[發明專利]一種挖掘機工作載荷譜求解方法

在審

• 申請號: 202211314170.8
• 申請日: 2022-10-25
• 公開（公告）號: CN115753164A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 李桂琴;江玉林;宋昊舉
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01L5/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種挖掘機工作載荷譜求解方法，所述挖掘機工作載荷譜為挖掘機在役運行時鏟斗的工作載荷譜，屬于工程機械技術領域。該方法步驟包括：根據挖掘機工作裝置結構進行動力學分析，并構建空間坐標系；根據構建的空間坐標系，計算挖掘機工作裝置中各關鍵點的空間坐標；確定求解挖掘機工作載荷譜所需的特征參量，并安裝位移傳感器、傾角傳感器、壓力傳感器進行測量；對挖掘機動臂、斗桿和鏟斗這三個工作裝置進行受力分析，建立各工作裝置的力矩平衡方程，求解挖掘機鏟斗的工作載荷譜。使用該方法求解挖掘機工作載荷譜，實施簡便，占用資源少，能夠實時得到載荷譜，且結果準確性高。

技術領域

本發明屬于工程機械技術領域，特別涉及一種挖掘機工作載荷譜的求解方法。

背景技術

挖掘機在役運行過程中，工作裝置作為主要的受力部件，在隨機載荷長期作用下，容易產生疲勞損傷，影響挖掘機的正常使用。實時監測挖掘機鏟斗上的載荷譜，有利于科學規劃挖掘機的作業狀態、最大化挖掘機的疲勞壽命、提高挖掘機的工作效率，從而提高挖掘機產品的可靠性和作業性能。因此，準確獲得挖掘機載荷譜具有重要意義。

然而作業過程中載荷復雜多變，且很難直接測量獲得其載荷譜，目前載荷譜主要通過間接測量的方法來獲得，主要有實驗測量和仿真計算等。

實驗測量通過對工作裝置主要受力部位布置應變片來得到工作裝置的截面內力，再計算得到斗齒的載荷譜，這種方式所用到的應變片在挖掘機作業過程中極易形變受損，影響結果的可靠性；此外，還可以通過在挖掘機工作裝置中安裝傳感器來測得各鉸接點的銷軸力，再經過換算求得鏟斗的載荷譜，該方法需加工專門的銷軸傳感器，且需對挖掘機工作裝置的結構進行改造，對挖掘機工作裝置的強度和使用壽命有一定影響。

仿真計算是通過建立挖掘機工作裝置的仿真模型，對挖掘機的工作狀況進行離散元仿真，由于真實工況中挖掘物料的密度、粘度等參數較為復雜，無法準確在仿真模型中體現出來，因此這種方法存在較大誤差，且該方法會消耗較大的計算資源，對計算機的性能要求較高。

因此需要建立一種實時求解挖掘機工作載荷譜的方法。

發明內容

本發明為所要解決的技術問題提供一種挖掘機工作載荷譜求解方法，該方法通過理論計算與實驗相結合，可實現作業過程中挖掘機工作載荷譜的實時求解。

一種挖掘機工作載荷譜監測方法，所述挖掘機工作載荷譜為挖掘機在役運行時鏟斗的工作載荷譜，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，根據挖掘機工作裝置結構進行動力學分析，并構建空間坐標系；

步驟二，根據構建的空間坐標系，計算挖掘機工作裝置中各關鍵點的空間坐標；

步驟三，確定求解挖掘機工作載荷譜所需特征參量，在挖掘機工作裝置上安裝位移傳感器、傾角傳感器、壓力傳感器進行測量；

步驟四，對挖掘機動臂、斗桿和鏟斗這三個工作裝置進行受力分析，建立各工作裝置的力矩平衡方程，根據力矩平衡方程求解挖掘機鏟斗的工作載荷譜。

進一步地，所述的一種挖掘機工作載荷譜求解方法，其特征在于，步驟一中，對挖掘機進行動力學分析包括：

a.以動臂與回轉臺鉸接點為空間直角坐標系原點，其中，回轉臺旋轉軸軸向向上為Z軸正方向，該鉸接點指向挖掘機鏟斗方向為X軸正方向，動臂與回轉臺鉸接銷軸軸向為Y軸建立空間坐標系；

b.將挖掘機鏟斗所受的載荷分解為所構建空間直角坐標系三個坐標軸方向，其中Y軸方向力在挖掘機回轉臺開始或停止旋轉時產生；

c.計算挖掘機動臂、斗桿和鏟斗三個工作裝置的慣性力矩。

進一步地，所述的一種挖掘機工作載荷譜求解方法，其特征在于，步驟三中，位移傳感器、傾角傳感器、壓力傳感器布設方式及所測特征參量如下：