CN115144062A - 一种矿用设备的称重系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿用设备技术领域，公开了一种矿用设备的称重系统及方法，包括：信号采集系统：包括至少两个采集处理模块，各个所述采集处理模块用于采集矿用搬运设备的不同的工作数据，并发送至所述计算处理模块；计算处理模块：用于根据各个采集模块发送的工作数据，分别计算得到一个货物重量；还用于对各个货物重量进行数据融合处理，得到校正后的货物重量后发送至所述显示报警模块显示；还用于在货物重量超载时向所述显示报警模块发出报警信号；显示报警模块：用于显示。本发明提高了重量测量的准确性，提高了矿井生产安全系数。

Description

一种矿用设备的称重系统及方法

技术领域

本发明属于矿用设备技术领域，具体涉及一种矿用设备的称重系统及方法。

背景技术

综采工作面搬家倒面过程中，为了实现大型矿用设备例如液压支架的倒运或长距离运输，一般通过支架搬运车进行搬运，但是，每个支架搬运车的装载能力存在上限，但在实际运用过程中，司机并不了解被搬运的液压支架实际重量，往往根据主观印象，盲目搬运，存在可能超出自身装载能力的情况。长期超载不仅会缩短支架搬运车的使用寿命，同时还会导致车辆失控、人员伤亡的事故发生。而现有的称重设施往往无法设置在搬运车上直接进行称重，因此，需要提供一种新的称重系统和方法，以实现大型矿用设备在搬运过程中的对搬运设备实时称重，进而根据称重来判断是否超载，以提高矿用设备搬运的安全性。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种矿用设备的称重系统及方法，解决现场矿用设备存在可能超出自身装载能力的情况，避免长期超载造成的矿用设备使用寿命缩短，及车辆失控、人员伤亡的事故发生。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种矿用搬运设备的称重系统，包括：信号采集系统：包括至少两个采集处理模块，各个所述采集处理模块用于采集矿用搬运设备的不同的工作数据，并发送至所述计算处理模块；

计算处理模块：用于根据各个采集模块发送的工作数据，分别计算得到一个货物重量M_i，M_i表示根据第i个数据采集模块发送的工作数据计算得到的货物重量；还用于对各个货物重量M_i进行数据融合处理，得到校正后的货物重量后发送至所述显示报警模块显示；还用于在货物重量超载时向所述显示报警模块发出报警控制信号；

显示报警模块：用于显示测量数据，以及发出报警信号。

进一步地，校正后的货物重量M的计算公式为：

其中，ω_i表示M_i的加权融合系数。

进一步地，所述采集处理模块包括：液压回路压力采集模块，液压回路流量采集模块、液压缸位置角度采集模块，发动机转速采集模块中的至少两个；

所述液压回路压力采集模块用于采集货物吊起离开地面且达到稳定平衡时的各个液压回路的液压压力Fm；m＝1,2……，表示液压回路的序号；

所述液压回路流量采集模块用于采集货物吊起离开地面且达到稳定平衡时的各个液压回路的流量Sm；

所述液压缸位置角度采集模块用于采集各个液压油缸的工作位置Lm和角度θm；

所述发动机转速采集模块用于采集发动机的实时转速；

计算处理模块用于根据所述液压压力Fm计算得到货物重量M₁；

还用于根据所述流量Sm计算得到货物重量M₂；

用于根据所述工作位置Lm和角度θm，计算得到货物重量M₃；

以及根据发动机的实时转速，计算得到货物重量M₄。

进一步地，所述油缸压力采集模块包括液压压力传感器，所述液压压力传感器设置在各个液压回路上；

所述液压回路流量采集模块包括流量传感器，所述流量传感器设置在各个液压回路上，用于测量各个回路的流量；

所述液压缸位置角度采集模块包括位移传感器和角度传感器，所述位移传感器用于采集油缸的位移，所述角度传感器用于测量油缸的角度；

所述发动机转速采集模块包括转速传感器，所述转速传感器设置在发动机上。

进一步地，所述M₁、M₂和M₃的计算公式为：

其中，f₁表示油缸压力与油缸流量S_m和油缸截面积Am的函数关系，G表示搬运设备的自重，f₂表示油缸压力与油缸位移和油缸角度的函数关系；

货物重量M₄的计算方法为：

获取发动机的实时转速，根据实时转速获取发动机的瞬时功率，进而得到当前扭矩，将当前扭矩与标定数据库对比，得到货物重量M₄。

此外，本发明还提供了一种矿用搬运设备的称重方法，采用所述的一种矿用搬运设备的称重系统，包括以下步骤：

S1、通过各个采集处理模块分别同时测量负载的重量；

S2、确定各个采集处理模块的加权融合系数；

S3、根据各个测量方式的权值系数，以及步骤S1的测量值，计算校正后的货物质量M，计算公式为：

其中，M_i表示第i个采集处理模块的测量值计算得到的货物重量，ω_i表示M_i的加权融合系数。

所述步骤S2的具体步骤为：

S201、在一个周期的时间内，通过各个采集处理模块分别同时测量负载的重量，第i个采集处理模块的第j次测量结果记为M_i(j)；i＝1,2，……n，j＝1，2……N，n表示采集处理模块的数量，N表示周期内的测量次数；

S202、计算各个测量次数下的测量平均值，计算公式为：

表示各个采集模块的第j次测量的测量平均值；

S203、计算各个测量时刻下各个采集处理模块的测量值与测量平均值之间的偏差，计算公式为：

ΔM_i(j)表示第i个采集处理模块的第j次测量的测量偏差；

S204、计算各个采集处理模块的测量偏差的平均值和均方差，计算公式为：

其中，

表示第i个采集处理模块的测量偏差的平均值；

表示第i个采集处理模块的测量值的均方差；

S205、计算各个采集处理模块的最终加权融合权重系数，计算公式为：

其中，ω_i表示第i个采集处理模块的加权融合权重系数。

所述的一种矿用搬运设备的称重方法，还包括以下步骤：

S4、将校正后的货物质量M发送至所述显示报警模块显示，并判断是否超载，若超载，则发送报警信号至所述显示报警模块。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种矿用搬运设备的称重系统，通过多种测量方式对货物的重量进行测量，最后利用计算处理模块对测量结果进行数据融合，可增加称重系统的可信度，克服了现有技术中单种测量方式的结果不可靠，可信度较低的问题。

2、本发明的多种测量方式包括采集搬运负载过程中机械臂或液压支架的液压压力(或液压回路的流量)，进而计算货物的重量；还包括采集发动机转速，进而得到扭矩，将当前扭矩与标定数据对比，进而得到货物的重量；此外，本发明通过最优加权融合系数进行数据融合，进一步提高了测量的准确性，从而使得称重结果与实际结果误差更小。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种矿用搬运设备的称重系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种矿用搬运设备的称重方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中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的一部分实施例，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。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供了一种矿用搬运设备的称重系统，包括：

信号采集系统：包括至少两个采集处理模块，各个所述采集处理模块用于采集矿用搬运设备的不同的工作数据，并发送至所述计算处理模块；

计算处理模块：用于根据各个采集模块发送的工作数据，分别计算得到一个货物重量M_i，Mi表示根据第i个数据采集模块发送的工作数据计算得到的货物重量；还用于对各个货物重量Mi进行数据融合处理，得到校正后的货物重量M后发送至所述显示报警模块显示；还用于在货物重量超载时向所述显示报警模块发出报警信号；

显示报警模块：用于显示测量数据，以及发出报警信号。

具体地，本实施例中，计算处理模块计算校正后的货物重量M的计算公式为：

其中，M_i表示第i个采集处理模块的测量值计算得到的货物重量，ω_i表示M_i的加权融合系数。

如图1所示，所述信息采集系统还包括信号放大电路，其用于对各个采集处理模块的输出信号进行放大处理后发送至所述计算处理单元。

本实施例中，计算处理模块具体可以设置在单片机中，其将传感器采集到信号进行分析，根据不同的输出信号类型获取被测物体重量的信息，将信息存储在单片机存储芯片中；然后对信号进行滤波、关联等处理，并将处理结果与数据库进行比较，分别得到不同测量方法对应的负载重量；而后采用动态加权法将预处理的结果进行数据融合，最终输出具有较高可信度的负载测量结果。同时将得到的结果传送至显示屏显示。若出现超载或其他情况则输出报警信号，必要时可紧急停机。如图1所示，单片机还包括复位电路、晶振电路、模数转换模块、数据存储模块，数据处理单元和输入输出模块。

具体地，本实施例中，所述采集处理模块包括：液压回路压力采集模块，液压回路流量采集模块、液压缸位置角度采集模块，发动机转速采集模块中的至少两个。

由于搬运设备的液压油缸往往有多个，其通过吊钩、链轮及吊链将货物搬起运输，因此，本实施例中，液压回路压力采集模块，液压回路流量采集模块、液压缸位置角度采集模块需要采集各个液压回路中的工作数据。

其中，所述液压回路压力采集模块用于采集货物吊起离开地面且达到稳定平衡时的各个液压回路的液压压力Fm；具体地，所述油缸压力采集模块包括液压压力传感器，所述液压压力传感器设置在各个液压回路上。其中，m＝1,2……，表示液压回路的序号。计算处理模块用于根据所述液压压力Fm计算得到货物重量M₁。

所述液压回路流量采集模块用于采集货物吊起离开地面且达到稳定平衡时的各个液压回路的流量Sm；所述液压回路流量采集模块包括流量传感器，所述流量传感器设置在各个液压回路上，用于测量各个回路的流量。计算处理模块用于根据所述流量Sm计算得到货物重量M₂。

所述液压缸位置角度采集模块用于采集各个液压油缸的工作位置Lm和角度θm；所述液压缸位置角度采集模块包括位移传感器和角度传感器，所述位移传感器用于采集油缸的位移，所述角度传感器用于测量油缸的角度。计算处理模块用于根据所述工作位置Lm和角度θm，计算得到货物重量M₃。

所述发动机转速采集模块用于采集发动机的实时转速。所述发动机转速采集模块包括转速传感器，所述转速传感器设置在发动机上。计算处理模块用于根据发动机的实时转速，计算得到货物重量M₄。

具体地，本实施例中，所述货物重量M₁、M₂和M₃的计算公式为：

其中，f₁表示油缸压力与油缸流量S_m和油缸截面积Am的函数关系，可以通过实验测定，也可以通过理论计算进行标定，G表示搬运设备的自重，可以在出厂时标定，f₂表示油缸压力与油缸位移和油缸角度的函数关系，可以通过实验测定，也可以通过理论计算进行标定。

本实施例中，通过读取各个液压回路中的压力传感器的值，可以得到各个液压回路的液压压力，液压压力等于货物重力加上搬运设备的重力。此外，还可以通过读取各个液压回路中的流量传感器的值，进而得到各个液压回路的流量S_m，也可以通过液压油缸的位移(工作位置)和角度，来确定各个液压油缸的液压压力。

货物重量M₄的计算方法为：

获取发动机的实时转速n1，根据实时转速通过对比发动机的功率曲线图获取发动机的瞬时功率，进而得到当前扭矩，将当前扭矩与标定数据库对比，得到货物重量M4。具体地，扭矩与瞬时功率P的关系可以表示为：T＝P*9550/n1。(p为发动机瞬时功率，单位KW；n1为发动机转速，单位rpm)。

本实施例中，计算处理模块得到的结果通过485,CAN等通讯方式传送至显示报警模块显示。显示报警模块主要作用是将采集到的数据和控制系统处理的结果显示。司机可根据负载的重量及车自身的承受能力来决定是否搬运当前货物，从而减少甚至可避免超载、重载等情况的发生。出现超载或其他情况则显示报警模块输出报警信号，必要时可紧急制动等有效措施。并且，系统根据历史数据，对设备的使用寿命进行预估，形成历史曲线图，判断设备的使用年限及设备的承受能力。避免因设备的老化、操作不当等因素导致故障的发生。

由于车辆使用过程中会存在磨损以及受到驾驶员体重等因素的影响，使得计算结果有偏差。为了获得较为准确地车辆负载信息，需要在日常维护使用过程中，定期对车辆的自重、液压压力传感器等数据库信息进行标定。为了提高数据检测的准确度，本实施例中，所述压力传感器、位移传感器和角度传感器均采用选用高精度的传感器，同时采用标准砝码负重对比进行参数标定，以此来提高车辆负载自称重系统的称重精度。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了一种矿用搬运设备的称重方法，采用实施例一所述的一种矿用搬运设备的称重系统，包括以下步骤：

S1、通过各个采集处理模块分别同时测量负载的重量；

S2、确定各个采集处理模块的加权融合系数；

S3、根据各个测量方式的权值系数，以及步骤S1的测量值，计算校正后的货物质量M，计算公式为：

其中，M_i表示第i个采集处理模块的测量值计算得到的货物重量，ω_i表示M_i的加权融合系数。

S4、将校正后的货物质量M发送至所述显示报警模块显示，并判断是否超载，若超载，则发送报警信号至所述显示报警模块。

具体地，本实施例中，所述步骤S2的具体步骤为：

S201、在一个周期的时间内，通过各个采集处理模块分别同时测量负载的重量，第i个采集处理模块的第j次测量结果记为M_i(j)；i＝1,2，……n，j＝1，2……N，n表示采集处理模块的数量，N表示周期内的测量次数；

S202、计算各个测量次数下的测量平均值，计算公式为：

表示各个采集模块的第j次测量的测量平均值；

S203、计算各个测量时刻下各个采集处理模块的测量值与测量平均值之间的偏差，计算公式为：

ΔM_i(j)表示第i个采集处理模块的第j次测量的测量偏差；

S204、计算各个采集处理模块的测量偏差的平均值和均方差，计算公式为：

其中，

表示第i个采集处理模块的测量偏差的平均值；

表示第i个采集处理模块的测量值的均方差；

S205、计算各个采集处理模块的最终加权融合权重系数，计算公式为：

其中，ω_i表示第i个采集处理模块的加权融合权重系数。

综上所述，本发明利用矿用搬运设备的自身结构特点，通过配置一定数量的传感器就能实现车辆负载的称重，其不需要额外配置一套称重系统，因此，大大降低了设备成本。同时此套系统若能广泛应用于当前的支架搬运车，还能可避免因超载带来的缩短支架搬运车的使用寿命、车辆失控、人员伤亡事故等的发生。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

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 (8)

1.一种矿用搬运设备的称重系统，其特征在于，包括：

信号采集系统：包括至少两个采集处理模块，各个所述采集处理模块用于采集矿用搬运设备的不同的工作数据，并发送至所述计算处理模块；

计算处理模块：用于根据各个采集模块发送的工作数据，分别计算得到一个货物重量M_i，M_i表示根据第i个数据采集模块发送的工作数据计算得到的货物重量；还用于对各个货物重量M_i进行数据融合处理，得到校正后的货物重量后发送至所述显示报警模块显示；还用于在货物重量超载时向所述显示报警模块发出报警控制信号；

显示报警模块：用于显示测量数据，以及发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种矿用搬运设备的称重系统，其特征在于，校正后的货物重量的计算公式为：

其中，ω_i表示M_i的加权融合系数。

3.根据权利要求1所述的一种矿用搬运设备的称重系统，其特征在于，所述采集处理模块包括：液压回路压力采集模块，液压回路流量采集模块、液压缸位置角度采集模块，发动机转速采集模块中的至少两个；

所述液压回路压力采集模块用于采集货物吊起离开地面且达到稳定平衡时的各个液压回路的液压压力Fm；m＝1,2……，表示液压回路的序号；

所述液压回路流量采集模块用于采集货物吊起离开地面且达到稳定平衡时的各个液压回路的流量Sm；

所述液压缸位置角度采集模块用于采集各个液压油缸的工作位置Lm和角度θm；

所述发动机转速采集模块用于采集发动机的实时转速；

计算处理模块用于根据所述液压压力Fm计算得到货物重量M₁；

还用于根据所述流量Sm计算得到货物重量M₂；

用于根据所述工作位置Lm和角度θm，计算得到货物重量M₃；

以及根据发动机的实时转速，计算得到货物重量M₄。

4.根据权利要求3所述的一种矿用搬运设备的称重系统，其特征在于，所述油缸压力采集模块包括液压压力传感器，所述液压压力传感器设置在各个液压回路上；

所述液压回路流量采集模块包括流量传感器，所述流量传感器设置在各个液压回路上，用于测量各个回路的流量；

所述液压缸位置角度采集模块包括位移传感器和角度传感器，所述位移传感器用于采集油缸的位移，所述角度传感器用于测量油缸的角度；

所述发动机转速采集模块包括转速传感器，所述转速传感器设置在发动机上。

5.根据权利要求3所述的一种矿用搬运设备的称重系统，其特征在于，货物重量M₁、M₂和M₃的计算公式为：

其中，f₁表示油缸压力与油缸流量S_m和油缸截面积Am的函数关系，G表示搬运设备的自重，f₂表示油缸压力与油缸位移和油缸角度的函数关系；

货物重量M₄的计算方法为：

获取发动机的实时转速，根据实时转速获取发动机的瞬时功率，进而得到当前扭矩，将当前扭矩与标定数据库对比，得到货物重量M₄。

6.一种矿用搬运设备的称重方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种矿用搬运设备的称重系统，包括以下步骤：

S1、通过各个采集处理模块分别同时测量负载的重量；

S2、确定各个采集处理模块的加权融合系数；

S3、根据各个测量方式的权值系数，以及步骤S1的测量值，计算校正后的货物质量M，计算公式为：

其中，M_i表示第i个采集处理模块的测量值计算得到的货物重量，ω_i表示M_i的加权融合系数。

7.根据权利要求6所述的一种矿用搬运设备的称重方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：

S201、在一个周期的时间内，通过各个采集处理模块分别同时测量负载的重量，第i个采集处理模块的第j次测量结果记为M_i(j)；i＝1,2，……n，j＝1，2……N，n表示采集处理模块的数量，N表示周期内的测量次数；

S202、计算各个测量次数下的测量平均值，计算公式为：

表示各个采集模块的第j次测量的测量平均值；

S203、计算各个测量时刻下各个采集处理模块的测量值与测量平均值之间的偏差，计算公式为：

ΔM_i(j)表示第i个采集处理模块的第j次测量的测量偏差；

S204、计算各个采集处理模块的测量偏差的平均值和均方差，计算公式为：

其中，

表示第i个采集处理模块的测量偏差的平均值；

表示第i个采集处理模块的测量值的均方差；

S205、计算各个采集处理模块的最终加权融合权重系数，计算公式为：

其中，ω_i表示第i个采集处理模块的加权融合权重系数。

8.根据权利要求6所述的一种矿用搬运设备的称重方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4、将校正后的货物质量M发送至所述显示报警模块显示，并判断是否超载，若超载，则发送报警信号至所述显示报警模块。

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