CN218765402U - 一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台 - Google Patents

一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台 Download PDF

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CN218765402U CN202223474441.4U CN202223474441U CN218765402U CN 218765402 U CN218765402 U CN 218765402U CN 202223474441 U CN202223474441 U CN 202223474441U CN 218765402 U CN218765402 U CN 218765402U
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杨宇恒
李冰
黄龙
徐武彬
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Abstract

本实用新型公开了一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，应用于工程机械技术领域，包括：铲斗、机械臂装置、测量装置、工作台架和控制装置；所述铲斗与所述机械臂装置铰接，所述机械臂装置固定于所述工作台架上；所述控制装置与所述测量装置电性连接，通过所述测量装置采集的数据构建力平衡方程，经过受力分析得到铲掘阻力。本实用新型公开提供了一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，体积较小，可以在实验室室内环境下进行铲掘过程模拟及铲掘阻力测量，使用该试验台进行铲掘阻力解析公式的验证，可以有效降低试验人员的工作强度，提高科研工作的效率，降低研发成本，同时控制简单，响应速度快，节约了制造成本，降低了设备重量，更便于制造。

Description

一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台
技术领域
本实用新型涉及工程机械技术领域，更具体的说是涉及一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台。
背景技术
目前，挖掘机是市场保有量最大、用途最为广泛的一类土石方工程机械，铲斗和斗齿是挖掘机核心零部件，直接与作业介质相互作用，承受较大的冲击载荷，在粘土、冻土、沙石等极端恶劣工况下会出现铲斗开裂，斗齿断裂等问题，严重影响挖机作业效率。目前挖机缺少阻力直接测试装置，机手操作时不能准确的评估挖掘阻力大小，在挖掘、破碎大块岩石工况时常常出现超负荷作业，导致铲斗磨损严重。
由于挖掘机作业工况复杂，铲斗受力不断变化，不能通过在铲斗上安装传感器直接测量得到挖掘阻力，对挖掘阻力的获取成为一个技术难题问题。
现有挖掘阻力测试方法多采用在油缸部位安装压力传感器、位移传感器，在各铰点部位安装销轴传感器，测得挖掘作业时各传感器数值，通过理论推导计算出铲斗挖掘阻力值，现有测试技术主要存在两个缺点，一是传感器安装及采集系统较复杂，销轴传感器需定制，周期长、成本高；二是测试精度低，铲斗阻力计算公式复杂，推导计算的结果不能真实、直观的反应铲斗挖掘作业所受阻力。
因此，如何提供一种便于操作，计算简单的小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台是本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，以解决现有技术中计算复杂，传感器布设困难的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，包括：铲斗、机械臂装置、测量装置、工作台架和控制装置；
所述铲斗与所述机械臂装置铰接，所述机械臂装置固定于所述工作台架上；所述控制装置与所述测量装置电性连接，通过所述测量装置采集的数据构建力平衡方程，经过受力分析得到铲掘阻力。
优选的，在上述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台中，所述机械臂装置包括：小臂、铲斗电推杆、大臂、小臂电推杆、大臂电推杆、铲斗连杆和小臂连杆；
所述大臂与所述小臂铰接；所述铲斗电推杆的固定端固定在所述小臂上，自由端通过所述铲斗连杆与所述铲斗铰接，带动铲斗动作；所述小臂连杆一端与所述小臂铰接，另一端通过铲斗连杆与铲斗电推杆的铰接点连接；所述小臂电推杆的固定端固定在所述大臂上，自由端与所述小臂连接，带动小臂动作；所述大臂电推杆的固定端固定在工作台架上，自由端与所述大臂连接，带动所述大臂动作。
优选的，在上述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台中，所述测量装置包括：铲斗推杆位移传感器、小臂推杆位移传感器、大臂推杆位移传感器和四个销轴传感器；所述铲斗推杆位移传感器安装在所述铲斗电推杆上，获取铲斗电推杆的位移量；所述小臂推杆位移传感器安装在所述小臂电推杆上，获取小臂电推杆的位移量；所述大臂推杆位移传感器安装在大臂电推杆上，获取大臂电推杆的位移量；所述销轴传感器安装在铲斗与小臂铰接点两侧，以及铲斗连杆与铲斗铰接点的两侧。
优选的，在上述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台中，所述控制装置包括：驱动装置、数据采集卡、上位机、位移传感器信号处理模块和销轴传感器信号处理模块；所述驱动装置分别驱动所述铲斗电推杆、所述小臂电推杆和所述大臂电推杆；所述位移信号处理模块分别与所述铲斗推杆位移传感器、所述小臂推杆位移传感器、所述大臂推杆位移传感器电性连接；所述销轴传感器信号处理模块分别与四个所述销轴传感器电性连接；所述驱动装置、所述位移传感器信号处理模块和销轴传感器信号处理模块分别与所述数据采集卡电性连接；所述数据采集卡与所述上位机进行数据交互。
优选的，在上述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台中，所述机械臂装置包括：小臂、铲斗电推杆、大臂、小臂电推杆、大臂电推杆、铲斗连杆、小臂连杆、传感器支架和动臂铰接架；
所述大臂与所述小臂铰接；所述铲斗电推杆的固定端固定在所述小臂上，自由端通过所述铲斗连杆与所述铲斗铰接，带动铲斗动作；所述小臂连杆一端与所述小臂铰接，另一端通过铲斗连杆与铲斗电推杆的铰接点连接；所述小臂电推杆的固定端固定在所述大臂上，自由端与所述小臂连接，带动小臂动作；所述大臂电推杆的固定端固定在动臂铰接架上，自由端与所述大臂连接，带动所述大臂动作；所述动臂铰接架通过所述传感器支架安装在所述工作台架上。
优选的，在上述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台中，所述测量装置包括：六个力传感器；所述传感器支架由互相垂直第一安装面和第二安装面组成；所述第一安装面和所述第二安装面分别设置有三个所述力传感器，且每个安装面上的三个所述力传感器呈三角形设置；根据所述第一安装面获取阻力的第一分力，通过所述第二安装面获取阻力的第二分力；并根据每个安装面上所述力传感器的差异得到左右偏距和侧倾偏距。
优选的，在上述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台中，所述控制装置包括：驱动装置、力传感器变送器组、数据采集卡和上位机；所述驱动装置分别驱动所述铲斗电推杆、所述小臂电推杆和所述大臂电推杆；所述力传感器变送器组分别与六个所述力传感器电性连接；所述驱动装置、所述力传感器变送器组分别与所述数据采集卡电性连接；所述数据采集卡与所述上位机进行数据交互。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，体积较小，可以在实验室室内环境下进行铲掘过程模拟及铲掘阻力测量，使用该试验台进行铲掘阻力解析公式的验证，可以有效降低试验人员的工作强度，提高科研工作的效率，降低研发成本，同时控制简单，响应速度快，节约了制造成本，降低了设备重量，更便于制造。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例1的整体侧视图；
图2为本实用新型实施例1的整体主视图；
图3为本实用新型实施例1的电气连接示意图；
图4为本实用新型实施例1的销轴传感器安装位置示意图；
图5为本实用新型实施例1的铲斗受力图；
图6为本实用新型实施例1的销轴传感器原理图；
图7为本实用新型实施例2的整体侧视图；
图8为本实用新型实施例2力传感器安装位置示意图；
图9为本实用新型实施例2的电气连接示意图；
图10为本实用新型实施例2的阻力位置示意图；
图11为本实用新型实施例2的传感器组受力简图；
图12为本实用新型实施例2的偏距受力简图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
本实施例公开了一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，包括：铲斗、机械臂装置、测量装置、工作台架和控制装置；
所述铲斗与所述机械臂装置铰接，所述机械臂装置固定于所述工作台架上；所述控制装置与所述测量装置电性连接，通过所述测量装置采集的数据构建力平衡方程，经过受力分析得到铲掘阻力。
为了进一步优化上述技术方案，所述机械臂装置包括：小臂、铲斗电推杆、大臂、小臂电推杆、大臂电推杆、铲斗连杆和小臂连杆；
所述大臂与所述小臂铰接；所述铲斗电推杆的固定端固定在所述小臂上，自由端通过所述铲斗连杆与所述铲斗铰接，带动铲斗动作；所述小臂连杆一端与所述小臂铰接，另一端通过铲斗连杆与铲斗电推杆的铰接点连接；所述小臂电推杆的固定端固定在所述大臂上，自由端与所述小臂连接，带动小臂动作；所述大臂电推杆的固定端固定在工作台架上，自由端与所述大臂连接，带动所述大臂动作。
为了进一步优化上述技术方案，所述测量装置包括：铲斗推杆位移传感器、小臂推杆位移传感器、大臂推杆位移传感器和四个销轴传感器；所述铲斗推杆位移传感器安装在所述铲斗电推杆上，获取铲斗电推杆的位移量；所述小臂推杆位移传感器安装在所述小臂电推杆上，获取小臂电推杆的位移量；所述大臂推杆位移传感器安装在大臂电推杆上，获取大臂电推杆的位移量；所述销轴传感器安装在铲斗与小臂铰接点两侧，以及铲斗连杆与铲斗铰接点的两侧。
为了进一步优化上述技术方案，所述控制装置包括：驱动装置、数据采集卡、上位机、位移传感器信号处理模块和销轴传感器信号处理模块；所述驱动装置分别驱动所述铲斗电推杆、所述小臂电推杆和所述大臂电推杆；所述位移信号处理模块分别与所述铲斗推杆位移传感器、所述小臂推杆位移传感器、所述大臂推杆位移传感器电性连接；所述销轴传感器信号处理模块分别与四个所述销轴传感器电性连接；所述驱动装置、所述位移传感器信号处理模块和销轴传感器信号处理模块分别与所述数据采集卡电性连接；所述数据采集卡与所述上位机进行数据交互。
具体地，所述机械工作部分包括物料箱固定架1、物料箱2、铲斗3、小臂4、铲斗电推杆5、大臂7、小臂电推杆8、大臂电推杆10、工作台架12、配重块14、铲斗连杆16、小臂连杆17；
所述传感检测部分包括铲斗推杆位移传感器6、小臂推杆位移传感器9、大臂推杆位移传感器11、销轴传感器15；
所述控制部分包括电气柜13、铲斗推杆驱动模块13.1、小臂推杆驱动模块13.2、大臂推杆驱动模块13.3、数据采集卡13.4、计算机13.5、位移传感器信号处理模块13.6、销轴传感器信号处理模块13.7；
销轴传感器15包括安装在铲斗3与小臂4之间的左铲斗小臂销轴传感器15.2、右铲斗小臂销轴传感器15.3以及安装在铲斗3与铲斗连杆16之间的左铲斗斗杆销轴传感器15.1、右铲斗斗杆销轴传感器15.4，销轴传感器15均固定于铲斗3上，如图4所示。
其中，铲斗电推杆5、小臂电推杆8、大臂电推杆10、铲斗推杆驱动模块13.1、小臂推杆驱动模块13.2、大臂推杆驱动模块13.3、数据采集卡13.4、计算机13.5共同构成位姿控制系统，控制测试平台完成指定动作。
所述的数据采集卡13.4、计算机13.5、位移传感器信号处理模块13.6、铲斗推杆位移传感器6、小臂推杆位移传感器9、大臂推杆位移传感器11共同构成位姿监测系统，负责监控测试平台的实时位置姿态信息。
所述的销轴传感器15、数据采集卡13.4、计算机13.5、销轴传感器信号处理模块13.7共同构成阻力测量系统，负责测量在工作过程中铲斗受到的铲掘阻力。
物料箱固定架1用于对物料箱进行定位，以确保在测试平台工作过程中物料箱不与测试平台发生相对位移作用影响实验结果。
配重块14用于调整测试平台的重心位置，以确保在工作过程中不出现倾覆。
具体采用四销轴传感器共同测量的方式获取工作过程中铲斗受到的铲掘阻力。具体计算过程是，铲斗3在工作过程中受到铲掘阻力F，铲斗3自重G以及两销轴处给予的反力F1及F2的作用，如图5所示。定义铲斗同侧两销轴孔圆心连线方向为x方向，y方向与x方向垂直，由于销轴轴向的铲斗受力通常来源于物料对铲斗两侧的压力，两侧的压力可以在很大程度上互相抵消，致使该方向的铲斗总受力较小，所以在这里不考虑销轴轴向的铲斗受力。由力的平衡原理可知铲斗3的力平衡方程为：
Figure BDA0004017120540000071
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式中F1x为K处销轴受到的x方向总力；F1y为K处销轴受到的y方向总力；F2x为Q处销轴受到的x方向总力；F2y为Q处销轴受到的y方向总力；Gx铲斗3自重G的x方向分力；Gy铲斗3自重G的y方向分力；Fx为铲掘阻力x方向分力；Fy为铲掘阻力y方向分力。由此可计算出铲斗3所受到的实时铲掘阻力大小F及方向α为：
Figure BDA0004017120540000081
Figure BDA0004017120540000082
其中铲斗3自重G与x方向夹角α3可以通过铲斗实时位置姿态来计算。具体过程是，铲斗推杆位移传感器6、小臂推杆位移传感器9、大臂推杆位移传感器11会实时将铲斗电推杆5、小臂电推杆8、大臂电推杆10的长度信息l1、l2、l3通过位移传感器信号处理模块13.6的处理，经数据采集卡13.4传给计算机13.5，计算机13.5通过以下数学方法计算α3：
Figure BDA0004017120540000083
其中：
Figure BDA0004017120540000084
上式中lKQ、lMK、lQN、lMN、lAF、lFB、lAC、lFA、lEF、lFB及∠CAS、∠DFB、∠EFQ、∠NQF、∠GNQ为实验平台工作装置的固定几何尺寸及角度，标注如图2所示。
其中K处销轴受到的x方向总力F1x由左铲斗斗杆销轴传感器15.1和右铲斗斗杆销轴传感器15.4共同测量获得，具体过程是，左铲斗斗杆销轴传感器15.1的内孔在x方向纵剖面上贴有应变片Rx1、Rx2、Rx3、Rx4，Rx1与Rx4位于左铲斗斗杆销轴传感器15.1横剖面A-A上，而Rx2与Rx3位于左铲斗斗杆销轴传感器15.1横剖面B-B上，横剖面A-A与横剖面B-B水平距离为L，左铲斗斗杆销轴传感器15.1的x方向受力F1xl与横剖面B-B的距离为l，四个应变片初始参数相等，按全桥方式连接，应变片安装方式如图6(a)-(b)所示。根据惠斯通电桥原理，可得左铲斗斗杆销轴传感器15.1的x方向受力F1xl：
Figure BDA0004017120540000091
上式中E为销轴材料的弹性模量；Wp为销轴材料的抗弯截面系数；K0为应变片的灵敏系数；U1xl0为对左铲斗斗杆销轴传感器15.1的x向电桥输入电压；U1xli为左铲斗斗杆销轴传感器15.1的x向电桥输出电压。
工作过程中，左铲斗斗杆销轴传感器15.1的x方向应变片的输出电压变化会经过销轴传感器信号处理模块13.7的处理，通过数据采集卡13.4传给计算机13.5，计算机13.5由上式计算出左铲斗斗杆销轴传感器15.1的x方向实时受力F1xl。
右铲斗斗杆销轴传感器15.4采用与左铲斗斗杆销轴传感器15.1同样的应变片布局，同理可得右铲斗斗杆销轴传感器15.4的x方向实时受力F1xr为：
Figure BDA0004017120540000092
式中U1xr0为对右铲斗斗杆销轴传感器15.4的x向电桥输入电压；U1xri为右铲斗斗杆销轴传感器15.4的x向电桥输出电压。
由以上公式可以算出K处销轴受到的x方向总力F1x为：
Figure BDA0004017120540000093
而K处销轴受到的y方向总力F1y由左铲斗斗杆销轴传感器15.1和右铲斗斗杆销轴传感器15.4测量获得，具体过程是，左铲斗斗杆销轴传感器15.1的内孔在y方向纵剖面上贴有应变片Ry1、Ry2、Ry3、Ry4，Ry1与Ry4位于左铲斗斗杆销轴传感器15.1横剖面C-C上，而Ry2与Ry3位于左铲斗斗杆销轴传感器15.1横剖面D-D上,横剖面C-C与横剖面D-D水平距离和横剖面A-A与横剖面B-B水平距离相同，为L,采用与F1xl同样的测量计算方法，即可求出左铲斗斗杆销轴传感器15.1的y方向实时受力F1yl和右铲斗斗杆销轴传感器15.4的y方向实时受力F1yr，再将F1yl和F1yr相加，即可求得铲斗3与铲斗连杆16铰接处y方向受力F1y：
Figure BDA0004017120540000101
式中U1yl0为对左铲斗斗杆销轴传感器15.1的y向电桥输入电压；U1yli为左铲斗斗杆销轴传感器15.1的y向电桥输出电压；U1yr0为对右铲斗斗杆销轴传感器15.4的y向电桥输入电压；U1yri为右铲斗斗杆销轴传感器15.4的y向电桥输出电压。
其中Q处销轴受到的x方向总力F2x及Q处销轴受到的y方向总力F2y采用与F1x和F1y同样的测量及计算方法，可得实时受力F2x和F2y：
Figure BDA0004017120540000102
Figure BDA0004017120540000103
式中U2xl0为对左铲斗小臂销轴传感器15.2的x向电桥输入电压；U2xli为左铲斗小臂销轴传感器15.2的x向电桥输出电压；U2xr0为对右铲斗小臂销轴传感器15.3的x向电桥输入电压；U2xri为右铲斗小臂销轴传感器15.3的x向电桥输出电压；U2yl0为对左铲斗小臂销轴传感器15.2的y向电桥输入电压；U2yli为左铲斗小臂销轴传感器15.2的y向电桥输出电压；U2yr0为对右铲斗小臂销轴传感器15.3的y向电桥输入电压；U2yri为右铲斗小臂销轴传感器15.3的y向电桥输出电压。
在获得所有分力及角度实时信息后，即可计算出铲斗受到的实时铲掘阻力F。
实施例2
本实施例公开了一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，包括：铲斗、机械臂装置、测量装置、工作台架和控制装置；
所述铲斗与所述机械臂装置铰接，所述机械臂装置固定于所述工作台架上；所述控制装置与所述测量装置电性连接，通过所述测量装置采集的数据构建力平衡方程，经过受力分析得到铲掘阻力。
为了进一步优化上述技术方案，所述机械臂装置包括：小臂、铲斗电推杆、大臂、小臂电推杆、大臂电推杆、铲斗连杆、小臂连杆、传感器支架和动臂铰接架；
所述大臂与所述小臂铰接；所述铲斗电推杆的固定端固定在所述小臂上，自由端通过所述铲斗连杆与所述铲斗铰接，带动铲斗动作；所述小臂连杆一端与所述小臂铰接，另一端通过铲斗连杆与铲斗电推杆的铰接点连接；所述小臂电推杆的固定端固定在所述大臂上，自由端与所述小臂连接，带动小臂动作；所述大臂电推杆的固定端固定在动臂铰接架上，自由端与所述大臂连接，带动所述大臂动作；所述动臂铰接架通过所述传感器支架安装在所述工作台架上。
为了进一步优化上述技术方案，所述测量装置包括：六个力传感器；所述传感器支架由互相垂直第一安装面和第二安装面组成；所述第一安装面和所述第二安装面分别设置有三个所述力传感器，且每个安装面上的三个所述力传感器呈三角形设置；根据所述第一安装面获取阻力的第一分力，通过所述第二安装面获取阻力的第二分力；并根据每个安装面上所述力传感器的差异得到左右偏距和侧倾偏距。
为了进一步优化上述技术方案，所述控制装置包括：驱动装置、力传感器变送器组、数据采集卡和上位机；所述驱动装置分别驱动所述铲斗电推杆、所述小臂电推杆和所述大臂电推杆；所述力传感器变送器组分别与六个所述力传感器电性连接；所述驱动装置、所述力传感器变送器组分别与所述数据采集卡电性连接；所述数据采集卡与所述上位机进行数据交互。
所述机械臂装置包括铲斗3、铲斗连杆16、小臂连杆17、铲斗电推杆5、小臂4、小臂电推杆8、大臂7、大臂电推杆10、动臂铰接架18、力传感器模组19、工作台架12；
所述测量装置包括力传感器模组19，其中包含力传感器R119.1、力传感器R219.2、力传感器R319.3、传感器支撑架19.4、力传感器R419.5、力传感器R519.6、力传感器R619.7；
所述控制装置包括电气柜13、驱动模组13.8、力传感器变送器组13.9、数据采集卡13.4、计算机13.5。
其中，铲斗电推杆5、小臂电推杆8、大臂电推杆10、驱动模组13.8、数据采集卡13.4、计算机13.5共同构成机械臂装置运动控制系统，控制机械臂装置完成指定的铲掘运动。
所述的力传感器模组19、力传感器变送器组13.9、数据采集卡13.4、计算机13.5共同构成铲掘阻力检测系统，负责对机械臂装置运动过程中受到的铲掘阻力进行实时测量。
具体使用两组三角排布的一维力传感器组互相垂直安装的方式来测量工作过程中铲斗受到的铲掘阻力大小、方向以及铲掘阻力的左右偏距和侧倾偏距。具体计算过程是，设铲斗3在工作过程中受到铲掘阻力为F，铲掘阻力平行于水平面的分力为Fx，铲掘阻力垂直于水平面的分力为Fy，铲掘阻力与水平面的夹角为α，铲掘阻力集中受力点与由力传感器R119.1、力传感器R219.2及力传感器R319.3的测力点所在的x向测量面的水平距离为ax，铲掘阻力集中受力点与由力传感器R419.5、力传感器R519.6及力传感器R619.7测力点所在的y向测量面的竖直距离为ay，如图10所示。对于与Fx和Fy垂直的铲掘阻力分项Fz，由于其对铲掘阻力F影响很小，所以在这里不考虑。
对于由力传感器R119.1、力传感器R219.2、力传感器R319.3组成的传感器组，其受力情况如图11(a)所示，利用力的平衡原理可列出以下力平衡方程：
Figure BDA0004017120540000131
式中F1x为力传感器R119.1测得的力，F23x为力传感器R219.2和力传感器R319.3测得力的合力，a1为力传感器R119.1和力传感器R219.2的测力点竖直距离，My为将铲掘阻力平移到x向测量面时其y向分力Fy的等效力矩。由此平衡方程，可知铲掘阻力x向分力Fx为：
Fx＝F1x+F2x+F3x；
对于由力传感器R419.5、力传感器R519.6、力传感器R619.7组成的传感器组，其受力情况如图11(b)所示，利用力的平衡原理可列出以下力平衡方程：
Figure BDA0004017120540000132
式中F45y为力传感器R419.5和力传感器R519.6测得力的合力，F6y为力传感器R619.7测得的力，a2为力传感器R519.6和力传感器R619.7的测力点水平距离，Mx为将铲掘阻力平移到y向测量面时其x向分力Fx的等效力矩。由此平衡方程，可知铲掘阻力y向分力Fy为：
Fy＝F4y+F5y+F6y；
由此可得铲掘阻力F为:
Figure BDA0004017120540000133
对于铲掘阻力与水平面的夹角为α，可通过下式计算：
Figure BDA0004017120540000134
当铲掘阻力出现左右偏距时，其力传感器R219.2与力传感器R319.3测得的力会产生差异，其力学简图如图12(a)所示。设力传感器R219.2与力传感器R319.3测力点水平距离为a3，此时该处的平衡方程为：
Figure BDA0004017120540000141
整理上式，可得铲掘阻力左右偏距by为：
Figure BDA0004017120540000142
当铲掘阻力出现侧倾偏距时，其力传感器R419.5与力传感器R519.6测得的力会产生差异，其力学简图如图12(b)所示。设力传感器R419.5与力传感器R519.6测力点水平距离为a4，此时该处的平衡方程为：
Figure BDA0004017120540000143
整理上式，可得铲掘阻力侧倾偏距bx为：
Figure BDA0004017120540000144
在试验台工作过程中，其力传感器R119.1、力传感器R219.2、力传感器R319.3、力传感器R419.5、力传感器R519.6、力传感器R619.7会实时的将传感器所在点的拉压力信号通过力传感器变送器组13.9处理，经由数据采集卡13.4传输给计算机13.5，计算机13.5再由上面所列的公式对各传感器拉压力信息进行处理，就可以获得铲掘阻力的实时大小、方向以及铲掘阻力的左右偏距和侧倾偏距。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，其特征在于，包括：铲斗、机械臂装置、测量装置、工作台架和控制装置；
所述铲斗与所述机械臂装置铰接，所述机械臂装置固定于所述工作台架上；所述控制装置与所述测量装置电性连接，通过所述测量装置采集的数据构建力平衡方程，经过受力分析得到铲掘阻力。
2.根据权利要求1所述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，其特征在于，所述机械臂装置包括：小臂、铲斗电推杆、大臂、小臂电推杆、大臂电推杆、铲斗连杆和小臂连杆；
所述大臂与所述小臂铰接；所述铲斗电推杆的固定端固定在所述小臂上，自由端通过所述铲斗连杆与所述铲斗铰接，带动铲斗动作；所述小臂连杆一端与所述小臂铰接，另一端通过铲斗连杆与铲斗电推杆的铰接点连接；所述小臂电推杆的固定端固定在所述大臂上，自由端与所述小臂连接，带动小臂动作；所述大臂电推杆的固定端固定在工作台架上，自由端与所述大臂连接，带动所述大臂动作。
3.根据权利要求2所述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，其特征在于，所述测量装置包括：铲斗推杆位移传感器、小臂推杆位移传感器、大臂推杆位移传感器和四个销轴传感器；所述铲斗推杆位移传感器安装在所述铲斗电推杆上，获取铲斗电推杆的位移量；所述小臂推杆位移传感器安装在所述小臂电推杆上，获取小臂电推杆的位移量；所述大臂推杆位移传感器安装在大臂电推杆上，获取大臂电推杆的位移量；所述销轴传感器安装在铲斗与小臂铰接点两侧，以及铲斗连杆与铲斗铰接点的两侧。
4.根据权利要求3所述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，其特征在于，所述控制装置包括：驱动装置、数据采集卡、上位机、位移传感器信号处理模块和销轴传感器信号处理模块；所述驱动装置分别驱动所述铲斗电推杆、所述小臂电推杆和所述大臂电推杆；所述位移传感器信号处理模块分别与所述铲斗推杆位移传感器、所述小臂推杆位移传感器、所述大臂推杆位移传感器电性连接；所述销轴传感器信号处理模块分别与四个所述销轴传感器电性连接；所述驱动装置、所述位移传感器信号处理模块和销轴传感器信号处理模块分别与所述数据采集卡电性连接；所述数据采集卡与所述上位机进行数据交互。
5.根据权利要求1所述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，其特征在于，所述机械臂装置包括：小臂、铲斗电推杆、大臂、小臂电推杆、大臂电推杆、铲斗连杆、小臂连杆、传感器支架和动臂铰接架；
所述大臂与所述小臂铰接；所述铲斗电推杆的固定端固定在所述小臂上，自由端通过所述铲斗连杆与所述铲斗铰接，带动铲斗动作；所述小臂连杆一端与所述小臂铰接，另一端通过铲斗连杆与铲斗电推杆的铰接点连接；所述小臂电推杆的固定端固定在所述大臂上，自由端与所述小臂连接，带动小臂动作；所述大臂电推杆的固定端固定在动臂铰接架上，自由端与所述大臂连接，带动所述大臂动作；所述动臂铰接架通过所述传感器支架安装在所述工作台架上。
6.根据权利要求5所述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，其特征在于，所述测量装置包括：六个力传感器；所述传感器支架由互相垂直第一安装面和第二安装面组成；所述第一安装面和所述第二安装面分别设置有三个所述力传感器，且每个安装面上的三个所述力传感器呈三角形设置；根据所述第一安装面获取阻力的第一分力，通过所述第二安装面获取阻力的第二分力；并根据每个安装面上所述力传感器的差异得到左右偏距和侧倾偏距。
7.根据权利要求6所述的一种小型反铲挖掘机铲掘阻力测试平台，其特征在于，所述控制装置包括：驱动装置、力传感器变送器组、数据采集卡和上位机；所述驱动装置分别驱动所述铲斗电推杆、所述小臂电推杆和所述大臂电推杆；所述力传感器变送器组分别与六个所述力传感器电性连接；所述驱动装置、所述力传感器变送器组分别与所述数据采集卡电性连接；所述数据采集卡与所述上位机进行数据交互。
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