CN117488908B - 一种装载机倾翻预警技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种装载机倾翻预警技术，包括控制系统以及安装在装载机底座上的双轴倾角传感器、振动检测传感器和铲斗高度传感机构，所述控制系统中设有信号采集处理系统，控制系统分别与双轴倾角传感器、振动检测传感器和铲斗高度传感机构连接。本发明能够实现实时准确测量装载机车身的纵向、横向倾角，并将车身纵向、横向倾角信息准确反馈给控制系统，当车身纵向或横向倾角接近或超过安全范围时，装载机驾驶员可以从人机交互界面及时收到预警信息和声光分级预警，驾驶员可及时做出相应地处理措施，从而避免装载机重大事故的发生。

Description

一种装载机倾翻预警技术
技术领域
本发明涉及倾翻预警技术领域，具体涉及一种装载机倾翻预警技术。
背景技术
装载机在运行过程中，特别是矿山坑底、山体陡坡、丘陵沟壕、江河堤坝抢险的复杂地形地带工况下，场地的较大横向或纵向坡度会使装载机出现横向或纵向倾斜，严重时就会发生倾覆事故而造成人身伤害和巨大的经济损伤。因此，为避免装载机倾翻发生事故，需要一种能够提前预测倾翻，并进行报警的技术，以提高装载机运行的安全性，减少倾翻事故的发生。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种装载机倾翻报警技术，包括控制系统以及安装在装载机底座上的双轴倾角传感器、振动检测传感器和铲斗高度传感机构，所述控制系统中设有信号采集处理系统，控制系统分别与双轴倾角传感器、振动检测传感器和铲斗高度传感机构连接，所述双轴倾角传感器检测装载机的纵向和横向倾角信息，振动检测传感器检测装载机发动机振动信号，铲斗高度传感机构检测装载机铲斗的举升高度信息，所述控制系统分别接收倾角信息、振动信号和高度信息，且控制系统中预设不同铲斗举升高度下的倾翻倾角阈值，根据倾角阈值设定不同的预警角度；在装载机运行时，控制系统实时接收铲斗的举升高度信息、倾角信息以及振动信号，控制系统根据两个信息值判断此时的铲斗举升高度下装载机的倾角是否到达阈值，并通过信号采集处理系统中的振动滤波算法将倾角信号中的振动信号滤除，获得准确的装载机车身姿态，当装载机车身倾斜至预警角度时通过报警结构进行报警。
优选的，所述振动滤波算法包括硬件滤波和软件滤波，所述硬件滤波包括干扰抑制电路，双轴倾角传感器和振动检测传感器分别通过干扰抑制电路连接控制系统，所述软件滤波包括信号采集处理软件，信号采集处理软件设有包括数字滤波器的程序。
优选的，报警结构包括LED彩色光带，LED彩色光带安装在装载机上，LED彩色光带与控制系统连接，通过LED彩色光带显示不同颜色进行分级预警；
优选的，报警结构包括报警器，报警器可采用蜂鸣器，所述蜂鸣器与控制系统连接，蜂鸣器根据控制系统传送的倾角信号发出警声，纵向和横向倾角信号下对应的警声声调不同，蜂鸣器的发出警声的频率随倾角值的大小改变。
优选的，所述铲斗高度传感机构包括同心齿轮和轴孔凸台，轴孔凸台位于装载机大臂与装配机前车架装配的轴孔处，所述同心齿轮设置在轴孔凸台上，同心齿轮、轴孔和轴孔凸台三者同心，所述前车架上固定有第一装置架和第二装置架，第二装置架上固定安装有转角传感器，所述转角传感器输出端通过联轴器连接有横轴，横轴远离联轴器的一端转动固定在第一装置架上，所述横轴外壁同轴固定有齿轮，齿轮与同心齿轮啮合，所述转角传感器与控制系统连接；
所述大臂转动举升铲斗时，同心齿轮跟随大臂转动处同轴转动，同心齿轮带动齿轮转动，进而通过齿轮带动横轴转动，最终通过横轴带动转角传感器转动，倾角传感器测得大臂转动角度；
事先标定大臂举升高度和大臂转动角度的关系，将关系转换程序预设在控制系统中，控制系统在获得大臂转动角度数据后可换算得出大臂举升高度，从而获得举升高度信息。
优选的，所述大臂举升高度和大臂转动角度的关系为：大臂额定举升高度÷大臂额定转动角度=举升高度/转动每度
优选的，所述控制系统连接有显示屏，通过显示屏显示倾翻状况，以便工作人员及时做出相应的处理措施。
本发明具有的有益效果为：本发明能够实现实时准确测量装载机车身的纵向、横向倾角，并将车身纵向、横向倾角信息准确反馈给控制系统，当车身纵向或横向倾角接近或超过安全范围时，装载机驾驶员可以从人机交互界面及时收到预警信息和声光分级预警，驾驶员可及时做出相应地处理措施，从而避免装载机重大事故的发生。
附图说明
图1为本发明整体结构系统框图；
图2为本发明铲斗高度传感机构结构示意图；
图3为本发明控制系统与LED彩色光带和声光报警器的连接电路图。
图中标号：1、控制系统；2、双轴倾角传感器；3、振动检测传感器；4、铲斗高度传感机构；41、大臂；42、同心齿轮；43、前车架；44、齿轮；45、联轴器；46、第二装置架；47、第一装置架；48、转角传感器；49、轴孔凸台；5、蜂鸣器；6、LED彩色光带；7、电源；8、显示屏。
具体实施方式
为了使本发明更为清楚、明白，以下结合附图说明和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，应当了解，所给出的实施例仅仅为实现方式的一种，并不代表所有实施例。
结合附图1-3，一种装载机倾翻报警技术，包括控制系统1以及安装在装载机底座上的双轴倾角传感器2、振动检测传感器3和铲斗高度传感机构4，双轴倾角传感器2的量程为0-45°，控制系统1中设有信号采集处理系统，控制系统1分别与双轴倾角传感器2、振动检测传感器3和铲斗高度传感机构4连接，所述双轴倾角传感器2检测装载机的纵向和横向倾角信息，振动检测传感器3检测装载机发动机振动信号，铲斗高度传感机构4检测装载机铲斗的举升高度信息，所述控制系统1分别接收倾角信息、振动信号和高度信息，且控制系统1中预设不同铲斗举升高度下的倾翻倾角阈值，根据倾角阈值设定不同的预警角度；所预设的阈值，是对装载机工况进行充分调研后，获得不同道路的纵向和横向坡度（坡度对应倾翻倾角）与装载机铲斗不同的举升高度，进行倾翻临界值的标定，具体为：设定举升高度为H，H=0时，倾翻预警角度为α，举升高度影响倾翻预警角度值，举升高度和倾翻预警角度的关系为：β=α-H×θ，其中θ为高度系数，β即为标定的倾翻临界值，将β经过装载机受力分析校核再乘以装载机设计要求的安全系数后获得一个数值，把这个数值作为倾翻预警阀值；
在装载机运行时，控制系统1实时接收铲斗的举升高度信息、倾角信息以及振动信号，控制系统1根据两个信息值判断此时的铲斗举升高度下装载机的倾角是否到达阈值，并通过信号采集处理系统中的振动滤波算法将倾角信号中的振动信号滤除，获得准确的装载机车身姿态，当装载机车身倾斜至预警角度时通过报警结构进行报警。
具体地，所述振动滤波算法包括硬件滤波和软件滤波，所述硬件滤波包括干扰抑制电路，双轴倾角传感器2和振动检测传感器3分别通过干扰抑制电路连接控制系统1，所述软件滤波包括信号采集处理软件，信号采集处理软件设有包括数字滤波器的程序。
具体地，报警结构包括LED彩色光带6，LED彩色光带6安装在装载机上，LED彩色光带6与控制系统1连接，通过LED彩色光带6显示不同颜色进行分级预警；
LED彩色光条6由红绿双色发光二极管构成，在倾角安全区域内，绿色发光管位置随倾角的变动而变化，当倾角逐渐接近危险区域内时，光条颜色逐渐由绿色转为黄色并随着倾角进一步增加转为红色，并且红色发光二极管闪烁，增加辨识度。由单片机的引脚具体控制每个LED显示单元，每个LED显示单元的颜色通过脉宽调制分别控制红绿两种LED的发光强度来获得；而两种LED的发光强度则由程序根据倾角传感器的位置决定。
具体地，报警结构包括报警器，报警器可采用蜂鸣器5，所述蜂鸣器5与控制系统1连接，蜂鸣器5根据控制系统1传送的倾角信号发出警声，纵向和横向倾角信号下对应的警声声调不同，蜂鸣器5的发出警声的频率随倾角值的大小改变，例如当倾角接近警戒区时，报警器的报警声一秒一次，当倾角进一步增加时，报警的频率也同步增加，当倾角接近危险区域时，报警器长响。
再具体地，所述安全区域和警戒区均为小于倾角阈值的倾角范围区域，安全区域的倾角数值小于警戒区的倾角数值，危险区域代表的倾角范围接近或等于倾角阈值。
具体地，所述铲斗高度传感机构4包括同心齿轮42和轴孔凸台49，轴孔凸台49位于装载机大臂41与装配机前车架43装配的轴孔处，所述同心齿轮42设置在轴孔凸台49上，同心齿轮42、轴孔和轴孔凸台49三者同心，所述前车架43上固定有第一装置架47和第二装置架46，第二装置架46上固定安装有转角传感器48，所述转角传感器48输出端通过联轴器45连接有横轴，横轴远离联轴器45的一端转动固定在第一装置架47上，所述横轴外壁同轴固定有齿轮44，齿轮44与同心齿轮42啮合，所述转角传感器48与控制系统1连接；
所述大臂41转动举升铲斗时，同心齿轮42跟随大臂41转动处同轴转动，同心齿轮42带动齿轮44转动，进而通过齿轮44带动横轴转动，最终通过横轴带动转角传感器48转动，倾角传感器测得大臂41转动角度；
事先标定大臂41举升高度和大臂41转动角度的关系，将关系转换程序预设在控制系统1中，控制系统1在获得大臂41转动角度数据后可换算得出大臂41举升高度，从而获得举升高度信息。
具体地，所述大臂41举升高度和大臂41转动角度的关系为：大臂41额定举升高度÷大臂41额定转动角度=举升高度/转动每度
具体地，所述控制系统1连接有显示屏8，通过显示屏8显示倾翻状况，以便工作人员及时做出相应的处理措施。
所述控制系统1连接有电源7，电源7还分别与双轴倾角传感器2、振动检测传感器3和铲斗高度传感机构4，由电源7提供电能。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，但不受上述实施方式限制，应当明白，对于本领域的普通技术人员来说，可以在不脱离本发明精神和范围的前提下，对本发明进行各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种装载机倾翻预警方法，其特征在于：包括控制系统（1）以及安装在装载机底座上的双轴倾角传感器（2）、振动检测传感器（3）和铲斗高度传感机构（4），所述控制系统（1）中设有信号采集处理系统，控制系统（1）分别与双轴倾角传感器（2）、振动检测传感器（3）和铲斗高度传感机构（4）连接，所述双轴倾角传感器（2）检测装载机的纵向和横向倾角信息，振动检测传感器（3）检测装载机发动机振动信号，铲斗高度传感机构（4）检测装载机铲斗的举升高度信息，所述控制系统（1）分别接收倾角信息、振动信号和高度信息，且控制系统（1）中预设不同铲斗举升高度下的倾翻倾角阈值，根据倾角阈值设定不同的预警角度；
在装载机运行时，控制系统（1）实时接收铲斗的举升高度信息、倾角信息以及振动信号，控制系统（1）根据两个信息值判断此时的铲斗举升高度下装载机的倾角是否到达阈值，并通过信号采集处理系统中的振动滤波算法将倾角信号中的振动信号滤除，获得准确的装载机车身姿态，当装载机车身倾斜至预警角度时通过报警结构进行报警；
所述振动滤波算法包括硬件滤波和软件滤波，所述硬件滤波包括干扰抑制电路，双轴倾角传感器（2）和振动检测传感器（3）分别通过干扰抑制电路连接控制系统（1），所述软件滤波包括信号采集处理软件，信号采集处理软件设有包括数字滤波器的程序；
报警结构包括LED彩色光带（6），LED彩色光带（6）安装在装载机上，LED彩色光带（6）与控制系统（1）连接，通过LED彩色光带（6）显示不同颜色进行分级预警；
报警结构包括报警器，报警器采用蜂鸣器（5），所述蜂鸣器（5）与控制系统（1）连接，蜂鸣器（5）根据控制系统（1）传送的倾角信号发出警声，纵向和横向倾角信号下对应的警声声调不同，蜂鸣器（5）的发出警声的频率随倾角值的大小改变；
所述铲斗高度传感机构（4）包括同心齿轮（42）和轴孔凸台（49），轴孔凸台（49）位于装载机大臂（41）与装配机前车架（43）装配的轴孔处，所述同心齿轮（42）设置在轴孔凸台（49）上，同心齿轮（42）、轴孔和轴孔凸台（49）三者同心，所述前车架（43）上固定有第一装置架（47）和第二装置架（46），第二装置架（46）上固定安装有转角传感器（48），所述转角传感器（48）输出端通过联轴器（45）连接有横轴，横轴远离联轴器（45）的一端转动固定在第一装置架（47）上，所述横轴外壁同轴固定有齿轮（44），齿轮（44）与同心齿轮（42）啮合，所述转角传感器（48）与控制系统（1）连接；
所述大臂（41）转动举升铲斗时，同心齿轮（42）跟随大臂（41）转动处同轴转动，同心齿轮（42）带动齿轮（44）转动，进而通过齿轮（44）带动横轴转动，最终通过横轴带动转角传感器（48）转动，倾角传感器测得大臂（41）转动角度；
事先标定大臂（41）举升高度和大臂（41）转动角度的关系，将关系转换程序预设在控制系统（1）中，控制系统（1）在获得大臂（41）转动角度数据后换算得出大臂（41）举升高度，从而获得举升高度信息。
2.根据权利要求1所述的一种装载机倾翻预警方法，其特征在于：所述大臂（41）举升高度和大臂（41）转动角度的关系为：大臂（41）额定举升高度÷大臂（41）额定转动角度=举升高度/转动每度。
3.根据权利要求1所述的一种装载机倾翻预警方法，其特征在于：所述控制系统（1）连接有显示屏（8）。
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