可称重、防过载的挖掘装载机的制作方法

本实用新型涉及铲掘类工程机械领域，具体涉及一种铲斗、挖斗的铲掘及挖掘系统的挖掘装载机。

背景技术：

挖掘装载机是一种以挖斗、铲斗为主要工作装置、配以其他多种可选快换工作装置的多用途作业机器，挖掘装载机是以挖掘及装载为主的可配置多种作业机具的多功能土方作业机械，俗称“两头忙”，挖装机由于其具有多功能性，能够广泛的使用于市政建设、电缆铺设、公路建设及养护、油田建设、农田水利建设等各种中小型工程。随着大型基础设施建设逐年增多，应用挖掘装载机开展大方量散体物料重载推铲作业的工况越来越多。然而，由于工作装置结构设计不合理，导致在重载推铲崛起或挖掘作业时，挖掘装载机的铲掘性能较差，主要表现在以下三个方面：铲掘阻力较大、散体物料铲掘次数会明显增加、后轮胎经常出现打滑，系统动力发挥程度严重不足。

现有技术中公开了一种挖掘装载类机器，设有铲掘斗壁、触土板、侧板及侧切削板，触土面为单端圆弧形成的曲面，触土面与后端面相对设置，在触土面顶端与后端面顶端之间水平设有上端面，在触土面底端与后端面底端之间倾斜设有下端面，下端面在水平方向倾斜。

实用新型人发现，现有技术中至少存在下述问题：挖掘装载机铲掘作业时的作业效率低下，经常出现轮胎打滑现象或料斗多次铲掘后依然不能满斗现象，且因为铲斗形状参数的设置不同，导致铲斗受到载荷不均匀（偏载荷）或明显存在铲掘阻力大，铲掘效果差等现象，导致铲掘作业效率及挖掘效率明显不高，试验工作装置的设计及铲掘效果的应用不能显著的提升，影响总体的铲倔性能的提升。

技术实现要素：

本实用新型的其中一个目的是提出一种可称重的铲斗及挖斗装置，能够通过设置、修改满斗重量阈值，判断每次铲倔（挖掘）或多次铲倔（挖掘）后是否达到了预设阈值的铲倔（挖掘）目标值，从而减少了之前通过人为判断方式带来的失误及误差，针对不同介质类型通过调取数据库统计分析后的介质密度与各工作装置有效斗容积的乘积计算出满斗重量、并通过称重校核方法来设置不同的满斗有效阈值，从而降低人为因素干扰带来的判断误差及铲倔效率低下现象的存在，通过增加该控制系统模块来提升多种装铲类工作装置的铲倔效率及铲倔性能，从而实现作业形态时斗容积可量化及防止出现过载现象的预防功能。通过在工作装置臂架端设置应力应变全桥路系统的测试模块，从而获得铲倔过程中的动态载荷数值、铲倔过程中的载荷谱及铲倔过程介质重量等指标参数值，从而实现铲倔作业形态下的各关键性参数捕获及记录（挖掘端实现方法相类似），满足铲倔（挖掘）过程的可称量化及可监测化与防过载需求，并能对铲倔作业形态下的多项载荷值、变形量等结构参数指标内容进行记录。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种可称重、防过载的挖掘装载机，其特征是，在挖掘装载机的挖掘端和/或装载端设置用于测量载荷动态变化的应力应变桥路测量系统；

每次作业状态下，应力应变桥路测量系统实时地测量载荷值，当超过预定的上、下限阈值时，给出过载或未满斗报警提示。

所述应力应变桥路测量系统包括贴在装载端动臂上、下表面上的一组或多组应变片和/或贴在挖掘端斗杆上、下表面上的一组或多组应变片。

在装载端动臂上用于铰接铲斗和动臂连杆的两个铰接点之间的表面上贴有第一类应变片。

在挖掘端斗杆上用于铰接挖斗和摇臂的两个铰接点之间的表面上贴有第一类应变片。

所述应力应变桥路测量系统还包括贴在装载端与翻斗油缸铰接的铲斗连杆和动臂连杆表面上的第二类应变片，铲斗连杆另一端与铲斗铰接，动臂连杆另一端与动臂铰接。

在铲斗和动臂铰接的销轴孔处设置测量铲斗转动角度的角度传感器。

第二类应变片与角度传感器的实时测量数据相结合计算得到铲斗油缸受到的外负载值。

所述应力应变桥路测量系统还包括贴在挖掘端与挖斗油缸铰接的挖斗连杆和摇臂表面上的第二类应变片，挖斗连杆另一端与挖斗铰接，摇臂另一端与斗杆铰接。

在挖斗和斗杆铰接的销轴孔处设置测量挖斗转动角度的角度传感器。

第二类应变片与角度传感器的实时测量数据相结合计算得到挖斗油缸受到的外负载值。

本实用新型提供了一种基于在臂架上下表面处设置应力应变桥路测试系统，按照材料力学上的拉压及剪切理论，通过标准砝码标定后获得作业状态下铲倔、挖掘过程中的载荷理论数值；结合臂架端应力应变信号采集系统显示出的铲倔、挖掘状态下的铲斗、挖斗实际容纳物料的质量数值，从而实现一种可称重、防过载的挖掘装载机，所述挖掘、装载端各设置一套可用于测量载荷动态变化的应力应变桥路系统，并将其测量系统模块集成到整机的控制及报警系统中去，通过预先设置不同介质对应的满斗重量上下限值，并在整机的控制模块中可输入该阈值，在作业过程中如果出现上述铲倔、挖掘未满斗时能及时提醒、同时如果出现报警现象，立刻启动防过载功能模式，操作手应该卸料重新铲倔或停止作业，并检查物料是否因密实或遇到障碍物而造成过载情形，且应预防偏载铲倔导致装载端简支梁臂架出现变形现象，从而引发挤压或损坏机罩进而影响发动机的工作环境仓独立运转条件。

在可选的实施例中，所述挖掘端在四连杆结构之一的斗杆和摇臂铰接的销轴孔与挖斗和斗杆铰接的销轴相连处设置2组全桥系统，在挖斗和销轴孔相连接位置处可以依据需求设置一组预埋销轴传感器。

在可选的实施例中，所述装载端左右动臂及铲斗连杆上各设置2组全桥系统（动臂与铲斗相连接销轴处、铲斗连杆与铲斗相连接销轴处），保证在铲倔过程中各前后桥路上能产生明显区分度的应力应变数值，保证应力应变产生的差值能满足计算及监测的区分值要求。

在可选的实施例中，可在所述挖掘端的四连杆结构单元与挖斗相连的工字杆上设置2组辅助全桥系统，并保证在挖倔过程中工字杆上全桥路产生明显区分度的应力应变数值，保证应力应变产生的差值能满足计算及测试监测的区分度要求；同时结合挖斗油缸液压系统测试结果验证应力应变测试值的准确性及一致性。

在可选的实施例中，装载端动臂前端销轴孔与铲斗下端销轴孔通过销轴连接，铲斗上端销轴孔与铲斗连杆通过销轴连接，装载端动臂、铲斗连杆、动臂连杆及铲斗连接板的总体又构成一个四连杆机构单元。

在可选的实施例中，挖掘端斗杆前端销轴孔与挖斗上端销轴孔通过销轴连接，挖斗下端销轴孔与挖斗连杆通过销轴连接，挖掘端斗杆、摇臂、挖斗连杆及挖斗连接板的总体也构成一个四连杆机构单元。

在可选的实施例中，所述装载端、挖掘端的姿态可以测量、调节及控制，铲斗、挖斗入土角度可以测量，依据需要可以在安装设置好相应的全桥线路后，将其测量线路信号连接到整机控制系统中去，实现相应的称重与防过载监测等功能。

在可选的实施例中，所述挖装机斗容积参数及对应的工作介质参数可以测量及计算获取，通过在整机控制模块中存储各类介质密度、斗容积数值及参考值范围等内容，使得整机可监测系统能够实时的检测到斗内介质的重量及出现过载现象能及时报警提示，同时能够记录多斗总重量，结合整机油耗值能够获得相应的单斗平均油耗、多斗综合及平均油耗，单位土方量油耗及单位时间内容油耗等参数。

本实用新型另一实施例提供一种挖掘装载机，包括本实用新型任一技术方案所提供的装载测量、挖掘测量及控制、辅助报警系统。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果：

上述实施例提供的技术方案，采用装载端、挖掘端安置应力应变桥路传感器，消除相应的内应力后对其进行标定，标准化标定后的参数值作为控制系统参数存储库的原始值；系统中统计存储的各种介质的密度值及与可修改的斗容积之间乘积（介质的密度*斗容积），通过对比标定值与乘积值来设置对应的系统域值及报警阈值，在作业过程中还可以适当的微调该两项数值的区间范围，域值仅作为实际斗容积的称重计量及满斗状态的提醒值，报警阈值作为超过各端臂架屈服极限值的警示提醒值，以确保作业过程中能满斗装铲、挖掘以提升效率并保证与工作装置相连的臂架没有出现过载或超载弯曲变形现象；同时通过斗重量实时记录的方式获得单位时间内的装铲、挖掘介质总重量（如单位时间土方量），结合测量的油耗值，计算出单斗油耗及单位综合油耗等参数值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型示意性的实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中提供安装在挖掘装载机上的装载端部件结构示意图；

图2为图1中装载端部各分部件的分解示意图；

图3为本实用新型实施例中提供装载端的动臂结构示意图；

图4为本实用新型实施例装载端可称重、防过载测量系统动臂上的全桥贴片方式示意图；

图5为装载端全桥应变片测试原理示意图；

图6为本实用新型实施例中提供安装在挖掘装载机上的挖掘端部件结构示意图；

图7为图6中挖掘端部各分部件的分解示意图；

图8为本实用新型实施例中提供挖掘端的斗杆结构示意图。

具体实施方式

结合图1、图2、图3和图4所示，装载端铲斗101与铲斗连杆102、铲斗101与动臂104分别通过点a、b位置处的销轴孔经销轴相互连接；铲斗连杆102与动臂连杆103及翻斗油缸105通过点c处的销轴孔经销轴相互连接；动臂连杆103与动臂104通过点d处销轴孔经销轴相互连接；动臂104与摇臂107通过点g处的销轴孔经销轴相互连接；翻斗油缸105与摇臂107通过点f处的销轴孔经销轴相互连接；动臂油缸耳板106与动臂油缸109通过点e处的销轴孔经销轴相互连接；摇臂107与拉杆108通过点h处的销轴孔经销轴相互连接；动臂104、拉杆108及动臂油缸109分别与装载端机架在点i、j、k位置处连接。

在动臂上点b、d合适区域位置处选取一段适合图4安装传感器的位置，按照图4的距离打磨贴片（图4距离仅仅是本实施例给出的参照值，在其他实施例中也可以依据各机器动臂尺寸不同，适当选择动臂前后端距离较大的位置进行贴片），其中一组应变片r1、r2和r3、r4分别位于动臂上下表面位置，应变片r1、r2及r3、r4之间的纵向贴片间隔距离（如本例为：4mm）小于应变片最小宽度，依据实际情况尽可能的让应变片r1、r2及r3、r4在动臂上下各表面以中心轴心线（中心轴心线为平行于点b、g间的连线且位于各表面的中心位置）为对称进行贴片，其中贴片尽可能遵循对称及选取臂架受力区域有明显区分度的位置等相关原理及基本要求，同理可在动臂上下表面再贴一组应变片ra、rb和rc、rd，或者再贴多组应变片；上下表面贴片时要求避开应力集中位置，贴片完成后在标定前，需要对动臂进行上下100次以上的重复举落动作，以消除标定前的臂架内部残余应力及应力集中现象。

同样在铲斗连杆102、动臂连杆103的中间对称位置处可按照上述原理设置2组以上的全桥应变片，能有效的预防翻斗油缸105的过载，结合实时测量的角度可以计算出油缸受到的外负载数值。

可称重功能的实现主要是通过翻斗油缸105收缩到最短以保证装载端铲斗101能够最大限度的堆满物料，在标定时可以在铲斗101最下边沿处挂标准砝码进行标定；也可以卸除铲斗101在动臂104的销轴孔点b处挂砝码（两种方式标定都要求动臂点bg间的连线与地面保持平行），通过空载全桥信号的记录，及至少挂5组以上分级重量的标准砝码分别进行标定记录，分别记录这6组及以上的前后桥路信号及数值，分别进行信号线性回归分析，获得动臂104前后贴片位置处的载荷大小与数值模拟应变信号输出数值的线性回归方程（不带铲斗标定后分析回归方程，需计入实际装铲时铲斗的重量并对回归方程系数进行修正），其中连接全桥后的激励电压及应变信号输出采集方式按照图5所示；防过载功能的实现需要在标定后才能实现，并需要结合动臂最大掘起力台架实验数据收集的前提下，分别对动臂与地面平行的状态下进行100次以上最大限度重量的加载，记录贴片位置处的信号值并拟合出最终均值，将其作为系统防过载报警阈值（前后贴片位置中有一处超出该值就可以设置报警提醒），在实际工业化推广应用过程中可将上述的尺寸、位置、打磨及贴片进行统一化处理，仅需标定其中的1~2台样机，并随机抽检10台以上进行验证，从而降低该实用新型创新点的工业化推广应用的使用成本。

结合图6、图7和图8所示，挖掘端挖斗201与挖斗连杆202、斗杆204通过点l、m位置处的销轴孔经销轴相互连接；挖斗连杆202、摇臂203通过点n处的两个销轴孔之一经销轴相互连接（因挖掘工况的需要销轴孔点n位置两孔可以自由切换），摇臂203、挖斗油缸205通过点p处的销轴孔经销轴相互连接；摇臂203、斗杆204通过点q处的销轴孔经销轴相互连接；斗杆204、挖斗油缸205通过点r处的销轴孔经销轴相互连接；斗杆204与挖斗大臂通过点s处的销轴孔经销轴相互连接；斗杆204与斗杆油缸通过点t处的销轴孔经销轴相互连接。

在斗杆204上点m、q位置处合适的区域选取一段适合图4安装传感器的位置，按照图4的距离打磨贴片（参照装载端），其中一组应变片r1、r2和r3、r4分别位于斗杆上下表面位置，应变片r1、r2和r3、r4的纵向贴片间隔距离（如本例为：4mm）小于应变片最小宽度，依据实际情况尽可能的让应变片r1、r2沿斗杆各表面以中心轴心线（中心轴心线为平行于点m、t间的连线且位于各表面的中心位置）为对称进行贴片，斗杆前后位置分别安装等规格的r1-r4、ra-rd两组全桥的应力应变片，贴片完成后在标定前，需要对斗杆进行上下100次以上的重复举落动作，以消除标定前斗杆臂架的内部残余应力及应力集中现象。同样在挖斗连杆202、摇臂203的中间对称位置处按照上述原理设置2组以上的全桥应变片，能有效的预防挖斗油缸205的过载，结合实时测量的角度可以计算出油缸受到的外负载数值。

可称重功能的实现主要是通过斗杆点m、t间的连线与地面保持平行，挖斗油缸205伸缩到最长保证挖掘端挖斗201能够最大容积的堆满物料，在标定时可以在挖斗201内部挂标准砝码进行标定，也可以卸除挖斗201在斗杆204的销轴孔2处挂砝码（两种方式标定都要求斗杆mt中心线与地面保持平行），通过空载全桥信号的记录，及至少挂5组以上分级重量的标准砝码分别进行标定记录，分别记录这6组及以上的前后桥路信号及数值，分别进行信号线性回归分析，获得斗杆204前后贴片位置处的载荷大小与数值模拟应变信号输出数值的线性回归方程（不带挖斗标定后分析回归方程，需计入实际挖掘时挖斗的重量并对回归方程系数进行修正），其中连接全桥后的激励电压及应变信号输出采集方式按照图5所示；防过载功能的实现需要在标定后才能实现，并需要结合斗杆最大掘起力台架实验数据收集的前提下，分别对斗杆与地面平行的状态下100次以上最大限度重量的加载，记录贴片位置处的信号值并拟合出最终均值，将其作为系统防过载报警阈值（前后贴片位置中有一处超出该值就可以设置报警提醒），同样在实际工业化推广应用过程中可将上述的尺寸、位置、打磨及贴片进行统一化处理，仅需标定其中的1~2台样机，并随机抽检10台以上进行验证，从而降低该实用新型创新点的工业化推广应用的使用成本。

挖掘端称重及报警提示还可以通过对液压油缸的信号采集实现，但因液压系统存在滞后性的缺点，可能会导致损坏后才有报警提示，从而降低了通过液压系统的采集信号实现监控报警提示的使用价值。