CN112097886A - 装载机及该装载机的高精度称重方法 - Google Patents

装载机及该装载机的高精度称重方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装载机及该装载机的高精度称重方法，属于装载机电子秤技术领域，通过在举升油缸上安装用于检测举升油缸活塞杆伸长长度的位移检测传感器，用于检测车体相对水平底面倾斜角度的车体姿态传感器，通过油缸活塞杆伸长长度、车体相对角度、油缸压力进行一次称重计算，然后结合当前车体倾角姿态对一次称重结构进行修正，排除因车体倾斜角度对称重的影响，有效降低了称重误差。

Description

装载机及该装载机的高精度称重方法
技术领域
本发明属于装载机电子秤技术领域，具体涉及一种装载机及该装载机的高精度称重方法。
背景技术
现有产品通常采用电磁传感器采集装载大臂和车体的相对夹角，结合油缸压力进行称重计算，因未采集装载机作业过程中衬套的水平倾角，无法排除装载机实际工作过程中因工作场地底面坡度、车体颠簸的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装载机及该装载机的高精度称重方法，通过在举升油缸上安装用于检测举升油缸活塞杆伸长长度的位移检测传感器，在转向油缸上安装用于检测车体相对水平底面倾斜角度的车体姿态传感器，通过油缸活塞杆伸长长度、车体相对角度、油缸压力进行一次称重计算，然后结合当前车体倾角姿态对一次称重结构进行修正，排除因车体倾斜角度对称重的影响，有效降低了称重误差。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：装载机及该装载机的高精度称重方法，包括装载机本体和安装在装载机本体上的称重系统，所述称重系统包括主机、第一压力传感器、第二压力传感器、位移检测传感器和车体姿态检测传感器；
主机安装在装载机本体的控制室内，主机的信号输出端连接有显示屏；
第一压力传感器安装在装载机本体的液压系统动臂分配阀后端进油管路的法兰处，用于检测该处油压压力信号；第二压力传感器安装在装载机液压系统动臂分配阀后端回油管路的法兰处，用于检测该处油压压力信号；第一压力传感器和第二压力传感器的信号输出端分别与主机的信号输入端电性通信连接；主机接收第一压力传感器和第二压力传感器发送的油压信号进行分析处理并计算出装载机本体在举升过程中进油管路与回油管路之间油压的压力差，该压力差为举升相应重物到相应高度所需油压；
位移检测传感器安装在举升油缸的油缸上，位移检测传感器的信号输出端与主机的信号输入端电性通信连接，位移检测传感器用于检测装载机本体在举升过程中举升油缸活塞杆伸出长度；
车体姿态传感器用于检测车体相对水平地面的倾斜角度A；
高精度称重方法包括学习记忆阶段，学习记忆阶段包括以下步骤：（1）由于举升货物的质量与油压呈线性关系，根据试验以及力学原理，二者符合公式M=K*P ①，其中，M为装载机举升物体的质量，P为举升质量为M的物体、举升油缸活塞杆相应长度L下所需油压；计算水平路面上测货物重量与油压压力之间的系数K，具体如下：
（1.1）皮重T：记录水平路面、空载时装载机本体举升过程中，举升油缸的伸长长度L、以及相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差P0；T=K*P0 ②；
（1.2）已知货物重量G：装载机本体位置不变，承载已知货物重量为G时，装载机本体举升过程中，举升油缸的伸长长度L、以及相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差PG；（G+T）=K*PG ③；
由③减②得：G=K*（PG -P0），由于G为已知常数，PG、P0为举升油缸举升过程中相应的油压，通过测量可以得出，那么，称重系统就可以换算出该台装载机本体水平路面上货物重量与油压压力之间的系数K：K=G/（PG -P0）；
（1.3）系统记录K值；
（2）统计装载机本体在不平整路面下，路面倾斜时，装载机本体倾斜角度A导致称重的影响，具体包括以下步骤：
（2.1）在重物G不变时，调整装载机本体的位置，使车体处于车体前方向下倾斜的位置，装载机本体举升货物，系统主机记录该倾斜角度A下倾，以及该倾斜角度下相应长度L所对应的油压差值P下倾，根据公式③得：G下倾=K*P下倾-T ④；其中，G下倾是车体向下倾斜角度为A下倾时的所测得重量值；
（2.2）在重物G不变时，调整装载机本体的位置，使车体处于车体前方向上仰的位置，装载机本体举升货物，系统主机记录该上仰角度A上仰，以及该上仰角度下相应长度L所对应的油压差值P上仰，根据公式③得：G上仰=K*P上仰-T ⑤，G上仰是车体上仰角度为A上仰时的所测得的重量值；
（2.3）统计倾斜角度A对重量G的影响系数H：由于举升货物的质量与装载机本体倾斜角度A呈线性关系，且二者符合公式：（A下倾-A上仰）*H=（G下倾-G上仰） ⑥，由于步骤（2.1）、（2.2）步骤中，因实际货物重量G未发生变化，故，G下倾和G上仰的差值即为车体倾斜角度A变化所产生的，故可得知倾斜角度A对重量G的影响系数H，即，H=（G下倾-G上仰）/（A下倾-A上仰） ⑦；将④、⑤代入⑦得：H=K*（P下倾-P上仰）/（A下倾-A上仰）；
（2.3）二次修正，消除倾斜影响：将路面倾斜角度A、倾斜角度影响系数H代入公式③得：G=K*P+K*P*H*（A-A0）-T；即，G=K*P｛1+H*（A-A0）｝-T ⑧其中A0为步骤（1）中水平基准路面倾斜角度的平均值；
（3）系统记录该装载机本体的皮重T、系数K、系数H，系统主机实时采集举升过程中相应长度L下的压力差值，并根据 ⑧中公式，换算该压力差值下货物的实际质量。
优选的，所述压力差P0、P上仰、P下倾为多次重复举升试验、系统记录的对应L长度下的平均值。
优选的，所述压力差P0、P上仰、P下倾为10次重复举升试验，并舍去最大压力差值和最小压力差值，然后对进油管路与回油管路之间油压的中间压力差值求平均，得出相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差的平均值。
优选的，所述车体姿态传感器安装在前车架和后车架之间的转向油缸上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明通过在举升油缸上安装用于检测举升油缸活塞杆伸长长度的位移检测传感器，在转向油缸上安装用于检测车体相对水平底面倾斜角度的车体姿态传感器，通过油缸活塞杆伸长长度、车体相对角度、油缸压力进行一次称重计算，然后结合当前车体倾角姿态对一次称重结构进行修正，排除因车体倾斜角度对称重的影响，有效降低了称重误差。
2、本发明中的油压差采用舍去最大压力差值和最小压力差值，然后对进油管路与回油管路之间油压的中间压力差值求平均的方法获取油压差，精度较高，有效降低了称重误差。
附图说明
图1为本发明的装载机本体的结构示意图；
图2为空载情况下采集的油缸活塞伸长长度与油缸压力值；
图3为车体水平状态、装载3吨货物质量下采集的油缸活塞伸长长度与油缸压力值；
图4为车体倾斜状态、装载3吨货物质量下采集的油缸活塞伸长长度与油缸压力值。
具体实施方式
为使本领域的技术人员对本发明更好的理解，下面结合具体的实施方式对本发明做进一步说明：
如图1-4所示，装载机及该装载机的高精度称重方法，包括装载机本体和安装在装载机本体上的称重系统，所述称重系统包括主机、第一压力传感器001、第二压力传感器002、位移检测传感器003和车体姿态检测传感器004；主机安装在装载机本体的控制室内，主机的信号输出端连接有显示屏；第一压力传感器001安装在装载机本体的液压系统动臂分配阀后端进油管路的法兰处，用于检测该处油压压力信号；第二压力传感器002安装在装载机液压系统动臂分配阀后端回油管路的法兰处，用于检测该处油压压力信号；第一压力传感器001和第二压力传感器002的信号输出端分别与主机的信号输入端电性通信连接；主机接收第一压力传感器001和第二压力传感器002发送的油压信号进行分析处理并计算出装载机本体在举升过程中进油管路与回油管路之间油压的压力差，该压力差为举升相应高度所需油压；位移检测传感器安装在举升油缸的油缸上，位移检测传感器003的信号输出端与主机的信号输入端电性通信连接，位移检测传感器003用于检测装载机本体在举升过程中举升油缸活塞杆伸出长度；车体姿态传感器004用于检测车体相对水平地面的倾斜角度；车体姿态传感器004安装在前车架和后车架之间的转向油缸上。需要说明的是：车体姿态传感器004安装于方向油缸是因为：方向油缸是和车体相对角度固定的部件，且其外形和位置适合方便加装传感器。本称重方法中的所需车体角度信息一样可以将车体姿态传感器安装在其他车体部位来测得。系统主机采用ASL主机005。
高精度称重方法包括学习记忆阶段，学习记忆阶段包括以下步骤：（1）由于举升货物的质量与油压呈线性关系，根据试验以及力学原理，二者符合公式M=K*P ①，其中，M为装载机举升物体的质量，P为举升质量为M的货物、举升油缸活塞杆相应长度L下所需油压；计算水平路面上测货物重量与油压压力之间的系数K，具体如下：
（1.3）皮重T：记录水平路面、空载时装载机本体举升过程中，举升油缸的伸长长度L、以及相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差P0；T=K*P0 ②；
（1.4）已知货物重量G：装载机本体位置不变，承载已知货物重量为G时，装载机本体举升过程中，举升油缸的伸长长度L、以及相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差PG；（G+T）=K*PG ③；
由③减②得：G=K*（PG -P0），由于G为已知常数，PG、P0为举升油缸举升过程中相应的油压，通过测量可以得出，那么，称重系统就可以换算出该台装载机本体水平路面上货物重量与油压压力之间的系数K：K=G/（PG -P0）；
（1.3）系统记录K值；
（2）统计装载机本体在不平整路面下，路面倾斜时，装载机本体倾斜角度A导致称重的影响，具体包括以下步骤：
（2.1）在重物G不变时，调整装载机本体的位置，使车体处于车体前方向下倾斜的位置，装载机本体举升货物，系统主机记录该倾斜角度A下倾，以及该倾斜角度下相应长度L所对应的油压差值P下倾，根据公式③得：G下倾=K*P下倾-T ④；其中，G下倾是车体向下倾斜角度为A下倾时的所测得重量值；
（2.2）在重物G不变时，调整装载机本体的位置，使车体处于车体前方向上仰的位置，装载机本体举升货物，系统主机记录该上仰角度A上仰，以及该上仰角度下相应长度L所对应的油压差值P上仰，根据公式③得：G上仰=K*P上仰-T ⑤，G上仰是车体上仰角度为A上仰时的所测得的重量值；
（2.3）统计倾斜角度A对重量G的影响系数H：由于举升货物的质量与装载机本体倾斜角度A呈线性关系，且二者符合公式：（A下倾-A上仰）*H=（G下倾-G上仰） ⑥，由于步骤（2.1）、（2.2）步骤中，因实际货物重量G未发生变化，故，G下倾和G上仰的差值即为车体倾斜角度A变化所产生的，故可得知倾斜角度A对重量G的影响系数H，即，H=（G下倾-G上仰）/（A下倾-A上仰） ⑦；将④、⑤代入⑦得：H=K*（P下倾-P上仰）/（A下倾-A上仰）；
（2.3）二次修正，消除倾斜影响：将路面倾斜角度A、倾斜角度影响系数H代入公式 ③得：G=K*P+K*P*H*（A-A0）-T；即，G=K*P｛1+H*（A-A0）｝-T ⑧其中A0为步骤（1）中水平基准路面倾斜角度的平均值；
（3）系统记录该装载机本体的皮重T、系数K、系数H，系统主机实时采集举升过程中相应长度L下的压力差值，并根据 ⑧中公式，换算该压力差值下货物的实际质量。
本发明中的压力差P0、P上仰、P下倾为多次重复举升试验、系统记录的对应L长度下的平均值。
具体的，参考图2、图3、图4，本发明中的压力差P0、PG、P上仰、P下倾为10次重复举升试验，相应重物到相应高度所需油压，然后舍去最大压力差值和最小压力差值，再对进油管路与回油管路之间油压的中间压力差值求平均，得出相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差的平均值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.装载机及该装载机的高精度称重方法，包括装载机本体和安装在装载机本体上的称重系统，其特征在于：所述称重系统包括主机、第一压力传感器、第二压力传感器、位移检测传感器和车体姿态检测传感器；
主机安装在装载机本体的控制室内，主机的信号输出端连接有显示屏；
第一压力传感器安装在装载机本体的液压系统动臂分配阀后端进油管路的法兰处，用于检测该处油压压力信号；第二压力传感器安装在装载机液压系统动臂分配阀后端回油管路的法兰处，用于检测该处油压压力信号；第一压力传感器和第二压力传感器的信号输出端分别与主机的信号输入端电性通信连接；主机接收第一压力传感器和第二压力传感器发送的油压信号进行分析处理并计算出装载机本体在举升过程中进油管路与回油管路之间油压的压力差，该压力差为举升相应重物到相应高度所需油压；
位移检测传感器安装在举升油缸的油缸上，位移检测传感器的信号输出端与主机的信号输入端电性通信连接，位移检测传感器用于检测装载机本体在举升过程中举升油缸活塞杆伸出长度；
车体姿态传感器用于检测车体相对水平地面的倾斜角度A；
高精度称重方法包括包括学习记忆阶段，学习记忆阶段包括以下步骤：（1）由于举升货物的质量与油压呈线性关系，根据试验以及力学原理，二者符合公式M=K*P ①，其中，M为装载机举升物体的质量，P为举升质量为M的物体、举升油缸活塞杆相应长度L下所需油压；计算水平路面上测货物重量与油压压力之间的系数K，具体如下：
皮重T：记录水平路面、空载时装载机本体举升过程中，举升油缸的伸长长度L、以及相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差P0；T=K*P0 ②；
已知货物重量G：装载机本体位置不变，承载已知货物重量为G时，装载机本体举升过程中，举升油缸的伸长长度L、以及相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差PG；（G+T）=K*PG ③；
由③减②得：G=K*（PG -P0），由于G为已知常数，PG、P0为举升油缸举升过程中相应的油压，通过测量可以得出，那么，称重系统就可以换算出该台装载机本体水平路面上货物重量与油压压力之间的系数K：K=G/（PG -P0）；
（1.3）系统记录K值；
（2）统计装载机本体在不平整路面下，路面倾斜时，装载机本体倾斜角度A导致称重的影响，具体包括以下步骤：
（2.1）在重物G不变时，调整装载机本体的位置，使车体处于车体前方向下倾斜的位置，装载机本体举升货物，系统主机记录该倾斜角度A下倾，以及该倾斜角度下相应长度L所对应的油压差值P下倾，根据公式③得：G下倾=K*P下倾-T ④；其中，G下倾是车体向下倾斜倾斜角度为A下倾时的所测得重量值；
（2.2）在重物G不变时，调整装载机本体的位置，使车体处于车体前方向上仰的位置，装载机本体举升货物，系统主机记录该上仰角度A上仰，以及该上仰角度下相应长度L所对应的油压差值P上仰，根据公式③得：G上仰=K*P上仰-T ⑤，G上仰是车体上仰角度为A上仰时的所测得得重量值；
（2.3）统计倾斜角度A对重量G的影响系数H：由于举升货物的质量与装载机本体倾斜角度A呈线性关系，且二者符合公式：（A下倾-A上仰）*H=（G下倾-G上仰） ⑥，由于步骤（2.1）、（2.2）步骤中，因实际货物重量G未发生变化，故，G下倾和G上仰的差值即为车体倾斜角度A变化所产生的，故可得知倾斜角度A对重量G的影响系数H，即，H=（G下倾-G上仰）/（A下倾-A上仰） ⑦；将④、⑤代入⑦得：H=K*（P下倾-P上仰）/（A下倾-A上仰）；
（2.3）二次修正，消除倾斜影响：将路面倾斜角度A、倾斜角度影响系数H代入公式③得：G=K*P+K*P*H*（A-A0）-T；即，G=K*P｛1+H*（A-A0）｝-T ⑧其中A0为步骤（1）中水平基准路面倾斜角度的平均值；
（3）系统记录该装载机本体的皮重T、系数K、系数H，系统主机实时采集举升过程中相应长度L下的压力差值，并根据 ⑧中公式，换算该压力差值下货物的实际质量。
2.根据权利要求1所述的装载机及该装载机的高精度称重方法，其特征在于：所述压力差P0、PG、P上仰、P下倾为多次重复举升试验、系统记录的对应L长度下的平均值。
3.根据权利要求2所述的装载机及该装载机的高精度称重方法，其特征在于：所述压力差P0、PG、P上仰、P下倾为10次重复举升试验，并舍去最大压力差值和最小压力差值，然后对进油管路与回油管路之间油压的中间压力差值求平均，得出相应长度L下进油管路与回油管路之间油压的压力差的平均值。
4.根据权利要求1所述的装载机及该装载机的高精度称重方法，其特征在于：所述车体姿态传感器安装在前车架和后车架之间的转向油缸上。
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