一種裝載機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種力矩的測量方法，具體是一種裝載機(jī)原地轉(zhuǎn)向時靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩 的測量方法，屬于裝載機(jī)轉(zhuǎn)向力矩測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 裝載機(jī)在正常作業(yè)、運(yùn)輸和行駛時需要頻繁轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向的難易與否直接關(guān)系著整 機(jī)的性能及工作效率，故轉(zhuǎn)向是整機(jī)非常重要的性能之一。整機(jī)在滿載或超載運(yùn)輸?shù)那?況下，由于工作場地狹小的限制，經(jīng)常需要W較小的轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行轉(zhuǎn)向，當(dāng)轉(zhuǎn)向到極限位置 時，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向困難或轉(zhuǎn)向比較費(fèi)力的情況，一旦整機(jī)轉(zhuǎn)過極限位置后，轉(zhuǎn)向就變得相對容 易。分析認(rèn)為：只有轉(zhuǎn)向油缸提供的轉(zhuǎn)向力矩大于地面的轉(zhuǎn)向阻力矩時，整機(jī)才可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 向；大的越多，則轉(zhuǎn)向越容易；反之，則比較困難。因此，在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時，需要知道同噸位 裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向阻力矩有多大，W及轉(zhuǎn)向阻力與地面的摩擦系數(shù)、載荷、角度等參數(shù)之間的近 似關(guān)系式，即在什么時候、什么狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向阻力矩最大，從而有針對性的改變設(shè)計(jì)參數(shù)來 實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性。然而，裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向阻力和阻力矩難W把握，各種文獻(xiàn)中提到的理論公 式都無法相對精確的估算出轉(zhuǎn)向阻力矩的具體值。
[0003] 由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得知，轉(zhuǎn)向阻力矩的大小與轉(zhuǎn)向阻力及轉(zhuǎn)向油缸有關(guān)，轉(zhuǎn)向阻力又與 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力有關(guān)。而目前轉(zhuǎn)向油缸及其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力的選取一般都根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)來決 定，即采用類比法確定。但依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇的轉(zhuǎn)向油缸的轉(zhuǎn)向力矩往往富余量比較大，成本 較高，經(jīng)濟(jì)性不化卻又不能輕易減小油缸的尺寸來滿足，且在轉(zhuǎn)向極限位置時余量又比較 小。因此，轉(zhuǎn)向阻力矩相關(guān)參數(shù)的缺乏，使得設(shè)計(jì)人員只好犧牲整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性來滿足。
[0004] 如何能相對準(zhǔn)確的估算出不同噸位裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向阻力矩，并提出轉(zhuǎn)向阻力矩必須 滿足的要求及相應(yīng)的比較經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)余量（安全系數(shù)），則成為急需解決的問題。如此， 可W通過排查現(xiàn)有裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向力矩是否滿足要求，如果過于富余，則可W減小系統(tǒng)壓力 或者更改為較小的轉(zhuǎn)向油缸來滿足，從而降低成本，提高產(chǎn)品競爭力；如果轉(zhuǎn)向力矩余量過 小，則需要提高系統(tǒng)壓力或者將轉(zhuǎn)向缸加粗等W增大轉(zhuǎn)向力矩，從而減少轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障 率，提高整機(jī)的工作可靠性，進(jìn)而為后續(xù)的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和老產(chǎn)品的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化提供理論 和數(shù)據(jù)參考。因此，每種機(jī)型轉(zhuǎn)向阻力矩的曲線圖顯得非常重要，轉(zhuǎn)向力矩的富余量為決定 整機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的直接因素之一。
[0005] 轉(zhuǎn)向阻力矩分為兩種：一種為靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩，另一種為動態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩；動態(tài) 轉(zhuǎn)向阻力矩是指整機(jī)正常轉(zhuǎn)向過程中的（包括原地轉(zhuǎn)向和行駛中轉(zhuǎn)向）；而靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力 矩是指整機(jī)由靜止開始轉(zhuǎn)向瞬時的轉(zhuǎn)向阻力矩，即轉(zhuǎn)向油缸從無響應(yīng)到有響應(yīng)并開始伸縮 時對應(yīng)的轉(zhuǎn)向阻力矩（僅原地轉(zhuǎn)向時出現(xiàn)）。
[0006] 根據(jù)最大靜摩擦力大于滑動摩擦力的理論，輪胎轉(zhuǎn)向的模型為輪胎的側(cè)向滑動和 側(cè)向轉(zhuǎn)動的合成運(yùn)動，但滑動的同時又有滾動。據(jù)此，分析認(rèn)為最大靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩大于動 態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩，因此只需測得最大靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩即可，而對于裝載機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩， 現(xiàn)有技術(shù)并沒有有效的測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種裝載機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩的測量方法， 能夠得到整機(jī)任意位置的靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，先對裝載機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩的獲得及相關(guān)因素進(jìn)行理論分 析：
[0009] 當(dāng)整機(jī)原地緩慢轉(zhuǎn)向時，可近似的認(rèn)為轉(zhuǎn)向阻力矩等于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)向力 矩，整機(jī)轉(zhuǎn)向越緩慢，轉(zhuǎn)向力矩越接近轉(zhuǎn)向阻力矩的真實(shí)值。當(dāng)然，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的先導(dǎo)壓 力必須要推動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主閥的閥芯從而使得轉(zhuǎn)向油缸有伸縮響應(yīng)，只是油缸的響應(yīng)動作越 慢越好。而當(dāng)整機(jī)由靜止開始原地緩慢轉(zhuǎn)向時，整機(jī)所克服的即為靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩。
[0010] 據(jù)此，對于裝載機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩的測量便可轉(zhuǎn)化為對整機(jī)由靜止開始緩慢轉(zhuǎn)向 時的轉(zhuǎn)向力矩的測量。而整機(jī)原地緩慢轉(zhuǎn)向的條件有如下兩點(diǎn)：1，發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，2.方 向盤的轉(zhuǎn)速越慢越好，但是要滿足油缸有伸縮響應(yīng)。
[0011] 由于整機(jī)滿載（前橋載荷占比75%左右）轉(zhuǎn)向時比空載（前橋載荷占比50%左 右）轉(zhuǎn)向時的阻力矩要大，故可W認(rèn)為轉(zhuǎn)向阻力矩與前橋載荷存在某種正相關(guān)，即前橋載 荷越大，轉(zhuǎn)向阻力矩越大。而裝載機(jī)的前橋載荷在整機(jī)滿載且動臂平伸時最大，因此本發(fā)明 的測量方法另一要求是：整機(jī)滿載，并且動臂處于平伸位置。而當(dāng)整機(jī)轉(zhuǎn)向時，前橋的載荷 會變大，因此前橋的轉(zhuǎn)向阻力矩也會變大，故可W認(rèn)為轉(zhuǎn)向阻力矩與轉(zhuǎn)向角度也存在某種 正相關(guān)。
[0012] 綜合可見，本發(fā)明的測量方法要求的條件有；1.整機(jī)掛空擋，原地轉(zhuǎn)向；2.整機(jī)滿 載，并且動臂處于平伸位置；3.發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)；4.方向盤的轉(zhuǎn)速（每個機(jī)型）W實(shí)際油缸 有伸縮響應(yīng)的最小方向盤轉(zhuǎn)速為準(zhǔn)（接近最小也可）。
[0013] 為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述推斷，可對整機(jī)的轉(zhuǎn)向過程建立模型并進(jìn)行理論分析。
[0014] 如圖1所示，ABCD0組成裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向較點(diǎn)模型，0為前后車架較接中也點(diǎn)，A、B、 C、D分別為后車架右較點(diǎn)、前車架右較點(diǎn)、前車架左較點(diǎn)，后車架左較點(diǎn)。而且A點(diǎn)與D點(diǎn)、 B點(diǎn)與C點(diǎn)相對于較接中也縱向?qū)ΨQ平面對稱。由于整機(jī)向左轉(zhuǎn)向和向右轉(zhuǎn)向具有對稱性， 為了研究方便，假設(shè)整機(jī)向左轉(zhuǎn)向：
[0015] 當(dāng)前車架向左轉(zhuǎn)過任意角度a時，前車架右較點(diǎn)B轉(zhuǎn)到B'，前車架左較點(diǎn)C轉(zhuǎn) 到C'，AB'為右油缸較點(diǎn)中也距，DC'為左油缸較點(diǎn)中也距，左、右油缸對較接中也0的 力臂分別為 OF、0E，則 0B = OB' = 0C = 0C' = R，A0 = 0D = L，初始角度目=Z A0B = Z D0C。
[0016] 對此有：當(dāng)前車架向左轉(zhuǎn)過角度為a時，整機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)瞬時提供的轉(zhuǎn)向力矩M 為：
[0017] M = F右*犯+F左*0F = P巧右*犯+P巧左*0F ①，
[001引其中，F(xiàn)t和Ft分別代表右轉(zhuǎn)向油缸、左轉(zhuǎn)向油缸對整機(jī)產(chǎn)生的推力；P為整機(jī)轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的瞬時壓力，P《Pmx(額定壓力），超載時，P = Pmx，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)溢流閥開啟，系統(tǒng)開 始溢流；正常工作時，P < Pmx;S右和S左分別為右油缸和左油缸的有效面積。
[001 引 AA0B'中，AB' 2= R2+L2-2化cos(目+ a) ②，
[0020] 而 A AOB '的面積：s =如4B''OE 二戶B'*OA *sin ('/3+a.)=去RLsin (.片+a) ③，
[0021] 由公式②和③可W推出：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種裝載機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩的測量方法，其特征在于，該測量方法將裝載機(jī)的靜態(tài) 轉(zhuǎn)向阻力矩轉(zhuǎn)化為對整機(jī)瞬時轉(zhuǎn)向力矩的測量，具體是先選擇同一片地面綜合摩擦系數(shù)一 致的場地上，測量時，裝載機(jī)整機(jī)滿載，且動臂舉升至平伸位置，同時整機(jī)發(fā)動機(jī)處于怠速 運(yùn)轉(zhuǎn)，整機(jī)由靜止進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向，在整機(jī)轉(zhuǎn)向過程中測量轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力P和對應(yīng)的轉(zhuǎn)向角 度a，將測量值代入整機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)瞬時提供的轉(zhuǎn)向阻力矩公式：
即可獲得整機(jī)相應(yīng)位置處的靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩，式中，R為前車架鉸點(diǎn)與鉸接中心的距 離，L為后車架鉸點(diǎn)與鉸接中心的距離，0為前后鉸點(diǎn)與鉸接中心形成的初始角度，D為轉(zhuǎn) 向油缸活塞缸內(nèi)徑，d為活塞桿直徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝載機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩的測量方法，其特征在于，駕駛 員以轉(zhuǎn)向油缸能推動車架進(jìn)行轉(zhuǎn)向的最小方向盤轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)向，整機(jī)從左極限轉(zhuǎn)向到右極 限時，方向盤轉(zhuǎn)過總?cè)?shù)的一半作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上將其n等份，僅測量n組數(shù)據(jù)和一項(xiàng) 極限位置數(shù)據(jù)；第一組數(shù)據(jù)測量時為整機(jī)由對直開始轉(zhuǎn)向；第（i+1)組數(shù)據(jù)測量時，整機(jī)起 始位置為方向盤從整機(jī)對直狀態(tài)轉(zhuǎn)過iX總?cè)?shù)/2n之后；對于每個周期進(jìn)行測量時，駕駛 員均以最小方向盤轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)向，每個測量周期不超過方向盤的1/4圈，其中，n為正整數(shù)， i= 0,1，2, 3......n-l〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種裝載機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩的測量方法，其特征在于，所述 測量的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力P為測量整機(jī)由靜止開始緩慢轉(zhuǎn)向的瞬時系統(tǒng)壓力值。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種裝載機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩的測量方法，該方法是在同一片地面綜合摩擦系數(shù)一致的場地，整機(jī)由靜止開始緩慢轉(zhuǎn)向，將裝載機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩轉(zhuǎn)化為對整機(jī)瞬時轉(zhuǎn)向力矩的測量，從而可以得到整機(jī)任意位置的靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩。僅測量兩個獨(dú)立參數(shù)：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力和對應(yīng)的轉(zhuǎn)向角度，計(jì)算出整機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩。要求整機(jī)滿載，動臂舉升至平伸位置，整機(jī)發(fā)動機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，整機(jī)由靜止緩慢地進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向。駕駛員以轉(zhuǎn)向油缸能推動車架進(jìn)行轉(zhuǎn)向的最小方向盤轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)向，整機(jī)從左極限轉(zhuǎn)向到右極限時，以方向盤轉(zhuǎn)過總?cè)?shù)的一半作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上將其n等份，僅測量n組數(shù)據(jù)和一項(xiàng)極限位置數(shù)據(jù)，最終能夠測量出裝載機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)向阻力矩。
【IPC分類】G01M17-06, G01L3-00
【公開號】CN104568258
【申請?zhí)枴緾N201410853135
【發(fā)明人】張永勝, 郭軍勝, 韓標(biāo), 黃新, 張愛霞, 其他發(fā)明人請求不公開姓名
【申請人】徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司科技分公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月31日