用于确定工程机械中的载荷的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于确定工程机械(101)中的载荷的方法，该工程机械包括被构造成连接到器具(107)的联动装置(106)。该方法包括：确定(S1)第一液压缸(108)中的至少一个压力和第二液压缸(110)中的至少一个压力，该第一液压缸和该第二液压缸被布置成控制所述联动装置；以及确定(S2)所述联动装置中的至少两个连杆之间的至少一个连杆角度。该方法进一步包括：对于已知的联动装置构造以及所选择的联动装置轴承，对于第一液压缸和第二液压缸中的每一个，基于所确定的第一缸和第二缸中的每一个缸中的至少一个压力和所述至少一个连杆角度来确定(S3)作用在所选择的联动装置轴承上的至少两个垂直力分量；以及，使用用于线性组合的预定常数将所选择的联动装置轴承上的载荷确定(S4)为所确定的至少两个垂直力分量的线性组合。

Methods and systems for determining loads in construction machinery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定工程机械中的载荷的方法和系统
本专利技术涉及一种用于确定工程机械的联动装置轴承上的载荷的方法和系统。本专利技术适用于工业建筑机械或建筑设备领域中的工程机械，尤其是轮式装载机和包括由液压缸提供动力的联动装置的其它类型的工程机械。尽管将主要针对轮式装载机来描述本专利技术，但本专利技术不限于这种特定车辆，而是还可用于其它车辆，例如挖掘机、反铲装载机等。
技术介绍
诸如轮式装载机和挖掘机的工程机械经常以重复的方式被使用，其中长时间重复地执行相同的工作循环。为了优化工程机械的整体效率和工程机械中的部件的寿命，通常希望找到执行特定工作循环的最有效的方式。在包括联动装置和连接到该联动装置的器具的工程机械中，联动装置的部件多次暴露于高载荷下，从而导致部件的磨损(wearandtear)。如果以非最佳的方式操作工程机械，则联动装置的过度磨损可能导致联动装置中的部件的寿命缩短，从而需要更频繁的维修或缩短工程机械的联动装置和其它零件的整体寿命。因此，希望针对联动装置的磨损来优化工程机械的操作。已知的是，工程机械配备有多个传感器，并且将这样的配备有传感器的工程机械提供到客户现场以进行培训目的，其中可以确定磨损并报告给操作员。因此，操作员可以在测试设施处试验工程机械，以获悉如何有效地操作工程机械以及如何以优化的方式执行特定的工作循环。然而，为每台工程机械配备所需的一系列传感器是非常昂贵的过程，并且还存在操作员没有以通常在正常情况下操作该机械的相同方式在测试设施处操作该机械的风险。此外，培训还限于所使用的特定工程机械、联动装置和器具组合，这意味着操作员可能需要培训几种不同的工程机械和联动装置，以获悉如何有效地操作工程机械、联动装置和器具的不同组合。US2006/0243056描述了一种工程机械，其包括多个传感器，以在操作期间测量和估计工程机械的载荷，以便为所使用的联动装置的载荷构建载荷历史数据库。US2006/0243056所描述的用于确定载荷的传感器网络包括多个不同的传感器，例如液压传感器、缸位置传感器、作业器具位置传感器、载荷销和弯曲桥，以获得用于构建载荷历史数据库的所需数据。然而，由于在为工程机械配备所有所需的传感器时的上述复杂性，希望提供一种简化的用于确定工程机械中的载荷的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于确定工程机械的联动装置中的载荷的方法和系统，与已知的方法和系统中使用的传感器相比，它使用了更少数量的传感器。根据本专利技术的第一方面，该目的通过根据权利要求1的方法来实现。因此，提供了一种用于确定工程机械中的载荷的方法，该工程机械包括联动装置，该联动装置被构造成连接到器具。该方法包括：确定第一液压缸中的至少一个压力和第二液压缸中的至少一个压力，该第一液压缸和该第二液压缸被布置成控制所述联动装置；以及，确定所述联动装置中的至少两个连杆之间的至少一个连杆角度。该方法进一步包括：对于已知的联动装置构造和对于所选择的联动装置轴承，并且对于第一液压缸和第二液压缸中的每一个，基于所确定的第一缸和第二缸中的每一个缸中的至少一个压力以及所述至少一个连杆角度来确定作用在所选择的联动装置轴承上的至少两个垂直力分量；以及，使用用于线性组合的预定常数将所选择的联动装置轴承上的载荷确定为所确定的至少两个垂直力分量的线性组合。由此，通过测量缸中的压力并通过基于所确定的角度来获知联动装置位置，可以考虑来自两个缸中的每一个缸的力贡献量(forcecontribution)来确定联动装置中的轴承的轴承载荷。由于可以假定联动装置构造是已知的，所以所确定的角度足以确定作用在轴承上的各个力分量，这些力分量由所述两个缸的压力产生。所确定的角度例如可以是联动装置的两个连杆之间的角度或该联动装置的提升角度。此外，确定不同轴承的载荷可能需要知道不同的角度。还能够确定联动装置的所需的角度数量，以便可以基于所测量到的角度来确定联动装置的所有轴承的力分量，即，基于所确定的角度可以知道联动装置的所有部分的位置。也可以基于所确定的角度来估计液压缸的位置(即，伸长量)。也能够在联动装置的提升缸和倾斜缸中使用位置传感器或位移传感器，并基于液压缸的位置推导出联动装置的所需角度。应当理解，为了能够确定联动装置的特定轴承载荷所必须确定的角度的数量取决于要应用本方法的特定联动装置构造。对于包括两个腔室的液压缸，在相应的第一和第二液压缸中确定两个压力。这种缸被称为双作用液压缸，从而需要两个压力传感器。然而，也存在仅包括一个腔室的液压缸类型，其中仅确定一个压力就足够了，从而仅需要一个压力传感器。对于特定的已知联动装置来说，用于线性组合的所述预定常数是预先确定的。因此，所确定的角度用来将所确定的压力转换为作用在轴承上的在公共坐标系中描述的力分量。由此，提供了一种方法，通过该方法，能够仅基于所确定的联动装置角度和所确定的该联动装置的液压缸中的压力来确定轴承载荷，从而减少了确定轴承载荷所需的传感器的数量。该载荷被确定为来自两个液压缸的力贡献量(更具体地，来自公共坐标系中的所确定的垂直力分量)的线性组合。通过所描述的方法，能够使用最少数量的传感器来确定轴承载荷，这意味着所描述的方法可以以低成本在所有可操作的工程机械中实施，而不仅仅是在特定的训练机中实施。由此，能够在不使用包括多个传感器(例如，已校准的应变仪、载荷销、半桥或弯曲桥)的复杂传感系统的情况下、在实际工作条件下确定并监测轴承载荷。此外，通过所描述的方法，考虑了由于例如非线性套管、柔性元件等引起的结构上的非线性。根据本专利技术的一个实施例，所述至少两个垂直力分量可以有利地在三维物体固定坐标系(bodyfixedcoordinatesystem)中的轴线的两个轴线的方向上被定义。物体固定坐标系的使用例如可以简化与理论上确定的载荷和应力的比较。然而，应当注意，该方法适用于任意选择的坐标系。根据本专利技术的一个实施例，该工程机械可以是轮式装载机，其中，第一缸是提升缸，并且第二缸是轮式装载机的倾斜缸。轮式装载机通常用于重复性工作任务的类型，其中重要的是有效执行任务以最小化该工程机械的磨损，从而增加联动装置和相关部件的寿命。用于轮式装载机的许多常用的联动装置包括用于提升整个联动装置的提升缸、以及用于使连接到联动装置的器具倾斜的倾斜缸。根据本专利技术的一个实施例，在将所述方法应用于包括至少一个转向缸的轮式装载机的情况下，所述方法可以进一步包括：确定所述至少一个液压转向缸中的至少一个压力；对于所选择的联动装置轴承，基于所述至少一个液压转向缸中的所述至少一个压力、所述至少一个连杆角度和转向角度来确定作用在轴承上的两个垂直力分量；以及，使用用于线性组合的预定常数将轴承的载荷确定为所确定的来自转向缸压力、提升缸压力和倾斜缸压力的力分量的线性组合。工程机械的转向缸也可对联动装置中的载荷有贡献，特别是对将器具连接到联动装置的轴承中的载荷，其中，来自转向缸的力转化为轴承中的力。由此，可以通过确定转向缸中的压力并确定来自转向缸的力贡献量来推导出附加的载荷信息。特别地，与由提升缸和倾斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定工程机械(101)中的载荷的方法，所述工程机械包括联动装置(106)，所述联动装置(106)被构造成连接到器具(107)，所述方法包括：/n确定(S1)第一液压缸(108)中的至少一个压力和第二液压缸(110)中的至少一个压力，所述第一液压缸(108)和所述第二液压缸(110)被布置成控制所述联动装置；/n确定(S2)所述联动装置中的至少两个连杆之间的至少一个连杆角度；/n所述方法的特征在于，对于已知的联动装置构造，对于所选择的联动装置轴承，并且对于所述第一液压缸和第二液压缸中的每一个，基于所确定的所述第一缸和所述第二缸中的各自的所述至少一个压力以及所述至少一个连杆角度来确定(S3)作用在所述轴承上的至少两个垂直力分量；以及/n使用用于线性组合的预定常数将所述轴承上的载荷确定(S4)为所确定的来自所述第一液压缸和所述第二液压缸中的每一个液压缸的所述至少两个垂直力分量的线性组合。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170627 EP 17178031.51.一种用于确定工程机械(101)中的载荷的方法，所述工程机械包括联动装置(106)，所述联动装置(106)被构造成连接到器具(107)，所述方法包括：
确定(S1)第一液压缸(108)中的至少一个压力和第二液压缸(110)中的至少一个压力，所述第一液压缸(108)和所述第二液压缸(110)被布置成控制所述联动装置；
确定(S2)所述联动装置中的至少两个连杆之间的至少一个连杆角度；
所述方法的特征在于，对于已知的联动装置构造，对于所选择的联动装置轴承，并且对于所述第一液压缸和第二液压缸中的每一个，基于所确定的所述第一缸和所述第二缸中的各自的所述至少一个压力以及所述至少一个连杆角度来确定(S3)作用在所述轴承上的至少两个垂直力分量；以及
使用用于线性组合的预定常数将所述轴承上的载荷确定(S4)为所确定的来自所述第一液压缸和所述第二液压缸中的每一个液压缸的所述至少两个垂直力分量的线性组合。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少两个垂直力分量是在三维物体固定坐标系中的两个轴线的方向上定义的。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述工程机械是轮式装载机，并且其中，所述第一缸是提升缸，并且所述第二缸是所述轮式装载机的倾斜缸。


4.根据权利要求3所述的方法，所述轮式装载机包括至少一个转向缸(502)，所述方法进一步包括：
确定所述至少一个液压转向缸(502)中的至少一个压力；
对于所选择的联动装置轴承，基于所述至少一个液压转向缸中的所述至少一个压力、所述至少一个连杆角度和转向角度来确定两个垂直力分量；以及
使用用于线性组合的预定常数将所选择的联动装置轴承的载荷确定为所确定的来自所述转向缸压力、提升缸压力和倾斜缸压力的力分量的线性组合。


5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工程机械是包括用于使挖掘机本体(604)旋转的马达(602)的挖掘机(600)，所述方法进一步包括：
确定由所述马达提供的扭矩；以及
对于所选择的联动装置轴承，基于由所述马达提供的所述扭矩和所述至少一个连杆角度来确定力分量；以及
使用用于线性组合的预定常数将所选择的联动装置轴承的载荷确定为所确定的来自所述马达扭矩、提升缸压力和倾斜缸压力的力分量的线性组合。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，用于使挖掘机本体旋转的所述马达是液压机械，所述方法进一步包括：
确定所述液压机械中的至少一个压力；
基于所述液压机械的压力和所述角度来确定力分量；以及
使用用于线性组合的预定常数将所选择的联动装置轴承的载荷确定为所确定的来自所述液压机械压力、第一缸压力和第二缸压力的力分量的线性组合。


7.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所选择的联动装置轴承是将所述联动装置连接到器具的轴承。


8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，基于由直接...

【专利技术属性】
技术研发人员：马诺兰江·库马，伦纳特·斯科格，托尔比约恩·埃克维德，
申请(专利权)人：沃尔沃建筑设备公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE