挖掘机挖掘阻力测量方法技术

本发明专利技术公开了一种挖掘机挖掘阻力测量方法，包括：以起重臂跟脚销为原点，建立直角坐标系；以斗杆处于水平状态下的某个位置为初始位置，确定初始位置下铲斗提梁销与推压轴沿斗杆方向的距离；在挖掘机工作时，实时获取斗杆的推压力、提升钢丝绳的提升力、斗杆与水平方向的夹角、斗杆相对初始位置的推压行程，以起重臂跟脚销所在位置、铲斗提梁销所在位置、以及铲斗提梁销所在位置和提升钢丝绳在顶部滑轮上的切点之间的连线和起重臂跟脚销所在位置和顶部滑轮中心之间的连线的延长线交点构建三角形模型，计算推压力与提升力的夹角，在铲斗斗齿齿尖建立力平衡关系，计算挖掘阻力。本发明专利技术能够实现挖掘机不同挖掘轨迹下的挖掘阻力的实时测量。力的实时测量。力的实时测量。

【技术实现步骤摘要】
挖掘机挖掘阻力测量方法


[0001]本专利技术涉及挖掘机
，尤其涉及一种挖掘机挖掘阻力测量方法。

技术介绍

[0002]矿山设备的自动化、信息化和智能化是建成智慧矿山的基础，而矿用挖掘机是主要的矿山设备之一，矿用挖掘机的智能化与无人化的实现，对于建设智慧矿山具有重大意义。矿用挖掘机主要用于露天矿的土壤、岩石、矿石、煤炭等的剥离和采装作业，可与矿用卡车及破碎站等匹配。挖掘机在挖掘的过程中，由于铲斗的位置是实时变化的，即挖掘机的挖掘轨迹是实时变化的，挖掘机所受到的挖掘阻力也在不断的变化。而挖掘阻力与挖掘机的工作效率和工作能耗直接关联，通常情况下，挖掘阻力越大，挖掘机的工作效率和能耗也较大，因此，若能够确定挖掘机的不同挖掘轨迹下的挖掘阻力，则可以通过对比不同挖掘轨迹下的挖掘阻力确定较好的挖掘轨迹，从而提高挖掘机的工作效率，降低挖掘机的工作能耗。
[0003]然而，在挖掘机的实际工作过程中，由于挖掘机作业场地的多样性和复杂性、以及挖掘机的挖掘轨迹不断变化等因素，挖掘机所受到的挖掘阻力无法通过安装传感器等测量仪器直接检测，导致目前难以确定挖掘机在工作过程中所受到的挖掘阻力。
[0004]因此，提供一种挖掘机挖掘阻力测量方法，以确定挖掘机的挖掘阻力，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本专利技术提供一种挖掘机挖掘阻力测量方法。
[0006]本专利技术的技术方案如下：提供了一种挖掘机挖掘阻力测量方法，所述方法包括：以起重臂跟脚销所在位置为原点，水平方向和竖直方向中一个为X轴，另一个为Y轴，建立坐标系；以斗杆处于水平状态下的某个位置为初始位置，确定初始位置下铲斗提梁销与推压轴沿斗杆方向的距离；在挖掘机工作时，实时获取斗杆的推压力、提升钢丝绳的提升力、斗杆与水平方向的夹角、斗杆相对初始位置的推压行程，以起重臂跟脚销所在位置、铲斗提梁销所在位置、以及第一连线和第二连线的延长线交点构建三角形，基于构建的三角形，以顶部滑轮半径近似代替顶部滑轮中心到延长线交点的距离，利用实时获取的参数实时计算推压力与提升力的夹角，在铲斗斗齿的齿尖位置分别沿斗齿切向和斗齿法向建立推压力、提升力和挖掘阻力的平衡关系，计算铲斗的切向挖掘阻力和法向挖掘阻力，根据切向挖掘阻力和法向挖掘阻力计算挖掘阻力，其中，第一连线表示铲斗提梁销所在位置和提升钢丝绳在顶部滑轮上的切点之间的连线，第二连线表示起重臂跟脚销所在位置和顶部滑轮中心之间的连线。
[0007]在一些可能的实现方式中，斗杆在水平状态下的位置通过安装在A型架上的测距
仪进行测量。
[0008]在一些可能的实现方式中，斗杆与水平方向的夹角通过安装在鞍座上的倾角传感器进行测量。
[0009]在一些可能的实现方式中，斗杆的推压力利用以下方式获取：在推压轴上安装扭矩传感器，根据扭矩传感器检测到的扭矩，利用以下公式计算斗杆的推压力；其中，表示斗杆的推压力，表示扭矩，表示推压小齿轮分度圆半径。
[0010]在一些可能的实现方式中，提升钢丝绳的提升力通过安装在顶部滑轮上的力传感器进行测量。
[0011]在一些可能的实现方式中，斗杆相对初始位置的推压行程利用以下方式获取：在推压轴上安装旋转编码器，根据旋转编码器输出的脉冲数，利用以下公式计算斗杆相对初始位置的推压行程；其中，表示斗杆相对初始位置的推压行程， 表示斗杆从初始位置移动至当前位置时推压编码器输出的脉冲数， 表示旋转编码器旋转一圈对应的脉冲数， 表示推压小齿轮转动一圈对应的推压行程。
[0012]在一些可能的实现方式中，所述以起重臂跟脚销所在位置、铲斗提梁销所在位置、以及第一连线和第二连线的延长线交点构建三角形，基于构建的三角形，以顶部滑轮半径近似代替顶部滑轮中心到延长线交点的距离，利用实时获取的参数实时计算推压力与提升力的夹角，包括：利用实时获取的参数实时计算铲斗提梁销到起重臂跟脚销的距离、铲斗提梁销和起重臂跟脚销之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的夹角；以起重臂跟脚销所在位置、铲斗提梁销所在位置、以及延长线交点构建三角形，基于构建的三角形，以顶部滑轮半径近似代替顶部滑轮中心到延长线交点的距离，利用铲斗提梁销到起重臂跟脚销的距离、铲斗提梁销和起重臂跟脚销之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的夹角、实时获取的参数实时计算提升钢丝绳与起重臂的夹角；利用提升钢丝绳与起重臂的夹角、实时获取的参数实时计算推压力与提升力的夹角。
[0013]在一些可能的实现方式中，所述基于构建的三角形，以顶部滑轮半径近似代替顶部滑轮中心到延长线交点的距离，利用铲斗提梁销到起重臂跟脚销的距离、铲斗提梁销和起重臂跟脚销之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的夹角、实时获取的参数实时计算提升钢丝绳与起重臂的夹角，包括：以顶部滑轮半径近似代替顶部滑轮中心到延长线交点的距离，确定起重臂跟脚销到延长线交点的第一距离近似值，根据起重臂跟脚销到延长线交点的第一距离近似值、铲斗提梁销到起重臂跟脚销的距离、铲斗提梁销和起重臂跟脚销之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的夹角，利用三角形余弦定理计算铲斗提梁销到延长线交点的第一距离近似值；
根据铲斗提梁销到起重臂跟脚销的距离、铲斗提梁销到延长线交点的第一距离近似值、铲斗提梁销和起重臂跟脚销之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的夹角，利用三角形正弦定理计算铲斗提梁销和延长线交点之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的第一夹角近似值；根据铲斗提梁销和延长线交点之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的第一夹角近似值、顶部滑轮半径，利用三角形正弦函数计算顶部滑轮中心到延长线交点的距离近似值；根据顶部滑轮中心到延长线交点的距离近似值，确定起重臂跟脚销到延长线交点的第二距离近似值，根据起重臂跟脚销到延长线交点的第二距离近似值、铲斗提梁销到起重臂跟脚销的距离、铲斗提梁销和起重臂跟脚销之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的夹角，利用三角形余弦定理计算铲斗提梁销到延长线交点的第二距离近似值；根据铲斗提梁销到起重臂跟脚销的距离、铲斗提梁销到延长线交点的第二距离近似值、铲斗提梁销和起重臂跟脚销之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的夹角，利用三角形正弦定理计算铲斗提梁销和延长线交点之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的第二夹角近似值作为提升钢丝绳与起重臂的夹角。
[0014]在一些可能的实现方式中，利用以下公式实时计算提升力与推压力的夹角；其中，表示提升力与推压力的夹角，表示起重臂与水平方向的夹角， 表示斗杆与水平方向的夹角，表示提升钢丝绳与起重臂的夹角。
[0015]在一些可能的实现方式中，推压力、提升力和挖掘阻力的平衡关系为：其中，表示斗杆的推压力， 表示提升钢丝绳的提升力， 表示铲斗的切向挖掘阻力，表示铲斗的法向挖掘阻力，表示斗杆与铲斗斗齿切向的夹角。
[0016]本专利技术技术方案的主要优点如下：本专利技术的挖掘机挖掘阻力测量方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机挖掘阻力测量方法，其特征在于，包括：以起重臂跟脚销所在位置为原点，水平方向和竖直方向中一个为X轴，另一个为Y轴，建立坐标系；以斗杆处于水平状态下的某个位置为初始位置，确定初始位置下铲斗提梁销与推压轴沿斗杆方向的距离；在挖掘机工作时，实时获取斗杆的推压力、提升钢丝绳的提升力、斗杆与水平方向的夹角、斗杆相对初始位置的推压行程，以起重臂跟脚销所在位置、铲斗提梁销所在位置、以及第一连线和第二连线的延长线交点构建三角形，基于构建的三角形，以顶部滑轮半径近似代替顶部滑轮中心到延长线交点的距离，利用实时获取的参数实时计算推压力与提升力的夹角，在铲斗斗齿的齿尖位置分别沿斗齿切向和斗齿法向建立推压力、提升力和挖掘阻力的平衡关系，计算铲斗的切向挖掘阻力和法向挖掘阻力，根据切向挖掘阻力和法向挖掘阻力计算挖掘阻力，其中，第一连线表示铲斗提梁销所在位置和提升钢丝绳在顶部滑轮上的切点之间的连线，第二连线表示起重臂跟脚销所在位置和顶部滑轮中心之间的连线。2.根据权利要求1所述的挖掘机挖掘阻力测量方法，其特征在于，斗杆在水平状态下的位置通过安装在A型架上的测距仪进行测量。3.根据权利要求1所述的挖掘机挖掘阻力测量方法，其特征在于，斗杆与水平方向的夹角通过安装在鞍座上的倾角传感器进行测量。4.根据权利要求1所述的挖掘机挖掘阻力测量方法，其特征在于，斗杆的推压力利用以下方式获取：在推压轴上安装扭矩传感器，根据扭矩传感器检测到的扭矩，利用以下公式计算斗杆的推压力；其中，表示斗杆的推压力，表示扭矩，表示推压小齿轮分度圆半径。5.根据权利要求1所述的挖掘机挖掘阻力测量方法，其特征在于，提升钢丝绳的提升力通过安装在顶部滑轮上的力传感器进行测量。6.根据权利要求1所述的挖掘机挖掘阻力测量方法，其特征在于，斗杆相对初始位置的推压行程利用以下方式获取：在推压轴上安装旋转编码器，根据旋转编码器输出的脉冲数，利用以下公式计算斗杆相对初始位置的推压行程；其中，表示斗杆相对初始位置的推压行程，表示斗杆从初始位置移动至当前位置时推压编码器输出的脉冲数，表示旋转编码器旋转一圈对应的脉冲数，表示推压小齿轮转动一圈对应的推压行程。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的挖掘机挖掘阻力测量方法，其特征在于，所述以起重臂跟脚销所在位置、铲斗提梁销所在位置、以及第一连线和第二连线的延长线交点构建
三角形，基于构建的三角形，以顶部滑轮半径近似代替顶部滑轮中心到延长线交点的距离，利用实时获取的参数实时计算推压力与提升力的夹角，包括：利用实时获取的参数实时计算铲斗提梁销到起重臂跟脚销的距离、铲斗提梁销和起重臂跟脚销之间的连线与起重臂跟脚销和延长线交点之间的连线的夹角；以起重臂跟脚销所在位置、铲斗提梁销所在位置、以及延长线交点构建三角形，基于构建的三角形，以顶部滑轮半径近似代替...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺建平，史智杰，赵腾云，郭云飞，毛瑞，
申请(专利权)人：太原重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：