专利名称：挖掘机主动挖掘力组合评价方法
技术领域：
本发明涉及一种工程机械性能指标，特别涉及一种基于主动组合的挖掘力的评价方法。
背景技术：
挖掘机在建筑、采矿、农业、水利等领域发挥着极其重要的作用。挖掘机的挖掘能力是评价挖掘机性能优劣的最关键的指标之一。而理论挖掘力的获得不光是挖掘机工作装置的结构设计、强度计算以及配重选取的依据，更是反映挖掘性能的重要参数。现有技术中，理论挖掘力具有传统的分析、评价方法。采用沿用至今的评价方法获得挖掘机在指定姿态下的最大理论挖掘力，并可以此计算挖掘机的稳定性系数。然而，实践中对挖掘机进行前倾稳定性计算过程中，出现了理论计算稳定而实际挖掘过程中前倾现象严重的问题。由此，引发了我们对传统理论挖掘力计算方法的反思。经过分析研究，我们发现传统的理论挖掘力计算方法存在以下问题:1.只考虑切向挖掘力，或者简单认为法切比为定值，通常取为0.2 ；2.从工作装置姿态出发，得到的只是挖掘点在一种位姿下的最大挖掘力，并不是该挖掘点的最大挖掘力，本文中挖掘点是指铲斗切削刃在空间中的位置；
3.复合挖掘力计算方法与单独挖掘计算方法本质上并无区别，并不能真实反映复合挖掘能力。可以看出，传统的理论挖掘力计算方法中没有考虑到法切比、挖掘姿态以及挖掘方式这三种因素的变化对给定挖掘点最大理论挖掘力的影响，这从根本上决定了最大理论挖掘力计算的不准确性，因而不能真实反映挖掘机的挖掘能力。因此，需要提出一种能够真实、准确反映挖掘性能，从而指导挖掘机设计、优化的理论挖掘力评价方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种挖掘机主动挖掘力组合评价方法，该方法得到的最大理论挖掘力能够更真实，更准确的反映挖掘机的挖掘性能，并因此能够在挖掘机的设计、优化过程中真正发挥指导作用。本发明的挖掘机主动挖掘力组合评价方法，确定铲斗的挖掘点，以三种主动因素的自由组合，在每一自由组合方式下获得满足挖掘机自身四种限制因素的最大理论挖掘力，确定有效范围内多个三种主动因素的组合方式对应的最大理论挖掘力中的最大值，该最大值作为该挖掘点的最大主动组合挖掘力；主动组合挖掘力为忽略铲斗与土壤的相互作用，在闭锁油缸的闭锁能力、整机稳定性和地面附着性的挖掘机自身因素限制下，工作油压作用于主动工作油缸，进而传递到铲斗切削刃处的作用力；其中，主动挖掘力为忽略外界载荷限制条件下的挖掘机本身条件所限制的挖掘力；三种主动因素为:1.同一挖掘点对应的不同工作装置姿态；2.该挖掘点对应的不同的挖掘方式，即油缸在闭锁与主动工作两种状态之间的转换；3.该挖掘点对应的不同的法切比；
所述油缸包括挖掘机动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；闭锁油缸为挖掘作业中处于闭锁状态的油缸，主动工作油缸为挖掘作业中处于主动工作状态的油缸；进一步，包括下列步骤:a.确定铲斗的挖掘点，根据该挖掘点确定一种组合，即选择一种挖掘方式、一种工作装置姿态和一个法切比；所述挖掘方式包括铲斗单独挖掘、斗杆单独挖掘或者铲斗-斗杆复合挖掘；工作装置姿态为动臂、斗杆和铲斗的空间位置；在确定的组合方式中，根据挖掘方式确定各组油缸能够达到的极限压力；根据挖掘方式和挖掘姿态，确定切向力的作用方向，所述切向力的方向与切削刃运动方向相同；根据铲斗切向力的作用方向 以及法切比确定挖掘合力的作用方向；所述法切比是指法向力和切向力的比值；所述切向力是指产生于挖掘点的挖掘合力沿切削刃运动方向的分力，所述法向力是指产生于挖掘点的挖掘合力在垂直于切削刃运动方向上的分力；b.设定限制因素:1.稳定性限制需Mt > 0，所述Mt为设定地面对主机的支持力仅作用于前倾线，作用于挖掘机上的力系对其前倾线的合力矩;MS ( O, Ms为设定地面对主机的支持力仅作用于后倾线，作用于挖掘机上的力系对其后倾线的合力矩；2.附着性限制需Fh < Φ6, Fh为合力在水平方向上的分力，Φ表不地面附着系数,G表不挖掘机所受重力；3.闭锁油缸的最大闭锁油压限制；当铲斗油缸处于闭锁状态时，为保证铲斗不绕铲斗铰点转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是铲斗油缸大腔闭锁，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点的合力矩Mg ( O ;如果是铲斗油缸小腔闭锁，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点的合力矩Me ^ O ；当斗杆油缸处于闭锁状态时，为保证斗杆不绕斗杆与动臂铰点转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是斗杆油缸大腔闭锁，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点的合力矩Mb ( O ;如果是斗杆油缸小腔闭锁，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点的合力矩Mb Ss O ；当动臂油缸处于闭锁状态时，为保证动臂不绕动臂与上车铰点转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是动臂油缸大腔闭锁，则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点的合力矩Ma ^ O ;如果是动臂油缸小腔闭锁,则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点的合力矩Ma < O ；4.工作油缸的最大工作油压限制当纟产斗油缸处于主动工作状态时,为保证纟产斗能够绕纟产斗铰点顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点的合力矩K O;当斗杆油缸处于主动工作状态时，为保证斗杆能够绕斗杆与动臂铰点顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点的合力矩Mb彡O;当动臂油缸处于主动工作状态时，为保证动臂能够绕动臂与上车铰点顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点的合力矩Ma ( O ；
c.根据步骤a的组合，找出满足步骤b中4种限制因素的最大挖掘力，将其作为给定挖掘点在给定的组合方式下，挖掘机能够主动发挥的最大理论挖掘力，即最大主动组合挖掘力；d.根据步骤a的方式确定另一种组合，重复步骤b和步骤c ；e.重复步骤d，确定每种组合所对应的最大理论挖掘力，并进行对比，找出其中的最大值，并将其作为给定挖掘点在所有的组合方式下，挖掘机能够主动发挥的最大理论挖掘力，即最大主动组合挖掘力；f.在设定范围内改变挖掘点，重复步骤a至e。3.根据权利要求2所述的挖掘机主动挖掘力组合评价方法，其特征在于:步骤a的组合中，首先确定挖掘方式；步骤d中，在该挖掘方式下按照一定步长改变铲斗角，所述铲斗角是指铲斗铰点与切削刃之间的连线与水平方向的夹角，从而获得一系列有效挖掘姿态，按照一定顺序选择一种有效挖掘姿态，重复步骤b至C，获得各个有效挖掘姿态下的最大理论挖掘力；进一步，所述法切比为一个变量，针对特定的挖掘地点土壤，根据实验结果选定其范围；进一步，步骤f中，设定范围为根据评价方法的需求设定特定的挖掘区域，挖掘点可以均布于或按设定规律分布于挖掘区域。本发明的有益效果:本发明的挖掘机主动挖掘力组合评价方法具有下列优点:1、在挖掘机自身四种限制因素`的基础上，提出了三种主动因素的自由组合，基于所有的主动组合方式，获得挖掘机在给定挖掘点的最大理论挖掘力，该方法较全面的综合进行评价，形成评价体系，能够更真实、准确的反映挖掘机在给定挖掘点上的挖掘能力；2、改变现有技术中基于工作装置姿态进行评价的方式，而是基于挖掘点进行评价，确定挖掘机在对应的空间位置上基于主动组合能够发挥的最大理论挖掘力，且根据不同的目的决定挖掘点的不同分布，相比现有技术中按油缸长度分级更具灵活性和针对性；3、基于挖掘点的评价方式，获得在给定挖掘点上能够发挥的最大理论挖掘力，能够更加合理准确的评价挖掘机在不同区域的挖掘能力；4、基于主动组合的最大挖掘力，注重更加合理全面的因素，能够更真实、准确的反映挖掘能力，有助于挖掘机的优化设计。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1为给定挖掘点最大主动组合挖掘力的获得方法流程图。图2为反铲液压挖掘机结构示意图；图3为挖掘机工作区域和主挖区域图；图4为一个挖掘点对应的多个挖掘姿态结构示意图；图5为铲斗-斗杆复合挖掘时，切向挖掘力的方向范围；图6为一组法切比在同一个切向力方向下对应的一组挖掘合力方向；
具体实施例方式图1为给定挖掘点最大主动组合挖掘力的获得方法流程图，图2为反铲液压挖掘机结构示意图，图3为挖掘机工作区域和主挖区域图，图4为一个挖掘点对应的多个挖掘姿态结构示意图，图5为铲斗-斗杆复合挖掘时，切向挖掘力的方向范围，图6为一组法切比在同一个切向力方向下对应的一组挖掘合力方向；如图所示:本发明的挖掘机主动挖掘力组合评价方法，确定铲斗的挖掘点，以三种主动因素的自由组合，在每一自由组合方式下获得满足挖掘机自身四种限制因素的最大理论挖掘力，确定有效范围内多个三种主动因素的组合方式对应的最大理论挖掘力中的最大值，该最大值作为该挖掘点的最大主动组合挖掘力；主动组合挖掘力(包括最大主动组合挖掘力)为忽略铲斗与土壤的相互作用，在闭锁油缸的闭锁能力、整机稳定性和地面附着性的挖掘机自身因素限制下，工作油压作用于主动油缸，进而传递到铲斗切削刃处的作用力；其中，主动挖掘力为忽略外界载荷限制条件下的挖掘机本身条件所限制的挖掘力；三种主动因素为:1.同一挖掘点对应的不同工作装置姿态；2.该挖掘点对应的不同的挖掘方式，即油缸在闭锁与主动工作两种状态之间的转换；3.该挖掘点对应的不同的法切比；所述油缸包括挖掘机动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；闭锁油缸为挖掘作业中处于闭锁状态的油缸，主动工作油缸为挖掘作业中处于主动工作状态的油缸。如图所示:挖掘机包括机体1、动臂2、动臂油缸3、斗杆5、斗杆油缸4、纟产斗6、伊斗油缸8、腰杆9和连杆7 ;本发明的挖掘机主动挖掘力组合评价方法，具体包括下列步骤:a.确定铲斗的挖掘点，根据该挖掘点确定一种组合，即选择一种挖掘方式、一种工作装置姿态和一个法切比；所述挖掘方式包括铲斗6单独挖掘、斗杆5单独挖掘或者铲斗6和斗杆5复合挖掘；工作装置 姿态为动臂2、斗杆5和铲斗6的空间位置；挖掘点的生成是根据不同的分析目的，可以在如图3中虚线所围成的整个工作区域中或者矩形实线所围成的主挖区域中按照一定密度均布挖掘点，当然也可以根据不同目的按照不同规律分布挖掘点；在确定的组合方式中，根据挖掘方式确定各组油缸能够达到的极限压力；根据挖掘方式和挖掘姿态，确定切向力的作用方向，所述切向力的方向与切削刃运动方向相同；根据铲斗切向力的作用方向以及法切比确定挖掘合力的作用方向；所述法切比是指法向力和切向力的比值；所述切向力是指产生于挖掘点的挖掘合力沿切削刃运动方向的分力，所述法向力是指产生于挖掘点的挖掘合力在垂直于切削刃运动方向上的分力；即:在生成的所有挖掘点中选取一个，根据该挖掘点确定一种挖掘方式、一种工作装置姿态和法切比形成的组合；所述法切比是指法向力和切向力的比值，用ε。表示；根据上述组合确定的挖掘方式即可确定各组油缸能够达到的极限压力；根据上述组合确定的挖掘方式和工作装置姿态即可确定切向力作用方向；根据切向力作用方向和上述组合确定的法切比即可确定对应的挖掘合力的方向；各组油缸可以达到的极限压力的确定方法:一组油缸有主动工作和闭锁两种状态，若为主动工作，那么该油缸可达到的极限压力为该油缸最大工作压力；若为闭锁，那么该油缸可达到的极限压力即为该油缸最大闭锁压力；考虑铲斗6单独挖掘、斗杆5单独挖掘以及铲斗6和斗杆5复合挖掘这三种最为常用的挖掘方式；当铲斗6单独挖掘时，铲斗油缸所能达到的极限压力为其最大工作压力，而斗杆油缸和动臂油缸所能达到的极限压力分别为其所对应的最大闭锁压力；当斗杆5单独挖掘时，斗杆油缸所能达到的极限压力为其最大工作压力，而铲斗油缸和动臂油缸所能达到的极限压力分别为其所对应的最大闭锁压力；当铲斗6-斗杆5复合挖掘时，铲斗油缸和斗杆油缸所能达到的极限压力分别为其所对应的最大工作压力，而动臂油缸所能达到的极限压为其所对应的最大闭锁压力；切向力作用方向的确定方法:如前所述切向力是指产生于挖掘点的挖掘合力沿切削刃运动方向的分力，那么切向力的作用方向即是切削刃的运动方向；而切削刃的运动方向则是由挖掘方式和挖掘姿态共同决定；单独挖掘时，切削刃的运动方向垂直于转动半径，比如铲斗6单独挖掘时切削刃的运动方向垂直于铲斗6切削刃与铲斗6铰点的连线GM，斗杆单独5挖掘时切削刃的运动方向垂直于铲斗6切削刃和斗杆5与动臂2铰点的连线BM ；复合挖掘时，参与复合挖掘的构件共同决定了切削刃的运动方向，比如铲斗-斗杆复合挖掘中，铲斗6绕G点转动的同时斗杆5也在绕B点转动，那么切削刃的运动方向便由铲斗6和斗杆5的复合运动共同决定了，此时考虑所有的可能性，切削刃的运动方向将在GM与BM的垂线Fb和Fa所示方向范围之内，如图5所示；以一定步长dr将此范围离散为一系列特定的切削刃运动方向，每一个切削刃运动方向便确定一个切向力方向；挖掘合力作用方向的确定方法:当确定了切向力的作用方向之后，根据主动组合方式所确定的法切比便可确定挖掘合力的作用方向。如图6所示，当确定了切向力Fir的方向之后，令法切比ε C1在0.2到0.8之间以0.05的步长增加，便可以确定13种挖掘合力Fi的方向；b.设定限制因素:1.稳定性限制需Mt > 0，所述Mt为设定地面对主机的支持力仅作用于前倾线，作用于挖掘机上的力系对其前倾线的合力 矩;MS ( O, Ms为设定地面对主机的支持力仅作用于后倾线，作用于挖掘机上的力系对其后倾线的合力矩；2.附着性限制需Fh < Φ6, Fh为合力在水平方向上的分力，Φ表不地面附着系数,G表不挖掘机所受重力；3.闭锁油缸的最大闭锁油压限制；当铲斗油缸处于闭锁状态时，为保证铲斗不绕铲斗铰点G转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是铲斗油缸大腔闭锁，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点G的合力矩Mg^ O ;如果是铲斗油缸小腔闭锁，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点G的合力矩Me ^ O ；当斗杆油缸处于闭锁状态时，为保证斗杆不绕斗杆与动臂铰点B转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是斗杆油缸大腔闭锁，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点B的合力矩魄< O ;如果是斗杆油缸小腔闭锁，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点B的合力矩Mb彡O ;当动臂油缸处于闭锁状态时，为保证动臂不绕动臂与上车铰点A转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是动臂油缸大腔闭锁，则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点A的合力矩^ ^ O ;如果是动臂油缸小腔闭锁,则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点A的合力矩Ma彡O ;上述的力矩正负为结合附图设定的逆时针作用力矩为正，反之为负；当然，也可相反设定，并不影响最终的结果；4.工作油缸的最大工作油压限制当铲斗油缸处于主动工作状态时，为保证铲斗能够绕铲斗铰点顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点G的合力矩K O;当斗杆油缸处于主动工作状态时，为保证斗杆能够绕斗杆与动臂铰点B顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点的合力矩Mb彡O ;当动臂油缸处于主动工作状态时，为保证动臂能够绕动臂与上车铰点A顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点的合力矩Ma ( O ；c.根据步骤a的组合，找出满足步骤b中4种限制因素的最大挖掘力，将其作为给定挖掘点在给定的组合方式下，挖掘机能够主动发挥的最大理论挖掘力，即最大主动组合挖掘力；其中，找出满足步骤b中4种限制因素的最大值即是求解满足步骤b中4种限制因素在特定组合方式下对应的特定不等式组的最大解；d.根据步骤a的方式确定另一种组合,重复步骤b和步骤c ；e.重复步骤d，确定每种组合所对应的最大理论挖掘力，并进行对比，找出其中的最大值，并将其作为给定挖掘点在所有的组合方式下，挖掘机能够主动发挥的最大理论挖掘力，即最大主动组合挖掘力；f.在设定范·围内改变挖掘点，重复步骤a至e ;即在a步骤生成的所有挖掘点中按顺序选取下一个挖掘点，重复步骤a至e，直到所有挖掘点都被统计并经过获取各自的最大理论挖掘力。本实施例中，步骤a的组合中，首先确定挖掘方式；步骤d中，在该挖掘方式下按照一定步长改变铲斗角，所述铲斗角是指铲斗铰点G与切削刃M之间的连线GM与水平方向的夹角，从而获得一系列有效挖掘姿态，即在挖掘方式确定的前提下，确定一种有效挖掘姿态；通过逆运动学的方法，按照一定步长改变铲斗角即可求解出对应此挖掘点的一系列挖掘姿态，按照一定顺序选择一种有效挖掘姿态，重复步骤b至C，获得各个有效挖掘姿态下的最大理论挖掘力。本实施例中，所述法切比为一个变量，针对特定的挖掘地点土壤，根据实验结果选定其范围；本实施例中，步骤f中，设定范围为根据评价方法的需求设定特定的挖掘区域，挖掘点可以均布于或按设定规律分布于挖掘区域。具体实例:选取某30T级挖掘机，采用基于主动组合的挖掘力计算方法计算在三种常用挖掘方式下主挖区能发挥的最大挖掘力和最大平均挖掘力。a.挖掘点的生成；在主挖区内按照IOOmm等间距均布挖掘点。b.在a步骤生成的所有挖掘点中选取一个，根据该挖掘点确定一种组合，即选择一种挖掘方式、一种工作装置姿态和一个法切比；以下结合给定挖掘点最大主动组合挖掘力的计算流程图进行说明:(I)按照一定顺序选择一种挖掘方式:设计计算和工程实际中常用的挖掘方式包括以下三种:铲斗单独挖掘、斗杆单独挖掘、铲斗-斗杆复合挖掘(三种挖掘方式分别对应i=l、i=2和 i=3)；(2)按照一定顺序选择一种挖掘姿态:一般情况下一个挖掘点对应无数种工作装置姿态，令铲斗角 在-160° 30°范围内变化，取步长(1,=5°，运用逆运动学的方法求解出对应ζ的各种不同姿态组合；需要指出的是铲斗角ζ的范围只是保证在该范围铲斗能够实现挖掘，而并非该范围内每一个ζ都能解出一种姿态组合；假设给定挖掘点在给定
挖掘方式下共求解出m种有效挖掘姿态,令j表示一种挖掘姿态,则j=l, 2，......, m ;如图
4所示，即是切削刃位于主挖区内一挖掘点M时，对应的一组有效的挖掘姿态；(3)按照一定顺序选择一种法切比:对于30t级挖掘机常用的作业环境为三级土壤，根据相关实验结果，确定法切比ε ^的变化范围为0.2 0.8，取步长d ε 0=0.05得到13种法切比，令k表示一种法切比，则k=l，2，......，13 ；(4)各组油缸可以达到的极限压力的确定方法:一组油缸有主动工作和闭锁两种状态，若为主动工作，那么该油缸可达到的极限压力为该油缸最大工作压力；若为闭锁，那么该油缸可达到的极限压力即为该油缸最大闭锁压力；(5)切向力作用方向的确定方法:如前所述切向力是指产生于挖掘点的挖掘合力沿切削刃运动方向的分力，那么切向力的作用方向即是切削刃的运动方向；而切削刃的运动方向则是由挖掘方式和挖掘姿态共同决定；比如，在铲斗-斗杆复合挖掘的情况下，当工作装置处于图5所示的姿态时，切削刃的运动方向在Fb和Fa所示方向之间，以步长dr=2°将此范围离散为20种切削刃运动方向，每一个切削刃运动方向便确定一个切向力方向，如图5所示；(6)挖掘合力作用方向的确定方法:当确定了切向力的作用方向之后，根据主动组合方式所确定的法切比ε ^便可确定挖掘合力的作用方向，进而确定水平方向到挖掘合力作用方向的角度值Jre。图6所示即当挖掘方式、挖掘姿态和切向力Fir的方向确定以后，对应13种不同法切比的13种挖掘合力的作用方向。c.设定限制因素:1.稳定性限制挖掘机挖掘作业时，为保证其不向前倾翻，假定地面对主机的支持力仅作用于前倾线，则作用于挖掘机上的力系对其前倾线的合力矩Mt应大于或等于0，即Mt > O:
权利要求
1.一种挖掘机主动挖掘力组合评价方法,其特征在于:确定铲斗的挖掘点，以三种主动因素的自由组合，在每一自由组合方式下获得满足挖掘机自身四种限制因素的最大理论挖掘力，确定有效范围内多个三种主动因素的组合方式对应的最大理论挖掘力中的最大值，该最大值作为该挖掘点的最大主动组合挖掘力； 主动组合挖掘力为忽略铲斗与土壤的相互作用，在闭锁油缸的闭锁能力、整机稳定性和地面附着性的挖掘机自身因素限制下，工作油压作用于主动工作油缸，进而传递到铲斗切削刃处的作用力；其中，主动挖掘力为忽略外界载荷限制条件下的挖掘机本身条件所限制的挖掘力；三种主动因素为:1.同一挖掘点对应的不同工作装置姿态；2.该挖掘点对应的不同的挖掘方式，即油缸在闭锁与主动工作两种状态之间的转换；3.该挖掘点对应的不同的法切比: 所述油缸包括挖掘机动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸； 闭锁油缸为挖掘作业中处于闭锁状态的油缸，主动工作油缸为挖掘作业中处于主动工作状态的油缸。
2.根据权利要求1所述的挖掘机主动挖掘力组合评价方法，其特征在于:包括下列步骤: a.确定铲斗的挖掘点，根据该挖掘点确定一种组合，即选择一种挖掘方式、一种工作装置姿态和一个法切比；所述挖掘方式包括铲斗单独挖掘、斗杆单独挖掘或者铲斗-斗杆复合挖掘；工作装置姿态为动臂、斗杆和铲斗的空间位置； 在确定的组合方式中，根据挖掘方式确定各组油缸能够达到的极限压力；根据挖掘方式和挖掘姿态，确定切向力的作用方 向，所述切向力的方向与切削刃运动方向相同；根据铲斗切向力的作用方向以及法切比确定挖掘合力的作用方向；所述法切比是指法向力和切向力的比值；所述切向力是指产生于挖掘点的挖掘合力沿切削刃运动方向的分力，所述法向力是指产生于挖掘点的挖掘合力在垂直于切削刃运动方向上的分力； b.设定限制因素: (1).稳定性限制 需仏^ O，所述MtS设定地面对主机的支持力仅作用于前倾线，作用于挖掘机上的力系对其前倾线的合力矩；MS ( O, Ms为设定地面对主机的支持力仅作用于后倾线，作用于挖掘机上的力系对其后倾线的合力矩； (2).附着性限制 需FhS Φ6，FhS合力在水平方向上的分力，Φ表示地面附着系数，G表示挖掘机所受重力； (3).闭锁油缸的最大闭锁油压限制； 当铲斗油缸处于闭锁状态时，为保证铲斗不绕铲斗铰点转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是铲斗油缸大腔闭锁，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点的合力矩K O ;如果是铲斗油缸小腔闭锁，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点的合力矩Me ^ O ； 当斗杆油缸处于闭锁状态时，为保证斗杆不绕斗杆与动臂铰点转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是斗杆油缸大腔闭锁，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点的合力矩Ms ≤O ;如果是斗杆油缸小腔闭锁，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点的合力矩Mb≥O ;当动臂油缸处于闭锁状态时，为保证动臂不绕动臂与上车铰点转动，以最大闭锁压力作为油缸压力，如果是动臂油缸大腔闭锁，则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点的合力矩Ma ^ O ;如果是动臂油缸小腔闭锁,则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点的合力矩Ma彡O ; (4).工作油缸的最大工作油压限制 当铲斗油缸处于主动工作状态时，为保证铲斗能够绕铲斗铰点顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于铲斗上的力系对铲斗铰点的合力矩Mc彡O ;当斗杆油缸处于主动工作状态时，为保证斗杆能够绕斗杆与动臂铰点顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于斗杆上的力系对斗杆与动臂铰点的合力矩Mb彡O ;当动臂油缸处于主动工作状态时，为保证动臂能够绕动臂与上车铰点顺时针转动，以最大工作压力作为油缸压力，则作用于动臂上的力系对动臂与上车铰点的合力矩Ma ( O ； c.根据步骤a的组合，找出满足步骤b中4种限制因素的最大挖掘力，将其作为给定挖掘点在给定的组合方式下，挖掘机 能够主动发挥的最大理论挖掘力，即最大主动组合挖掘力； d.根据步骤a的方式确定另一种组合，重复步骤b和步骤c； e.重复步骤d，确定每种组合所对应的最大理论挖掘力，并进行对比，找出其中的最大值，并将其作为给定挖掘点在所有的组合方式下，挖掘机能够主动发挥的最大理论挖掘力，即最大主动组合挖掘力； f.在设定范围内改变挖掘点，重复步骤a至e。
3.根据权利要求2所述的挖掘机主动挖掘力组合评价方法，其特征在于:步骤a的组合中，首先确定挖掘方式；步骤d中，在该挖掘方式下按照一定步长改变纟产斗角,所述纟产斗角是指铲斗铰点与切削刃之间的连线与水平方向的夹角，从而获得一系列有效挖掘姿态，按照一定顺序选择一种有效挖掘姿态，重复步骤b至C，获得各个有效挖掘姿态下的最大理论挖掘力。
4.根据权利要求3所述的挖掘机主动挖掘力组合评价方法，其特征在于:所述法切比为一个变量，针对特定的挖掘地点土壤，根据实验结果选定其范围。
5.根据权利要求4所述的挖掘机主动挖掘力组合评价方法，其特征在于:步骤f中，设定范围为根据评价方法的需求设定特定的挖掘区域，挖掘点可以均布于或按设定规律分布于挖掘区域。
全文摘要
本发明公开了一种挖掘机主动挖掘力组合评价方法，确定铲斗的挖掘点，以三种主动因素的自由组合，在每一种三种主动因素的自由组合方式下获得满足挖掘机自身四种限制因素的最大理论挖掘力，确定有效范围内多个三种主动因素的组合方式对应的最大理论挖掘力中的最大值作为该挖掘点的最大主动组合挖掘力；本发明以挖掘机的实际应用为出发点，考虑更多的实际可能性，从挖掘点出发获得在给定挖掘点上能够发挥的最大理论挖掘力，能够更加合理的评价挖掘机在不同区域的挖掘能力；基于主动组合的最大挖掘力，考虑了更加合理全面的因素，能够更好的反映实际挖掘能力，有助于挖掘机的优化设计。
文档编号E02F9/00GK103243766SQ20131001953
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者陈进, 任志贵, 庆飞, 庞晓平, 李松林, 贺康生, 邓波 申请人:重庆大学