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

装载机铲斗受力测试方法 Download PDF

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    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
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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
[0001] 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
[0002] 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
[0003] 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。
[0004] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0005] 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:
[0006] 1)、测量1产斗与动臂的铰点斗纵断面的作用力Fe
[0007] 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;
[0008] 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;
[0009]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:
Figure CN105973510BD00041
[0012] 其中,Ma为A断面动臂的弯矩,Mb为B断面动臂的弯矩;
[0013] 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;
[0014] 2)、测量连杆的作用力Fc
[0015] 3)计算获得装载机铲斗在纵断面的受力F
[0016] 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&获得 装载机铲斗在纵断面的受力F;
[0017] 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。
[0018] 进一步的,步骤2)中通过在连杆⑶上设置力传感器测量获得作用力Fc。
[0019] 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Ri和R2 ,RdPR2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RjPR2的 粘贴方向相同,且R3和R4位于Rl和R2的正下方;电阻应变片1?1、1?2、1?3、1?4组成第一电桥;通过第 一电桥测得横截面A上的弯矩Μα。
[0020] 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 ,RdPR6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,R?和R8的粘贴方向与RdPR6的 粘贴方向相同,且R·/和R8位于R5和R6的正下方;电阻应变片1?5、1?6、1?7、1?8组成第二电桥;通过第 二电桥测得横截面B上的弯矩Mb。
[0021] 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、R1Q,R9和R1Q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 Rl2,Rll、Rl2粘贴方向与R9、RlQ的粘贴方向相同;电阻应变片1?9、1?1()、1?11、1?12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。
[0022] 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FExi、FEyi,侧向力为Fzi;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;
[0023] FEx = FExi+FExr ⑶
[0024] FEy = FEyi+FEyr ⑷
[0025] Fz = Fzi+Fzr (5)
[0026] 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
[0027] 图1是本发明装载机铲斗受力测试总体测试方案图;
[0028] 图2是动臂铰销处所受侧向力测量贴片示意图;
[0029] 图3是动臂铰销处所受径向力测量贴片示意图;
[0030] 图4 (a)是动臂截面A处应变片组桥电路示意图;
[0031] 图4 (b)是动臂截面B处应变片组桥电路示意图;
[0032] 图5是动臂侧向力测量应变片组桥电路示意图。
[0033] 图中:1为铲斗、2为动臂,3为连杆、4为摇臂、Ui为供桥电压、U。为输出电压、R^R12 为电阻应变片。
具体实施方式
[0034] —、测试原理
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 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Fu
[0038] 二、Fe的测量方法
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 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:
Figure CN105973510BD00061
[0044] 在(1)、⑵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。
[0045] 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Ri和R2,!^和办关于动臂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的粘贴方向与心和心的粘贴方向相同,且R3 和R4位于Ri和R2的正下方。应变片1?1、1?2、1?3、1?4组成第一电桥如图4 (a),图4 (a)所不电桥的输 出信号正比于横截面A上的弯矩Μα。
[0046] 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RdPR6, RdPR6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RdPR6的粘贴方向相同,且R7和R8位于RdPR6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。
[0047] 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。
[0048] 三、侧向力卩2的测量
[0049] 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所不,Fz与Fex垂直,Fz也与FEy垂直。
[0050] 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、R1Q,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Rn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、Rio、Rn、Ri2组成第三电桥如图5所不,图5所不电桥的输出信号正比于 动臂2原点E处的侧向力Fz。
[0051] 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。
[0052] FEx = FExi+FExr ⑶
[0053] FEy = FEyl+FEyi•⑷
[0054] Fz = Fzi+Fzr (5)
[0055] 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Fe;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:
Figure CN105973510BC00021
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⑶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Fu
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RjPR2,1^和1?2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Ri和R2的粘贴方向相同,且R3和R4位于Ri和R2的正下方;电阻 应变片Ri、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Μα。
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RdPR6,RdPR6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、R1Q,R9和Riq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Rn和Ri2,Rn、Ri2粘贴方向与R9、Rio的粘贴方向相同;电阻应变片R9、Rio、Rn、 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FexI、FEyi,侧向力为FzI;右动臂测得的沿X方向的分力和沿y方向的分力 分力U为为FExr、FEyr,侧向力为Fzr ;
Figure CN105973510BC00031
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