CN105973510B - 装载机铲斗受力测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种装载机铲斗受力测试方法，装载机的连杆的一端与摇臂铰接，连杆的另一端通过一个转轴铰接铲斗；动臂与铲斗铰接，铰点为E；所述装载机铲斗受力测试方法具体包括以下步骤：1)、测量铲斗与动臂的铰点E处的作用力FE；2)、测量连杆的作用力FC；3)计算获得装载机铲斗受力F：通过合成铲斗与动臂的铰点E处的作用力FE与连杆的作用力FC获得装载机铲斗受力F。本发明不需要设计专门的销轴传感器，且对铲斗不需要改动，实现起来较为容易。

Description

装载机铲斗受力测试方法
技术领域
本发明涉及装载机铲斗受力测试领域，特别涉及一种装载机铲斗受力测试方法。
背景技术
装载机是土石方机械中应用广泛的机种之一。装载机工作时，铲斗所受到载荷的特性对装载机的研发非常重要。现有的专利文件如“装载机铲斗受力测试装置”，“专利号：ZL 2015 2 0539630.6”的中国专利，阐述的测试方法是通过设计销轴传感器代替原来连接铲斗和动臂的铰销来直接测量铲斗和动臂铰接处所受作用力。这种测量方法由于传感器直接和铲斗接触且传感器是专门设计的，故测量结果比较精确，但也有明显的缺点，如需要设计专门的销轴传感器，且对铲斗的改动量较大，实现起来较为困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装载机铲斗受力测试方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
装载机铲斗受力测试方法，装载机的连杆的一端与摇臂铰接，连杆的另一端通过一个转轴铰接铲斗；动臂与铲斗铰接，铰点为E；所述装载机铲斗受力测试方法具体包括以下步骤：
1)、测量铲斗与动臂的铰点E处铲斗纵断面的作用力FE
在装载机动臂前段且动臂的上下表面的投影为直线的部分，作这段动臂上下表面的角平分线D，再作动臂的横截面A和横截面B，横截面A和横截面B垂直于角平分线D，以动臂与铲斗铰接处E为坐标原点，以平行于角平分线D的方向为x轴，过原点E且垂直于x轴的方向为y轴，建立平面直角坐标系；
将动臂上原点E处的铰销所受的径向力分解为沿x方向的分力FEx和沿y方向的分力FEy；FEx与D平行且到D的距离为c，FEy与D垂直，FEy到横截面A的距离为a，横截面A与横截面B之间的距离为b；
沿x方向的分力FEx和沿y方向的分力FEy通过下式计算获得：
其中，MA为A断面动臂的弯矩，MB为B断面动臂的弯矩；
通过合成沿x方向的分力FEx和沿y方向的分力FEy获得作用力FE；
2)、测量连杆的作用力FC
3)计算获得装载机铲斗在纵断面的受力F
通过合成铲斗与动臂的铰点E处在铲斗纵断面的作用力FE与连杆的作用力FC获得装载机铲斗在纵断面的受力F；
4)测量铲斗与动臂的铰点E处垂直于铲斗纵断面的侧向力Fz。
进一步的，步骤2)中通过在连杆(3)上设置力传感器测量获得作用力FC。
进一步的，A断面动臂的弯矩MA通过以下方法测试获得：在横截面A和动臂上表面的交线处粘贴电阻应变片R1和R2，R1和R2关于动臂的对称面E对称，粘贴方向与对称面E平行；在横截面A和动臂下表面的交线处粘贴电阻应变片R3和R4，R3和R4的粘贴方向与R1和R2的粘贴方向相同，且R3和R4位于R1和R2的正下方；电阻应变片R1、R2、R3、R4组成第一电桥；通过第一电桥测得横截面A上的弯矩MA。
进一步的，B断面动臂的弯矩MB通过以下方法测试获得：在横截面B和动臂上表面的交线处粘贴电阻应变片R5和R6，R5和R6关于动臂的对称面E对称，粘贴方向与对称面E平行；在横截面B和动臂下表面的交线处粘贴电阻应变片R7和R8，R7和R8的粘贴方向与R5和R6的粘贴方向相同，且R7和R8位于R5和R6的正下方；电阻应变片R5、R6、R7、R8组成第二电桥；通过第二电桥测得横截面B上的弯矩MB。
进一步的，铲斗与动臂铰点E处的侧向力Fz通过以下方法测试获得：在横截面A与动臂侧表面的交线位置粘贴电阻应变片R9、R10，R9和R10关于角平分线D对称，粘贴方向和角平分线D的方向平行；在横截面A与动臂另一侧表面的交线相应位置粘贴电阻应变片R11和R12，R11、R12粘贴方向与R9、R10的粘贴方向相同；电阻应变片R9、R10、R11、R12组成第三电桥；通过第三电桥测得铲斗与动臂铰点E处的侧向力Fz。
进一步的，装载机有左右两个动臂，重复步骤1)和步骤4)对左右两个动臂同时进行测量；左动臂测得的沿x方向的分力和沿y方向的分力分别为FExl、FEyl，侧向力为Fzl；右动臂测得的沿x方向的分力和沿y方向的分力分别为为FExr、FEyr，侧向力为Fzr；
FEx＝FExl+FExr (3)
FEy＝FEyl+FEyr (4)
Fz＝Fzl+Fzr (5)
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：现有铲斗与动臂铰接处受力测试方法，需设计专门的销轴传感器，虽测量结果比较精确，但有明显的缺点，如需要设计专门的销轴传感器且需要较大幅度地改动铲斗耳板以便于安装销轴传感器，实施起来费时费力。本发明是在动臂的适当位置上粘贴电阻应变片，把动臂本身当作传感器，通过工作过程中动臂产生的变形来测量铲斗施加给动臂的作用力，这种测量方法简单易行，不需要对装载机现有工作装置结构做改动，且能保证测量的结果达到所需的精度。
附图说明
图1是本发明装载机铲斗受力测试总体测试方案图；
图2是动臂铰销处所受侧向力测量贴片示意图；
图3是动臂铰销处所受径向力测量贴片示意图；
图4(a)是动臂截面A处应变片组桥电路示意图；
图4(b)是动臂截面B处应变片组桥电路示意图；
图5是动臂侧向力测量应变片组桥电路示意图。
图中：1为铲斗、2为动臂，3为连杆、4为摇臂、Ui为供桥电压、Uo为输出电压、R1～R12为电阻应变片。
具体实施方式
一、测试原理
请参阅图1所示，装载机的连杆3的一端与摇臂4铰接，连杆3的另一端通过一个转轴铰接铲斗1。动臂2与铲斗1铰接，铰点为E。
从图1可以看出，装载机工作时，铲斗1在如图1所示纵断面的受力F与铲斗1和动臂2的铰点E处在铲斗纵断面的作用力FE、连杆3的作用力FC相平衡。如果测量出FE、FC两力，就可以计算出铲斗1在图1所示平面的受力F。
连杆3为二力杆，在连杆3上可以容易地设置传感器测出连杆3的受力FC。
二、FE的测量方法
请参阅图1所示，在装载机动臂2前段且动臂2的上下表面的投影为直线的部分，作这段动臂上下表面的角平分线D，再作动臂的横截面A和横截面B，要求横截面A和横截面B垂直于角平分线D，以动臂2与铲斗1铰接处E为坐标原点，以平行于角平分线D的方向(如图1和图2)为x轴，过原点E且垂直于x轴的方向为y轴，建立平面直角坐标系。
如图1和图2所示，将动臂2上原点E处的铰销所受的径向力分解为沿x方向的分力FEx和沿y方向的分力FEy。可知，FEx与D平行且到D的距离为c，FEy与D垂直，FEy到横截面A的距离为a，横截面A与横截面B之间的距离为b。
设A断面动臂的弯矩为MA，设B断面动臂的弯矩为MB，由力学原理可知：
在(1)、(2)两式中，a、b、c均为设计参数，已知；所以，只要设法测出MA、MB，就可以根据以上两式求得FEx、FEy。
如图3所示(图3为图2的俯视图)，在横截面A和动臂2上表面的交线处粘贴电阻应变片R1和R2，R1和R2关于动臂2的对称面E对称，粘贴方向与对称面E平行。在横截面A和动臂2下表面的交线处粘贴电阻应变片R3和R4，R3和R4的粘贴方向与R1和R2的粘贴方向相同，且R3和R4位于R1和R2的正下方。应变片R1、R2、R3、R4组成第一电桥如图4(a)，图4(a)所示电桥的输出信号正比于横截面A上的弯矩MA。
如图3所示，在横截面B和动臂2上表面的交线处粘贴应变片R5和R6，R5和R6关于动臂2的对称面E对称，粘贴方向与对称面E平行。在横截面B和动臂2下表面的交线处粘贴应变片R7和R8，R7和R8的粘贴方向与R5和R6的粘贴方向相同，且R7和R8位于R5和R6的正下方。应变片R5、R6、R7、R8组成第二电桥如图4(b)，图4(b)所示电桥的输出信号正比于横截面B上的弯矩MB。
利用图4(a)和图4(b)所示电桥测得的MA、MB数值，通过式(1)、式(2)换算可以得出动臂2原点E处的x向分力FEx和y向分力FEy。
三、侧向力Fz的测量
在装载机的铲斗E点，除了承受有图1所示的力FEx和力FEy以外，还存在有侧向力Fz，如图3所示，Fz与FEx垂直，Fz也与FEy垂直。
如图2所示，在横截面A与动臂2侧表面的交线位置粘贴电阻应变片R9、R10，R9和R10关于角平分线D对称，电阻应变片粘贴方向和角平分线D的方向平行。在横截面A与动臂2另一侧表面的交线相应位置粘贴电阻应变片R11和R12，电阻应变片的粘贴方向也与角平分线D平行。电阻应变片R9、R10、R11、R12组成第三电桥如图5所示，图5所示电桥的输出信号正比于动臂2原点E处的侧向力Fz。
实际上，装载机有左右两个动臂，在实际检测时，应该对左右两个动臂同时进行测量。设按上述方法由左动臂测得的数值分别为FExl、FEyl、Fzl，由右动臂测得的数值分别为FExr、FEyr、Fzr。按以下各式计算FEx、FEy和Fz。
FEx＝FExl+FExr (3)
FEy＝FEyl+FEyr (4)
Fz＝Fzl+Fzr (5)
本发明中，在连杆3上设置力传感器就能够测量获得作用力FC；通过合成铲斗与动臂的铰点E处的作用力FE与连杆的作用力FC获得装载机铲斗在纵断面的受力F。

Claims (6)

1.装载机铲斗受力测试方法，所述装载机的连杆(3)的一端与摇臂(4)铰接，连杆(3)的另一端通过一个转轴铰接铲斗(1)；动臂(2)与铲斗(1)铰接，铰点为E；其特征在于，所述装载机铲斗受力测试方法具体包括以下步骤：
1)、测量铲斗与动臂的铰点E处铲斗纵断面的作用力FE
在装载机动臂前段且动臂的上下表面的投影为直线的部分，作这段动臂上下表面的角平分线D，再作动臂的横截面A和横截面B，横截面A和横截面B垂直于角平分线D，以动臂与铲斗铰接处E为坐标原点，以平行于角平分线D的方向为x轴，过原点E且垂直于x轴的方向为y轴，建立平面直角坐标系；
将动臂上原点E处的铰销所受的径向力分解为沿x方向的分力FEx和沿y方向的分力FEy；FEx与D平行且到D的距离为c，FEy与D垂直，FEy到横截面A的距离为a，横截面A与横截面B之间的距离为b；
沿x方向的分力FEx和沿y方向的分力FEy通过下式计算获得：
其中，MA为横截面A动臂的弯矩，MB为横截面B动臂的弯矩；
通过合成沿x方向的分力FEx和沿y方向的分力FEy获得作用力FE；
2)、测量连杆(3)的作用力FC
3)计算获得装载机铲斗在纵断面的受力F
通过合成铲斗与动臂的铰点E处在铲斗纵断面的作用力FE与连杆(3)的作用力FC获得装载机铲斗在纵断面的受力F；
4)测量铲斗与动臂的铰点E处垂直于铲斗纵断面的侧向力Fz。
2.根据权利要求1所述的装载机铲斗受力测试方法，其特征在于，步骤2)中通过在连杆(3)上设置力传感器测量获得作用力FC。
3.根据权利要求1所述的装载机铲斗受力测试方法，其特征在于，A断面动臂的弯矩MA通过以下方法测试获得：
在横截面A和动臂(2)上表面的交线处粘贴电阻应变片R1和R2，R1和R2关于动臂(2)的对称面E对称，粘贴方向与对称面E平行；在横截面A和动臂(2)下表面的交线处粘贴电阻应变片R3和R4，R3和R4的粘贴方向与R1和R2的粘贴方向相同，且R3和R4位于R1和R2的正下方；电阻应变片R1、R2、R3、R4组成第一电桥；通过第一电桥测得横截面A上的弯矩MA。
4.根据权利要求1所述的装载机铲斗受力测试方法，其特征在于，B断面动臂的弯矩MB通过以下方法测试获得：
在横截面B和动臂(2)上表面的交线处粘贴电阻应变片R5和R6，R5和R6关于动臂(2)的对称面E对称，粘贴方向与对称面E平行；在横截面B和动臂(2)下表面的交线处粘贴电阻应变片R7和R8，R7和R8的粘贴方向与R5和R6的粘贴方向相同，且R7和R8位于R5和R6的正下方；电阻应变片R5、R6、R7、R8组成第二电桥；通过第二电桥测得横截面B上的弯矩MB。
5.根据权利要求1所述的装载机铲斗受力测试方法，其特征在于，铲斗与动臂铰点E处的侧向力Fz通过以下方法测试获得：
在横截面A与动臂(2)侧表面的交线位置粘贴电阻应变片R9、R10，R9和R10关于角平分线D对称，粘贴方向和角平分线D的方向平行；在横截面A与动臂(2)另一侧表面的交线相应位置粘贴电阻应变片R11和R12，R11、R12粘贴方向与R9、R10的粘贴方向相同；电阻应变片R9、R10、R11、R12组成第三电桥；通过第三电桥测得铲斗与动臂铰点E处的侧向力Fz。
6.根据权利要求1所述的装载机铲斗受力测试方法，其特征在于，装载机有左右两个动臂，重复步骤1)和步骤4)对左右两个动臂同时进行测量；左动臂测得的沿x方向的分力和沿y方向的分力分别为FExl、FEyl，侧向力为Fzl；右动臂测得的沿x方向的分力和沿y方向的分力分别为为FExr、FEyr，侧向力为Fzr；
FEx＝FExl+FExr (3)
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