一種礦用挖掘機物料自動稱重方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦用挖掘機物料自動稱重方法，通過角度傳感器測量得到各部件間的轉(zhuǎn)角，計算各部件實時位置，進而微分計算出各部件的速度、加速度等運動學(xué)參數(shù)，通過壓力傳感器測量油缸大小腔壓力，計算油缸實時推壓力，得到力參數(shù)，運用達朗貝爾原理列出工作裝置各部件的運動學(xué)平衡方程，代入運動學(xué)參數(shù)和力參數(shù)，聯(lián)立求解方程組，得到物料和鏟斗的總質(zhì)量，減去鏟斗質(zhì)量得到物料的質(zhì)量，根據(jù)計算結(jié)果和物料密度、堆積狀態(tài)對物料質(zhì)心進行修正，迭代計算，最終得到精確的物料質(zhì)量；本發(fā)明公開了一種礦用挖掘機物料自動稱重方法，此方法根據(jù)達朗貝爾原理計算，并且考慮了地面坡度、回轉(zhuǎn)等各種因素對測量的影響，具有計算精度高、動態(tài)穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
【專利說明】一種礦用挖掘機物料自動稱重方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種挖掘機，尤其涉及一種礦用挖掘機物料自動稱重方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在礦山開采時，操作人員使用挖掘機作業(yè)的過程中，不知道鏟斗中物料質(zhì)量，容易造成礦車超載/欠載。礦車超載，對礦車壽命極為不利，礦車欠載，降低了礦車利用率，效率低。傳統(tǒng)動態(tài)稱重技術(shù)計算原理采用靜力平衡原理計算，沒有考慮加速度的影響，在單自由度結(jié)構(gòu)(裝載機)或兩自由度結(jié)構(gòu)(電鏟)中應(yīng)用，采用一定補償手段，誤差較小。但挖掘機屬于有牽連運動的三自由度結(jié)構(gòu)，加速度對計算影響較大。另外，目前已知的車載動態(tài)稱重產(chǎn)品沒有考慮回轉(zhuǎn)和地面坡度對計算的影響，導(dǎo)致計算誤差較大。
[0003]中國專利(CN203373804U)在計算穩(wěn)定性時，需要先行計算出鏟斗物料質(zhì)量。其采用靜力平衡計算方法進行計算，沒有考慮加速度影響，對測量條件要求較高，僅能在回轉(zhuǎn)起始瞬間進行測量，需要操作平穩(wěn)，計算精度低。
[0004]綜上所述，目前動態(tài)稱重技術(shù)存在以下問題:基本沒有考慮地面坡度、回轉(zhuǎn)向心加速度對受力的影響；采用靜平衡受力計算，認為工作裝置為勻速運動，計算誤差大；對操作平穩(wěn)性要求較高，動態(tài)特性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提出一種礦用挖掘機物料自動稱重方法，以解決上述稱重技術(shù)的計算精度低，動態(tài)特性差的問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種礦用挖掘機物料自動稱重方法，其中，所述方法包括以下步驟:
[0008]步驟1:以回轉(zhuǎn)支承的回轉(zhuǎn)中心為原點，建立直角坐標系,所述坐標系固定于上車，X軸方向水平指向工作裝置方向，Y軸方向為以回轉(zhuǎn)中心為原點的垂直向上方向，所建坐標系固定于上車。設(shè)定物料質(zhì)心坐標(x，y)，其他部件質(zhì)量參數(shù)為已知量，作為后續(xù)計算參數(shù)，所述部件包括上車、動臂、斗桿、伊斗、動臂油缸、斗桿油缸和伊斗油缸；
[0009]步驟2:主機通過角度傳感器檢測所述回轉(zhuǎn)支承的相對轉(zhuǎn)動角度，所述動臂和所述上車之間的相對轉(zhuǎn)動角度，所述動臂和所述斗桿之間的相對轉(zhuǎn)動角度，所述斗桿和所述鏟斗之間的相對轉(zhuǎn)動角度，再通過運動學(xué)分析，微分計算出各部件的實時位置、速度、加速度等運動狀態(tài)參數(shù)；
[0010]步驟3:主機通過壓力傳感器測量出動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸的大小腔壓力，計算得出油缸的實時推壓力；
[0011]步驟4:根據(jù)達朗貝爾原理，對每個部件列出動態(tài)平衡方程，代入各部件的運動狀態(tài)參數(shù)和油缸推壓力參數(shù)，聯(lián)合求解方程，得到所述鏟斗和物料的總質(zhì)量，減去所述鏟斗質(zhì)量即為物料質(zhì)量；
[0012]步驟5:進行質(zhì)心修正，通過步驟4中物料質(zhì)量與已知的物料密度，求出物料體積，得到較準確的質(zhì)心坐標(xl，yl)，修正原設(shè)定物料質(zhì)心坐標(X，y)，重新進行步驟2至步驟4的迭代計算，得出準確的物料質(zhì)量；
[0013]步驟6:對比修正后的物料質(zhì)心和上次計算所使用的物料質(zhì)心位置，得出物料質(zhì)心偏差程度，判斷是否滿足求解精度，若滿足，輸出此次計算結(jié)果。
[0014]上述礦用挖掘機物料自動稱重方法，其中，所述角度傳感器設(shè)置于所述回轉(zhuǎn)支承上、所述上車和所述動臂的鉸接處、所述動臂和所述斗桿的鉸接處、所述斗桿和所述鏟斗的鉸接處。
[0015]上述礦用挖掘機物料自動稱重方法，其中，所述壓力傳感器設(shè)于所述動臂油缸、所述斗桿油缸和所述鏟斗油缸進出油口處。
[0016]本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)，產(chǎn)生的積極效果是:
[0017]本發(fā)明的一種礦用挖掘機物料自動稱重方法可適應(yīng)各種環(huán)境:在地面坡度較大時不影響物料稱量；回轉(zhuǎn)過程中實時計算，考慮了回轉(zhuǎn)對受力產(chǎn)生的影響；根據(jù)達朗貝爾原理計算，考慮加速度影響，計算精度高；動態(tài)穩(wěn)定性好，對操作平穩(wěn)性要求較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1為本發(fā)明的一種礦用挖掘機物料自動稱重方法中挖掘機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的一種礦用挖掘機物料自動稱重方法的挖掘機任意姿態(tài)時斗桿的的受力分析圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的一種礦用挖掘機物料自動稱重方法中的算法流程圖。
[0022]2上車，3動臂，4斗桿，5鏟斗，6動臂油缸，7斗桿油缸，8鏟斗油缸，9傾角傳感器，10角度傳感器，11位移傳感器，12回轉(zhuǎn)支承。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0024]實施例一
[0025]本實施例中，采取使用角度傳感器10作為工作裝置姿態(tài)檢測的工具，即在挖掘機回轉(zhuǎn)支承12上、上車2與動臂3的鉸接處、動臂3與斗桿4的鉸接處、斗桿4與鏟斗5的鉸接處安裝角度傳感器10。
[0026]請結(jié)合圖1至圖3所示，本實施例中的一種礦用挖掘機物料自動稱重方法包括以下步驟:
[0027]步驟1:以回轉(zhuǎn)支承12的回轉(zhuǎn)中心為原點,建立直角坐標系,所述坐標系固定于上車X軸方向水平指向工作裝置方向，Y軸方向為以回轉(zhuǎn)中心為原點的垂直向上方向，所建坐標系固定于上車。設(shè)定物料質(zhì)心坐標(x，y)，其他部件質(zhì)量參數(shù)為已知量，作為后續(xù)計算參數(shù)，部件包括上車2、動臂3、斗桿4、鏟斗5、動臂油缸6、斗桿油缸7和鏟斗油缸8，整車移動，直角坐標系隨上車2轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，隨整車傾斜而傾斜；
[0028]步驟2:主機通過角度傳感器10計算出回轉(zhuǎn)支承12的相對轉(zhuǎn)動角度，動臂3和上車2之間的相對轉(zhuǎn)動角度，動臂3和斗桿4之間的相對轉(zhuǎn)動角度，斗桿4和鏟斗5之間的相對轉(zhuǎn)動角度，再通過運動學(xué)分析，微分計算出各部件的實時位置、速度、加速度等運動狀態(tài)參數(shù)；
[0029]在回轉(zhuǎn)支承上安裝角度傳感器檢測上車回轉(zhuǎn)角度，通過運動學(xué)計算得到回轉(zhuǎn)的實時運動狀態(tài)參數(shù)。
[0030]在上車安裝傾角傳感器，實時測量上車坐標系X軸和Y軸相對水平面的實時傾角。
[0031]步驟3:主機通過壓力傳感器用于測量動臂油缸6、斗桿油缸7和鏟斗油缸8的大小腔實時壓力，計算得到油缸推壓力；
[0032]步驟4:再根據(jù)達朗貝爾原理，對每個部件列出動態(tài)平衡方程，代入各部件的運動狀態(tài)參數(shù)和油缸推壓力參數(shù)，聯(lián)合求解方程，得到鏟斗5和物料的總質(zhì)量，減去鏟斗5質(zhì)量即為物料質(zhì)量；
[0033]具體的，以質(zhì)心坐標(x，y)為依據(jù)，對整車的各部件進行受力分析，具體的，對工作裝置各部件動臂、斗桿、鏟斗和三組油缸的腔和桿，共計9個部件進行受力分析。在xy平面內(nèi)，各部件受到的作用力有各鉸點的作用力f和重力在xy平面的分力g。產(chǎn)生的效果為部件在xy平面內(nèi)的平動加速度，部件繞自身質(zhì)心的轉(zhuǎn)動加速度，上車回轉(zhuǎn)時部件繞I軸的向心加速度。以斗桿受力分析為例如圖2所示。
[0034]步驟5:進行質(zhì)心修正，通過步驟4中物料質(zhì)量與密度，求出物料體積，得到較準確的物料質(zhì)心(xl，yl)，修正原設(shè)定物料質(zhì)心(X，y)，重新進行步驟2至步驟4的迭代計算，得出準確的物料質(zhì)量；
[0035]步驟6:對比修正后的物料質(zhì)心和上次計算所使用的物料質(zhì)心位置，得出物料質(zhì)心偏差程度，判斷是否滿足求解精度，若滿足，輸出此次計算結(jié)果。
[0036]本發(fā)明的實施例中還包括一種挖掘機，設(shè)有如上述的一種礦用挖掘機物料自動稱重結(jié)構(gòu)。由于上述一種礦用挖掘機物料自動稱重結(jié)構(gòu)具有上述技術(shù)效果，因此，設(shè)有該一種礦用挖掘機物料自動稱重結(jié)構(gòu)的挖掘機也應(yīng)具備相應(yīng)的技術(shù)效果，其具體實施過程與上述實施例類似，茲不贅述。
[0037]綜上，本發(fā)明的稱重方法在地面坡度較大時不影響物料稱量；回轉(zhuǎn)過程中實時計算，考慮了回轉(zhuǎn)對受力產(chǎn)生的影響；根據(jù)達朗貝爾原理計算，考慮加速度影響，計算精度高；動態(tài)穩(wěn)定性好，對操作平穩(wěn)性要求較低。
[0038]實施例二
[0039]請繼續(xù)參見圖1所示，本實施例中，采取使用傾角傳感器9作為工作裝置姿態(tài)檢測的工具，即在挖掘機上車2、動臂3、斗桿4和鏟斗5上安裝傾角傳感器9。其物料自動稱重方法與實施例一基本相同，不同之處在于步驟2修改為:
[0040]步驟2:主機通過傾角傳感器9計算出動臂3、斗桿4和鏟斗5與水平面的絕對夾角，再通過運動學(xué)微分計算出各部件的實時位置、速度、加速度等運動狀態(tài)參數(shù)。
[0041]也能達到與實施例一系相同的技術(shù)效果，其實施方式與實施例一相同，在此不贅述。
[0042]實施例三
[0043]請繼續(xù)參見圖1所示，本實施例中，采取使用位移傳感器作為工作裝置姿態(tài)檢測的工具，即在挖掘機動臂油缸6、斗桿油缸7和鏟斗油缸8上安裝位移傳感器11。其物料自動稱重方法與實施例一基本相同，不同之處在于步驟2修改為:
[0044]步驟2:主機通過位移傳感器11計算出動臂油缸6、斗桿油缸7和鏟斗油缸8的油缸伸長量，再通過運動學(xué)微分計算出各部件的實時位置、速度、加速度等運動狀態(tài)參數(shù)。
[0045]也能達到與實施例一系相同的技術(shù)效果，其實施方式與實施例一相同，在此不贅述。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用挖掘機物料自動稱重方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟1:以回轉(zhuǎn)支承(12)的回轉(zhuǎn)中心為原點，建立直角坐標系，所述坐標系固定于上車，X軸方向水平指向工作裝置方向，Y軸方向為以回轉(zhuǎn)中心為原點的垂直向上方向，所建坐標系固定于上車，設(shè)定物料質(zhì)心坐標(x，y)，其他部件質(zhì)量參數(shù)為已知量，作為后續(xù)計算參數(shù)，所述部件包括上車(2)、動臂(3)、斗桿(4)、鏟斗(5)、動臂油缸(6)、斗桿油缸(7)和伊斗油缸⑶； 步驟2:主機通過角度傳感器(10)檢測所述回轉(zhuǎn)支承(12)的相對轉(zhuǎn)動角度，所述動臂(3)和所述上車(2)之間的相對轉(zhuǎn)動角度，所述動臂(3)和所述斗桿(4)之間的相對轉(zhuǎn)動角度，所述斗桿(4)和所述鏟斗(5)之間的相對轉(zhuǎn)動角度，再通過運動學(xué)分析，微分計算出各部件的實時位置、速度、加速度等運動狀態(tài)參數(shù)； 步驟3:主機通過壓力傳感器測量出動臂油缸(6)、斗桿油缸(7)和鏟斗油缸(8)的大小腔壓力，計算得出油缸的實時推壓力； 步驟4:根據(jù)達朗貝爾原理，對每個部件列出動態(tài)平衡方程，代入各部件的運動狀態(tài)參數(shù)和油缸推壓力參數(shù)，聯(lián)合求解方程，得到所述鏟斗(5)和物料的總質(zhì)量，減去所述鏟斗(5)質(zhì)量即為物料質(zhì)量； 步驟5:進行質(zhì)心修正，通過步驟4中物料質(zhì)量與已知的物料密度，求出物料體積，得到較準確的質(zhì)心坐標(xl, yl)，修正原設(shè)定物料質(zhì)心坐標(X，y)，重新進行步驟2至步驟4的迭代計算，得出準確的物料質(zhì)量； 步驟6:對比修正后的物料質(zhì)心和上次計算所使用的物料質(zhì)心位置，得出物料質(zhì)心偏差程度，判斷是否滿足求解精度，若滿足，輸出此次計算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用挖掘機物料自動稱重方法，其特征在于，所述角度傳感器(10)設(shè)置于所述回轉(zhuǎn)支承(12)上、所述上車(2)和所述動臂(3)的鉸接處、所述動臂(3)和所述斗桿(4)的鉸接處、所述斗桿(4)和所述鏟斗(5)的鉸接處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用挖掘機物料自動稱重方法，其特征在于，所述壓力傳感器設(shè)于所述動臂油缸(6)、所述斗桿油缸(7)和所述鏟斗油缸(8)進出油口處。
【文檔編號】G01G19/00GK104132721SQ201410365898
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】王建明, 柳江坤, 孔銳 申請人:昆山三一數(shù)字科技有限公司