CN115262673A - 一种辅助振动系统、挖掘机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，公开了一种辅助振动系统、挖掘机及使用方法，包括激振系统和振动控制系统，所述激振系统包括振动电机和底座，所述振动电机为伺服相位振动电机，通过底座设置于铲斗外表面，所述振动电机与振动控制系统通信连接，所述振动控制系统用于控制振动电机的振动方向、频率以及振幅。本发明的有益效果为：可以根据施工对象调整振动频率、振动方向和振动幅度的辅助振动系统及挖掘机，通过辅助振动在挖掘过程降低挖掘阻力，提高挖掘效率和实现脱附。

Description

一种辅助振动系统、挖掘机及使用方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，涉及一种辅助振动系统、挖掘机及使用方法。

背景技术

近年来随着国家对基建领域的大力投入，我国的工程建设取得了令人瞩目的成果，作为基建工程中的常用设备，挖掘机在交通、城建、农业、军事工程建设等领域的土石方开挖过程中发挥着重要作用。但与此同时由于挖掘机使用领域和工程分布地区的广泛性，使得挖掘机所面对的施工环境和施工对象都存在较大的不同，特别是在面对冻土、硬质土壤和夹石土等对象施工时普遍存在铲斗挖掘阻力大、斗齿入土困难等问题造成挖掘效率低下，面对黏土、泥土等介质挖掘时又易发生黏土和泥土等介质粘附铲斗现象，造成挖斗卸料困难、降低挖掘效率等问题。

现有振动挖掘方案多是通过挖斗或者动臂油缸往复运动的方式对铲斗施加振动，通过油缸往复运动施加振动的方式会严重降低油缸和液压系统的使用寿命，且由于油缸在高速往复运动条件下损坏概率较高，所以这种振动施加方式的振动频率一般不宜过高，振动频率调节范围较低，难以覆盖不同施工对象的固有频率，不能满足不同施工对象的振动需求；最后不管是通过铲斗油缸还是动臂油缸对铲斗施加振动，都会影响挖掘机的正常挖掘动作，不仅无法提高挖掘效率甚至可能影响挖掘机的正常工作。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种辅助振动系统、挖掘机及使用方法，可以根据施工对象调整振动频率、振动方向和振动幅度的辅助振动系统及挖掘机，通过辅助振动在挖掘过程降低挖掘阻力，提高挖掘效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提出了一种辅助振动系统，包括激振系统和振动控制系统，所述激振系统包括振动电机和底座，所述振动电机为伺服相位振动电机，通过底座设置于铲斗外表面或动臂上，所述振动电机与振动控制系统通信连接，所述振动控制系统用于控制振动电机的振动方向、频率和幅度。

结合第一方面，进一步地，振动控制系统通过控制振动电机的转速和偏心块配重来对应调节激振系统的振动频率和振幅，通过控制振动电机的转向来调节激振系统的振动方向。结合第一方面，进一步地，所述振动电机与底座固定连接，所述底座下部设置为与铲斗或动臂对应安装面形状相匹配的结构，这样能够很好的与铲斗或动臂贴合，增大接触面积使底座更加牢固，避免了底座接触不足造成振动过程能量损失。

优选地，振动电机通过其电机底座上的电机安装孔与底座上的电机固定孔通过螺栓固定，振动电机与底座作为一个整体装卸与铲斗或动臂上，这样更便于拆装。

优选地，当激振系统设置于铲斗外表面时，底座下部为与铲斗底部或背部弧面相匹配的弧形结构。

结合第一方面，进一步地，所述底座的底部设置有若干定位销，所述铲斗或动臂安装面上对应设置有若干定位孔，所述定位销与定位孔匹配设置，安装激振系统时，将定位销插入定位孔能够实现底座的快速定位，方便后续固定安装；另在振动工作过程中，定位销和定位孔的设置能够降低底座的晃动，减弱底座与铲斗之间的振动传递损失。

结合第一方面，进一步地，所述底座两侧分别设置有连接杆，在铲斗或动臂对应的安装面的两侧分别设置有连接板，所述连接板上设置有连接孔，所述连接孔与连接杆为匹配设置；

优选地，所述底座为快换底座，其上的连接杆为液压快换杆，通过液压快换杆能够自连接板上拆卸或安装固定；需要说明的是：液压快换杆为工程机械中常规快换部件。当底座通过定位销定位完成后，开启快换按钮，液压快换杆自动插入连接板上的连接孔内，以完成底座的安装；优选地，连接杆与连接孔为间隙配合，但间隙小于0.5mm，这样能够保证底座与铲斗间连接的牢固性。

结合第一方面，进一步地，所述激振系统设置于铲斗的2个耳板之间，设置耳板替换连接板，在所述耳板上开设连接孔，以与连接杆匹配连接。将激振系统设置于铲斗的2个耳板之间，比设置于铲斗其他位置或设置在动臂上，其共振效果更好，具体因为：若设置铲斗其他位置，会干涉挖掘，比如设置在铲斗底部；若是设置在动臂上，激振系统与铲斗的距离比较远，振动传递过程中会能量损失比较大。

结合第一方面，进一步地，挖掘机动臂和振动电机的电源线上均设置有液压和电源快换插头，通过所述快换插头可实现振动电机电源、振动控制线路以及快换底座液压管路的快速连接和拆卸。

当施工工况不需要辅助振动时，通过将关闭液压快换系统使液压快换杆从连接孔中自动抽出，即可完成快换底座的拆卸。底座和快插接头的存在可实现快速安装和拆卸，避免因安装或拆卸激振系统影响挖掘机正常施工。

需要说明的是：本申请的辅助振动系统及其使用方法不限制于使用于挖掘机上，还可以设置于其他铲掘和挖掘设备上。

结合第一方面，进一步地，所述振动控制系统包括振幅采集仪、数据接收模块以及控制器；所述振幅采集仪与数据接收模块的输入端通信连接，所述数据接收模块的输出端与控制器的输入端通信连接，所述控制器的输出端与振动电机通信连接；所述振幅采集仪设置于施工现场的待挖介质内，用于采集待挖介质的振动幅度数据，并将数据传输至数据接收模块；在开始施工前，开启固有频率测试模式，在此模式下使所述激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速，所述振动控制系统同步得到激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速的过程中不同频率下铲斗附近待挖介质振动幅度，根据振动频率与待挖介质振动幅度的一一对应的结果得到使待挖介质振动幅度最大的振动频率，此最大的振动频率即为待挖介质的固有频率，然后将激振系统工作频率设为待挖介质的固有频率。

结合第一方面，进一步地，在挖掘机挖掘工作过程中，若辅助振动的方向未与挖掘方向同步，则会导致辅助振动产生挖掘阻力，甚至影响挖掘机正常挖掘工作，降低挖掘机挖掘效率；此外，回转卸料过程中，辅助振动会导致物料外溢，间接降低斗容、降低挖掘效率。故本发明的所述振动控制系统还包括拉线位移传感器，在铲斗油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上均设置有拉线位移传感器，所述拉线位移传感器与数据接收模块通信连接；所述拉线位移传感器用于实时采集各油缸的实时位置参数，并将位置参数实时经数据接收模块传输至控制器；所述控制器通过收到的位置参数数据得到当前挖掘状态和挖掘角度，所述挖掘状态包括处于挖掘状态和处于回转卸料状态；所述挖掘角度为挖掘过程中铲斗斗齿与地面的角度。所述振动电机内设置有反馈传感器，所述反馈传感器的设置使得振动电机向振动控制系统反馈其当前的振动方向、频率及幅度。当处于挖掘状态时，控制器根据收到的来自振动电机反馈的振动方向与收到的挖掘角度数据，得到辅助振动方向与当前挖掘角度是否一致的结论，若辅助振动的方向与当前挖掘角度不一致时，控制器向振动电机发出调整振动方向的信号，使得辅助振动的方向与当前挖掘角度保持一致；当处于回转卸料状态时，控制器向振动电机发出关闭信号，避免回转过程物料外溢。

需要说明的是：铲斗固有频率为设备的参数之一，为已知量。

结合第一方面，进一步地，在黏土或其他介质挖掘工况下，挖斗内壁容易粘附黏土或介质，增大卸料难度，影响挖掘机的正常挖掘效率。故本发明的所述振动控制系统设有脱附模式，具体为：所述振动控制系统包括压力传感器，所述压力传感器设置于铲斗油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上，所述压力传感器与数据接收模块通信连接；所述压力传感器用于采集铲斗油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上承担的压力，并将采集的压力数据经数据接收模块传输至控制器，所述控制器根据收到的压力数据和预设于控制器内的空载压力数据得到铲斗内粘附介质质量；若卸料结束时铲斗粘附介质质量低于最低启动质量时，振动控制系统直接跳过脱附模式，进入下一个循环挖掘作业；若卸料结束时铲斗内粘附介质质量达到最低启动质量时，振动控制系统开启脱附模式，控制器向振动电机发出达到与铲斗固有频率一致的振动频率控制信号需求，利用共振作用实现脱附防粘的作用。

进一步地，还可调整激振系统的振幅来协同实现铲斗内粘附介质的脱附，提高脱附效率，提升工作效率。

进一步地，所述脱附模式还可以根据粘附介质质量匹配振动幅度，具体为：当粘附介质质量为最低启动质量的2 ～10倍时，振动控制系统使激振系统处于振动电机最大振幅的30%~60%之间的中低振幅状态；当粘附介质质量为最低启动质量的10倍以上时，振动控制系统可使激振系统处于振动电机最大振动幅度的60%~100%之间的高振幅状态提高脱附效果和脱附速度，在平衡整机振动条件下降低介质粘附量、提高卸料效率和工作效率。

第二方面，本发明提出了一种挖掘机，包括铲斗和上述的辅助振动系统，所述辅助振动系统的激振系统设置于铲斗或动臂上。

第三方面，本发明还提出了一种辅助振动系统的使用方法，采用上述的辅助振动系统，包括以下步骤：

步骤S1：将所述辅助振动系统安装铲斗上；

步骤S2：对待挖介质的固有频率进行测试，得到待挖介质的固有频率；

在开始挖掘前，将振幅采集仪插入或埋入挖斗附近待挖介质内，开启频率检测模式，在此模式下使所述激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速，所述振动控制系统同步得到激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速的过程中不同频率下铲斗附近待挖介质振动幅度，根据振动频率与待挖介质振动幅度的一一对应的结果得到使待挖介质振动幅度最大的振动频率，此最大的振动频率即为待挖介质的固有频率，然后将激振系统工作频率设为待挖介质的固有频率，这样能够保证辅助振动系统可以根据施工介质对象自动调整至最佳工作频率，提高振动挖掘效果；

进一步地，当对同一介质区域进行挖掘时，其固有频率基本一致，故振动控制系统可以选择使用上次施工的激振系统工作频率作为本次施工的振动频率，避免同一介质区域反复测试固有频率。

进一步地，本发明的辅助振动系统可将不同施工介质的固有频率存储至振动控制系统的数据库，当数据库内样本足够多后，施工前输入介质类型振动控制系统可采用神经网络等算法针对不同施工对象自动匹配最优振动频率，简化施工工序。

步骤S3：控制器对拉线位移传感器采集的当前挖掘状态和挖掘角度数据进行判断；

步骤S4：根据所述步骤S3中的挖掘状态和挖掘角度判断结果，控制器向振动电机发出控制信号，进入辅助振动模式；当处于挖掘状态时，振动控制系统自动判断当前振动方向与挖掘角度间关系；若辅助振动的方向与当前挖掘角度不一致时，控制器向振动电机发出调整振动方向的信号，使得辅助振动的方向与当前挖掘角度保持一致；当处于回转卸料状态时，控制器向振动电机发出关闭信号；

步骤S5：一个挖掘动作执行完后，进行卸料，控制器对压力传感器采集的铲斗内粘附介质质量进行判断，若卸料结束时铲斗粘附介质质量低于最低启动质量时，振动控制系统直接跳过脱附模式，进入下一个循环挖掘作业；若卸料结束时铲斗内粘附介质质量达到最低启动质量时，振动控制系统开启脱附模式，控制器向振动电机发出达到与铲斗固有频率一致的振动频率控制信号需求，利用共振作用实现脱附防粘的作用；

步骤S6：重复步骤S2至S5直到挖掘工作完成。

与现有技术相比，本发明提供了，具备以下有益效果：

（1）本发明的辅助振动系统通过在铲斗上安装振动电机对铲斗施加辅助振动，在面对冻土、硬质土壤和夹石土等施工对象时，系统可根据施工对象调整挖掘机铲斗振动频率、振幅以及振动方向，利用共振原理降低斗齿入土难度，提高挖掘效率；

（2）本发明的辅助振动系统在面对黏土和泥土等介质施工对象时，控制系统根据压力传感器传回数据可出当前挖斗内粘附介质量，当挖斗粘附介质量达到最低启动重量时，振动系统进入脱附模式，该模式下激振模块振动频率与挖斗固有频率一致，利用共振作用实现脱附防粘，提高卸料效率和工作效率。

（3）本发明的系统还可通过实时监测铲斗油缸、斗杆油缸和动臂油缸位置来计算挖掘状态和挖掘角度，当挖掘机处于挖掘状态时，根据振动电机反馈的振动方向与挖掘角度，振动控制系统控制激振系统的振动方向，保证振动方向始终与挖掘方向一致，降低挖掘阻力的同时避免振动对挖掘造成影响，提高挖掘效率。

（4）本发明的辅助振动系统具有实施方式简单、振动频率调节范围大能够满足不同施工对象的施工需求、不影响挖掘机正常挖掘等优点。

（5）本发明的挖掘机通过辅助振动在挖掘过程降低挖掘阻力，提高挖掘效率，在卸料过程降低介质粘附量、提高卸料效率和工作效率。

(6)本发明的使用方法，在面对冻土、硬质土壤和夹石土等施工对象和在面对黏土和泥土等介质施工对象时，利用共振原理降低斗齿入土难度和实现脱附防粘，提高工作效率和卸料效率。

附图说明

图1为本发明中激振系统设置于铲斗的两个耳板之间的主视结构示意图；

图2为本发明中激振系统设置于铲斗的两个耳板之间的左视结构示意图；

图3为本发明中辅助振动系统的使用方法流程图。

图中附图标记的含义为：

1-振动电机；2-底座；3-电机安装孔；4-电机固定孔；5-铲斗；6-定位销；7-定位孔；8-连接杆；9-连接板；10-连接孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

实施例1

如图1和图2所示，本发明提出了一种辅助振动系统，包括激振系统和振动控制系统，激振系统包括振动电机1和底座2，振动电机1为伺服相位振动电机1，通过底座2设置于铲斗5外表面或动臂上，振动电机1与振动控制系统通信连接，振动控制系统通过控制振动电机1的转速和偏心块配重来对应调节激振系统的振动频率和振幅，通过控制振动电机1的转向来调节激振系统的振动方向。

在本实施例的一种具体实施方式中，振动电机1与底座2固定连接，底座2下部设置为与铲斗5或动臂对应安装面形状相匹配的结构，这样能够很好的与铲斗5或动臂贴合，增大接触面积使底座2更加牢固，避免了底座2接触不足造成振动过程能量损失。

优选地，振动电机1通过其电机底座2上的电机安装孔3与底座2上的电机固定孔4通过螺栓固定，振动电机1与底座2作为一个整体装卸与铲斗5或动臂上，这样更便于拆装。

优选地，当激振系统设置于铲斗5外表面时，底座2下部为与铲斗5底部或背部弧面相匹配的弧形结构。

在本实施例的一种具体实施方式中，底座2的底部设置有若干定位销6，铲斗5或动臂安装面上对应设置有若干定位孔7，定位销6与定位孔7匹配设置，安装激振系统时，将定位销6插入定位孔7能够实现底座2的快速定位，方便后续固定安装；另在振动工作过程中，定位销6和定位孔7的设置能够降低底座2的晃动，减弱底座2与铲斗5之间的振动传递损失。

在本实施例的一种具体实施方式中，底座2两侧分别设置有连接杆8，在铲斗5或动臂对应的安装面的两侧分别设置有连接板9，连接板9上设置有连接孔10，连接孔10与连接杆8为匹配设置；

优选地，底座2为快换底座，其上的连接杆8为液压快换杆，通过液压快换杆能够自连接板9上拆卸或安装固定；需要说明的是：液压快换杆为工程机械中常规快换部件。当底座2通过定位销6定位完成后，开启快换按钮，液压快换杆自动插入连接板9上的连接孔10内，以完成底座2的安装；优选地，连接杆8与连接孔10为间隙配合，但间隙小于0.5mm，这样能够保证底座2与铲斗5间连接的牢固性。

在本实施例的一种具体实施方式中，挖掘机动臂和振动电机1的电源线上均设置有液压和电源快换插头，通过快换插头可实现振动电机1电源、振动控制线路以及快换底座液压管路的快速连接和拆卸。

当施工工况不需要辅助振动时，通过将关闭液压快换系统使液压快换杆从连接孔10中自动抽出，即可完成快换底座的拆卸。底座2和快插接头的存在可实现快速安装和拆卸，避免因安装或拆卸激振系统影响挖掘机正常施工。

需要说明的是：本申请的辅助振动系统及其使用方法不限制于使用于挖掘机上，还可以设置于其他铲掘和挖掘设备上。

在本实施例的一种具体实施方式中，振动控制系统包括振幅采集仪、数据接收模块以及控制器；振幅采集仪与数据接收模块的输入端通信连接，数据接收模块的输出端与控制器的输入端通信连接，控制器的输出端与振动电机1通信连接；振幅采集仪设置于施工现场的待挖介质内，用于采集待挖介质的振动幅度数据，并将数据传输至数据接收模块；在开始施工前，开启固有频率测试模式，在此模式下使激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速，振动控制系统同步得到激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速的过程中不同频率下铲斗5附近待挖介质振动幅度，根据振动频率与待挖介质振动幅度的一一对应的结果得到使待挖介质振动幅度最大的振动频率，此最大的振动频率即为待挖介质的固有频率，然后将激振系统工作频率设为待挖介质的固有频率。

在本实施例的一种具体实施方式中，在挖掘机挖掘工作过程中，若辅助振动的方向未与挖掘方向同步，则会导致辅助振动产生挖掘阻力，甚至影响挖掘机正常挖掘工作，降低挖掘机挖掘效率；此外，回转卸料过程中，辅助振动会导致物料外溢，间接降低斗容、降低挖掘效率。故本发明的振动控制系统还包括拉线位移传感器，在铲斗5油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上均设置有拉线位移传感器，拉线位移传感器与数据接收模块通信连接；拉线位移传感器用于实时采集各油缸的实时位置参数，并将位置参数实时经数据接收模块传输至控制器；控制器通过收到的位置参数数据得到当前挖掘状态和挖掘角度，挖掘状态包括处于挖掘状态和处于回转卸料状态；挖掘角度为挖掘过程中铲斗5斗齿与地面的角度。振动电机1内设置有反馈传感器，反馈传感器的设置使得振动电机1向振动控制系统反馈其当前的振动方向、频率及幅度。当处于挖掘状态时，控制器根据收到的来自振动电机1反馈的振动方向与收到的挖掘角度数据，得到辅助振动方向与当前挖掘角度是否一致的结论，若辅助振动的方向与当前挖掘角度不一致时，控制器向振动电机1发出调整振动方向的信号，使得辅助振动的方向与当前挖掘角度保持一致；当处于回转卸料状态时，控制器向振动电机1发出关闭信号，避免回转过程物料外溢。

需要说明的是：铲斗5固有频率为设备的参数之一，为已知量。

在本实施例的一种具体实施方式中，在黏土或其他介质挖掘工况下，挖斗内壁容易粘附黏土或介质，增大卸料难度，影响挖掘机的正常挖掘效率。故本发明的振动控制系统设有脱附模式，具体为：振动控制系统包括压力传感器，压力传感器设置于铲斗5油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上，压力传感器与数据接收模块通信连接；压力传感器用于采集铲斗5油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上承担的压力，并将采集的压力数据经数据接收模块传输至控制器，控制器根据收到的压力数据和预设于控制器内的空载压力数据得到铲斗5内粘附介质质量；若卸料结束时铲斗5粘附介质质量低于最低启动质量时，振动控制系统直接跳过脱附模式，进入下一个循环挖掘作业；若卸料结束时铲斗5内粘附介质质量达到最低启动质量时，振动控制系统开启脱附模式，控制器向振动电机1发出达到与铲斗5固有频率一致的振动频率控制信号需求，利用共振作用实现脱附防粘的作用。

在本实施例的一种具体实施方式中，还可调整激振系统的振幅来协同实现铲斗5内粘附介质的脱附，提高脱附效率，提升工作效率。

在本实施例的一种具体实施方式中，脱附模式还可以根据粘附介质质量匹配振动幅度，具体为：当粘附介质质量为最低启动质量的2～10倍时，振动控制系统使激振系统处于振动电机1最大振幅的30%~60%之间的中低振幅状态；当粘附介质质量为最低启动质量的10倍以上时，振动控制系统可使激振系统处于振动电机1最大振动幅度的60%~100%之间的高振幅状态提高脱附效果和脱附速度，在平衡整机振动条件下降低介质粘附量、提高卸料效率和工作效率。

此外，本发明提出了一种挖掘机，包括铲斗5和本发明的辅助振动系统，激振系统设置于铲斗5或动臂上。

最后，如图3所示，本发明还提出了一种辅助振动系统的使用方法，采用本发明的辅助振动系统，包括以下步骤：

步骤S1：将辅助振动系统安装铲斗5上；

步骤S2：对待挖介质的固有频率进行测试，得到待挖介质的固有频率；

在开始挖掘前，将振幅采集仪插入或埋入挖斗附近待挖介质内，开启频率检测模式，在此模式下使激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速，振动控制系统同步得到激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速的过程中不同频率下铲斗5附近待挖介质振动幅度，根据振动频率与待挖介质振动幅度的一一对应的结果得到使待挖介质振动幅度最大的振动频率，此最大的振动频率即为待挖介质的固有频率，然后将激振系统工作频率设为待挖介质的固有频率，这样能够保证辅助振动系统可以根据施工介质对象自动调整至最佳工作频率，提高振动挖掘效果；

在本实施例的一种具体实施方式中，当对同一介质区域进行挖掘时，其固有频率基本一致，故振动控制系统可以选择使用上次施工的激振系统工作频率作为本次施工的振动频率，避免同一介质区域反复测试固有频率。

在本实施例的一种具体实施方式中，本发明的辅助振动系统可将不同施工介质的固有频率存储至振动控制系统的数据库，当数据库内样本足够多后，施工前输入介质类型振动控制系统可采用神经网络等算法针对不同施工对象自动匹配最优振动频率，简化施工工序。

步骤S3：控制器对拉线位移传感器采集的当前挖掘状态和挖掘角度数据进行判断；

步骤S4：根据步骤S3中的挖掘状态和挖掘角度判断结果，控制器向振动电机1发出控制信号，进入辅助振动模式；当处于挖掘状态时，振动控制系统自动判断当前振动方向与挖掘角度间关系；若辅助振动的方向与当前挖掘角度不一致时，控制器向振动电机1发出调整振动方向的信号，使得辅助振动的方向与当前挖掘角度保持一致；当处于回转卸料状态时，控制器向振动电机1发出关闭信号；

步骤S5：一个挖掘动作执行完后，进行卸料，控制器对压力传感器采集的铲斗5内粘附介质质量进行判断，若卸料结束时铲斗5粘附介质质量低于最低启动质量时，振动控制系统直接跳过脱附模式，进入下一个循环挖掘作业；若卸料结束时铲斗5内粘附介质质量达到最低启动质量时，振动控制系统开启脱附模式，控制器向振动电机1发出达到与铲斗5固有频率一致的振动频率控制信号需求，利用共振作用实现脱附防粘的作用；

步骤S6：重复步骤S2至S5直到挖掘工作完成。

实施例2

如图1和图2所示，本实施例中与实施例1的区别在于将实施例1中的激振系统安装于铲斗5的2个耳板之间，用耳板替换连接板9，在耳板上开设连接孔10，以与连接杆8匹配连接。将激振系统设置于铲斗5的2个耳板之间，比设置于铲斗5其他位置或设置在动臂上，其共振效果更好，具体因为：若设置铲斗5其他位置，会干涉挖掘，比如设置在铲斗5底部；若是设置在动臂上，激振系统与铲斗5的距离比较远，振动传递过程中会能量损失比较大。

需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种辅助振动系统，其特征在于：包括激振系统和振动控制系统，所述激振系统包括振动电机和底座，所述振动电机为伺服相位振动电机，通过底座设置于铲斗外表面或动臂上，所述振动电机与振动控制系统通信连接，所述振动控制系统用于控制振动电机的振动方向、频率以及振幅。

2.根据权利要求1所述的一种辅助振动系统，其特征在于：所述振动电机与底座固定连接，所述底座下部设置为与铲斗或动臂对应安装面形状相匹配的结构。

3.根据权利要求1所述的一种辅助振动系统，其特征在于：所述底座的底部设置有若干定位销，所述铲斗或动臂安装面上对应设置有若干定位孔，所述定位销与定位孔匹配设置。

4.根据权利要求1所述的一种辅助振动系统，其特征在于：所述底座两侧分别设置有连接杆，在铲斗或动臂对应的安装面的两侧分别设置有连接板，所述连接板上设置有连接孔，所述连接孔与连接杆为匹配设置。

5.根据权利要求4所述的一种辅助振动系统，其特征在于：所述激振系统设置于铲斗的2个耳板之间，设置耳板替换连接板，在所述耳板上开设连接孔，以与连接杆匹配连接。

6.根据权利要求1所述的一种辅助振动系统，其特征在于：所述振动控制系统包括振幅采集仪、数据接收模块以及控制器；所述振幅采集仪与数据接收模块的输入端通信连接，所述数据接收模块的输出端与控制器的输入端通信连接，所述控制器的输出端与振动电机通信连接；所述振幅采集仪设置于施工现场的待挖介质内，用于采集待挖介质的振动幅度数据，并将数据传输至数据接收模块；挖掘时，所述控制器根据振幅采集仪采集的待挖介质的振动幅度数据向振动电机发出控制信号，使振动电机的振动频率与待挖介质的固有频率一致。

7.根据权利要求6所述的一种辅助振动系统，其特征在于：所述振动电机内设置有反馈传感器，所述反馈传感器的设置使得振动电机向振动控制系统反馈其当前的振动方向、频率及幅度；所述振动控制系统还包括拉线位移传感器，在铲斗油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上均设置有拉线位移传感器，所述拉线位移传感器与数据接收模块通信连接；所述拉线位移传感器用于实时采集各油缸的实时位置参数，并将位置参数实时经数据接收模块传输至控制器；所述控制器通过收到的位置参数数据得到当前挖掘状态和挖掘角度，所述挖掘状态包括处于挖掘状态、处于回转卸料状态；所述挖掘角度为挖掘过程中铲斗斗齿与地面的角度；当处于挖掘状态时，控制器根据收到的来自振动电机反馈的振动方向与收到的挖掘角度数据，得到辅助振动方向与当前挖掘角度是否一致的结论，若辅助振动的方向与当前挖掘角度不一致时，控制器向振动电机发出调整振动方向的信号，使得辅助振动的方向与当前挖掘角度保持一致；当处于回转卸料状态时，控制器向振动电机发出关闭信号。

8.根据权利要求6所述的一种辅助振动系统，其特征在于：所述振动控制系统设有脱附模式，具体为：所述振动控制系统包括压力传感器，所述压力传感器设置于铲斗油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上，所述压力传感器与数据接收模块通信连接；所述压力传感器用于采集铲斗油缸、动臂油缸以及斗杆油缸上承担的压力，并将采集的压力数据经数据接收模块传输至控制器，所述控制器根据收到的压力数据和预设于控制器内的空载压力数据得到铲斗内粘附介质质量；若卸料结束时铲斗粘附介质质量低于最低启动质量时，振动控制系统直接跳过脱附模式，进入下一个循环挖掘作业；若卸料结束时铲斗内粘附介质质量达到最低启动质量时，振动控制系统开启脱附模式，控制器向振动电机发出达到与铲斗固有频率一致的振动频率控制信号需求，利用共振作用实现脱附防粘的作用。

9.一种挖掘机，其特征在于：包括权利要求1至4和6至8中任一项所述的辅助振动系统，所述辅助振动系统激振系统设置于铲斗或动臂上。

10.一种辅助振动系统的使用方法，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的辅助振动系统，包括以下步骤：

步骤S1：将所述辅助振动系统安装铲斗上；

步骤S2：对待挖介质的固有频率进行测试，得到待挖介质的固有频率；

在开始挖掘前，将振幅采集仪插入或埋入挖斗附近待挖介质内，开启频率检测模式，在此模式下使所述激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速，所述振动控制系统同步得到激振系统的振动频率从最低匀速逐步升至最高匀速的过程中不同频率下铲斗附近待挖介质振动幅度，根据振动频率与待挖介质振动幅度的一一对应的结果得到使待挖介质振动幅度最大的振动频率，此最大的振动频率即为待挖介质的固有频率，然后将激振系统工作频率设为待挖介质的固有频率；

步骤S3：控制器对拉线位移传感器采集的当前挖掘状态和挖掘角度数据进行判断；

步骤S4：根据所述步骤S3中的挖掘状态和挖掘角度判断结果，控制器向振动电机发出控制信号，进入辅助振动模式；

步骤S5：一个挖掘动作执行完后，进行卸料，控制器对压力传感器采集的铲斗内粘附介质质量进行判断，若卸料结束时铲斗粘附介质质量低于最低启动质量时，振动控制系统直接跳过脱附模式，进入下一个循环挖掘作业；若卸料结束时铲斗内粘附介质质量达到最低启动质量时，振动控制系统开启脱附模式，控制器向振动电机发出达到与铲斗固有频率一致的振动频率控制信号需求，利用共振作用实现脱附防粘的作用；

步骤S6：重复步骤S2至S5直到挖掘工作完成。

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