预测物料重量；根据第三连接点的力矩平衡公式得到第三预测物料重量；由第一预测物料重量、第二预测物料重量、第三预测物料重量确定出当前工作循环下的物料重量；进一步根据所有的物料重量确定出目标物料重量，得到挖掘机的燃油效率指数。本发明自动化程度高、精度高，能够面对所有挖掘机全生命周期内的燃油效率进行实时监测。

Description

一种用于获取挖掘机燃油效率的方法及系统

技术领域

本发明涉及挖掘机技术领域，尤其涉及一种用于获取挖掘机燃油效率的方法及系统。

背景技术

挖掘机作为一种快速、高效的施工作业机械，已经成为工程机械产品家族中的一个主要机种，被称为工程机械之王；其广泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等行业的机械化施工中。

其中，油耗是挖掘机施工作业中的重要指标，是国内外厂家、用户特别关注的一项指标。然而，现有的燃油测试仅限于试验样机的测试，无法针对所有机器的全生命周期的检测；并且，现有的油耗涉及整机动力匹配、工作装置机构设计、发动机转速、司机技能及发挥程度、物料颗粒大小湿度硬度、天气、挖掘高度、卸料距离、卸料高度等复杂因素，很难准确测量或者评估；厂家一般采用不同厂家相同吨位的挖掘机，由同一司机在相对稳定的作业物料和作业环境进行操作，工作前后进行燃油的对比，得到油耗；这样测试不但耗费人力物力，而且实验的一致性、重复性也会大大的打折扣，得到的油耗不具有普遍性。

因此，需要提出一种能够高效准确的获取挖掘机燃油效率的技术方案，以解决挖掘机燃油测试的繁琐、评价指标单一、仅限于样机测试等技术问题。

发明内容

本发明提供了一种用于获取挖掘机燃油效率的方法及系统，具体地：

第一方面提供了一种用于获取挖掘机燃油效率的方法，所述挖掘机包括动臂、斗杆、铲斗和回转平台；所述回转平台和动臂在第一连接点进行连接，所述动臂和斗杆在第二连接点进行连接，所述斗杆和铲斗在第三连接点进行连接；所述方法包括：

获取动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量以及所述铲斗中的物料的相关参量；

根据所述动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量和物料的相关参量，以及所述第一连接点的力矩平衡公式，得到第一预测物料重量；

根据所述斗杆的相关参量、铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及所述第二连接点的力矩平衡公式，得到第二预测物料重量；

根据所述铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及所述第三连接点的力矩平衡公式，得到第三预测物料重量；

由所述第一预测物料重量、第二预测物料重量、第三预测物料重量确定出当前工作循环下的物料重量；

按照获取当前工作循环下的物料重量的方式，得到预设工作循环次数下所有的物料重量，并根据所述所有的物料重量确定出目标物料重量；所述挖掘机的工作循环次数为所述挖掘机的挖掘斗数；

根据所述目标物料重量以及所述预设工作循环次数的作业总时长内总的油耗，得到所述挖掘机的燃油效率。

第二方面提供了一种用于获取挖掘机燃油效率的系统，所述系统包括：

相关参量获取模块，用于获取挖掘机的动臂的相关参量、挖掘机的斗杆的相关参量、挖掘机的铲斗的相关参量以及所述铲斗中的物料的相关参量；

第一预测物料重量得到模块，用于根据所述动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量和物料的相关参量，以及第一连接点的力矩平衡公式，得到第一预测物料重量；第一连接点为所述挖掘机的回转平台和动臂的连接处；

第二预测物料重量得到模块，用于根据所述斗杆的相关参量、铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及第二连接点的力矩平衡公式，得到第二预测物料重量；所述第二连接点为所述动臂和斗杆的连接处；

第三预测物料重量得到模块，用于根据所述铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及第三连接点的力矩平衡公式，得到第三预测物料重量；所述第三连接点为斗杆和铲斗的连接处；

当前物料重量得到模块，用于由所述第一预测物料重量、第二预测物料重量、第三预测物料重量确定出当前工作循环下的物料重量；

目标物料重量得到模块，用于按照获取当前工作循环下的物料重量的方式，得到预设工作循环次数下所有的物料重量，并根据所述所有的物料重量确定出目标物料重量；所述挖掘机的工作循环次数为所述挖掘机的挖掘斗数；

燃油效率得到模块，用于根据所述目标物料重量以及所述预设工作循环次数的作业总时长内总的油耗，得到所述挖掘机的燃油效率。

本发明提供的用于获取挖掘机燃油效率的方法的技术方案，具有如下技术效果：

本发明自动化程度高、精度高，能够面对所有挖掘机全生命周期内的燃油效率进行实时监测。本发明检测过程成本低，在自动或半自动挖掘机的基础上能够进行简单改装获取。通过本发明的耗油的检测以及大量数据的获取，能够为挖掘机的智能化和产品技术升级提供大数据基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本说明书实施例提供的整机示意图；

图2是本说明书实施例提供的一种用于获取挖掘机燃油效率的方法方式流程图；

图3(a)是本说明书实施例提供的动臂的重心位置的示意图；

图3(b)是本说明书实施例提供的斗杆的重心位置的示意图；

图3(c)是本说明书实施例提供的铲斗及物料的重心位置的示意图；

图4是本说明书实施例提供的挖掘终了点示意图

图5是本说明书实施例提供的卸料点示意图；

图6是本说明书实施例提供的一种挖掘机组成及其相关数据信息的示意图；

图7是本说明书实施例所示的满斗率统计示意图；

图8是本说明书实施例所示的物料重量统计示意图，

图9是本说明书实施例所示的斗数时间统计示意图；

图10是本说明书实施例所示的回转角度统计示意图；

图11是本说明书实施例所示的提升高度统计示意图；

图12是本说明书实施例所示的扬程统计示意图；

图13是本说明书实施例所示的油耗统计示意图；

图14是本说明书实施例所示的燃油效率统计示意图；

图15是本说明书实施例所示的加油统计示意图；

图16是本说明书实施例所示的发动机转速分布统计示意图；

图17是本说明书实施例所示的铲斗大腔压力分布统计示意图；

图18是本说明书实施例所示的铲斗小腔压力分布统计示意图；

图19是本说明书实施例所示的斗杆大腔压力分布统计示意图；

图20是本说明书实施例所示的斗杆小腔压力分布统计示意图；

图21是本说明书实施例所示的动臂大腔压力分布统计示意图；

图22是本说明书实施例所示的动臂小腔压力分布统计示意图；

图23是本说明书实施例所示的回转压力分布统计示意图；

图24是本说明书实施例所示的行走压力分布统计示意图；

图25是本说明书实施例所示的主泵压力分布统计示意图；

图26是本说明书实施例所示的铲斗油缸行程分布统计示意图；

图27是本说明书实施例所示的斗杆油缸行程分布统计示意图；

图28是本说明书实施例所示的动臂油缸行程分布统计示意图；

图29是本说明书实施例所示的动臂油缸做功统计示意图；

图30是本说明书实施例所示的斗杆油缸做功统计示意图；

图31是本说明书实施例所示的铲斗油缸做功统计示意图；

图32是本说明书实施例所示的工作效率统计示意图；

图33是本说明书实施例所示的挖掘点分布频率统计示意图；

图34是本说明书实施例所示的卸料点分布频率统计示意图；

图35是本说明书实施例所示的机器倾翻趋势统计示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书实施例提供了一种用于获取挖掘机燃油效率的技术方案，如图1所示，所述挖掘机包括动臂、斗杆、铲斗和回转平台；所述回转平台和动臂在第一连接点(C)进行连接，所述动臂和斗杆在第二连接点(F)进行连接，所述斗杆和铲斗在第三连接点(Q)进行连接；其中图1中的G1-G9为挖掘机中对应组件的重心位置。如图2所示，一种用于获取挖掘机燃油效率的方法，包括：

S202.获取动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量以及所述铲斗中的物料的相关参量；

具体地，所述动臂的相关参量可以包括动臂的油缸作用力、动臂油缸相对第一连接点的综合力臂、动臂相对所述第一连接点的转动惯量；

所述斗杆的相关参量可以包括斗杆的油缸作用力、斗杆油缸相对第二连接点的综合力臂、斗杆相对所述第一连接点和所述第二连接点的转动惯量；

所述铲斗的相关参量可以包括铲斗的油缸作用力、铲斗油缸相对第三连接点的综合力臂、铲斗相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量；

所述物料的相关参量可以包括物料相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量。

进一步地，步骤S202中获取动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量以及物料的相关参量，可以包括：

S402.获取动臂的第一惯量相关参数和第一油缸相关参数、斗杆的第二惯量相关参数和第二油缸相关参数、铲斗的第三惯量相关参数和第三油缸相关参数，以及所述铲斗中的物料的第四惯量相关参数；

具体地，所述第一惯量相关参数包括：所述动臂的重量m₁；如图3(a)所示，所述动臂的两端相连得到的直线长度L₁；所述动臂的重心位置到第一连接点的直线距离r₁；动臂的重心位置到第一连接点的直线，与动臂两端相连得到的直线构成的夹角ω₁；动臂两端相连得到的直线L₁和水平面的夹角θ₁(未示出)；

所述第一油缸相关参数包括：所述动臂的油缸缸径D₁和杆径d₁，以及动臂的油缸大腔压力p₁₁和小腔压力p₁₂；

所述第二惯量相关参数包括：所述斗杆的重量m₂；如图3(b)所示，斗杆相连得到的直线L₂；所述斗杆的重心位置到第二连接点的直线距离r₂；斗杆的重心位置到第二连接点的直线，与斗杆两端相连得到的直线构成的夹角ω₂；所述斗杆两端相连得到是直线和水平面夹角θ₂(未示出)；

所述第二油缸相关参数包括：所述斗杆油缸缸径D₂和杆径d₂，以及所述斗杆油缸大腔压力p₂₁和小腔压力p₂₂；

所述第三惯量相关参数包括：所述铲斗的重量m₃；如图3(c)所示，铲斗两端相连得到的直线长度L₃；铲斗的重心位置到第三连接点的直线距离r₃；铲斗的重心位置到第三连接点的直线，与铲斗两端组成的直线构成的夹角ω₃；铲斗两端相连得到的直线和水平面夹角θ₃(未示出)；其中，也可以通过检测挖掘机的摇臂的角度，然后通过挖掘机的六连杆机构进行换算得到铲斗的L₃和水平面夹角θ₃。

所述第三油缸相关参数包括：所述铲斗油缸缸径D₃和杆径d₃，以及所述铲斗油缸大腔压力p₃₁和小腔压力p₃₂；

所述第四惯量相关参数包括：所述物料的重量m₄；如图3(c)所示，所述物料的重心位置到第三连接点的直线距离r₄；物料的重心位置到第三连接点的直线，与铲斗两端相连得到的直线构成的夹角ω₄；其中物料的该参数可以是通过多次试验综合确定得出。

需要给与说明的是，本实施例为了获取对应的预测物料重量，可以进一步根据动臂两端相连得到的直线L1和水平面的夹角θ₁、斗杆两端相连得到是直线和水平面夹角θ₂、铲斗两端相连得到的直线和水平面夹角θ₃，计算得到对应的角加速度；具体是：

动臂角加速度α₁：

斗杆角加速度α₂：

铲斗加速度α₃：

其中，θ₁(t)、θ₂(t)、θ₃(t)分别为θ₁、θ₂、θ₃相对时间t的记录表达函数。

S404.根据所述第一惯量相关参数得到所述动臂相对所述第一连接点的转动惯量，根据所述第一油缸相关参数得到所述动臂的油缸作用力；

具体地，所述动臂相对所述第一连接点的转动惯量为

所述动臂的油缸作用力为

S406.根据所述第二惯量相关参数得到所述斗杆相对所述第一连接点和所述第二连接点的转动惯量，根据所述第二油缸相关参数得到所述斗杆的油缸作用力；

具体地，所述斗杆相对所述第一连接点和所述第二连接点的转动惯量分别为：

所述斗杆的油缸作用力为

S408.根据所述第三惯量相关参数得到所述铲斗相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量，根据所述第三油缸相关参数得到所述铲斗的油缸作用力；

所述铲斗相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量分别为：

其中，

为C点到Q点的距离，

为

和水平面的夹角，两者均可以通过已知的挖掘机工作装置的姿态求出。

所述铲斗的油缸作用力为

S410.根据所述第四惯量相关参数得到所述物料相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量。

所述物料相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量分别为：

S204.根据所述动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量和物料的相关参量，以及所述第一连接点的力矩平衡公式，得到第一预测物料重量；

具体地，第一连接点的力矩平衡公式为：

其中，g为重力加速度；E₁为动臂油缸对C点的综合力臂，其可以通过已知的挖掘机工作装置的姿态求出。此时，第一连接点的力矩平衡公式中只有一个未知数m₄，求出的解记为m′₄(第一预测物料重量)。

S206.根据所述斗杆的相关参量、铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及所述第二连接点的力矩平衡公式，得到第二预测物料重量；

具体地，第二连接点的力矩平衡公式为：

其中，g为重力加速度；E₂为斗杆油缸对F点的综合力臂，其可以通过已知的挖掘机工作装置的姿态求出。此时，第二连接点的力矩平衡公子中只有一个未知数m₄，求出的解记为m″₄(第二预测物料重量)。

S208.根据所述铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及所述第三连接点的力矩平衡公式，得到第三预测物料重量；

具体地，第三连接点的力矩平衡公式为：

其中g为重力加速度；E₃为铲斗油缸对Q点的综合力臂，其可以通过已知的挖掘机工作装置的姿态求出。此时，第一连接点的力矩平衡公式中只有一个未知数m₄，求出的解记为m′₄(第三预测物料重量)。

S210.所述第一预测物料重量、第二预测物料重量、第三预测物料重量确定出当前工作循环下的物料重量；

具体地，一个计算循环结束，当前工作循环下的物料重量m₄可以为m₄＝(m′₄+m″₄+m″′₄)/3。需要说明的是，可以将动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个力矩平衡公式下得到的任意单个的物料重量作为当前工作循环下的物料重量m₄；或者是多个预测物料重量通过别的组合方式进行加权平均求解得到的物料重量，作为当前工作循环下的物料重量m₄。

其中，在各个连接点的力矩平衡公式中可以看到，涉及的参量其实包括动态参量和静态参量；详细地，动态参量比如包括转动惯量、角加速度等动态的参量；静态参量可以包括重量、综合力臂等静态的参量。

进一步给与说明的是，为了提高物料重量数据以及后续燃油效率检测的准确度，可以一并考虑动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、摇臂、连杆等的重量m₅、m₆、m₇、m₈、m₉等。进一步地，为了提高物料重量数据以及后续燃油效率检测的准确度，可以增加一个平台角度传感器来补偿挖掘机自身在不平地面所造成的角度误差。还有，为了提高测量准确度，可以进行多次循环计算，进行优化处理。

S212.按照获取当前工作循环下的物料重量的方式，得到预设工作循环次数下所有的物料重量，并根据所述所有的物料重量确定出目标物料重量；所述挖掘机的工作循环次数为所述挖掘机的挖掘斗数；

需要给与说明的是，一个工作循环可以理解为当前挖掘终了点开始直至下一个挖掘终了点，或卸料点开始直至下一个卸料点。详细地：以挖掘机的回转支承的中心轴与所在地面的交点作为原点(图1中的o点)，进行挖掘终了点和卸料点的定义，

挖掘终了点：铲斗挖掘(铲斗油缸大腔压力P₃₀>15Mpa)后，铲斗姿态QV连线与水平面的夹角∠OQV>-25°(假设水平面过Q点，铲斗V点在水平面之下此夹角为负数)，定义此时挖掘机工作装置的Q点所在的位置为挖掘终了点(X0,Y0)，如图4所示；

卸料点：铲斗卸料(铲斗油缸小腔压力P₃₁>5Mpa或者铲斗操作手柄“开斗”信号持续时间≥0.4S)后，铲斗姿态QV连线与水平面小于-95°(假设水平面过Q点，铲斗V点在水平面之下此夹角为负数)，定义此时挖掘机工作装置的Q点所在的位置为卸料点(X1,Y1)，如图5所示。

S214.根据所述目标物料重量以及所述预设工作循环次数的作业总时长内总的油耗，得到所述挖掘机的燃油效率。

具体地，可以根据公式

得到所述挖掘机的燃油效率；其中，所述Q_f为用于体现燃油效率的单位燃油挖土量；∑m₄为在所述作业总时长内的总的挖土量；G_f为在所述作业总时长内总的油耗；可见，单位燃油挖土量Qf越大，说明该机器在该工况下的燃油效率越高。

其中，本说明书实施例中还可以得到：

第i次工作循环动臂油缸做功W_1i：

W_1i＝∫F_1i(s)×ds

其中，F_1i(s)为动臂油缸作用力对动臂油缸行程s(动臂油缸的伸长量)的记录表达式。

第i次工作循环斗杆油缸做功W_2i：

W_2i＝∫F_2i(s)×ds

其中，F_2i(s)为斗杆油缸作用力对斗杆油缸行程s(斗杆油缸的伸长量)的记录表达式。

第i次工作循环铲斗油缸做功W_3i：

W_3i＝∫F_3i(s)×ds

其中，F_3i(s)为铲斗油缸作用力对铲斗油缸行程s(铲斗油缸的伸长量)的记录表达式。

第i次工作循环回转做功W_4i：

W₄₁＝∫(W₄₀/P₄₀)×|P_4A1(β)-P_4B1(β)|×dβ

其中，M₄₀为回转马达减速机总成的额定转矩，P₄₀为回转马达减速机总成的额定转矩下的压力，M₄₀/P₄₀为常数。F_4Ai(β)、P_4Bi(β)为回转马达A、B油口对应压力对平台回转角度β的记录表达式，|P_4Ai(β)-P_4Bi(β)|为回转马达A、B油口油液压力差。

第i次工作循环总的做功W_i：

W_i＝W_1i+W_2i+W_3i+W_4i

燃油效率的指数：

Q_f0＝Q_f×Q_fw进一步地，一种可选的实施方式中，所述方法还可以包括：

按照得到所述挖掘机的燃油效率的方式，获取多个对比燃油效率值；

通过控制变量法，将多个对比燃油效率值进行比较分析。

详细地，而对于不同机器的燃油效率的对比：

机手方面，要求机手技术水平差不多或者机手轮流交换操作不同机器且操作时长相同；

工况方面，尽量在各种几率相等的同一工地上同时作业，进而对比不同机器的燃油效率；具体地：。

假设工况一：机手甲、机器A、燃油效率Q_f′、燃油做功效率Q_fw′。

则燃油效率指数Q_f0′：

Q_f0′＝Q_f′×Q_fw′

假设工况二：机手乙、机器B、燃油效率Q_f″、燃油做功效率Q_fw″。

则燃油效率指数Q_f0″：

Q_f0″＝Q_f″×Q_fw″

如果Q_fw′＞Q_fw″，则说明机手甲和机器A组合的燃油效率大于机手乙和机器B组合。

如果机手甲＝机手乙(机手甲乙都是同一个人或者同一技术水平)，且Q_fw′＞Q_fw″，则说明机器A的燃油效率大于机器B的工作效率。这便可以针对不同吨位或者不同品牌挖掘机工作效率的对比。

如果机器A＝机器B(机手甲乙操作同一台机器)，且Q_fw′＞Q_fw″，则说明机手甲的技术水平高于机手乙。

其中，为了提高燃油效率对比的准确度，对比时间可以适当加长进行适应性的调整和选取。本实施例能够针对挖掘机群、全生命周期进行耗油的检测。

其中本实施例中还能够对挖掘机的工作效率进行检测，具体地，通过公式

获取挖掘机的工作效率；其中，Q为工作效率，单位t/h(吨每小时)；T为作业总时长，单位h(小时)；∑m₄为作业时间T内的挖土量，单位t(吨)。

需要给与说明的是，本说明书实施例中获取预测物料重量的过程属于自动称重的过程。由于实际挖掘物料时的状态复杂，不可控的因素太多；而通常挖掘机的机手提升装满物料的铲斗离开挖掘面且无障碍时才操作机器回转；因此，利用机器有回转动作时所检测到的各个油缸压力来计算物料重量(自动称重)才相对准确。

一种可行的实施方式中，所述挖掘机的回转平台上可以设置有倾斜角度传感器和加速度传感器；对应地，所述方法还可以包括：

在检测到回转平台的倾角波动大于等于预设角度值时，进行平台振动加速度的检测；在检测到所述回转平台的振动加速度大于等于预设加速度值时，对所述回转平台的波动时长进行判断；若所述波动时长在预设时长之内，则将所述挖掘机的倾翻趋势次数累计一次。

比如：当检测到机器平台倾角有大于等于5°波动时，如果再检测到平台振动加速度大于等于3.8m/s²时，且通过控制器对这段时间判断在10S之内发生，侧判定机器有倾翻趋势1次。其中还可以通过回转角度测量判断机器进行前倾或、后倾、侧倾的检测。

一种可行的实施方式中，获取当前工作循环中回转平台相对于所述挖掘机的组合行走架的回转角度β_i，可以包括：

采集所述回转支承的内齿在当前工作循环中移动(回转)的齿数脉冲；

根据检测得到的齿数脉冲，以及所述回转支承的内齿圈的总齿数，得到所述回转平台相对于组合行走架的回转角度β；其中，在所述回转平台的纵向轴线平行于所述组合行走架的纵向轴线，并且所述挖掘机的行走马达位于驾驶室后时，则标定β₀＝0°；

根据公式

得到当前工作循环中回转平台相对于所述挖掘机的组合行走架的回转角度βi，其中n_齿为齿数脉冲。

具体地，是利用如下的推导公式进行回转角度βi的计算：

······

一种实施例中，所述挖掘机还可以包括接近开关传感器；所述接近开关传感器设置在所述回转平台上，并且所述接近开关传感器的感应端上下对准所述挖掘机的回转支承的内齿；

当所述挖掘机的回转马达通过齿轮传动的方式带动所述回转平台相对所述组合行走架转动时，所述接近开关传感器用于检测所述回转支承的内齿经过所述接近开关传感器的感应端的齿数脉冲n_齿。

其中，一般规定方向：左转n_齿为正，右转n_齿为负。具体地，可以通过检测回转马达A、B油口压力或者回转先导手柄的两个先导油口压力进行左回转还是右回转的判断。

需要给与说明的是，本说明书还可以通过如下的方法进行满斗重量(单位Kg)的标定：

方法一：输入标定；手动输入满斗重量值，比如输入365Kg，系统则按365Kg的物料标定为100％的满斗率；

方法二：挖掘物料标定；机手实际操作机器挖掘物料，选择一次机手比较满意的物料重量标定为满斗重量值。

本实施例中对满斗重量的标定的方式，相比较手动输入标定的方式更加简单灵活且更准确。

如图6所示是本说明书实施例中的一种挖掘机的组成及其相关数据信息的示意图，其中，本说明书实施例中的挖掘机，能够实时对发动机、液压系统、回转部件、行走部件、工作装置、属具等工作时间及工作强度进行检测，通过预设算法计算相关损耗件和损坏件的剩余寿命并提醒机手和用户，保证机器维修保养及部件更换在最佳时期，减少用户对机器的使用成本。本说明书实施例能够及时有效的发现故障并一定程度预测故障，指导用户快速排除故障或预防故障，提高机器的可靠性和出勤率。并且能够及时有效的发现机器的不安全状态，及时纠正机手的不良习惯，有助于用户对人机的安全和健康的管理。本实施例中，挖掘机燃油效率的评价指标为：单位燃油挖掘斗数、单位燃油挖掘土量(t/L或Kg/L)，可以针对机器全生命周期的任意一段时间进行统计对比。

其中，本实施例中，能够基于如图6满斗率统计、图8单斗时长统计、图16至图21工作各个油缸压力分布频率统计、图31工作效率统计等，判断铲斗类型、斗容甚至工作装置是否和工况合理匹配；并向用户推荐更为合理的工作装置及属具，使每一个用户都能物尽其用，发挥机器最大工作效率并且降低油耗。能够基于如图16至图24，实时对发动机、液压系统、回转部件、行走部件、工作装置、属具等工作时间及工作强度进行检测，通过预设算法计算相关损耗件和损坏件的剩余寿命并提醒机手和用户，保证机器维修保养及部件更换在最佳时期，减少用户对机器的使用成本。能够对发动机水温、故障代码、液压系统压力和油温、工作效率、燃油效率的实时监测，及时有效的发现故障并一定程度预测故障，指导用户快速排除故障或预防故障，提高机器的可靠性和出勤率。能够基于如图9至图11、图32、图33即可判断机器开挖路线、方式和自卸车相对位置是否合理；图25至图27可以看出机器挖掘是否在高效率区及油缸是否经常刚性冲击；图34说明机手操作机器的安全性；发现并及时纠正机手的不良习惯，有助于用户对人机的安全和健康的管理。并且，本实施例中通过准确的油耗效率的对比，以及相关数据的可视化展示，能够更加准确激励机手。

本说明书实施例还提供了一种用于获取挖掘机燃油效率的方法系统，所述系统包括：

相关参量获取模块，用于获取挖掘机的动臂的相关参量、挖掘机的斗杆的相关参量、挖掘机的铲斗的相关参量以及所述铲斗中的物料的相关参量；

第一预测物料重量得到模块，用于根据所述动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量和物料的相关参量，以及第一连接点的力矩平衡公式，得到第一预测物料重量；第一连接点为所述挖掘机的回转平台和动臂的连接处；

第二预测物料重量得到模块，用于根据所述斗杆的相关参量、铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及第二连接点的力矩平衡公式，得到第二预测物料重量；所述第二连接点为所述动臂和斗杆的连接处；

第三预测物料重量得到模块，用于根据所述铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及第三连接点的力矩平衡公式，得到第三预测物料重量；所述第三连接点为斗杆和铲斗的连接处；

当前物料重量得到模块，用于由所述第一预测物料重量、第二预测物料重量、第三预测物料重量确定出当前工作循环下的物料重量；

目标物料重量得到模块，用于按照获取当前工作循环下的物料重量的方式，得到预设工作循环次数下所有的物料重量，并根据所述所有的物料重量确定出目标物料重量；所述挖掘机的工作循环次数为所述挖掘机的挖掘斗数；

燃油效率得到模块，用于根据所述目标物料重量以及所述预设工作循环次数的作业总时长内总的油耗，得到所述挖掘机的燃油效率。

需要给与说明的是，装置实施例的发明构思与所述方法实施例相同，具体地模块对应的单元内容可以参照方法实施例中的描述，对此不再赘述。

本发明提供的用于获取挖掘机燃油效率的方法的技术方案，具有如下技术效果：

本发明通过获取动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量以及所述铲斗中的物料的相关参量；基于获取到的参量以及各自对应的力矩平衡公式，得到基于每个连接点处预测得到的物料重量；之后，通过对预测得到的多个物料重量确定出当前工作循环下的物料重量，进一步地确定出预设工作循环次数下所有的物料重量，进而得到能够进行燃油效率分析的目标物料重量；使得基于所述目标物料重量得到的燃油指数，对挖掘机的燃油效率进行有效准确的检测评价。

本发明自动化程度高、精度高，能够面对所有挖掘机全生命周期内的燃油效率进行实时监测。本发明检测过程成本低，在自动或半自动挖掘机的基础上能够进行简单改装获取。通过本发明的耗油的检测以及大量数据的获取，能够为挖掘机的智能化和产品技术升级提供大数据基础。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于获取挖掘机燃油效率的方法，所述挖掘机包括动臂、斗杆、铲斗和回转平台；所述回转平台和动臂在第一连接点进行连接，所述动臂和斗杆在第二连接点进行连接，所述斗杆和铲斗在第三连接点进行连接；其特征在于，所述方法包括：

获取动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量以及所述铲斗中的物料的相关参量；

根据所述动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量和物料的相关参量，以及所述第一连接点的力矩平衡公式，得到第一预测物料重量；

根据所述斗杆的相关参量、铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及所述第二连接点的力矩平衡公式，得到第二预测物料重量；

根据所述铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及所述第三连接点的力矩平衡公式，得到第三预测物料重量；

由所述第一预测物料重量、第二预测物料重量、第三预测物料重量确定出当前工作循环下的物料重量；

按照获取当前工作循环下的物料重量的方式，得到预设工作循环次数下所有的物料重量，并根据所述所有的物料重量确定出目标物料重量；所述挖掘机的工作循环次数为所述挖掘机的挖掘斗数；

根据所述目标物料重量以及所述预设工作循环次数的作业总时长内总的油耗，得到所述挖掘机的燃油效率；

所述动臂的相关参量包括动臂的油缸作用力、动臂油缸相对第一连接点的综合力臂、动臂相对所述第一连接点的转动惯量；

所述斗杆的相关参量包括斗杆的油缸作用力、斗杆油缸相对第二连接点的综合力臂、斗杆相对所述第一连接点和所述第二连接点的转动惯量；

所述铲斗的相关参量包括铲斗的油缸作用力、铲斗油缸相对第三连接点的综合力臂、铲斗相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量；

所述物料的相关参量包括物料相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量；

在检测到回转平台的倾角波动大于等于预设角度值时，进行平台振动加速度的检测；在检测到所述回转平台的振动加速度大于等于预设加速度值时，对所述回转平台的波动时长进行判断；若所述波动时长在预设时长之内，则将所述挖掘机的倾翻趋势次数累计一次。

2.根据权利要求1所述的用于获取挖掘机燃油效率的方法，其特征在于，所述根据所述目标物料重量以及所述预设工作循环次数的作业总时长内总的油耗，得到所述挖掘机的燃油效率，包括：

根据公式

得到所述挖掘机的燃油效率；其中，所述Q_f为用于体现燃油效率的单位燃油挖土量；∑m₄为在所述作业总时长内的总的挖土量；G_f为在所述作业总时长内总的油耗。

3.根据权利要求1所述的用于获取挖掘机燃油效率的方法，其特征在于，所述方法还包括：

按照得到所述挖掘机的燃油效率的方式，获取多个对比燃油效率值；

通过控制变量法，将多个对比燃油效率值进行比较分析。

4.根据权利要求1所述的用于获取挖掘机燃油效率的方法，其特征在于，所述获取动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量以及铲斗中的物料的相关参量，包括：

获取动臂的第一惯量相关参数和第一油缸相关参数、斗杆的第二惯量相关参数和第二油缸相关参数、铲斗的第三惯量相关参数和第三油缸相关参数，以及所述铲斗中的物料的第四惯量相关参数；

根据所述第一惯量相关参数得到所述动臂相对所述第一连接点的转动惯量，根据所述第一油缸相关参数得到所述动臂的油缸作用力；

根据所述第二惯量相关参数得到所述斗杆相对所述第一连接点和所述第二连接点的转动惯量，根据所述第二油缸相关参数得到所述斗杆的油缸作用力；

根据所述第三惯量相关参数得到所述铲斗相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量，根据所述第三油缸相关参数得到所述铲斗的油缸作用力；

根据所述第四惯量相关参数得到所述物料相对所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的转动惯量。

5.根据权利要求4所述的用于获取挖掘机燃油效率的方法，其特征在于，

所述第一惯量相关参数包括：所述动臂的重量m₁；所述动臂的两端相连得到的直线长度L₁；所述动臂的重心位置到第一连接点的直线距离r₁；动臂的重心位置到第一连接点的直线，与动臂两端相连得到的直线构成的夹角ω₁；动臂两端相连得到的直线L₁和水平面的夹角θ₁；

所述第一油缸相关参数包括：所述动臂的油缸缸径D₁和杆径d₁，以及动臂的油缸大腔压力p₁₁和小腔压力p₁₂；

所述第二惯量相关参数包括：所述斗杆的重量m₂；斗杆相连得到的直线L₂；所述斗杆的重心位置到第二连接点的直线距离r₂；斗杆的重心位置到第二连接点的直线，与斗杆两端相连得到的直线构成的夹角ω₂；所述斗杆两端相连得到是直线和水平面夹角θ₂；

所述第二油缸相关参数包括：所述斗杆油缸缸径D₂和杆径d₂，以及所述斗杆油缸大腔压力p₂₁和小腔压力p₂₂；

所述第三惯量相关参数包括：所述铲斗的重量；铲斗两端相连得到的直线长度L₃；铲斗的重心位置到第三连接点的直线距离r₃；铲斗的重心位置到第三连接点的直线，与铲斗两端组成的直线构成的夹角ω₃；铲斗两端相连得到的直线和水平面夹角θ₃；

所述第三油缸相关参数包括：所述铲斗油缸缸径D₃和杆径d₃，以及所述铲斗油缸大腔压力p₃₁和小腔压力p₃₂；

所述第四惯量相关参数包括：所述物料的重量m₄；所述物料的重心位置到第三连接点的直线距离r₄；物料的重心位置到第三连接点的直线，与铲斗两端相连得到的直线构成的夹角ω₄。

6.根据权利要求1所述的用于获取挖掘机燃油效率的方法，其特征在于，获取当前工作循环中回转平台相对于所述挖掘机的组合行走架的回转角度β_i，包括：

采集回转支承的内齿在当前工作循环中回转的齿数脉冲；

根据检测得到的齿数脉冲，以及所述回转支承的内齿圈的总齿数，得到所述回转平台相对于组合行走架的回转角度β；其中，在所述回转平台的纵向轴线平行于所述组合行走架的纵向轴线，并且所述挖掘机的行走马达位于驾驶室后时，则标定β₀＝0°；

根据公式

得到当前工作循环中回转平台相对于所述挖掘机的组合行走架的回转角度βi，其中n_齿为齿数脉冲。

7.根据权利要求6所述的用于获取挖掘机燃油效率的方法，其特征在于，所述挖掘机还包括接近开关传感器；所述接近开关传感器设置在所述回转平台上，并且所述接近开关传感器的感应端上下对准所述挖掘机的回转支承的内齿；

当所述挖掘机的回转马达通过齿轮传动的方式带动所述回转平台相对所述组合行走架转动时，所述接近开关传感器用于检测所述回转支承的内齿经过所述接近开关传感器的感应端的齿数脉冲。

8.一种用于获取挖掘机燃油效率的系统，该系统用于执行权利要求1中的方法，其特征在于，所述系统包括：

相关参量获取模块，用于获取挖掘机的动臂的相关参量、挖掘机的斗杆的相关参量、挖掘机的铲斗的相关参量以及所述铲斗中的物料的相关参量；

第一预测物料重量得到模块，用于根据所述动臂的相关参量、斗杆的相关参量、铲斗的相关参量和物料的相关参量，以及第一连接点的力矩平衡公式，得到第一预测物料重量；第一连接点为所述挖掘机的回转平台和动臂的连接处；

第二预测物料重量得到模块，用于根据所述斗杆的相关参量、铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及第二连接点的力矩平衡公式，得到第二预测物料重量；所述第二连接点为所述动臂和斗杆的连接处；

第三预测物料重量得到模块，用于根据所述铲斗的相关参量、物料的相关参量，以及第三连接点的力矩平衡公式，得到第三预测物料重量；所述第三连接点为斗杆和铲斗的连接处；

当前物料重量得到模块，用于由所述第一预测物料重量、第二预测物料重量、第三预测物料重量确定出当前工作循环下的物料重量；

目标物料重量得到模块，用于按照获取当前工作循环下的物料重量的方式，得到预设工作循环次数下所有的物料重量，并根据所述所有的物料重量确定出目标物料重量；所述挖掘机的工作循环次数为所述挖掘机的挖掘斗数；

燃油效率得到模块，用于根据所述目标物料重量以及所述预设工作循环次数的作业总时长内总的油耗，得到所述挖掘机的燃油效率。

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