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專利名稱：一種穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)及挖掘機(jī)的制作方法
一種穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)及挖掘機(jī)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工程機(jī)械監(jiān)控領(lǐng)域，涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)及包括該系統(tǒng)的挖掘機(jī)。
背景技術(shù)：
挖掘機(jī)是一種多用途土石方施工機(jī)械，主要進(jìn)行土石方挖掘、裝載，還可進(jìn)行土地平整、修坡、吊裝等作業(yè)，在公路、鐵路等道路施工，橋梁建設(shè)，城市建設(shè)，機(jī)場港口及水利施工中得到廣泛應(yīng)用。挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)的環(huán)境復(fù)雜多變，挖掘機(jī)需要隨工況變化不斷移動及整機(jī)姿態(tài)調(diào)整，操作安全性很大程度上依賴駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)挖掘機(jī)工作平臺存在較大坡度，承載平臺松軟易塌，通行道路坑洼起伏較大，或者進(jìn)行吊裝作業(yè)時，挖掘機(jī)容易整機(jī)失穩(wěn)，若操作員處理不當(dāng)，就會發(fā)生挖掘機(jī)傾翻的嚴(yán)重后果。
傳統(tǒng)提升操作安全性的方法有:1、增加配重，加寬履帶板，提高整機(jī)穩(wěn)定性；2、采用較大視野的駕駛室，及安裝后置攝像頭，以提高駕駛員觀察工況的能力；3、采用各種實(shí)時監(jiān)測設(shè)備檢測挖機(jī)穩(wěn)定性，處理信號后反饋給駕駛員，并在必要時自動對整機(jī)做限制性控制。
在發(fā)明本發(fā)明之前，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在以下的問題:通過更改整機(jī)造型以提升穩(wěn)定性的方法具有一定的局限性，不能無上限的改制；增加配重，加寬履帶板等措施所起的作用有限。而采用較大視野駕駛室，安裝后置攝像頭等措施，也僅僅旨在提升駕駛員的感知能力，對駕駛員的操作水平仍有較大依賴，且附加裝置耐久性不佳。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出提供一種改動較小、系統(tǒng)集成度高、簡單易行、涵蓋工況廣的挖掘機(jī)整機(jī)穩(wěn)定性實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)傾斜度監(jiān)控、挖掘機(jī)各工況下所受彎矩實(shí)時監(jiān)控、挖掘機(jī)運(yùn)行方向識別、臨界傾翻彎矩輔助控制等功能。
為達(dá)到上述目的，具體技術(shù)方案如下:
一方面，一種穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用于監(jiān)測挖掘機(jī)，包括若干測力裝置、處理器和控制器，若干所述測力裝置設(shè)于挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承的底座內(nèi)圓周上，并均勻分布于所述底座的內(nèi)圓周上，所述測力裝置用于監(jiān)測底座內(nèi)圓周的受力，所述測力裝置通過所述處理器與所述控制器相連。
優(yōu)選的，還包括監(jiān)測所述挖掘機(jī)傾斜情況的傾角傳感器，所述傾角傳感器設(shè)于所述挖掘機(jī)的下車架上，所述傾角傳感器通過所述處理器與所述控制器相連。
優(yōu)選的，還包括將測力裝置產(chǎn)生的信號傳輸至處理器的信號傳輸單元，所述測力裝置通過信號傳輸單元與所述處理器連接。
優(yōu)選的，所述測力裝置的數(shù)量為4個。
優(yōu)選的，所述信號傳送單元為頻分制多路遙感裝置。
優(yōu)選的，所述4個測力裝置均勻分布于所述底座上對應(yīng)所述挖掘機(jī)行走方向的前、后、左、右四個方向的位置上。
優(yōu)選的，所述測力裝置包括垂直設(shè)于所述底座內(nèi)圓周的空心圓截面桿、若干個均勻設(shè)于所述空心圓截面桿外圓周的應(yīng)變片。
優(yōu)選的，所述測力裝置還包括連接板和緊固螺栓，所述連接板與所述底座連接，所述測力裝置的一端與所述底座連接，所述測力裝置的另一端通過所述緊固螺栓與所述連接板連接。
優(yōu)選的，所述應(yīng)變片包括第一組應(yīng)變片和第二組應(yīng)變片，所述第一組和第二組應(yīng)變片均分別包括兩個沿空心圓截面桿的縱向分布的應(yīng)變片和兩個橫向分布的應(yīng)變片共計(jì)8個應(yīng)變片，所述8個應(yīng)變片接成直流全橋電路檢測應(yīng)變，且所述第一組和第二組應(yīng)變片中的縱向分布的應(yīng)變片、橫向分布的應(yīng)變片依次分別串聯(lián)形成半橋。
另一方面，一種挖掘機(jī)，其包括如上述的監(jiān)測系統(tǒng)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:
1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測量、信號傳遞、信號處理與反饋集成度較高；
2、采用8個應(yīng)變片組成全橋測量應(yīng)變，系統(tǒng)精度較高；
3、結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝及隨設(shè)計(jì)變化進(jìn)行相應(yīng)的更改。
4、整體安裝方便，結(jié)構(gòu)布局合理，自動化程度高，適用性廣。



構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)框圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的挖掘機(jī)示意圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的底座示意圖4是本發(fā)明的實(shí)施例的測力裝置示意圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的測力裝置布線示意圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng)力變化圖7是本發(fā)明的實(shí)施例的測力裝置對應(yīng)布線示意圖的應(yīng)變片位置圖。
其中，I為測力裝置、2為處理器、3為控制器、4為回轉(zhuǎn)支承、5為底座、6為傾角傳感器、7為空心圓截面桿、8為應(yīng)變片、9為連接板、10為緊固螺栓。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做具體闡釋。
如圖1中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的一種挖掘機(jī)穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用于監(jiān)測挖掘機(jī)，包括若干測力裝置1、處理器2和控制器3。如圖2和圖3中所示，測力裝置I設(shè)于挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承4的底座5的內(nèi)圓周上。如圖3中所示，若干測力裝置I均勻分布于底座5的內(nèi)圓周上。如圖1中所示，測力裝置I通過處理器2與控制器3相連。
本發(fā)明的實(shí)施例通過布置在挖掘機(jī)底座5的測力裝置測出挖掘機(jī)底座在測力裝置所在方向上實(shí)時所受壓力的大小，將信號匯總并經(jīng)處理器2計(jì)算處理后，傳輸至位于駕駛室的控制器3。從而根據(jù)計(jì)算出的挖掘機(jī)上車部分相對下車架的轉(zhuǎn)向，以及挖掘機(jī)底座以上部分所受的彎矩大小，得出挖掘機(jī)的整機(jī)工況，判斷危險點(diǎn)。在危險可能發(fā)生時，由控制器3做出警示信號；在危險即將發(fā)生時，由控制器3輔助整機(jī)控制。
本發(fā)明的實(shí)施例系統(tǒng)集成度高、簡單易行、涵蓋工況廣的挖掘機(jī)整機(jī)穩(wěn)定性實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)傾斜度監(jiān)控、挖掘機(jī)各工況下所受彎矩實(shí)時監(jiān)控、挖掘機(jī)運(yùn)行方向識別、臨界傾翻彎矩輔助控制等功能
優(yōu)選的，測力裝置I可采用壓力傳感器，測力裝置I的數(shù)量可設(shè)置4個。
優(yōu)選的，4個測力裝置I可均勻分布于挖掘機(jī)行走方向的前、后、左、右四個方向上，即挖掘機(jī)下車架縱向從前往后方向?yàn)樽鴺?biāo)系X正方向設(shè)立直角坐標(biāo)系。
如圖4中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，測力裝置I包括垂直設(shè)于底座內(nèi)圓周的空心圓截面桿7、若干個均勻設(shè)于空心圓截面桿7外圓周的應(yīng)變片8。
將8個相同規(guī)格的應(yīng)變片8均勻貼在空心圓截面桿7的四周，應(yīng)變片8縱向布置四個，橫向四個，采用空心圓截面桿7以減小該附加的傳感器結(jié)構(gòu)對原有結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)力的影響。8個應(yīng)變片8實(shí)際電阻分別用Rl R8表示，其初始值相同，接線如圖5所示，測量電路由該8個應(yīng)變片接成直流全橋電路檢測應(yīng)變，每個橋臂由沿桿縱切面相對的兩個應(yīng)變片串聯(lián)而成。測力裝置I還包括連接板9和緊固螺栓10，兩塊連接板9與底座5固定連接，測力裝置I的空心圓截面桿7置于兩塊連接板9的中間，通過緊固螺栓10擠壓墊塊對空心圓截面桿7施加預(yù)緊力，調(diào)整測力裝置I的測量初始狀態(tài)。挖掘機(jī)底座5縱向受力所產(chǎn)生的形變引起兩塊連接板9相對位置變化，通過測量測力裝置I上空心圓截面桿7的應(yīng)變，等效挖掘機(jī)底座5在兩塊連接 板9之間的平均應(yīng)變，繼而得出該處的應(yīng)力狀態(tài)。
如圖4、圖5和 圖7 中所示,應(yīng)變片包括第一組應(yīng)變片和第二組應(yīng)變片,第一組應(yīng)變片包括兩個沿空心圓截面 桿的縱向分布的應(yīng)變片Rl、R3和兩個橫向分布的應(yīng)變片R6、R8，并分別形成橋臂I與橋臂II ;第二組應(yīng)變片包括兩個沿空心圓截面桿的縱向分布的應(yīng)變片R2、R4和兩個橫向分布的應(yīng)變片R5、R7，并分別形成橋臂III與橋臂IV ;橋臂I與橋臂I1、IV相鄰，與橋臂III相對，第一組和第二組應(yīng)變片中的應(yīng)變片分別串聯(lián)形成半橋，8個應(yīng)變片接成直流電流應(yīng)變?nèi)珮颉?br> 應(yīng)變電橋的輸出電壓和相鄰兩臂的電阻變化率之差，或者相對兩臂電阻變化率之和成正比，當(dāng)電橋四臂接入相同的應(yīng)變片時，有:KF_3] V = __± (^1 -^11 +% —%) 4
在該測力裝置I結(jié)構(gòu)中，對于單一的一個應(yīng)變片來說，影響其電阻變化的因數(shù)有三個:第一，縱向平均應(yīng)力；第二縱向偏載等效彎矩產(chǎn)生附加應(yīng)力；第三溫度影響。第一影響因素對所有縱向應(yīng)變片的影響均為AR，對所有橫向應(yīng)變片的影響均為μ AR0第二影響因素對所有沿空心圓截面桿縱向剖切面對稱的應(yīng)變片產(chǎn)生大小相等，正負(fù)相反的電阻變化。第三影響因素對所有應(yīng)變片電阻產(chǎn)生相同的影響。
AU
對于橋臂I來說，其電阻變化率f為: 八丨
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用于監(jiān)測挖掘機(jī)，其特征在于，包括若干測力裝置、處理器和控制器，若干所述測力裝置設(shè)于挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承的底座內(nèi)圓周上，并均勻分布于所述底座的內(nèi)圓周上，所述測力裝置用于監(jiān)測底座內(nèi)圓周所受壓力，所述測力裝置通過所述處理器與所述控制器相連。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括監(jiān)測所述挖掘機(jī)傾斜情況的傾角傳感器，所述傾角傳感器設(shè)于所述挖掘機(jī)的下車架上，所述傾角傳感器通過所述處理器與所述控制器相連。
3.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括將測力裝置產(chǎn)生的信號傳輸至處理器的信號傳輸單元，所述測力裝置通過信號傳輸單元與所述處理器連接。
4.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述測力裝置的數(shù)量為4個。
5.如權(quán)利要求3所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號傳送單元為頻分制多路遙感>j-U ρ α裝直。
6.如權(quán)利要求4所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述4個測力裝置均勻分布于所述底座上對應(yīng)所述挖掘機(jī)行走方向的前、后、左、右四個方向的位置上。
7.如權(quán)利要求1-6中任一所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述測力裝置包括垂直設(shè)于所述底座內(nèi)圓周的空心圓截面桿、若干個均勻設(shè)于所述空心圓截面桿外圓周的應(yīng)變片。
8.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述測力裝置還包括連接板和緊固螺栓，所述連接板與所述底座連接，所述測力裝置的一端與所述底座連接，所述測力裝置的另一端通過所述緊固螺栓與所述連接板連接。
9.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)變片包括第一組應(yīng)變片和第二組應(yīng)變片，所述第一組和第 二組應(yīng)變片均分別包括兩個沿空心圓截面桿的縱向分布的應(yīng)變片和兩個橫向分布的應(yīng)變片共計(jì)8個應(yīng)變片，所述8個應(yīng)變片接成直流全橋電路檢測應(yīng)變，且所述第一組和第二組應(yīng)變片中的縱向分布的應(yīng)變片、橫向分布的應(yīng)變片依次分別串聯(lián)形成半橋。
10.一種挖掘機(jī)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至6、8、9任一項(xiàng)所述的監(jiān)測系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)及挖掘機(jī)，屬于工程機(jī)械監(jiān)控領(lǐng)域，其中，該監(jiān)測系統(tǒng)包括若干測力裝置1、處理器2和控制器3。若干測力裝置1設(shè)于挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承4的底座5的內(nèi)圓周上，并均勻分布于底座5的內(nèi)圓周上。測力裝置1通過處理器2與控制器3相連。本發(fā)明的技術(shù)方案系統(tǒng)集成度高、簡單易行、涵蓋工況廣的挖掘機(jī)整機(jī)穩(wěn)定性實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)傾斜度監(jiān)控、挖掘機(jī)各工況下所受彎矩實(shí)時監(jiān)控、挖掘機(jī)運(yùn)行方向識別、臨界傾翻彎矩輔助控制等功能。
文檔編號G01M1/14GK103234701SQ201310122358
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者楊洪波, 徐瑾, 楊俊 申請人:上海三一重機(jī)有限公司