CN117150833A - 一种基于铲运机的动态称重方法及系统 - Google Patents
一种基于铲运机的动态称重方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117150833A CN117150833A CN202311441101.8A CN202311441101A CN117150833A CN 117150833 A CN117150833 A CN 117150833A CN 202311441101 A CN202311441101 A CN 202311441101A CN 117150833 A CN117150833 A CN 117150833A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lifting
- scraper
- value
- oil cylinder
- bucket
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005303 weighing Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 81
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 56
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 40
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 66
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 3
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F1/00—General working methods with dredgers or soil-shifting machines
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
- G01G19/08—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Geometry (AREA)
- Algebra (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Component Parts Of Construction Machinery (AREA)
Abstract
在铲运机领域中，本发明提供一种基于铲运机的动态称重方法及系统，包括下述步骤：对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图；根据工作机构受力简图建立水平地面上铲运机的动态数学模型根据铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G；根据铲运机的实际工作环境对G值进行修正，得到修正后的G值；根据修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量。在矿山工作环境中较难应用，特别是地下铲运机铲装矿石的情况下，修正重心偏移极为重要，本方法通过简化结构、建立模型、修正参数等实现在困难的工作环境中，仍能准确的测量物料的质量。
Description
技术领域
本发明涉及铲运机领域，尤其涉及一种基于铲运机的动态称重方法及系统。
背景技术
如图2所示，图2为现有技术的电动铲运机的常见结构，一般包括前车架、翻斗油缸、摇臂、铲斗连杆、动臂、两个举升油缸组成。铲运机是矿山无轨设备的一种，广泛应用于地下矿山的采掘、运输。以铲运机和自卸式运矿卡车为核心的无轨采矿设备 ，在国内外已成为采矿技术发展的主流。目前，市场上广泛应用的铲运机分为内燃铲运机与电动铲运机两种，内燃铲运机适用于通风良好的作业环境，拥有灵活、高效的特点；电动铲运机则更加环保，无污染。
现有技术对于铲运机称重，仅是搭建了针对测量方式和信号输送及处理的静态或动态称重系统，但是没有考虑在测重过程中，中心点产生的角度偏移和重心偏移等问题。
综上，现行方法存在如下问题：
1. 无法动态得到铲运机的称重结果；
2. 当前操作环境对铲运机的称重结果有影响，现有技术未考虑此类因素；
3. 在矿山工作环境中较难应用，特别是地下铲运机铲装矿石的情况下，称重计算数据处理方式不准确。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于铲运机的动态称重方法及系统，通过简化装置、建立模型、修正参数进行实时物料的质量检测，具体包括：
一种基于铲运机的动态称重方法，包括下述步骤：
S1、对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图；
S2、根据所述工作机构受力简图在水平地面上建立铲运机的动态数学模型；根据所述铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G；
S3、根据所述铲运机的实际工作环境对所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G的数值进行修正，得到修正后的G值；
S4、根据所述修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量。
优选的，所述S1的对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图包括：
设置举升大臂与机体连接的旋转点为O1；
设置举升油缸与机体连接的旋转点为O2；
设置举升油缸与举升大臂连接的旋转点为O3；
设置目标重心到举升大臂与O1距离为L1，其中，所述目标重心为所述举升大臂、所述铲斗和所述物料作为整体的重心；
设置O1到线段O2 O3的距离为L2。
优选的，所述S2的根据所述工作机构受力简图建立水平地面上铲运机的动态数学模型；根据所述铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G包括：
S201、根据所述铲运机的动态数学模型，建立刚体绕定轴的转动微分方程，所述刚体绕定轴的转动微分方程为公式1：
（1）
其中，J为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体，绕点O1的转动惯量；
ε为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体，绕点O1的角加速度；
F为举升油缸的举升力；
G为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力；
为所述举升大臂绕铰接点O1的力矩代数和；
θ为O1G的连线与竖直方向的夹角
S202、根据刚体绕定轴的转动微分方程得到G的表达式，所述G的表达式为公式2：
（2）
其中，θ为O1G的连线与竖直方向的夹角，O1G为O1点与所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的中心点的连线，∠O3 O1 O2=θ+θ0，θ0为θ的常量差值；
其中，|O1 O2|为线段O1 O2的长度；|O1 O3|为线段的O1 O3长度；|O2 O3|为线段O2 O3的长度。
优选的，所述S3的根据所述铲运机的实际工作环境对G值进行修正，得到修正后的G值包括：
S301、对θ角进行纵向倾斜修正和横向倾斜修正，得到角度修正后的G值；
S302、对所述角度修正后的G值进行重心偏移修正，得到修正后的G值。
优选的，所述S301的对θ角进行纵向倾斜修正和横向倾斜修正，得到角度修正后的G值包括：
所述纵向倾斜修正包括：采用绝对水平角度传感器测量计算θ角；
所述横向倾斜修正包括：设置所述铲运机横向摆动角度为γ，以纵向视角对所述举升大臂和物料进行分析；
所述角度修正后的G值计算公式为公式3：
（3）。
优选的，所述S302的对所述角度修正后的G值进行重心偏移修正，得到修正后的G值的计算公式为公式4：
（4）
其中，L1为O1G的距离，随所述物料位置变化而变化；
Fd1为转斗油缸压缩面端承受的压力；
Fd2为转斗油缸连接面端承受的压力；
c1为物料在转斗油缸压缩面端的质心偏移的参数；
c2为物料在转斗油缸连接面端的质心偏移的参数。
优选的，所述S4的根据所述修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量包括：
S401、根据受力平衡方程，得到所述举升油缸的举升力F，F的计算公式为公式5：
（5）
其中，P1为所述举升油缸的进油口压力；
P2为所述举升油缸的出油口压力；
S1为所述举升油缸的油缸进口方向的有效截面面积；
S2为所述举升油缸的油缸出口方向的有效截面面积；
m为所述举升油缸的油缸伸出杆的质量；
a为地球引力常数；
为举升油缸的油缸进口压力损失值；
为举升油缸的油缸出口压力损失值。
S402、通过所述修正后的G值和所述举升油缸的举升力F得到物料质量。
优选的，所述S402的通过所述修正后的G值和所述举升油缸的举升力F得到物料质量包括：
根据所述修正后的G值和所述举升油缸的举升力F计算所述举升大臂、所述铲斗和所述物料质量之和mz，所述mz的计算公式包括公式6：
（6）
其中，
；
；
；
；
根据所述举升大臂、所述铲斗和所述物料质量之和mz，得到物料质量mw，所述mw的计算公式为公式（7）：
（7）
其中，my为所述举升大臂和所述铲斗质量之和。
一种基于铲运机的动态称重系统，包括：
简化模块，用于对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图；
模型建立模块，用于根据所述工作机构受力简图建立水平地面上铲运机的动态数学模型；根据所述铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G；
修正模块，用于根据所述铲运机的实际工作环境对G值进行修正，得到修正后的G值；
计算模块，根据所述修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量。
优选的，所述简化模块的简化规则包括：
设置举升大臂与机体连接的旋转点为O1；
设置举升油缸与机体连接的旋转点为O2；
设置举升油缸与举升大臂连接的旋转点为O3；
设置目标重心到举升大臂与O1距离为L1，其中，所述目标重心为所述举升大臂、所述铲斗和所述物料作为整体的重心；
设置O1到| O2 O3|的距离为L2，其中，| O2 O3|为点O2和点O3的连线。
上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
上述方案，本方法可实现准确的检测物料的质量，对角度和重心分别进行修正，可以准确的得到物料的质量。在矿山工作环境中较难应用，特别是地下铲运机铲装矿石的情况下，修正重心偏移极为重要，本方法通过简化结构、建立模型、修正参数等实现在困难的工作环境中，仍能准确的测量物料的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种基于铲运机的动态称重方法流程图；
图2为本申请实施例的现有技术铲运机结构；
其中，图2中的标记说明：
1、前车架；2、翻斗油缸；3、摇臂；4、铲斗；5、连杆；6、动臂；7、举升油缸；
图3为本申请实施例所提供的工作机构受力简图；
图4为本申请实施例所提供的部分举升结构简图；
图5为本申请实施例所提供的横向倾斜情况下物料和举升大臂的重力分析示意图；
图6为本申请实施例所提供的翻斗油缸液压力示意图；
图7为本申请实施例所提供的翻斗油缸液压参数示意图；
图8为本申请实施例所提供的举升油缸受力分析示意图；
图9为本申请实施例所提供的举升油缸液压参数示意图；
图10为本申请实施例所提供的举升油缸线速度分析示意图；
图11为本申请实施例所提供的一种基于铲运机的动态称重系统的结构示意图；
图12为本申请实施例所提供的一种电子设备结构示意图。
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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
如图2所示，现有技术的电动铲运机的常见结构，一般包括前车架1、翻斗油缸2、摇臂3、铲斗4、连杆5、动臂6、两个举升油缸7组成。
本申请基于现有铲运机的结构，通过修正角度和重心偏移，实现在艰难环境中，精准的测量铲运机中的物料质量，具体包括：
如图1所示，一种基于铲运机的动态称重方法，包括下述步骤：
如图3所示，在假设地面水平的情况下，对工作机构进行简化，得出工作过程中机构的受力情况，S1、对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图，具体包括：
设置举升大臂与机体连接的旋转点为O1；
设置举升油缸与机体连接的旋转点为O2；
设置举升油缸与举升大臂连接的旋转点为O3；
设置目标重心到举升大臂与O1距离为L1，其中，所述目标重心为所述举升大臂、所述铲斗和所述物料作为整体的重心；
设置O1到线段O2 O3的距离为L2。
建立水平地面上铲运机动态测量下的数学模型，由刚体绕定轴的转动微分方程，S2、根据所述工作机构受力简图在水平地面上建立铲运机的动态数学模型；根据所述铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G；具体包括：
S201、根据所述铲运机的动态数学模型，建立刚体绕定轴的转动微分方程，所述刚体绕定轴的转动微分方程为公式1：
（1）
其中，J为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体，绕点O1的转动惯量；
ε为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体，绕点O1的角加速度；
F为举升油缸的举升力；
G为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力；
为所述举升大臂绕铰接点O1的力矩代数和；
（1）消去公式中的L2：
O3点的角加速度与 点角加速度相等，均为ε：。
如图3，已知；
如图4，三角形△ O1 O2O3中，根据正弦定理：，
根据余弦定理：；
得到：
；
整理得到此时G的表达式：
。
（2）消去上述G的表达式中α值，将α写作θ+θ0，α为∠O3 O1 O2，θ0为θ的常量差值，在初始状态进行测量。
S202、根据刚体绕定轴的转动微分方程得到G的表达式，所述G的表达式为公式2：
（2）
其中，θ为O1G的连线与竖直方向的夹角，O1G为O1点与所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的中心点的连线，∠O3 O1 O2=θ+θ0，θ0为θ的常量差值。
以上公式建模与公式推导过程，有前提条件，即铲运机工作在水平地面。而其实际工作环境是在地下矿山采场，地面条件恶劣。
需要进行相关参数的修正具体包括：
S3、根据所述铲运机的实际工作环境对所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G的数值进行修正，得到修正后的G值；
S301、对θ角进行纵向倾斜修正和横向倾斜修正，得到角度修正后的G值；
纵向倾斜修正：纵向倾斜对角测量有影响，可采用绝对水平角度传感器测量计算角，而不要用相对角度传感器测量，则可避免纵向的初始角度误差，横向倾斜修正：由于铲运机在横向有5°的自由摆动量，故极限情况横向存在最大10°的倾斜。假定铲运机横向摆动角度为γ，从纵向视角对大臂和矿石的重力进行分析，具体包括：
所述纵向倾斜修正包括：采用绝对水平角度传感器测量计算θ角；
所述横向倾斜修正包括：设置所述铲运机横向摆动角度为γ，以纵向视角对所述举升大臂和物料进行分析；
如图5，所述角度修正后的G值计算公式为公式3：
(3)。
S302、对所述角度修正后的G值进行重心偏移修正，得到修正后的G值。
重心偏移修正：在公式3中，举升大臂及铲斗和物料的重心到大臂与机架铰接中心O1的距离L1，该值并非可测量的常数值，而是随铲斗中物料的位置不同而变化，L1值的精确确定是提高称重精度的一个难题，相关研究已有尝试在铲斗前后两侧贴应力传感器来感知物料的重心偏移，在矿山工作环境中较难应用，特别是地下铲运机铲装矿石的情况下。本申请对于L1值的偏移测量，可在铲运机的转斗油缸上加装液压压强传感器，物料重心的变化可在传感器上表现出来。
如图6，设转斗油缸两端承受压力分别为Fd1、Fd2，通过两端压力值系数修正重心的变化，具体如下：
所述S302的对所述角度修正后的G值进行重心偏移修正，得到修正后的G值的计算公式为公式4：
（4）
其中，L1为O1G的距离，随所述物料位置变化而变化；
Fd1为转斗油缸压缩面端承受的压力；
Fd2为转斗油缸连接面端承受的压力；
c1为物料在转斗油缸压缩面端的质心偏移的参数；
c2为物料在转斗油缸连接面端的质心偏移的参数。
如图7，对于转斗油缸两端压力值Fd1、Fd2可选用液压压力传感器测量转斗油缸进出油口压力Pd1、Pd1分别与对应截面积即可。
S4、根据所述修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量。在本申请中的举升油缸的举升力F，由于是变化的，所以无法直接测得，需要进行推到。
如图8所示，S401、根据受力平衡方程，得到所述举升油缸的举升力F，F的计算公式为公式5：
（5）
其中，P1为所述举升油缸的进油口压力；
P2为所述举升油缸的出油口压力；
S1为所述举升油缸的油缸进口方向的有效截面面积；
S2为所述举升油缸的油缸出口方向的有效截面面积；
m为所述举升油缸的油缸伸出杆的质量；
a为地球引力常数；
为举升油缸的油缸进口压力损失值；
为举升油缸的油缸出口压力损失值；
其中，
；
；
；
；
如图9所示，为举升油缸的油缸杆的线速度；
为举升油缸的油缸进口管道中液压油的平均流速；
为举升油缸的油缸出口管道中液压油的平均流速；
为举升油缸的油缸进口油管截面积；
为举升油缸的油缸出口油管截面积；
d为举升油缸的油管内径；
λ为沿程阻力系数，可从摩迪图是查得；
为举升油缸的油管长度；
ρ为举升油缸的液压油的密度；
ξ为举升油缸的局部阻力系数。
如图10，对力F进行分解： ；
将F的分解公式代入公式5求出F为：
其中，；/>；；
；
将F值代入公式4中，并且除以9.8可表示为物料的质量表达式：
具体包括：
S402、通过所述修正后的G值和所述举升油缸的举升力F得到物料质量。
根据所述修正后的G值和所述举升油缸的举升力F计算所述举升大臂、所述铲斗和所述物料质量之和mz，所述mz的计算公式包括公式6：
（6）
其中，
；
；
；
；
根据所述举升大臂、所述铲斗和所述物料质量之和mz，得到物料质量mw，所述mw的计算公式为公式（7）：
（7）
其中，my为所述举升大臂和所述铲斗质量之和。
本方法可实现准确的检测物料的质量，对角度和重心分别进行修正，可以准确的得到物料的质量。在矿山工作环境中较难应用，特别是地下铲运机铲装矿石的情况下，修正重心偏移极为重要，本方法通过简化结构、建立模型、修正参数等实现在困难的工作环境中，仍能准确的测量物料的质量。
如图11，一种基于铲运机的动态称重系统，用于实现上述一种基于铲运机的动态称重方法，具体包括：简化模块100、模型建立模块200、修正模块300和计算模块400，其中：
简化模块100，用于对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图；
模型建立模块200，用于根据所述工作机构受力简图建立水平地面上铲运机的动态数学模型；根据所述铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G；
修正模块300，用于根据所述铲运机的实际工作环境对G值进行修正，得到修正后的G值；
计算模块400，根据所述修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量。
所述简化模块的简化规则包括：
设置举升大臂与机体连接的旋转点为O1；
设置举升油缸与机体连接的旋转点为O2；
设置举升油缸与举升大臂连接的旋转点为O3；
设置目标重心到举升大臂与O1距离为L1，其中，所述目标重心为所述举升大臂、所述铲斗和所述物料作为整体的重心；
设置O1到| O2 O3|的距离为L2，其中，| O2 O3|为点O2和点O3的连线。
本系统可实现准确的检测物料的质量，对角度和重心分别进行修正，可以准确的得到物料的质量。在矿山工作环境中较难应用，特别是地下铲运机铲装矿石的情况下，修正重心偏移极为重要，本方法通过简化结构、建立模型、修正参数等实现在困难的工作环境中，仍能准确的测量物料的质量。
图12是本发明实施例提供的一种电子设备700的结构示意图，该电子设备700可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（centralprocessing units，CPU）710和一个或一个以上的存储器720，其中，存储器720中存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器710加载并执行以实现上述一种基于铲运机的动态称重方法的步骤。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述一种基于铲运机的动态称重方法。例如，计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于铲运机的动态称重方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图；
S2、根据所述工作机构受力简图在水平地面上建立铲运机的动态数学模型；
根据所述铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G；
S3、根据所述铲运机的实际工作环境对所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G的数值进行修正，得到修正后的G值；
S4、根据所述修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量。
2.根据权利要求1所述的基于铲运机的动态称重方法，其特征在于，所述S1的对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图包括：
设置举升大臂与机体连接的旋转点为O1；
设置举升油缸与机体连接的旋转点为O2；
设置举升油缸与举升大臂连接的旋转点为O3；
设置目标重心到举升大臂与O1距离为L1，其中，所述目标重心为所述举升大臂、所述铲斗和所述物料作为整体的重心；
设置O1到线段O2 O3的距离为L2。
3.根据权利要求2所述的基于铲运机的动态称重方法，其特征在于，所述S2的根据所述工作机构受力简图在水平地面上建立铲运机的动态数学模型；根据所述铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G包括：
S201、根据所述铲运机的动态数学模型，建立刚体绕定轴的转动微分方程，所述刚体绕定轴的转动微分方程为公式1：
（1）
其中，J为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体，绕点O1的转动惯量；
ε为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体，绕点O1的角加速度；
F为举升油缸的举升力；
G为所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力；
为所述举升大臂绕铰接点O1的力矩代数和；
θ为O1G的连线与竖直方向的夹角；
S202、根据刚体绕定轴的转动微分方程得到G的表达式，所述G的表达式为公式2：
（2）
其中，θ为O1G的连线与竖直方向的夹角，O1G为O1点与所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的中心点的连线，∠O3 O1 O2=θ+θ0，θ0为θ的常量差值；
其中，|O1 O2|为线段O1 O2的长度；|O1 O3|为线段的O1 O3长度；|O2 O3|为线段O2 O3的长度。
4.根据权利要求3所述的基于铲运机的动态称重方法，其特征在于，所述S3的根据所述铲运机的实际工作环境对所述举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G的数值进行修正，得到修正后的G值包括：
S301、对θ角进行纵向倾斜修正和横向倾斜修正，得到角度修正后的G值；
S302、对所述角度修正后的G值进行重心偏移修正，得到修正后的G值。
5.根据权利要求4所述基于铲运机的动态称重方法，其特征在于，所述S301的对θ角进行纵向倾斜修正和横向倾斜修正，得到角度修正后的G值包括：
所述纵向倾斜修正包括：采用绝对水平角度传感器测量计算θ角；
所述横向倾斜修正包括：设置所述铲运机横向摆动角度为γ，以纵向视角对所述举升大臂和物料进行分析；
所述角度修正后的G值计算公式为公式3：
（3）。
6.根据权利要求5所述基于铲运机的动态称重方法，其特征在于，所述S302的对所述角度修正后的G值进行重心偏移修正，得到修正后的G值的计算公式为公式4：
（4）
其中，L1为O1G的距离，随所述物料位置变化而变化；
Fd1为转斗油缸压缩面端承受的压力；
Fd2为转斗油缸连接面端承受的压力；
c1为物料在转斗油缸压缩面端的质心偏移的参数；
c2为物料在转斗油缸连接面端的质心偏移的参数。
7.根据权利要求6所述基于铲运机的动态称重方法，其特征在于，所述S4的根据所述修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量包括：
S401、根据受力平衡方程，得到所述举升油缸的举升力F，F的计算公式为公式5：
（5）
其中，P1为所述举升油缸的进油口压力；
P2为所述举升油缸的出油口压力；
S1为所述举升油缸的油缸进口方向的有效截面面积；
S2为所述举升油缸的油缸出口方向的有效截面面积；
m为所述举升油缸的油缸伸出杆的质量；
a为地球引力常数；
为举升油缸的油缸进口压力损失值；
为举升油缸的油缸出口压力损失值；
S402、通过所述修正后的G值和所述举升油缸的举升力F得到物料质量。
8.根据权利要求7所述基于铲运机的动态称重方法，其特征在于，所述S402的通过所述修正后的G值和所述举升油缸的举升力F得到物料质量包括：
根据所述修正后的G值和所述举升油缸的举升力F计算所述举升大臂、所述铲斗和所述物料质量之和mz，所述mz的计算公式包括公式6：
（6）
其中，
；
；
；
；
根据所述举升大臂、所述铲斗和所述物料质量之和mz，得到物料质量mw，所述mw的计算公式为公式（7）：
（7）
其中，my为所述举升大臂和所述铲斗质量之和。
9.一种基于铲运机的动态称重系统，其特征在于，包括：
简化模块，用于对铲运机的工作机构进行简化，得到工作机构受力简图；
模型建立模块，用于根据所述工作机构受力简图建立水平地面上铲运机的动态数学模型；根据所述铲运机的动态数学模型得到举升大臂、铲斗和物料作为整体的重力G；
修正模块，用于根据所述铲运机的实际工作环境对G值进行修正，得到修正后的G值；
计算模块，根据所述修正后的G值和举升油缸的举升力F，得到物料质量。
10.根据权利要求9所述基于铲运机的动态称重系统，其特征在于，所述简化模块的简化规则包括：
设置举升大臂与机体连接的旋转点为O1；
设置举升油缸与机体连接的旋转点为O2；
设置举升油缸与举升大臂连接的旋转点为O3；
设置目标重心到举升大臂与O1距离为L1，其中，所述目标重心为所述举升大臂、所述铲斗和所述物料作为整体的重心；
设置O1到线段O2 O3的距离为L2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311441101.8A CN117150833A (zh) | 2023-11-01 | 2023-11-01 | 一种基于铲运机的动态称重方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311441101.8A CN117150833A (zh) | 2023-11-01 | 2023-11-01 | 一种基于铲运机的动态称重方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117150833A true CN117150833A (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=88901272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311441101.8A Withdrawn CN117150833A (zh) | 2023-11-01 | 2023-11-01 | 一种基于铲运机的动态称重方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117150833A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012220216A (ja) * | 2011-04-04 | 2012-11-12 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | ホイルローダの載荷荷重計測方法と計測装置 |
| CN103196531A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-07-10 | 北京矿冶研究总院 | 地下铲运机的自动称重装置和方法 |
| CN104729643A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-06-24 | 北京矿冶研究总院 | 一种高精度地下铲运机动态称重方法 |
-
2023
- 2023-11-01 CN CN202311441101.8A patent/CN117150833A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012220216A (ja) * | 2011-04-04 | 2012-11-12 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | ホイルローダの載荷荷重計測方法と計測装置 |
| CN103196531A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-07-10 | 北京矿冶研究总院 | 地下铲运机的自动称重装置和方法 |
| CN104729643A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-06-24 | 北京矿冶研究总院 | 一种高精度地下铲运机动态称重方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郭鑫 等: "地下铲运机动态称重系统的理论研究", 有色金属（矿山部分）, pages 75 - 79 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10539451B2 (en) | Load weighing method and system for wheel loader | |
| CN102047075B (zh) | 对矿用电铲的采掘组件进行位置校准的方法 | |
| CN109680738B (zh) | 一种液压挖掘机物料在线称重装置及方法 | |
| CN109682447B (zh) | 一种装载机铲斗中物料重量动态称量方法 | |
| CN110431388B (zh) | 轮式装载机以及铲斗装载载重运算方法 | |
| CN105258771B (zh) | 一种铲运机任意举重角度自称重装置及其称重方法 | |
| JP5160468B2 (ja) | 建設機械の荷重計測装置 | |
| JPH0783740A (ja) | 重量物搬送積載装置 | |
| JP2011505509A (ja) | 重心の補償を備える積載質量システム | |
| CN105371846B (zh) | 载体姿态检测方法及其系统 | |
| CN113010979B (zh) | 一种挖掘机称重方法及其系统 | |
| CN209585142U (zh) | 一种液压挖掘机物料在线称重装置及液压挖掘机 | |
| CN111121938A (zh) | 一种实时监测车辆载重的方法、终端设备及计算机可读存储介质 | |
| CN110793694B (zh) | 一种装载机铲装机构的载荷测量方法 | |
| WO2016189654A1 (ja) | 建設機械の荷重計測装置 | |
| CN114353924B (zh) | 一种液压挖掘机铲斗内物料的在线称重方法 | |
| CN117150833A (zh) | 一种基于铲运机的动态称重方法及系统 | |
| CN109241608B (zh) | 挖掘机转台等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法 | |
| US11167941B2 (en) | Conveyor system with weighing capability | |
| JP3852840B2 (ja) | 車両の積載重量計測装置 | |
| CN114777726B (zh) | 臂架的形变量确定方法、装置、臂架系统及工程机械设备 | |
| CN109253871B (zh) | 挖掘机下车架等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法 | |
| Nan et al. | Balance control by weighting and tensiometric measurements of bucket wheel excavators | |
| US12006169B2 (en) | Conveyor system with weighing capability | |
| FI129572B (fi) | Menetelmä ja järjestelmä kuorman punnitsemiseksi työkoneen kauhassa sekä työkone |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20231201 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |