CN103645041A - 一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置，其包括将挖掘机工作行程划分为多个测试点，在多个测试点通过传感器检测与挖掘机的整机挖掘力相关的限制因素，并根据限制因素计算整机挖掘力，以形成挖掘云图，根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能。通过上述方式，本发明以可视化软件为基础提出了以挖掘云图的形式以及叠加方法对挖掘机的挖掘性能进行分析，并对主要挖掘区域挖掘力发挥是否合理进行判断，从而建立一套完整的测试数据分析评价体系。

Description

一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别是涉及一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置。

背景技术

挖掘机适于高强度作业，在建筑、采矿、农业、水利等领域发挥着极其重要的作用。挖掘机的挖掘性能是评价挖掘机性能优劣的关键指标，也对于挖掘机的设计和应用有着重要的指导意义。

现有技术中，大多只计算出挖掘机的铲斗挖掘力、斗杆挖掘力及其测试方法，少有对挖掘机的整个区域及主要区域的挖掘性能进行分析评判的方法。因此，需要提出一种能够更准确、全面反映挖掘性能的测试和评价方法，从而指导挖掘机设计。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置，以可视化软件为基础提出了以挖掘云图的形式以及叠加方法对挖掘机的挖掘性能进行分析，并对主要挖掘区域挖掘力发挥是否合理进行判断，从而建立一套完整的测试数据分析评价体系。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种挖掘机的挖掘性能测试方法，其特征在于，方法包括：将挖掘机工作行程划分为多个测试点；在多个测试点通过传感器检测与挖掘机的整机挖掘力相关的限制因素；根据限制因素计算整机挖掘力；根据整机挖掘力形成挖掘云图；根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能；其中，限制因素包括整机附着力限制因素、整机稳定性限制因素、动臂油缸闭锁压力限制因素、斗杆油缸闭锁压力限制因素、铲斗油缸闭锁压力限制因素、铲斗油缸主动发挥限制因素以及斗杆油缸主动发挥限制因素中的至少一种，且取多个限制因素决定的挖掘力的最小值为整机挖掘力。

其中，将挖掘机工作行程划分为多个测试点包括：分别将动臂油缸、斗杆油缸以及铲斗油缸的工作过程等分为多个测试点，其中，挖掘机工作行程的测试点数为三者测试点数量的乘积。

其中，传感器包括：第一拉线传感器，设置在挖掘机上，用于感知整机前倾或后仰；第二拉线传感器，设置在固定平台上，用于感知整机滑移；拉力传感器，设置在连接可调地锚与挖掘力测试工装的钢丝绳上，其中，挖掘力测试工装安装在挖掘机的斗齿座上；第一压力传感器，设置在铲斗油缸的油路上，用于测试铲斗油缸大腔压力；第二压力传感器，设置在斗杆油缸的油路上，用于测试斗杆油缸大腔压力；第三压力传感器，设置在动臂油缸的油路上，用于测试动臂油缸小腔压力；第四压力传感器，设置在动臂油缸的油路上，用于测试动臂油缸大腔压力；第五压力传感器，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力；第一倾角传感器，设置在挖掘力测试工装上，用于测试安装挖掘力测试工装的面与水平面的角度β；第二倾角传感器，设置在可调地锚连接钢丝绳的卸扣上，用于测试钢丝绳与水平面的角度γ；其中，铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线与钢丝绳的角度为角度α、角度β以及角度γ三者之和，角度α为挖掘力测试工装上安装第一倾角传感器（2）的面与铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线的角度。

其中，挖掘机为铲斗挖掘模式时，利用以下关系式得到整机挖掘力：F_ij(i,j)=min(F_Boomi,F_Armj,F_Bucket,F_wd,F_fz)，其中，F_ij(i,j)为整机挖掘力，i为动臂油缸长度，j为斗杆油缸长度，F_Boomi为动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_Armj为斗杆油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_Bucket为铲斗油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_wd为整机稳定性限制因素决定的挖掘力，F_fz为整机附着力限制因素决定的挖掘力；其中，每一限制因素决定的挖掘力为铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线与钢丝绳的角度的正弦值与限制因素决定的拉力值的乘积。

其中，挖掘机为斗杆挖掘模式时，利用以下关系式得到整机挖掘力：F_ij(i,j)=min(F_Boomi,F'_Armj,F'_Bucket,F_wd,F_fz)，其中，F_ij(i,j)为整机挖掘力，i为动臂油缸长度，j为斗杆油缸长度，F_Boomi为动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F'_Armj为斗杆油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，F'_Bucket为铲斗油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，F_wd为整机稳定性限制因素决定的挖掘力，F_fz为整机附着力限制因素决定的挖掘力；其中，每一限制因素决定的挖掘力为铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线与钢丝绳的角度的正弦值与限制因素决定的拉力值的乘积。

其中，根据整机挖掘力形成挖掘云图包括：将整机挖掘力输入可视化软件平台；根据整机挖掘力绘制挖掘云图，且根据整机挖掘力大小的渐变通过调用可视化编程软件绘图RGB函数以彩色或黑色渐变形式显现。

其中，根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能包括：寻找最大的整机挖掘力，其中，整机挖掘力包括整机铲斗最大挖掘力Fw1和整机斗杆最大挖掘力Fw2；获取挖掘力系数，挖掘力系数用于评判整机最大挖掘力是否合理以评价挖掘机的挖掘性能，其中，挖掘力系数包括铲斗最大挖掘力系数P1、斗杆最大挖掘力系数P2以及主要区域挖掘系数K，分别利用以下关系式得到：

$P1=\frac{\mathrm{Fw}1}{G},$

$P2=\frac{\mathrm{Fw}2}{\mathrm{Fw}1},$

其中，G为挖掘机整机重量，F_ave为主要挖掘区域的平均挖掘力，F_max为整个挖掘区域的最大挖掘力，S_主为主要挖掘区域的面积，S_全为整个挖掘区域的面积。

其中，应用区域叠加法和角度叠加法分析限定因素在不同区域所占的比例，以评价挖掘机工作装置更改前后挖掘性能的变化，其中区域叠加法为对挖掘云图的整个挖掘区域进行叠加，角度叠加为对挖掘云图在主要挖掘角度范围进行叠加。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种挖掘机的挖掘性能测试装置，包括：传感器，用于检测与挖掘机的整机挖掘力相关的限制因素；数据采集系统，与传感器连接，用于根据限制因素计算整机挖掘力；可视化软件平台，与数据采集系统连接，用于导入整机挖掘力，形成挖掘云图，并根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能。

其中，传感器包括：第一拉线传感器，设置在挖掘机上，用于感知整机前倾或后仰；第二拉线传感器，设置在固定平台上，用于感知整机滑移；拉力传感器，设置在连接可调地锚与挖掘力测试工装的钢丝绳上，其中，挖掘力测试工装安装在挖掘机的斗齿座上；第一压力传感器，设置在铲斗油缸的油路上，用于测试铲斗油缸大腔压力；第二压力传感器，设置在斗杆油缸的油路上，用于测试斗杆油缸大腔压力；第三压力传感器，设置在动臂油缸的油路上，用于测试动臂油缸小腔压力；第四压力传感器，设置在动臂油缸的油路上，用于测试动臂油缸大腔压力；第五压力传感器，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力；第一倾角传感器，设置在挖掘力测试工装上，用于测试安装挖掘力测试工装的面与水平面的角度β；第二倾角传感器，设置在可调地锚连接钢丝绳的卸扣上，用于测试钢丝绳与水平面的角度γ；其中，铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线与钢丝绳的角度为角度α、角度β以及角度γ三者之和，角度α为挖掘力测试工装上安装第一倾角传感器（2）的面与铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线的角度。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过将挖掘机工作行程划分为多个测试点，在多个测试点通过传感器检测与挖掘机的整机挖掘力相关的限制因素，并根据限制因素计算整机挖掘力，以形成挖掘云图，根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能，如此，以可视化软件为基础提出了以挖掘云图的形式以及叠加方法对挖掘机的挖掘性能进行分析，并对主要挖掘区域挖掘力发挥是否合理进行判断，从而建立一套完整的测试数据分析评价体系。

附图说明

图1是本发明第一实施例的挖掘机的挖掘性能测试装置的结构示意图；

图2是图1中的数据采集系统与传感器的连接示意图；

图3是图1中的传感器分布示意图；

图4是本发明第一实施例的挖掘机的挖掘性能测试方法的流程示意图;

图5是本发明第一实施例的形成挖掘机的挖掘云图的流程示意图；

图6是本发明第一实施例的挖掘机的铲斗挖掘云图示意图;

图7是本发明图6中的铲斗挖掘云图的主要挖掘区域示意图;

图8是本发明图6中的铲斗挖掘云图的主要挖掘区域分析示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3，本发明第一实施例的挖掘机的挖掘性能测试装置30包括传感器31、数据采集系统32以及可视化软件平台33。传感器31用于检测与挖掘机的整机挖掘力相关的限制因素。数据采集系统32与传感器31连接，用于根据相关的限制因素计算整机挖掘力。可视化软件平台33与数据采集系统32连接，用于导入整机挖掘力，形成挖掘云图，并根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能。

在本发明实施例中，如图2和图3所示，传感器31包括：第一拉线传感器4，设置在挖掘机20上，用于感知整机前倾或后仰。第二拉线传感器5，设置在固定平台28上，用于感知整机滑移。拉力传感器1，设置在连接可调地锚27与挖掘力测试工装14的钢丝绳12上。其中，挖掘力测试工装14安装在挖掘机20的斗齿座上。第一压力传感器7，设置在铲斗油缸26的油路上，用于测试铲斗油缸26大腔压力。第二压力传感器8，设置在斗杆油缸25的油路上，用于测试斗杆油缸25大腔压力。第三压力传感器9，设置在动臂油缸24的油路上，用于测试动臂油缸24小腔压力。第四压力传感器10，设置在动臂油缸24的油路上，用于测试动臂油缸24大腔压力。第五压力传感器11，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力。第一倾角传感器2，设置在挖掘力测试工装14上，用于测试安装挖掘力测试工装14的面与水平面的角度β。第二倾角传感器3，设置在可调地锚27连接钢丝绳12的卸扣上，用于测试钢丝绳12与水平面的角度γ。其中，铲斗23与斗杆22的铰点到测试位置的连线与钢丝绳12的角度为角度α、角度β以及角度γ三者之和，即为α+β+γ。角度α为挖掘力测试工装14上安装第一倾角传感器2的面与铲斗23与斗杆22的铰点到测试位置的连线的角度，该角度α在挖掘力测试工装14安装到铲斗23上以后就已经确定，在整个测试过程中是固定不变的。数据采集系统32连接所有的传感器，以获取所有的传感器检测到的相关的限制因素，并根据限制因素计算整机挖掘力。

在本发明实施例中，可视化软件平台33导入数据采集系统31计算的整机挖掘力，根据整机挖掘力形成挖掘云图，并评价挖掘机20的挖掘性能。具体地，寻找最大的整机挖掘力，并获取挖掘力系数，以评判整机最大挖掘力是否合理，以进一步评价挖掘机20的挖掘性能。其中，整机挖掘力包括整机铲斗最大挖掘力和整机斗杆最大挖掘力。挖掘力系数包括铲斗最大挖掘力系数、斗杆最大挖掘力系数以及主要区域挖掘系数。同时应用区域叠加法和角度叠加法分析限定因素在不同区域所占的比例，以评价挖掘机20工作装置更改前后挖掘性能的变化。其中，区域叠加法为对挖掘云图的整个区域进行叠加，角度叠加为对挖掘云图在主要挖掘角度范围进行叠加。如此，以可视化软件为基础提出了以挖掘云图的形式以及叠加方法对挖掘机20的挖掘性能进行分析，并对主要挖掘区域挖掘力发挥是否合理进行判断，从而建立一套完整的测试数据分析评价体系。

请参阅图4，图4是本发明第一实施例的挖掘机的挖掘性能测试方法的流程示意图。如图4所示，挖掘机20的挖掘性能测试方法包括：

S10：将挖掘机20工作行程划分为多个测试点。

在S10中，将动臂油缸24的工作过程等分为I1个测试点、将斗杆油缸的工作过程等分为I2个测试点，将铲斗油缸的工作过程等分为L1个测试点。其中，要保证I1和I2足够多以方便后续分析挖掘机20的挖掘性能，L1优选为11。挖掘机20的工作行程的测试点数为三者测试点数量的乘积，即形成I1*I2*L1个测试点。

S11：在多个测试点通过传感器31检测与挖掘机20的整机挖掘力相关的限制因素。

在S11中，传感器31包括：第一拉线传感器4，设置在挖掘机20上，用于感知整机前倾或后仰。第二拉线传感器5，设置在固定平台28上，用于感知整机滑移。拉力传感器1，设置在连接可调地锚27与挖掘力测试工装14的钢丝绳12上。其中，挖掘力测试工装14安装在挖掘机20的斗齿座上。第一压力传感器7，设置在铲斗油缸26的油路上，用于测试铲斗油缸26大腔压力。第二压力传感器8，设置在斗杆油缸25的油路上，用于测试斗杆油缸25大腔压力。第三压力传感器9，设置在动臂油缸24的油路上，用于测试动臂油缸24小腔压力。第四压力传感器10，设置在动臂油缸24的油路上，用于测试动臂油缸24大腔压力。第五压力传感器11，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力。第一倾角传感器2，设置在挖掘力测试工装14上，用于测试安装挖掘力测试工装14的面与水平面的角度β。第二倾角传感器3，设置在可调地锚27连接钢丝绳12的卸扣上，用于测试钢丝绳12与水平面的角度γ。其中，铲斗23与斗杆22的铰点到测试位置的连线与钢丝绳12的角度为角度α、角度β以及角度γ三者之和，即为α+β+γ。角度α为挖掘力测试工装14上安装第一倾角传感器2的面与铲斗23与斗杆22的铰点到测试位置的连线的角度，该角度α在挖掘力测试工装14安装在铲斗23上后就已经确定，在整个测试过程中是固定不变的。限制因素包括整机附着力限制因素、整机稳定性限制因素、动臂油缸闭锁压力限制因素F_Boomi、斗杆油缸闭锁压力限制因素F_Armj、铲斗油缸闭锁压力限制因素F_Bucket、铲斗油缸主动发挥限制因素F'_Bucket以及斗杆油缸主动发挥限制因素F'_Armj中的至少一种。

在本发明实施例中，每一限制因素决定的挖掘力为铲斗23与斗杆22的铰点到测试位置的连线与钢丝绳12的角度的正弦值与限制因素决定的拉力值的乘积。

进行挖掘测试时，在每个测试点，拉线传感器5的拉线13增大时，拉力传感器1测试的拉力值与sin（α+β+γ）的乘积为整机附着力限制因素决定的整机挖掘力F_fz。

拉线传感器4的拉线15增大或减小时，拉力传感器1测试的拉力值与sin（α+β+γ）的乘积为整机稳定性限制因素决定的挖掘力F_wd。

第三压力传感器9和第四压力传感器10的压力值超过动臂21过载溢流压力时，拉力传感器1的拉力值与sin（α+β+γ）的乘积为动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力F_Boomi。

第二压力传感器8的压力值超过斗杆22过载溢流压力时，拉力传感器1的拉力值与sin（α+β+γ）的乘积为斗杆油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力F_Armj。

第一压力传感器7的压力值超过铲斗23过载溢流压力时，拉力传感器1的拉力值与sin（α+β+γ）的乘积为铲斗油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力F_Bucket。

第五压力传感器11的压力值超过主溢流压力值时，如果挖掘机20为铲斗挖掘模式，则拉力传感器1的拉力值与sin（α+β+γ）的乘积为铲斗油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力F'_Bucket；如果挖掘机20为斗杆挖掘模式，则拉力传感器1的拉力值与sin（α+β+γ）的乘积为斗杆油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力F'_Armj。

S12：根据限制因素计算整机挖掘力。

在S12中，取多个限制因素决定的挖掘力的最小值为整机挖掘力。具体地，挖掘机20为铲斗挖掘模式时，斗杆油缸25和动臂油缸24要有足够的闭锁力，保证稳定性及足够的附着。因此，利用以下关系式得到整机挖掘力：

F_ij(i,j)=min(F_Boomi,F_Armj,F_Bucket,F_wd,F_fz)    （1）

其中，F_ij(i,j)为整机挖掘力，i为动臂油缸24长度，j为斗杆油缸25长度，F_Boomi为动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_Armj为斗杆油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_Bucket为铲斗油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_wd为整机稳定性限制因素决定的挖掘力，F_fz为整机附着力限制因素决定的挖掘力。

挖掘机20为斗杆挖掘模式时，铲斗油缸26和动臂油缸24要有足够的闭锁力，保证稳定性及足够的附着力。斗杆挖掘模式时的计算过程与铲斗挖掘模式时的计算过程一样，不同的是斗杆挖掘模式时，挖掘力方向为斗齿绕斗杆22与动臂21铰接点连线的切线方向。因此，利用以下关系式得到整机挖掘力：

F_ij(i,j)=min(F_Boomi,F'_Armj,F'_Bucket,F_wd,F_fz)    （₂）

其中，F_ij(i,j)为整机挖掘力，i为动臂油缸24长度，j为斗杆油缸25长度，F_Boomi为动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F'_Armj为斗杆油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，F'_Bucket为铲斗油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，F_wd为整机稳定性限制因素决定的挖掘力，F_fz为整机附着力限制因素决定的挖掘力。

S13：根据整机挖掘力形成挖掘云图。

前述挖掘测试有I1*I2*L1个测试点，因此，共测试了I1*I2*L1个整机挖掘力，将所有测试点的整机挖掘力输入可视化软件平台，可以得出斗杆正向挖掘、铲斗正向挖掘、斗杆侧向挖掘、铲斗侧向挖掘情况下的挖掘力分布，从而根据整机挖掘力绘制挖掘云图。如果有足够多的测试点，并将测试点放大，使得相邻测试点相连接，在此基础上应用彩色或黑色渐变来表示各测试点挖掘力的大小，即根据整机挖掘力大小的渐变通过调用可视化编程软件绘图RGB函数以彩色或黑色渐变形式显现，就可以形成连续过渡的彩色挖掘云图，优选地，形成由表示较大挖掘力的红色逐步过渡到表示较小挖掘力的蓝色的挖掘云图，或者形成黑色渐变的挖掘云图。如此，使挖掘力的分布情况简单明了，使挖掘机20的挖掘性能可以直观显现，进而对挖掘机的设计起到指导作用。

其中，通过可视化软件平台33绘制挖掘云图包括以下步骤：

S131：将测试系统数据导入可视化软件平台33，并输入挖掘机几何参数。

其中，测试系统数据即为I1*I2*L1个整机挖掘力的测试数据，挖掘机几何参数包括挖掘机角点位置及坐标。

S132：判断挖掘模式。如果挖掘机20为铲斗挖掘模式，则执行S133；如果挖掘机20为斗杆挖掘模式，则执行S136。

S133：通过倾角传感器角度换算铲斗挖掘力。

S134：铲斗挖掘所需区域是否完整。如果是，则执行S135；如果不完整，则返回S133。

S135：形成铲斗挖掘力数据库。

在S133至S135中，针对铲斗挖掘模式，确定挖掘机20的实际挖掘点，在测试过程中，可能会因为角度或位置的偏移等使得测试出来的数据不是实际的挖掘点，需要将这些测试数据去除。并保证选取的实际挖掘点能够组成完整的挖掘区域，从而形成铲斗挖掘力数据库。

S136：通过倾角传感器角度换算斗杆挖掘力。

S137：斗杆挖掘所需区域是否完整。如果是，则执行S138；如果不完整，则返回S136。

S138：形成斗杆挖掘力数据库。

在S136和S138中，针对斗杆挖掘模式，确定挖掘机20的实际挖掘点，并保证选取的实际挖掘点能够组成完整的挖掘区域，从而形成斗杆挖掘力数据库。

S139：调用绘图函数绘制挖掘云图。

在S139中，根据铲斗挖掘力数据库和斗杆挖掘数据库调用绘图函数分别绘制铲斗挖掘云图和斗杆挖掘云图。铲斗挖掘云图如图6所示，阴影区域为形成的整体区域挖掘云图40，不同坐标的挖掘力不相同。如整体区域挖掘云图40中的点401有最大的挖掘力180KN，点402有最小的挖掘力46KN。在本发明实施例中，挖掘力的大小可以用彩色或黑色渐变形式显现，不同颜色区域代表挖掘性能发挥的程度，即在不同位置显示不同的挖掘力大小。斗杆挖掘云图与铲斗挖掘云图类似，不再赘述。

进一步的，铲斗挖掘云图的主要挖掘区域如图7所示，阴影区域为形成的主要区域挖掘云图41，主要区域挖掘云图41中的点411有最大的挖掘力173KN，点412有最小的挖掘力46KN。如图8所示，铲斗挖掘云图的最大挖掘深度为H，其主要挖掘区域41为地面以下到3/4最大挖掘深度处，即3/4H处，导向轮前1m位置与地面成一定夹角，及3/4最大挖掘深度处与整体区域挖掘云图40边界的交点与地面成一定角度所围成的封闭区域。其中，导向轮前1m位置与地面成的夹角以及3/4最大挖掘深度处与整体区域挖掘云图40边界的交点与地面成的角度优选为80°。当然在本发明的其它实施例中，也可以是其它的角度值。

S14：根据挖掘云图评价挖掘机20的挖掘性能。

在S14中，首先寻找最大的整机挖掘力。整机挖掘力包括整机铲斗最大挖掘力Fw1和整机斗杆最大挖掘力Fw2。通过挖掘云图分析可以很快找到整机铲斗最大挖掘力Fw1和整机斗杆最大挖掘力Fw2以及对应的位置。根据最大的整机挖掘力获取挖掘力系数。挖掘力系数用于评判整机最大挖掘力是否合理以评价挖掘机的挖掘性能。其中，挖掘力系数包括铲斗最大挖掘力系数P1、斗杆最大挖掘力系数P2以及主要区域挖掘系数K，分别利用以下关系式得到：

$P1=\frac{\mathrm{Fw}1}{G},$

其中，G为挖掘机整机重量，整机铲斗最大挖掘力Fw1是通过铲斗挖掘云图寻找到的。铲斗最大挖掘力系数P1用于评判铲斗最大挖掘力是否合适。

$P2=\frac{\mathrm{Fw}2}{\mathrm{Fw}1},$

其中，整机斗杆最大挖掘力Fw2是通过斗杆挖掘云图寻找到的。斗杆最大挖掘力系数P2用于评判斗杆最大挖掘力是否合适。

其中，F_ave为主要挖掘区域的平均挖掘力，F_max为整个挖掘区域的最大挖掘力，S_主为主要挖掘区域的面积，S_全为整个挖掘区域的面积。主要区域挖掘系数K是通过分析挖掘力系数是否在规定的区间内来评判整机最大挖掘力是否合理。在本发明实施例中，在测试和计算挖掘力时，对工作装置的动臂油缸24、斗杆油缸25以及铲斗油缸26进行了等分处理，因此，

可通过挖掘云图中各区域的数据个数求得，其余参数可直接通过挖掘云图得出。

在本发明实施例中，当挖掘机20在挖掘作业时，在主要挖掘区域41挖掘力发挥值越大，并且在主要挖掘区域41所形成的面积最大时，主要区域挖掘系数K值越大，即挖掘性能越好。主要挖掘区域41内的平均挖掘力系数Kf通过以下公式得到：

以上对挖掘区域以及挖掘力大小的空间分布区域进行了分析，通过计算主要挖掘区域41挖掘力的平均值分析了挖掘机20挖掘力空间分布的合理性。在本发明实施例中，还需要对挖掘云图中不同区域挖掘力的限制因素按照公式1和公式2深入分析并进行二次处理，以统计影响挖掘力分布的各个限制因素在不同区域所占的比例。通过分析此比例的变化，能评价出挖掘机工作装置更改前后的挖掘性能变化。

在本发明实施例中，应用区域叠加法和角度叠加法分析限定因素在不同区域所占的比例，以评价挖掘机工作装置更改前后挖掘性能的变化。通过分析各限定因素在不同区域所占的比例，也可以评判主要挖掘区域41挖掘力量是否发挥出来，以及主要挖掘区域41是否充足，加上前面对挖掘力的分析，从而建立一套完整的测试数据分析评价体系。

其中，区域叠加法为对挖掘云图的整个区域进40行叠加。具体地，可以将各油缸作用力的发挥情况，稳定性限制情况，以及挖掘机工作尺寸范围等信息直观地反映在云图上，同时可以精确地统计整体区域挖掘云图40及主要区域挖掘云图41上的挖掘力大小和各限制因素的比例情况，然后运用叠加法评价标准，可以方便快捷的对挖掘机20的挖掘能力和性能进行客观、准确地评价。

角度叠加为对挖掘云图在主要挖掘角度范围进行叠加。具体地，可以对整体区域挖掘云图40和主要区域挖掘云图41内的主要挖掘角度范围的挖掘云图进行叠加分析。优选的，斗杆挖掘时，铲斗与斗杆夹角α=140°～190°，铲斗挖掘时，铲斗与斗杆夹角α=120°～185°。将各油缸作用力的发挥情况，其他因素的限制情况，挖掘机工作尺寸范围等信息直观地反映在挖掘云图上，同时将挖掘云图分析结果进行统计评价，给出评价方法。应用区域叠加法和角度叠加法后各限制因素比例如表1。

表1叠加后各限制因素比例

其中，K1+K2+K3+K4+K5=100。例如，如果挖掘云图中实际挖掘点为200，其中斗杆挖掘限制的挖掘点个数为40，则斗杆挖掘限制比例为

即K2=20。在本发明实施例中，铲斗挖掘时，K2为斗杆限制比例，表示斗杆油缸闭锁压力限制因素比例，K3为铲斗挖掘比例，表示铲斗油缸主动发挥限制因素比例。斗杆挖掘时，K2为斗杆挖掘比例，表示斗杆油缸主动发挥限制因素比例，K3为铲斗限制比例，表示铲斗油缸闭锁压力限制因素比例。通过监控K1、K2、K3、K4、K5的变化，便能对挖掘机20的挖掘性能进行评估，能够评判主要挖掘区域41挖掘力的发挥情况以及主要挖掘区域41是否合适。

综上所述，本发明通过将挖掘机20工作行程划分为多个测试点，在多个测试点通过传感器检测与挖掘机20的整机挖掘力相关的限制因素，并根据限制因素计算整机挖掘力，以形成挖掘云图，根据挖掘云图评价挖掘机20的挖掘性能，如此，以可视化软件为基础提出了以挖掘云图的形式以及叠加方法对挖掘机20的挖掘性能进行分析，并对主要挖掘区域41挖掘力发挥是否合理进行判断，从而建立一套完整的测试数据分析评价体系。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种挖掘机的挖掘性能测试方法，其特征在于，所述方法包括：

将所述挖掘机(20)工作行程划分为多个测试点；

在所述多个测试点通过传感器(31)检测与所述挖掘机(20)的整机挖掘力相关的限制因素；

根据所述限制因素计算所述整机挖掘力(F_ij(i,j))；

根据所述整机挖掘力形成挖掘云图；

根据所述挖掘云图评价所述挖掘机(20)的挖掘性能；

其中，所述限制因素包括整机附着力限制因素(F_fz)、整机稳定性限制因素(F_wd)、动臂油缸闭锁压力限制因素(F_Boomi)、斗杆油缸闭锁压力限制因素(F_Armj)、铲斗油缸闭锁压力限制因素(F_Bucket)、铲斗油缸主动发挥限制因素(F'_Bucket)以及斗杆油缸主动发挥限制因素(F'_Armj)中的至少一种，且取多个所述限制因素决定的挖掘力的最小值为所述整机挖掘力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述挖掘机工作行程划分为多个测试点包括：分别将动臂油缸(24)、斗杆油缸(25)以及铲斗油缸(26)的工作过程等分为多个测试点，其中，所述挖掘机(20)工作行程的测试点数为三者测试点数量的乘积。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器(31)包括：

第一拉线传感器(4)，设置在所述挖掘机(20)上，用于感知整机前倾或后仰；

第二拉线传感器(5)，设置在固定平台(28)上，用于感知整机滑移；

拉力传感器(1)，设置在连接可调地锚(27)与挖掘力测试工装(14)的钢丝绳(12)上，其中，所述挖掘力测试工装(14)安装在所述挖掘机(10)的斗齿座上；

第一压力传感器(7)，设置在铲斗油缸(26)的油路上，用于测试所述铲斗油缸(26)大腔压力；

第二压力传感器(8)，设置在斗杆油缸(25)的油路上，用于测试所述斗杆油缸(25)大腔压力；

第三压力传感器(9)，设置在动臂油缸(24)的油路上，用于测试所述动臂油缸(24)小腔压力；

第四压力传感器(10)，设置在所述动臂油缸(24)的油路上，用于测试所述动臂油缸(24)大腔压力；

第五压力传感器(11)，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力；

第一倾角传感器(2)，设置在所述挖掘力测试工装(14)上，用于测试安装所述挖掘力测试工装(14)的面与水平面的角度β；

第二倾角传感器(3)，设置在所述可调地锚(27)连接钢丝绳(12)的卸扣上，用于测试所述钢丝绳(12)与水平面的角度γ；

其中，所述铲斗(23)与所述斗杆(22)的铰点到所述测试位置的连线与所述钢丝绳(12)的角度为角度α、角度β以及角度γ三者之和，角度α为挖掘力测试工装（14）上安装所述第一倾角传感器（2）的面与铲斗（23）与斗杆（22）的铰点到测试位置的连线的角度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述挖掘机(20)为铲斗挖掘模式时，利用以下关系式得到所述整机挖掘力：

F_ij(i,j)=min(F_Boomi,F_Armj,F_Bucket,F_wd,F_fz)

其中，F_ij(i,j)为所述整机挖掘力，i为动臂油缸(24)长度，j为斗杆油缸(25)长度，F_Boomi为所述动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_Armj为所述斗杆油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_Bucket为所述铲斗油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F_wd为所述整机稳定性限制因素决定的挖掘力，F_fz为所述整机附着力限制因素决定的挖掘力；

其中，每一所述限制因素决定的挖掘力为所述铲斗(23)与所述斗杆(22)的铰点到所述测试位置的连线与所述钢丝绳(12)的角度的正弦值与所述限制因素决定的拉力值的乘积。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述挖掘机(20)为斗杆挖掘模式时，利用以下关系式得到所述整机挖掘力：

F_ij(i,j)=min(F_Boomi,F'_Armj,F'_Bucket,F_wd,F_fz)

其中，F_ij(i,j)为所述整机挖掘力，i为动臂油缸(24)长度，j为斗杆油缸(25)长度，F_Boomi为所述动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F'_Armj为所述斗杆油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，F'_Bucket为所述铲斗油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，F_wd为所述整机稳定性限制因素决定的挖掘力，F_fz为所述整机附着力限制因素决定的挖掘力；

其中，每一所述限制因素决定的挖掘力为所述铲斗(23)与所述斗杆(22)的铰点到所述测试位置的连线与所述钢丝绳(12)的角度的正弦值与所述限制因素决定的拉力值的乘积。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述根据所述整机挖掘力形成挖掘云图包括：

将所述整机挖掘力输入可视化软件平台(33)；

根据所述整机挖掘力绘制所述挖掘云图，且根据所述整机挖掘力大小的渐变通过调用可视化编程软件绘图RGB函数以彩色或黑色渐变形式显现。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述挖掘云图评价所述挖掘机(20)的挖掘性能包括：

寻找最大的所述整机挖掘力，其中，所述整机挖掘力包括整机铲斗最大挖掘力Fw1和整机斗杆最大挖掘力Fw2；

获取挖掘力系数，所述挖掘力系数用于评判所述整机最大挖掘力是否合理以评价所述挖掘机的挖掘性能，其中，所述挖掘力系数包括铲斗最大挖掘力系数P1、斗杆最大挖掘力系数P2以及主要区域挖掘系数K，分别利用以下关系式得到：

$P1=\frac{\mathrm{Fw}1}{G},$

$P2=\frac{\mathrm{Fw}2}{\mathrm{Fw}1},$

其中，G为挖掘机(20)整机重量，F_ave为主要挖掘区域（41）的平均挖掘力，F_max为整个挖掘区域（40）的最大挖掘力，S_主为主要挖掘区域（41）的面积，S_全为整个挖掘区域（40）的面积。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，应用区域叠加法和角度叠加法分析限定因素在不同区域所占的比例，以评价所述挖掘机(20)工作装置更改前后挖掘性能的变化，其中所述区域叠加法为对所述挖掘云图的整个挖掘区域（40）进行叠加，所述角度叠加为对所述挖掘云图在主要挖掘角度范围进行叠加。

9.一种挖掘机的挖掘性能测试装置，其特征在于，所述装置包括：

传感器(31)，用于检测与所述挖掘机(20)的整机挖掘力相关的限制因素；

数据采集系统(32)，与所述传感器(31)连接，用于根据所述限制因素计算所述整机挖掘力；

可视化软件平台(33)，与所述数据采集系统(32)连接，用于导入所述整机挖掘力，形成挖掘云图，并根据所述挖掘云图评价所述挖掘机（20）的挖掘性能。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述传感器31包括：

第一拉线传感器(4)，设置在所述挖掘机(20)上，用于感知整机前倾或后仰；

第二拉线传感器(5)，设置在固定平台(28)上，用于感知整机滑移；

拉力传感器(1)，设置在连接可调地锚(27)与挖掘力测试工装(14)的钢丝绳(12)上，其中，所述挖掘力测试工装(14)安装在所述挖掘机(20)的斗齿座上；

第一压力传感器(7)，设置在铲斗油缸(26)的油路上，用于测试所述铲斗油缸(26)大腔压力；

第二压力传感器(8)，设置在斗杆油缸(25)的油路上，用于测试所述斗杆油缸(25)大腔压力；

第三压力传感器(9)，设置在动臂油缸(24)的油路上，用于测试所述动臂油缸(24)小腔压力；

第四压力传感器(10)，设置在所述动臂油缸(24)的油路上，用于测试所述动臂油缸(24)大腔压力；

第五压力传感器(11)，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力；

第一倾角传感器(2)，设置在所述挖掘力测试工装(14)上，用于测试安装所述挖掘力测试工装(14)的面与水平面的角度β；

第二倾角传感器(3)，设置在所述可调地锚(27)连接钢丝绳(12)的卸扣上，用于测试所述钢丝绳(12)与水平面的角度γ；

其中，所述铲斗(23)与所述斗杆(22)的铰点到测试位置的连线与所述钢丝绳(12)的角度为角度α、角度β以及角度γ三者之和，角度α为挖掘力测试工装（14）上安装所述第一倾角传感器（2）的面与铲斗（23）与斗杆（22）的铰点到测试位置的连线的角度。

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