一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置，其包括将挖掘机工作行程划分为多个测试点，在多个测试点通过传感器检测与挖掘机的整机挖掘力相关的限制因素，并根据限制因素计算整机挖掘力，以形成挖掘云图，根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能。通过上述方式，本发明以可视化软件为基础提出了以挖掘云图的形式以及叠加方法对挖掘机的挖掘性能进行分析，并对主要挖掘区域挖掘力发挥是否合理进行判断，从而建立一套完整的测试数据分析评价体系。
【专利说明】一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，特别是涉及一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置。【背景技术】
[0002]挖掘机适于高强度作业，在建筑、采矿、农业、水利等领域发挥着极其重要的作用。挖掘机的挖掘性能是评价挖掘机性能优劣的关键指标，也对于挖掘机的设计和应用有着重要的指导意义。
[0003]现有技术中，大多只计算出挖掘机的铲斗挖掘力、斗杆挖掘力及其测试方法，少有对挖掘机的整个区域及主要区域的挖掘性能进行分析评判的方法。因此，需要提出一种能够更准确、全面反映挖掘性能的测试和评价方法，从而指导挖掘机设计。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题是提供一种挖掘机的挖掘性能测试方法及装置，以可视化软件为基础提出了以挖掘云图的形式以及叠加方法对挖掘机的挖掘性能进行分析，并对主要挖掘区域挖掘力发挥是否合理进行判断，从而建立一套完整的测试数据分析评价体系。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种挖掘机的挖掘性能测试方法，其特征在于，方法包括:将挖掘机工作行程划分为多个测试点；在多个测试点通过传感器检测与挖掘机的整机挖掘力相关的限制因素；根据限制因素计算整机挖掘力；根据整机挖掘力形成挖掘云图；根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能；其中，限制因素包括整机附着力限制因素、整机稳定性限制因素、动臂油缸闭锁压力限制因素、斗杆油缸闭锁压力限制因素、铲斗油缸闭锁压力限制因素、铲斗油缸主动发挥限制因素以及斗杆油缸主动发挥限制因素中的至少一种，且取多个限制因素决定的挖掘力的最小值为整机挖掘力。
[0006]其中，将挖掘机工作行程划分为多个测试点包括:分别将动臂油缸、斗杆油缸以及铲斗油缸的工作过程等分为多个测试点，其中，挖掘机工作行程的测试点数为三者测试点数量的乘积。
[0007]其中，传感器包括:第一拉线传感器，设置在挖掘机上，用于感知整机前倾或后仰；第二拉线传感器，设置在固定平台上，用于感知整机滑移；拉力传感器，设置在连接可调地锚与挖掘力测试工装的钢丝绳上，其中，挖掘力测试工装安装在挖掘机的斗齿座上；第一压力传感器，设置在铲斗油缸的油路上，用于测试铲斗油缸大腔压力；第二压力传感器，设置在斗杆油缸的油路上，用于测试斗杆油缸大腔压力；第三压力传感器，设置在动臂油缸的油路上，用于测试动臂油缸小腔压力；第四压力传感器，设置在动臂油缸的油路上，用于测试动臂油缸大腔压力；第五压力传感器，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力；第一倾角传感器，设置在挖掘力测试工装上，用于测试安装挖掘力测试工装的面与水平面的角度β ;第二倾角传感器，设置在可调地锚连接钢丝绳的卸扣上，用于测试钢丝绳与水平面的角度、;其中，铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线与钢丝绳的角度为角度α、角度β以及角度Y三者之和，角度α为挖掘力测试工装上安装第一倾角传感器(2)的面与铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线的角度。
[0008]其中，挖掘机为铲斗挖掘模式时，利用以下关系式得到整机挖掘力:&」α，j)=min(
Fβοοπι-- ^Armj J ^Bucket? Ffz
)，其中，？^1，j)为整机挖掘力，i为动臂油缸长度，j为斗杆油缸长度，FB00ffli为动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，FAMj为斗杆油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，FBudret为铲斗油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，Fwd为整机稳定性限制因素决定的挖掘力，Ffz为整机附着力限制因素决定的挖掘力；其中，每一限制因素决定的挖掘力为铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线与钢丝绳的角度的正弦值与限制因素决定的拉力值的乘积。
[0009]其中，挖掘机为斗杆挖掘模式时，利用以下关系式得到整机挖掘力:&」α，j)=min(
^'βοοπι-- F Arm j J ^ Bucket，Ffz
)，其中{^1，j)为整机挖掘力，i为动臂油缸长度，j为斗杆油缸长度，为动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F’a__为斗杆油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，F’Budret为铲斗油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，Fwd为整机稳定性限制因素决定的挖掘力，Ffz为整机附着力限制因素决定的挖掘力；其中，每一限制因素决定的挖掘力为铲斗与斗杆的铰点到测试位置的连线与钢丝绳的角度的正弦值与限制因素决定的拉力值的乘积。
[0010]其中，根据整机挖掘力形成挖掘云图包括:将整机挖掘力输入可视化软件平台；根据整机挖掘力绘制挖掘云图，且根据整机挖掘力大小的渐变通过调用可视化编程软件绘图RGB函数以彩色或黑色渐变形式显现。
[0011]其中，根据挖掘云图评价挖掘机的挖掘性能包括:寻找最大的整机挖掘力，其中，整机挖掘力包括整机铲斗最大挖掘力Fwl和整机斗杆最大挖掘力Fw2 ;获取挖掘力系数，挖掘力系数用于评判整机最大挖掘力是否合理以评价挖掘机的挖掘性能，其中，挖掘力系数包括铲斗最大挖掘力系数P1、斗杆最大挖掘力系数P2以及主要区域挖掘系数K，分别利用以下关系式得到:
【权利要求】
1.一种挖掘机的挖掘性能测试方法，其特征在于，所述方法包括:将所述挖掘机(20)工作行程划分为多个测试点；在所述多个测试点通过传感器(31)检测与所述挖掘机(20)的整机挖掘力相关的限制因素；根据所述限制因素计算所述整机挖掘力(Fu(i，j))；根据所述整机挖掘力形成挖掘云图；根据所述挖掘云图评价所述挖掘机(20)的挖掘性能；其中，所述限制因素包括整机附着力限制因素(Ffz)、整机稳定性限制因素(Fwd)、动臂油缸闭锁压力限制因素(FB(KMi)、斗杆油缸闭锁压力限制因素(FAMj)、铲斗油缸闭锁压力限制因素(FBudtJ、铲斗油缸主动发挥限制因素(F’BudtJ以及斗杆油缸主动发挥限制因素(F’a?」)中的至少一种，且取多个所述限制因素决定的挖掘力的最小值为所述整机挖掘力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述挖掘机工作行程划分为多个测试点包括:分别将动臂油缸(24)、斗杆油缸(25)以及铲斗油缸(26)的工作过程等分为多个测试点，其中，所述挖掘机(20)工作行程的测试点数为三者测试点数量的乘积。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器(31)包括:第一拉线传感器(4)，设置在所述挖掘机(20)上，用于感知整机前倾或后仰；第二拉线传感器(5)，设置在固 定平台(28)上，用于感知整机滑移；拉力传感器(1)，设置在连接可调地锚(27)与挖掘力测试工装(14)的钢丝绳(12)上，其中，所述挖掘力测试工装(14)安装在所述挖掘机(10)的斗齿座上；第一压力传感器(7)，设置在铲斗油缸(26)的油路上，用于测试所述铲斗油缸(26)大腔压力；第二压力传感器(8)，设置在斗杆油缸(25)的油路上，用于测试所述斗杆油缸(25)大腔压力；第三压力传感器(9)，设置在动臂油缸(24)的油路上，用于测试所述动臂油缸(24)小腔压力；第四压力传感器(10)，设置在所述动臂油缸(24)的油路上，用于测试所述动臂油缸(24)大腔压力；第五压力传感器(11)，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力；第一倾角传感器(2)，设置在所述挖掘力测试工装(14)上，用于测试安装所述挖掘力测试工装(14)的面与水平面的角度β ；第二倾角传感器(3)，设置在所述可调地锚(27)连接钢丝绳(12)的卸扣上，用于测试所述钢丝绳(12)与水平面的角度、；其中，所述铲斗(23)与所述斗杆(22)的铰点到所述测试位置的连线与所述钢丝绳(12)的角度为角度α、角度β以及角度Υ三者之和，角度α为挖掘力测试工装(14)上安装所述第一倾角传感器(2)的面与铲斗(23)与斗杆(22)的铰点到测试位置的连线的角度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述挖掘机(20)为铲斗挖掘模式时，利用以下关系式得到所述整机挖掘力:Fij (lj j) Hlin (FbooiiiiJ ^ArmjJ ^Bucket?Ffz)其中，Fu(i，j)为所述整机挖掘力，i为动臂油缸(24)长度，j为斗杆油缸(25)长度，FB00ffli为所述动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，FAMj为所述斗杆油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，&.为所述铲斗油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，Fwd为所述整机稳定性限制因素决定的挖掘力，Ffz为所述整机附着力限制因素决定的挖掘力；其中，每一所述限制因素决定的挖掘力为所述铲斗(23)与所述斗杆(22)的铰点到所述测试位置的连线与所述钢丝绳(12)的角度的正弦值与所述限制因素决定的拉力值的乘积。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述挖掘机(20)为斗杆挖掘模式时，利用以下关系式得到所述整机挖掘力:Fij (lj j) Hlin (FbooiiiiJ F Arm j J F Bucket，Ffz)其中，Fu(i，j)为所述整机挖掘力，i为动臂油缸(24)长度，j为斗杆油缸(25)长度，FB00ffli为所述动臂油缸闭锁压力限制因素决定的挖掘力，F’AmU为所述斗杆油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，F’Bu—为所述铲斗油缸主动发挥限制因素决定的挖掘力，Fwd为所述整机稳定性限制因素决定的挖掘力，Ffz为所述整机附着力限制因素决定的挖掘力；其中，每一所述限制因素决定的挖掘力为所述铲斗(23)与所述斗杆(22)的铰点到所述测试位置的连线与所述钢丝绳(12)的角度的正弦值与所述限制因素决定的拉力值的乘积。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述根据所述整机挖掘力形成挖掘云图包括: 将所述整机挖掘力输入可视化软件平台(33)；根据所述整机挖掘力绘制所述挖掘云图，且根据所述整机挖掘力大小的渐变通过调用可视化编程软件绘图RGB函数以彩色或黑色渐变形式显现。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述挖掘云图评价所述挖掘机(20)的挖掘性能包括:寻找最大的所述整机挖掘力，其中，所述整机挖掘力包括整机铲斗最大挖掘力Fwl和整机斗杆最大挖掘力Fw2 ；获取挖掘力系数，所述挖掘力系数用于评判所述整机最大挖掘力是否合理以评价所述挖掘机的挖掘性能，其中，所述挖掘力系数包括铲斗最大挖掘力系数P1、斗杆最大挖掘力系数P2以及主要区域挖掘系数K，分别利用以下关系式得到:Pl = ^,(JP2 = —^~Fvv\ ,jyrave主其中，G为挖掘机(20)整机重量，Favs为主要挖掘区域(41)的平均挖max Ο 全，掘力，Ffflax为整个挖掘区域(40)的最大挖掘力，主要挖掘区域(41)的面积，为整个挖掘区域(40)的面积。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，应用区域叠加法和角度叠加法分析限定因素在不同区域所占的比例，以评价所述挖掘机(20)工作装置更改前后挖掘性能的变化，其中所述区域叠加法为对所述挖掘云图的整个挖掘区域(40)进行叠加，所述角度叠加为对所述挖掘云图在主要挖掘角度范围进行叠加。
9.一种挖掘机的挖掘性能测试装置，其特征在于，所述装置包括:传感器(31)，用于检测与所述挖掘机(20)的整机挖掘力相关的限制因素；数据采集系统(32)，与所述传感器(31)连接，用于根据所述限制因素计算所述整机挖掘力；可视化软件平台(33)，与所述数据采集系统(32)连接，用于导入所述整机挖掘力，形成挖掘云图，并根据所述挖掘云图评价所述挖掘机(20)的挖掘性能。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述传感器31包括:第一拉线传感器(4)，设置在所述挖掘机(20)上，用于感知整机前倾或后仰；第二拉线传感器(5)，设置在固定平台(28)上，用于感知整机滑移；拉力传感器(1)，设置在连接可调地锚(27)与挖掘力测试工装(14)的钢丝绳(12)上，其中，所述挖掘力测试工装(14)安装在所述挖掘机(20)的斗齿座上；第一压力传感器(7)，设置在铲斗油缸(26)的油路上，用于测试所述铲斗油缸(26)大腔压力； 第二压力传感器(8)，设置在斗杆油缸(25)的油路上，用于测试所述斗杆油缸(25)大腔压力；第三压力传感器(9)，设置在动臂油缸(24)的油路上，用于测试所述动臂油缸(24)小腔压力；第四压力传感器(10)，设置在所述动臂油缸(24)的油路上，用于测试所述动臂油缸(24)大腔压力；第五压力传感器(11)，设置在主泵工作路径上，用于测试主泵压力；第一倾角传感器(2)，设置在所述挖掘力测试工装(14)上，用于测试安装所述挖掘力测试工装(14)的面与水平面的角度β ；第二倾角传感器(3)，设置在所述可调地锚(27)连接钢丝绳(12)的卸扣上，用于测试所述钢丝绳(12)与水平面的角度、；其中，所述铲斗(23)与所述斗杆(22)的铰点到测试位置的连线与所述钢丝绳(12)的角度为角度α、角度β以及角度、三者之和，角度α为挖掘力测试工装(14)上安装所述第一倾角传感器(2)的面与铲斗(23)与斗杆(22)的铰点到测试位置的连线的角度。
【文档编号】G01L5/00GK103645041SQ201310686954
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】张磊, 冯坤鹏, 李珍, 张利, 袁蒙 申请人:中联重科股份有限公司渭南分公司, 中联重科股份有限公司