一种挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统及预警方法技术方案

本发明专利技术公开了一种挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统及预警方法，涉及工程机械技术领域，包括铲斗装载量检测系统和自卸车总运载量智能预警系统；压力传感器用于检测F2，第一角度传感器用于检测θ，第二角度传感器用于检测θ3，第三角度传感器用于检测θ4，第四角度传感器用于检测θ2，统计分析模块计算实时铲斗装载量；第一处理模块用于累加每次铲斗工作的装载量以及清零；第二处理模块用于对比铲斗总装载量是否超过自卸车许用运载量；若铲斗总装载量超过自卸车许用运载量，则通过声光报警装置对操作人员预警。本发明专利技术通过对铲斗的装载量进行精准检测、统计分析和自卸车总运载量的智能预警，从而有效降低自卸车超载或载量不足的工程问题。的工程问题。的工程问题。

【技术实现步骤摘要】
一种挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统及预警方法


[0001]本专利技术涉及工程机械
，特别是涉及一种挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统及预警方法。

技术介绍

[0002]挖掘机在矿场、工地等区域工作时，由于工作环境特殊，导致无法获取铲斗所装载的物料重量，因此会出现运载物料的自卸车出现车辆超载或载量不足等问题，目前针对超载情况，自卸车只能采取就地卸载的方法来减轻所载的物料重量，这不仅会导致资源浪费，影响驾驶员操作时间，更对作业区域造成环境污染，不符合国家环保政策，而自卸车载量不足则会导致物料运输效率降低，间接导致输送成本增加。
[0003]挖掘机械是工程机械的一种主要类型，是土石方开挖的主要机械设备，包括有各种类型与功能的挖掘机。在我国大多数的工程建设都需要先把土方挖出。基建过程中，需要将土方挖出，将天然气等管道安装好再填埋，在这个过程中挖土和填埋均需要使用挖掘机完成，同样的在房地产建设和高速公路的修筑过程中也需要先将土方挖出，打牢地基才能保证工程的质量。综合来看，挖掘机在基建、交通筑路、房地产、矿业开采等领域几乎是必需的工程机械，使用范围较广。据统计，工程施工中约有60％以上的土石方量，系由挖掘机来完成。挖掘机械在工程机械发展中占有很大比重和重要的地位，统计表明，世界各种土方工程有65％～70％的土方量由液压挖掘机来完成。故无论从挖掘机强大的多功能适应性，还是在世界范围内的巨大发展潜力来看，挖掘机已成为工程机械中的标志性产品。经过多年的发展，挖掘机产品技术水平不断提高，现代社会的发展也对挖掘机节能、环保、智能、安全提出了更高的要求。随着高新技术特别是现代电子技术、计算机技术、自动控制技术、传感器技术和储能技术等的快速发展，使挖掘机在节能减排、智能施工、人机工程、可靠性等方面的研究逐渐成为工程领域重点。挖掘机在工作过程中如果不注意就会因为装填超载而超磅，如果将料渣直接堆放于磅秤的地方则会造成环境污染，那么为从根本上解决这个问题，就需要对每一次装料的重量进行控制，而作为挖掘机的主要装置料斗的精准装载就显得极为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统及预警方法，通过对铲斗的装载量进行精准检测、统计分析和自卸车总运载量的智能预警，从而有效降低自卸车超载或载量不足的工程问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供了一种挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统，包括铲斗装载量检测系统和自卸车总运载量智能预警系统；
[0007]所述铲斗装载量检测系统包括压力传感器、第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器和统计分析模块，所述统计分析模块分别与所述压力传感
器、所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述第三角度传感器和所述第四角度传感器电连接，所述压力传感器设置在摇杆上，所述压力传感器用于检测摇杆受到的力F2，所述第一角度传感器设置在油缸的推杆、摇杆与连杆铰接处，所述第一角度传感器用于检测油缸的推杆与竖直方向的夹角θ，所述第二角度传感器设置在摇杆上，所述第二角度传感器用于检测摇杆与水平方向的夹角θ3，所述第三角度传感器设置在连杆上，所述第三角度传感器用于检测连杆与水平方向的夹角θ4，所述第四角度传感器设置在铲斗上，所述第四角度传感器用于检测铲斗与水平方向的夹角θ2，所述统计分析模块根据所述压力传感器、所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述第三角度传感器和所述第四角度传感器检测的数据计算实时铲斗装载量；
[0008]所述自卸车总运载量智能预警系统包括数据采集模块、第一处理模块、第二处理模块和预警模块，所述数据采集模块与所述统计分析模块电连接，所述第一处理模块与所述数据采集模块电连接，所述第一处理模块用于累加每次铲斗工作的装载量以及清零；所述第二处理模块与所述第一处理模块电连接，所述第二处理模块用于对比铲斗总装载量是否超过自卸车许用运载量；所述预警模块与所述第二处理模块电连接，若铲斗总装载量超过自卸车许用运载量，则通过声光报警装置对操作人员预警。
[0009]优选地，油缸的推杆、摇杆与连杆铰接处的受力如下：
[0010]∑F
x
＝F
p
sinθ+F1cosθ4‑
F2cosθ3＝0
[0011]∑F
y
＝F1sinθ4+F2sinθ3‑
F
p
cosθ＝0
[0012]进而得到连杆受到的力F1如下：
[0013][0014]其中，F
p
为油缸的推杆的推力。
[0015]优选地，铲斗自身具有的角度为θ5，连杆与铲斗之间的角度θ1＝θ5+θ2‑
θ4。
[0016]优选地，根据斗杆与铲斗铰接点的力矩平衡得到：
[0017]∑M＝F'1a sinθ1‑
(G+G1)cosθ2b＝0
[0018]进而铲斗装载量的重力G如下：
[0019][0020]其中，G1为铲斗自身重力，斗杆与铲斗的铰接点为C，连杆与铲斗的铰接点为D，C与D之间的距离为a，铲斗和铲斗内的物料的重心为O，C与O之间的距离为b，F1＝F1＇。
[0021]本专利技术还提供了一种采用所述挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统的预警方法，统计分析模块计算出装载量后，将数据传给数据采集模块，第一处理模块对数据进行累加，第二处理模块中设置了许用运载量，在第一处理模块将累加所得值传入第二处理模块后，第二处理模块对累加所得值进行判定，若累加所得值超过许用运载量则将信号传给预警模块进行报警，若累加所得值未超过许用运载量则不进行报警。
[0022]优选地，所述第一处理模块将一次铲斗工作所得的装载量数据写入计数器，在下次铲斗工作开始计数时将计数器上一级的数据作为基础值进行累加，从而完成多次铲斗挖掘的装载量累加，同时一辆自卸车完成装载任务后，可以通过复位装置将计数器清零，进行
下一辆自卸车装载量的计数。
[0023]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0024]本专利技术能够实时计算铲斗中的装载量；对操作人员技术要求低，通过统计分析模块可计算出自卸车内物料的装载量，预警模块在超载时对操作人员发出预警信息；在自卸车总装载量超过许用装载量时，能够及时向操作人员发出预警信息，避免自卸车超载现象发生。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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他的附图。
[0026]图1为挖掘机部分结构简图；
[0027]图2为挖掘机铲斗受力分析图；
[0028]图3为采用本专利技术的挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统的预警方法流程图；
[0029]图中：1
‑
油缸；2...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统，其特征在于：包括铲斗装载量检测系统和自卸车总运载量智能预警系统；所述铲斗装载量检测系统包括压力传感器、第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器和统计分析模块，所述统计分析模块分别与所述压力传感器、所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述第三角度传感器和所述第四角度传感器电连接，所述压力传感器设置在摇杆上，所述压力传感器用于检测摇杆受到的力F2，所述第一角度传感器设置在油缸的推杆、摇杆与连杆铰接处，所述第一角度传感器用于检测油缸的推杆与竖直方向的夹角θ，所述第二角度传感器设置在摇杆上，所述第二角度传感器用于检测摇杆与水平方向的夹角θ3，所述第三角度传感器设置在连杆上，所述第三角度传感器用于检测连杆与水平方向的夹角θ4，所述第四角度传感器设置在铲斗上，所述第四角度传感器用于检测铲斗与水平方向的夹角θ2，所述统计分析模块根据所述压力传感器、所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述第三角度传感器和所述第四角度传感器检测的数据计算实时铲斗装载量；所述自卸车总运载量智能预警系统包括数据采集模块、第一处理模块、第二处理模块和预警模块，所述数据采集模块与所述统计分析模块电连接，所述第一处理模块与所述数据采集模块电连接，所述第一处理模块用于累加每次铲斗工作的装载量以及清零；所述第二处理模块与所述第一处理模块电连接，所述第二处理模块用于对比铲斗总装载量是否超过自卸车许用运载量；所述预警模块与所述第二处理模块电连接，若铲斗总装载量超过自卸车许用运载量，则通过声光报警装置对操作人员预警。2.根据权利要求1所述的挖掘机铲斗装载量检测与智能预警系统，其特征在于：油缸的推杆、摇杆与连杆铰接处的受力如下：∑F
x
＝F
p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文景，宾光富，汪志能，成浩，孙景龙，佘承其，徐元栋，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：