[發(fā)明專利]一種裝載機鏟裝機構的載荷測量方法

有效

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• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110793694B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 宋巖;王繼新;馬濤;張超
• 申請（專利權）人: 內蒙古第一機械集團有限公司;吉林大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 北京卓澤知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11766
• 代理人: 白海燕

1.一種裝載機鏟裝機構的載荷測量方法，其特征是：將鏟裝機構運動狀態(tài)的變化轉化為鏟裝機構與前車架鉸接點受力的變化，通過在不同工況下對鉸接點受力進行分析,求解整車受力，進而求解裝載機前、后輪所受垂向載荷，通過前、后輪所受垂向載荷表征鏟裝機構的承載載荷；

其中，所述不同工況分為：鏟掘工況和轉場運輸工況；

將所述鏟裝機構拆解為對鏟斗、連桿、搖臂、動臂進行受力分析，其中，所述動臂鉸接于前車架上，動臂前端安裝鏟斗，所述動臂由舉升液壓缸驅動；所述搖臂與動臂鉸接、與連桿鉸接，所述搖臂由轉斗液壓缸驅動；所述連桿一端與搖臂連接，另一端與鏟斗連接；

受力分析時建立以動臂與前車架的鉸接點為坐標原點，沿裝載機行駛方向為X軸正向，垂直于地面向上為Z軸正方向的坐標系；

對鏟掘工況下鏟裝機構受力分析的方法如下：

1)通過所述鏟斗受到鏟掘阻力、自身重力、與連桿的鉸接力、與動臂的鉸接力，得到X方向和Z方向的力平衡方程和繞鏟斗斗尖的力矩平衡方程；

2)通過所述連桿受到自身重力、與鏟斗的鉸接力、與搖臂的鉸接力，得到X方向和Z方向的力平衡方程和繞質心的力矩平衡方程；

3)通過所述搖臂受到自身重力、與連桿的鉸接力、與動臂的鉸接力、與轉斗液壓缸的鉸接力，得到X方向和Z方向的力平衡方程和繞與動臂鉸接點的力矩平衡方程；

4)通過所述動臂受到自身重力、與鏟斗鉸接力、與搖臂鉸接力、與舉升液壓缸鉸接力、與前車架鉸接力，得到X方向和Z方向的力平衡方程和繞與搖臂鉸接點的力矩平衡方程；

5)然后根據(jù)：

①鏟斗的插入阻力計算式：F_x＝9.8K₁K₂K₃K₄BL_c^1.25，掘起阻力計算式：F_z＝2.2KBL_c；

K₁表示物料塊度與松散程度系數(shù)，K₂表示物料性質系數(shù)，K₃表示物料堆積高度系數(shù)，K₄表示鏟斗的形狀系數(shù)，K₁～K₄自定義其取值，B表示鏟斗寬度，L_C表示鏟斗插入料堆的深度，K表示開始掘起時，物料作用于鏟斗的剪切應力；

②轉斗液壓缸的推力F_E的計算式：F_E＝p₁·A₁-p₂·A₂，以及在X方向和Z方向的分力；其中，p₁、p₂分別是轉斗液壓油缸的無桿腔的壓強和有桿腔的壓強，A₁、A₂分別是轉斗液壓油缸的無桿腔的橫截面積和有桿腔的橫截面積；

③舉升液壓缸的推力F_F的計算式：F_F＝p₃·A₃-p₄·A₄，以及在X方向和Z方向的分力；其中，p₃、p₄分別是舉升液壓油缸的無桿腔的壓強和有桿腔的壓強，A₃、A₄則分別是舉升液壓油缸無桿腔的橫截面積和有桿腔的橫截面積；

求解出連桿與搖臂的鉸接力；

6)進而求解出1)～4)中所有受力；

對轉場運輸工況下鏟裝機構受力分析的方法如下：

1)把鏟裝機構除舉升液壓缸和轉斗液壓缸以外的所有構件看作一個構件，記作動臂組件，其內部沒有相對運動；

2)對物料和鏟斗的質量之和記為m₂,作用于鏟斗的重心位置上；對動臂、搖臂、連桿的質量之和記為m₁,作用于動臂的質心位置上；

3)將動臂與前車架的鉸接點和舉升液壓缸與前車架的鉸接點簡化在同一垂直方向上；

4)先根據(jù)達朗貝爾原理，求解m₂；然后根據(jù)m₂對鏟裝機構與前車架的鉸接點受力情況進行分析。

2.根據(jù)權利要求1所述的載荷測量方法，其特征在于：

對裝載機整車進行受力分析，計算車輛前、后輪垂向載荷的方法是：

根據(jù)車輛行駛方程：

T_f為前輪驅動轉矩，T_r為后輪驅動轉矩，r為輪胎半徑，F(xiàn)_i為坡度阻力，F(xiàn)_j為加速阻力，F(xiàn)_f為滾動阻力，F(xiàn)_w為空氣阻力，

將各車輛所受加速阻力、滾動阻力、坡度阻力和空氣阻力與車輛行駛方程聯(lián)立可得：

a_v為裝載機縱向加速度，m為裝載機總質量，f為滾動阻力系數(shù)，F(xiàn)_Z為鏟斗掘起阻力，θ為地面坡度，C_D為空氣阻力系數(shù)，A為車輛的迎風面積，u_a為車輛行駛速度，F(xiàn)_EX為轉斗液壓缸的推力在縱向上的分力，F(xiàn)_FX為舉升液壓缸的推力在縱向上的分力，F(xiàn)_GX0為鏟掘工況或轉場工況下動臂與前車架鉸接點的縱向分力；

1)在鏟掘工況下，分別將作用在裝載機上的力對前、后輪與道路接觸面的中心取力矩，得地面作用在前輪的垂向載荷計算公式如下：

地面作用在后輪的垂向載荷計算公式如下：

2)在轉場運輸工況下，分別將作用在裝載機上的力對前、后輪與道路接觸面的中心取力矩，得地面作用在前輪的垂向載荷計算公式如下：

地面作用在后輪的垂向載荷的計算公式如下：

F_EZ為轉斗液壓缸的推力在垂向上的分力，F(xiàn)_FZ為舉升液壓缸的推力在垂向上的分力，F(xiàn)_GX、F_GX'分別為鏟掘工況下和轉場工況下動臂與前車架鉸接點的縱向分力，F(xiàn)_GZ、F_GZ'分別為鏟掘工況下和轉場工況下動臂與前車架鉸接點的垂向分力，l₁為裝載機質心到前輪中心的縱向距離，l₂為裝載機質心到后輪中心的縱向距離，m為裝載機總質量，h為裝載機質心距地面的高度，θ為地面坡度，l_E為E點到前輪中心的垂向距離，l_F為F點到前輪中心的垂向距離,l_G為G點到前輪中心的垂向距離,h_E為E點到路面的垂向距離，h_F為F點到路面的垂向距離，h_G為G點到路面的垂向距離。