CN111042261A - 挖掘机动态称重方法及系统 - Google Patents

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CN111042261A CN201911402693.6A CN201911402693A CN111042261A CN 111042261 A CN111042261 A CN 111042261A CN 201911402693 A CN201911402693 A CN 201911402693A CN 111042261 A CN111042261 A CN 111042261A
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excavator
mass
bucket
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hinge point
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焦文学
叶其团
陈喆
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Sany Heavy Machinery Ltd
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool

Abstract

本发明提供了一种挖掘机动态称重方法及系统，涉及挖掘机称重的技术领域，所述挖掘机动态称重方法包括：包括以下步骤：检测第一参量、第二参量和第三参量；第一参量为动臂的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者为动臂油缸的第一伸缩量；其中，第一铰点为动臂与车体的铰接处；第二参量为斗杆的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者为斗杆油缸的伸缩量；第三参量为铲斗的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者为铲斗油缸的伸缩量；根据第一参量、第二参量和第三参量，以及动臂油缸大腔内的压强，获得重物质量。

Description

挖掘机动态称重方法及系统
技术领域
本发明涉及挖掘机称重的技术领域，尤其是涉及一种挖掘机动态称重方法及系统。
背景技术
挖掘机的应用领域很广泛，它能配合不同的装置进行不一样的工作。例如，在露天采矿工程中，挖掘机可以对矿物的表面进行剥离，完成矿物的挖掘和装卸。
操作人员使用挖掘机作业的过程中，可以将物料转移到用于运输的转运车上，为了避免转运车超载或者欠载，需要对挖掘机每次转移的物料进行称重。现有技术中，主要采用达朗贝尔原理，对挖掘机每个部件列出动态平衡方程，联合求解方程组，得到物料重量的方法。
但是该种方法需要在挖掘机上加装比较多的传感器，成本较高，结构复杂，更容易产生故障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种挖掘机动态称重方法及系统，以缓解现有的挖掘机动态称重时所需要的传感器多，成本高的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供的一种挖掘机动态称重方法，所述挖掘机动态称重方法在挖掘机铲斗载物时进行，其包括以下步骤：
检测第一参量、第二参量和第三参量；
所述第一参量为动臂的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者为动臂油缸的第一伸缩量；其中，第一铰点为动臂与车体的铰接处；
所述第二参量为斗杆的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者为斗杆油缸的伸缩量；
所述第三参量为铲斗的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者为铲斗油缸的伸缩量；
根据第一参量、第二参量和第三参量，获得动臂油缸大腔内的空载推力；
检测动臂油缸大腔内的压强，根据动臂油缸大缸内的压强和动臂油缸大腔的截面积，获得动臂油缸大腔内的负载推力；
根据动臂油缸大腔内的空载推力和负载推力，获得重物质量。
进一步的，检测车体与水平方向的倾角，并利用车体与水平方向的倾角对动臂油缸大腔内的空载推力和重物质量进行修正。
进一步的，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：
当重物质量大于第一预设值时，挖掘机停止载物并发出第一报警信号。
进一步的，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：
当挖掘机处于装车工况时，记录每次装车的重物的质量，累加每次装车的重物的质量得到总装车量。
进一步的，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：
当总装车量大于第二预设值时，发出第二报警信号。
进一步的，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：
记录装车的次数和完成装车的总时间，从而获得装车的平均效率。
第二方面，本发明实施例提供的一种挖掘机动态称重系统，所述挖掘机动态称重系统包括：控制器，以及安装在动臂油缸大腔内的压力传感器，用于检测动臂油缸大腔内的压强，所述压力传感器与所述控制器连接；
挖掘机动态称重系统还包括：分别与控制器连接的第一检测单元、第二检测单元和第三检测单元；
所述第一检测单元为安装在动臂上的第一角度传感器，所述第一角度传感器用于检测动臂的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者，所述第一检测单元为安装在动臂油缸内的第一位移传感器，所述第一位移传感器用于检测动臂油缸的伸缩量；其中，第一铰点为动臂与车体的铰接处；
所述第二检测单元为安装在斗杆上的第二角度传感器，所述第二角度传感器用于检测斗杆的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者，所述第二检测单元为安装在斗杆油缸内的第二位移传感器，所述第二位移传感器用于检测斗杆油缸的第二伸缩量；
所述第三检测单元为安装在铲斗上的第三角度传感器，所述第三角度传感器用于检测铲斗的质心与第一铰点的连线相对于车体的形成的夹角，或者，所述第三检测单元为安装在铲斗油缸内的第三位移传感器，所述第三位移传感器检测铲斗油缸的第二伸缩量；
所述控制器用于根据第一检测单元、第二检测单元和第三检测单元检测的参量，动臂油缸大腔内的压强，获得重物质量。
进一步的，所述挖掘机动态称重系统包括设置在车体上的第四角度传感器，所述第四角度传感器与所述控制器连接，所述第四角度传感器用于检测车体相对于水平面的夹角，所述控制器用于根据所述车体相对于水平面的夹角对重物质量进行修正。
进一步的，所述挖掘机动态称重系统包括报警器，所述报警器与所述控制器连接，用于在重物质量大于第一预设值时，向外界发出第一报警信号。
进一步的，所述挖掘机动态称重系统包括分别与挖掘机的操纵杆和控制器连接的先导压力传感器，用于检测挖掘机处于装车工况或者吊装工况；
所述控制器能够在装车工况时，记录每次装车的重物的质量，并累加每次装车的重物的质量得到总装车量；记录完成装车的总次数和完成装车的总时间，进而获得装车的平均效率；
所述控制器能够在吊装工况时，记录每次吊装重物的质量，记录完成吊装的总次数。
本发明实施例提供的一种挖掘机动态称重方法及系统。在动态称重，并计算重物质量过程中，因为动臂和动臂油缸存在联动关系，斗杆和斗杆油缸也存在联动关系，铲斗和铲斗油缸也存在联动关系，因此，上述的三对两两对应关系中，只需要知道每对中的一者，便可求出另一者，因此，上述步骤中只需要获取三个未知量即可，再配合检测动臂油缸大腔内的压强，便可获得重物的质量，所以，本发明实施例提供的挖掘机动态称重方法及系统中，只需要检测四个未知量，也就是说，只需要设置四个传感器便可以完成全部所需未知量的检测，然后通过计算就可以得到重物的质量，用到的传感器少，设计更加合理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明实施例提供的挖掘机动态称重方法中得到重物质量后的数据处理流程图；
图2本发明实施例提供的挖掘机动态称重系统的示意图；
图3本发明实施例提供的挖掘机动态称重系统的原理图。
图标：110-第一角度传感器；120-第二角度传感器；130-第三角度传感器；140-第四角度传感器；210-第一铰点；220-第二铰点；300-压力传感器；400-控制器；500-先导压力传感器；600-报警器；700-显示设备。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供所述挖掘机动态称重方法在挖掘机铲斗载物时进行，其包括以下步骤：检测第一参量、第二参量和第三参量；其中，第一参量为动臂的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的夹角(以下简称动臂夹角)，通过挖掘机上各部件的联动关系，根据动臂夹角可以获得动臂油缸与车体的形成的夹角(以下简称动臂油缸夹角)。或者，第一参量为动臂油缸的伸缩量，通过挖掘机上各部件的联动关系，根据动臂油缸的伸缩量可以得到动臂的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的动臂夹角，以及动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角；其中，第一铰点210为动臂与车体的铰接处。
需要说明的，油缸的伸缩量指的是活塞杆伸出活塞外的长度。
第二参量为斗杆的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的夹角(以下简称斗杆夹角)，通过挖掘机上各部件的联动关系，根据斗杆夹角获得斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的夹角(以下简称斗杆油缸夹角)。或者，第二参量为斗杆油缸的伸缩量，通过挖掘机上各部件的联动关系，根据斗杆油缸的伸缩量获得斗杆的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆夹角，以及斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆油缸夹角。
第三参量为铲斗的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的夹角(以下简称铲斗夹角)，通过挖掘机上各部件的联动关系，根据铲斗夹角获得铲斗油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗油缸夹角(以下简称铲斗油缸夹角)。或者，第三参量为铲斗油缸的第三伸缩量，通过挖掘机上各部件的联动关系，根据第三伸缩量获得铲斗的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗夹角，以及铲斗油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗油缸夹角。
综上，上述的三对两两对应关系中，只需要知道每对中的一者即可，因此，上述步骤中只需要获取三个未知量即可。
具体的，在本实施例中，可以分别在动臂、斗杆和铲斗上安装角度传感器，从而直接检测到的未知量为动臂的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的动臂夹角、斗杆的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆夹角、铲斗的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗夹角。然后通过结构之间的物理连接关系，挖掘机的控制器400可以计算出动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角、斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆油缸夹角、铲斗油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗油缸夹角。
根据动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心分别与第一铰点210的连线相对于车体形成的动臂夹角、斗杆夹角、斗杆油缸夹角、铲斗夹角和铲斗油缸夹角；动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心分别到第一铰点210的距离；动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质量；第一铰点210到第二铰点220的水平距离、以及动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角，获得动臂油缸大腔内的空载推力，其中，第二铰点220为动臂油缸与车体的铰接处；检测动臂油缸大腔内的压强，根据动臂油缸大缸内的压强和动臂油缸大腔的截面积，获得动臂油缸大腔内的负载推力；根据动臂油缸大腔内的空载推力和负载推力，以及重物质心到第一铰点210的距离、重物质心与第一铰点210的连线相对于车体的夹角、第一铰点210到第二铰点220的水平距离，获得重物质量。
其中，在已知动臂夹角、斗杆夹角、斗杆油缸夹角、铲斗夹角和铲斗油缸夹角的时候，通过已知的动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的长度信息，可以计算出动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心分别到第一铰点210的距离。动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质量为预先存储在控制器400内的已知量。第一铰点210到第二铰点220的水平距离也是可以通过测量量和已知量通过结构上的关系可以获得的。
需要说明的，挖掘机上铲斗内的重物的质心就近似于铲斗的质心，所以，重物质心到第一铰点210的距离等于铲斗的质心到第一铰点210的距离，重物质心与第一铰点210的连线相对于车体的夹角值也就是铲斗质心与第一铰点210的连线相对于车体的夹角值相等。
在实际情况下，挖掘机会在上坡或者下坡的情况下作业，所以，可以通过检测车体相对于水平面的倾角，对重物质量进行修正，从而使测量数据更精确。
重物质量的具体的计算过程如下：
1、在计算重物质量时，需要根据动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸和重物的质心分别到第一铰点210连线与车体的夹角，并对各个夹角进行二阶微分，分别计算动态过程中动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸和重物的质心相对于地面的垂直加速度gi
Figure BDA0002347936420000071
其中，gi--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸或重物的质心相对于地面的垂直加速度；
αi--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸或重物的质心到第一铰点210的连线与车体的夹角；
β--表示车体在前后方向上与水平面的夹角；
i--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸和重物。
2、然后，经过对挖掘机进行受力分析，通过动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心分别到第一铰点210的力矩之和等于第二铰点220与第一铰点210的力矩，便可计算出动臂油缸大腔内的空载推力F0：
Figure BDA0002347936420000081
其中，F0--表示动臂油缸大腔内的空载推力；
L0--表示第二铰点220到第一铰点210之间的水平距离；
α--表示动臂油缸与车体的夹角；
Li--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心到第一铰点210的距离；
mi--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心的质量；
g--表示重力加速度；
i--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸。
3、通过在动臂油缸大腔内设置压力传感器300，检测到动臂油缸大腔内的负载压强，然后通过已知的臂油缸大腔截面积，获得动臂油缸大腔内的空载推力F1:
F1＝P1×S (3)
其中，F1--表示动臂油缸大腔内的负载推力；
S--表示动臂油缸大腔的截面积；
P1--表示动臂油缸大腔内的负载压强。
4、根据同一时间的动臂油缸大腔内的空载推力和负载推力，可以得到因为装载重物所带来的推力的变化ΔF：
ΔF＝F1-F0 (4)
5、通过重物质心与第一铰点210连线的力矩等于第一铰点210到第二铰点220的力矩，计算重物的质量m6：
Figure BDA0002347936420000091
其中，L6--表示重物质心到第一铰点210的距离；
g6--表示重物对地的垂直加速度。
如图1所示，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：当重物质量大于第一预设值时，挖掘机停止载物并发出第一报警信号。
当挖掘机提升转移的重物质量过大，超过了挖掘机的最大载重量时，也就是第一预设值，重物会对挖掘机的动臂、斗杆或者铲斗产生损伤，减少挖掘机的使用寿命，所以，通过对重物进行检测，可以提前发出预警，避免超重负载。尤其是在吊装工况时，一般情况下，吊装工况所提起的重物的质量较大，需要在提升的时候对重物进行检测，判断其是否超载。
所述挖掘机动态称重方法包括步骤：当挖掘机处于装车工况时，记录每次装车的重物的质量，累加每次装车的重物的质量得到总装车量。
可以利用挖掘机进行装车，也就是，利用挖掘机的铲斗将物料逐渐的转移到转运车中，在装车的过程中可以记录每次铲斗容纳的重物的质量，然后将每次装车的重物质量进行叠加，得到总质量，这样可以实时监控转运的物料的总质量。
所述挖掘机动态称重方法包括步骤：当总装车量大于第二预设值时，发出第二报警信号。
转运车有最大负载量，当挖掘机累计的多次装车的重物的总质量超过了转运车的最大负载量，挖掘机发出警报，提醒工作人员。
所述挖掘机动态称重方法包括步骤：记录装车的次数和完成装车的总时间，从而获得装车的平均效率。
记录装满一次转运车所花费的时间和次数，可以获得，挖掘机进行一次装车所花费的时间，即装车的效率。为了以后的工作提供参考。
如图2和图3所示，本发明实施例提供的一种挖掘机动态称重系统，所述挖掘机动态称重系统包括：控制器400，以及安装在动臂油缸大腔内的压力传感器300，用于实时检测动臂油缸大腔内的压强，所述压力传感器300与所述控制器400连接。控制器400可以为中央处理器Central Processing Unit，CPU，可以配置相应的操作系统，以及控制接口等，具体地，可以是单片机、DSPDigital Signal Processing，数字信号处理、ARMAdvanced RISCMachines，ARM处理器等能够用于自动化控制的数字逻辑控制器400，可以将控制指令随时加载到内存进行储存与执行，同时，可以内置CPU指令及资料内存、输入输出单元、电源、数字模拟等单元，具体可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。
挖掘机动态称重系统还包括：分别与控制器连接的第一检测单元、第二检测单元和第三检测单元。
所述第一检测单元为安装在动臂上的第一角度传感器110，所述第一角度传感器110用于检测动臂的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的动臂夹角，所述第一角度传感器110与所述控制器400连接，所述控制器400能够通过动臂夹角获得动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角。
或者，所述第一检测单元为安装在动臂油缸内的第一位移传感器，通过第一位移传感器检测动臂油缸的第一伸缩量，所述第一位移传感器与所述控制器400连接，所述控制器400能够通过第一伸缩量获得动臂的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的动臂夹角，以及动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角；其中，第一铰点210为动臂与车体的铰接处。
所述第二检测单元为安装在斗杆上的第二角度传感器120，所述第二角度传感器120用于检测斗杆的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆夹角，所述第二角度传感器120与所述控制器400连接，所述控制器400能够通过斗杆夹角获得斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆油缸夹角。
或者，所述第二检测单元为安装在斗杆油缸内的第二位移传感器，通过第二位移传感器检测斗杆油缸的第二伸缩量，所述第二位移传感器与所述控制器400连接，所述控制器400能够通过第二伸缩量获得斗杆的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆夹角，以及斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆油缸夹角。
所述第三检测单元为安装在铲斗上的第三角度传感器130，所述第三角度传感器130用于检测铲斗的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗夹角，所述第三角度传感器130与所述控制器400连接，所述控制器400能够通过铲斗夹角获得斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗油缸夹角。
或者，所述第三检测单元为安装在铲斗油缸内的第三位移传感器，通过第三位移传感器检测铲斗油缸的第二伸缩量，所述第三位移传感器与所述控制器400连接，所述控制器400能够通过第三伸缩量获得铲斗的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗夹角，以及铲斗油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗油缸夹角。
所述控制器400用于获取并根据动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心分别与第一铰点210的连线相对于车体形成的动臂夹角、斗杆夹角、斗杆油缸夹角、铲斗夹角和铲斗油缸夹角，动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心分别到第一铰点210的距离，动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质量、第一铰点210到第二铰点220的水平距离、动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角，动臂油缸大腔内的压强和动臂油缸大腔的截面积，重物质心到第一铰点210的距离、重物质心与第一铰点210的连线相对于车体的夹角，获得重物质量；其中，第二铰点220为动臂油缸与车体的铰接处。
在动态称重并计算重物质量过程中，因为斗杆和斗杆油缸存在联动关系，二者的具体结构已知的情况下，已知动臂的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的动臂夹角，便可获得动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角，或者，已知动臂油缸的第一伸缩量，便可获得动臂的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的动臂夹角，以及动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角。同样的，斗杆和斗杆油缸也存在联动关系，二者的具体结构已知的情况下，已知斗杆的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆夹角，便可获得斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆油缸夹角，或者，已知斗杆油缸的第二伸缩量，便可获得斗杆的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆夹角，以及斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆油缸夹角；同样的，铲斗和铲斗油缸也存在联动关系，二者的具体结构已知的情况下，已知铲斗的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗夹角，便可获得铲斗油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗油缸夹角，或者，已知铲斗油缸的第三伸缩量，便可获得铲斗的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗夹角，以及铲斗油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗油缸夹角，因此，上述的三对两两对应关系中，只需要知道每对中的一者便可，因此，上述步骤中只需要获取三个未知量即可，也就是说，可以在动臂、斗杆和铲斗上安装角度传感器，也可以在动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸内安装位移传感器，总之，只需要三个传感器即可。
在本实施例中，可以分别在动臂、斗杆和铲斗上安装第一角度传感器110、第二角度传感器120和第三角度传感器130，从而直接检测到的未知量为动臂的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的动臂夹角、斗杆的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆夹角、铲斗的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗夹角。然后通过结构之间的物理连接关系，挖掘机的控制器400可以计算出动臂油缸与车体的形成的动臂油缸夹角、斗杆油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的斗杆油缸夹角、铲斗油缸的质心与第一铰点210的连线相对于车体的形成的铲斗油缸夹角。
所述挖掘机动态称重系统包括设置在车体上的第四角度传感器140，所述第四角度传感器140与所述控制器400连接，所述第四角度传感器140用于检测车体相对于水平面的夹角，所述控制器400用于根据所述车体相对于水平面的夹角对重物质量进行修正。
在实际情况下，挖掘机会在上坡或者下坡的情况下作业，所以，可以通过检测车体相对于水平面的倾角，对重物质量进行修正，从而使测量数据更精确。
重物质量的具体的计算过程如下：
1、在计算重物质量时，需要根据动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸和重物的质心分别到第一铰点210连线与车体的夹角，并对各个夹角进行二阶微分，分别计算动态过程中动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸和重物的质心相对于地面的垂直加速度gi
Figure BDA0002347936420000131
其中，gi--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸或重物的质心相对于地面的垂直加速度；
αi--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸或重物的质心到第一铰点210的连线与车体的夹角；
β--表示车体在前后方向上与水平面的夹角；
i--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸、铲斗油缸和重物。
需要说明的，挖掘机上铲斗内的重物的质心就近似于铲斗的质心，所以，重物质心到第一铰点210的距离等于铲斗的质心到第一铰点210的距离，重物质心与第一铰点210的连线相对于车体的夹角值也就是铲斗质心与第一铰点210的连线相对于车体的夹角值相等。
2、然后，经过对挖掘机的受力分析，通过动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心分别到第一铰点210的力矩之和等于第二铰点220与第一铰点210的力矩，便可计算出动臂油缸大腔内的空载推力F0:
Figure BDA0002347936420000141
其中，F0--表示动臂油缸大腔内的空载推力；
L0--表示第二铰点220到第一铰点210之间的水平距离；
α--表示动臂油缸与车体的夹角；
Li--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心到第一铰点210的距离；
mi--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸的质心的质量；
g--表示重力加速度；
i--表示动臂、斗杆、铲斗、斗杆油缸和铲斗油缸。
3、通过在动臂油缸大腔内设置压力传感器300，检测到动臂油缸大腔内的负载压强，然后通过已知的臂油缸大腔截面积，获得动臂油缸大腔内的空载推力F1:
F1＝P1×S (3)
其中，F1--表示动臂油缸大腔内的负载推力；
S--表示动臂油缸大腔的截面积；
P1--表示动臂油缸大腔内的负载压强。
4、根据同一时间的动臂油缸大腔内的空载推力和负载推力，可以得到因为装载重物所带来的推力的变化ΔF：
ΔF＝F1-F0 (4)
5、通过重物质心与第一铰点210连线的力矩等于第一铰点210到第二铰点220的力矩，计算重物的质量m6：
Figure BDA0002347936420000151
其中，L6--表示重物质心到第一铰点210的距离；
g6--表示重物对地的垂直加速度。
所述挖掘机动态称重系统包括报警器600，所述报警器600与所述控制器400连接，用于在重物质量大于第一预设值时，向外界发出第一报警信号。
报警器600可以发生声音，或者发出灯管，以提示操作人员。当挖掘机提升转移的重物质量过大，超过了挖掘机的最大载重量时，也就是第一预设值，重物会对挖掘机的动臂、斗杆或者铲斗产生损伤，减少挖掘机的使用寿命，所以，通过对重物进行检测，可以提前发出预警，避免超重负载。
所述挖掘机动态称重系统包括分别与挖掘机的操纵杆和控制器400连接的先导压力传感器500，用于检测挖掘机处于装车工况或者吊装工况；所述控制器400能够在装车工况时，记录每次装车的重物的质量，并累加每次装车的重物的质量得到总装车量；记录完成装车的总次数和完成装车的总时间，进而获得装车的平均效率；所述控制器400能够在吊装工况时，记录每次吊装重物的质量，记录完成吊装的总次数。
当操作人员控制操纵杆，先导压力传感器500可以采集个动作的先导压力、动臂大腔压力，可以判断挖掘机的工况为装车还是吊装。当挖掘机处于装车工况时，记录每次装车的重物的质量，并累加每次装车的重物的质量得到总装车量，这样可以实时监控转运的物料的总质量，转运车有最大负载量，当挖掘机累计的多次装车的重物的总质量超过了转运车的最大负载量，挖掘机发出警报，提醒工作人员。记录装满一次转运车所花费的时间和次数，可以获得，挖掘机进行一次装车所花费的时间，即装车的效率。
当挖掘机处于吊装工况时，记录每次吊装重物的质量，记录完成吊装的总次数，从而获得吊装的重物的总质量。
吊装时，可以监控每次吊装的重物的质量，当重物的质量超过挖掘机最大负载时，挖掘机可以操作人员发出报警提示。还可以根据动臂油缸的压力判断吊装的次数，从而记录多次吊装的总质量。
控制器400可以保存每次装车的重物的重量，装车的效率；并且可以保存吊装重物的质量，保存吊装的次数。
挖掘机动态称重系统包括与控制器400连接的显示设备700，可以将检测的重物的质量显示给操作人员。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种挖掘机动态称重方法，其特征在于，所述挖掘机动态称重方法在挖掘机铲斗载物时进行，其包括以下步骤：
检测第一参量、第二参量和第三参量；所述第一参量为动臂的质心与第一铰点(210)的连线相对于车体的形成的夹角，或者为动臂油缸的第一伸缩量；其中，第一铰点(210)为动臂与车体的铰接处；所述第二参量为斗杆的质心与第一铰点(210)的连线相对于车体的形成的夹角，或者为斗杆油缸的伸缩量；所述第三参量为铲斗的质心与第一铰点(210)的连线相对于车体的形成的夹角，或者为铲斗油缸的伸缩量；
根据第一参量、第二参量和第三参量，获得动臂油缸大腔内的空载推力；
检测动臂油缸大腔内的压强，根据动臂油缸大缸内的压强和动臂油缸大腔的截面积，获得动臂油缸大腔内的负载推力；
根据动臂油缸大腔内的空载推力和负载推力，获得重物质量。
2.根据权利要求1所述的挖掘机动态称重方法，其特征在于，检测车体与水平方向的倾角，并利用车体与水平方向的倾角对动臂油缸大腔内的空载推力和重物质量进行修正。
3.根据权利要求2所述的挖掘机动态称重方法，其特征在于，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：
当重物质量大于第一预设值时，挖掘机停止载物并发出第一报警信号。
4.根据权利要求1所述的挖掘机动态称重方法，其特征在于，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：
当挖掘机处于装车工况时，记录每次装车的重物的质量，累加每次装车的重物的质量得到总装车量。
5.根据权利要求4所述的挖掘机动态称重方法，其特征在于，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：
当总装车量大于第二预设值时，发出第二报警信号。
6.根据权利要求4所述的挖掘机动态称重方法，其特征在于，所述挖掘机动态称重方法包括步骤：
记录装车的次数和完成装车的总时间，从而获得装车的平均效率。
7.一种挖掘机动态称重系统，其特征在于，所述挖掘机动态称重系统包括：控制器(400)，以及安装在动臂油缸大腔内的压力传感器(300)，用于检测动臂油缸大腔内的压强，所述压力传感器(300)与所述控制器(400)连接；
挖掘机动态称重系统还包括：分别与控制器连接的第一检测单元、第二检测单元和第三检测单元；
所述第一检测单元为安装在动臂上的第一角度传感器(110)，所述第一角度传感器(110)用于检测动臂的质心与第一铰点(210)的连线相对于车体的形成的夹角，或者，所述第一检测单元为安装在动臂油缸内的第一位移传感器，所述第一位移传感器用于检测动臂油缸的伸缩量；其中，第一铰点(210)为动臂与车体的铰接处；
所述第二检测单元为安装在斗杆上的第二角度传感器(120)，所述第二角度传感器(120)用于检测斗杆的质心与第一铰点(210)的连线相对于车体的形成的夹角，或者，所述第二检测单元为安装在斗杆油缸内的第二位移传感器，所述第二位移传感器用于检测斗杆油缸的第二伸缩量；
所述第三检测单元为安装在铲斗上的第三角度传感器(130)，所述第三角度传感器(130)用于检测铲斗的质心与第一铰点(210)的连线相对于车体的形成的夹角，或者，所述第三检测单元为安装在铲斗油缸内的第三位移传感器，所述第三位移传感器检测铲斗油缸的第二伸缩量；
所述控制器(400)用于根据第一检测单元、第二检测单元和第三检测单元检测的参量，动臂油缸大腔内的压强，获得重物质量。
8.根据权利要求7所述的挖掘机动态称重系统，其特征在于，所述挖掘机动态称重系统包括设置在车体上的第四角度传感器(140)，所述第四角度传感器(140)与所述控制器(400)连接，所述第四角度传感器(140)用于检测车体相对于水平面的夹角，所述控制器(400)用于根据所述车体相对于水平面的夹角对重物质量进行修正。
9.根据权利要求7所述的挖掘机动态称重系统，其特征在于，所述挖掘机动态称重系统包括报警器(600)，所述报警器(600)与所述控制器(400)连接，用于在重物质量大于第一预设值时，向外界发出第一报警信号。
10.根据权利要求7所述的挖掘机动态称重系统，其特征在于，所述挖掘机动态称重系统包括分别与挖掘机的操纵杆和控制器(400)连接的先导压力传感器(500)，用于检测挖掘机处于装车工况或者吊装工况；
所述控制器(400)能够在装车工况时，记录每次装车的重物的质量，并累加每次装车的重物的质量得到总装车量；记录完成装车的总次数和完成装车的总时间，进而获得装车的平均效率；
所述控制器(400)能够在吊装工况时，记录每次吊装重物的质量，记录完成吊装的总次数。
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