一種鏟運機任意舉重角度自稱重裝置及其稱重方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鏟運機任意舉重角度自稱重裝置及其稱重方法，適用于各種類型 鏟運機鏟運物料的稱重，本發(fā)明將鏟運機載重和運行信息納入實時調度管理系統(tǒng)，能夠有 效提高企業(yè)生產(chǎn)管理的效率和水平；本發(fā)明屬于鏟運機稱重技術領域。
【背景技術】
[0002] 據(jù)申請人了解國內礦山對f產(chǎn)運機自稱重系統(tǒng)應用的研究幾乎沒有。國外f產(chǎn)運機自 稱重系統(tǒng)對過程操作要求有較多限制，主要是生產(chǎn)過程中大量采用靜態(tài)稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng) 存在車輛滯留、信息滯后和容易造成人為操作漏洞等缺點，極大的影響生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于：針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，提出一種鏟運機任意舉重角 度自稱重裝置，通過該裝置，對鏟運礦石重量進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)匯總，結合井下手持機數(shù) 采系統(tǒng)，可構建完整的回采出礦過程現(xiàn)場動態(tài)信息，可以提高礦山生產(chǎn)信息的實時性和全 面型，優(yōu)化礦山生產(chǎn)調度，使礦石資源利用、生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定和控制過采更加容易，優(yōu)化生產(chǎn) 經(jīng)濟技術指標，大大地提尚礦山的生廣效率。
[0004] 本發(fā)明的另一個目的在于：針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，提出一種鏟運機任意 舉重角度自稱重裝置的稱重方法，通過安裝在鏟運機鏟運工作裝置上的傳感器與信號采 集、控制、處理及顯示系統(tǒng)，在鏟運機作業(yè)的過程中動態(tài)稱量每斗礦石的重量，將每次裝卸 重量相加得到裝卸礦石的總重量。這種方法既保證了工作效率又有較高的精度，而且不對 鏟運機操作造成任何影響。該系統(tǒng)的基本原理是利用壓力傳感器、角度傳感器和加速度傳 感器測量液壓系統(tǒng)各個工作油缸壓力、大臂位置角和加速度等，通過數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，根 據(jù)動力學模型計算出載重量，然后再通過重量顯示打印系統(tǒng)進行輸出。
[0005] 本發(fā)明的技術方案如下：本發(fā)明一種鏟運機任意舉升角度自稱重裝置，包括前機 架（1)、與前機架（1)相連的大臂（2)、與大臂（2)相連的鏟斗（5)、翻斗油缸（3)、與翻斗油 缸⑶相連的搖臂⑷；所述搖臂⑷通過連桿（6)與鏟斗（5)相連；還包括與大臂⑵相 連的舉升油缸（7);其特征在于：還包括用于測量翻斗油缸（3)壓力、大臂（2)位置角和加 速度的壓力傳感器、角度傳感器和加速度傳感器。
[0006] 進一步地，所述前機架（1)與大臂（2)的連接點為0,并以0點為原點建立直角坐 標系，水平方向為X軸，豎直方向為Y軸；所述舉升油缸（7)的固定點為A ;所述翻斗油缸 ⑶的固定點為B ;所述舉升油缸（7)與大臂⑵的連接點為C ;所述大臂⑵與搖臂（4) 的連接點為D ;所述鏟斗（5)與連桿（6)的連接點為E ;所述翻斗油缸（3)與搖臂（4)的連 接點為G ;所述搖臂（4)與連桿（6)的連接點為H ;所述大臂（2)與鏟斗（5)的連接點為K。
[0007] 進一步地，所述舉升油缸（7)有兩個。
[0008] 本發(fā)明一種鏟運機任意舉升角度自稱重裝置的動態(tài)稱重方法：其特征在于：通過 以下公式進行稱重：
[0010] 上式中：
[0011] G-表示鏟斗中物料重量；
[0012] Iqc-表示0點與C點的距離；
[0013] Im-表示0點與A點的距離；
[0014] Θ表示大臂完全放下時OA與OC的夾角；
[0015] α表示大臂圍繞〇點由初始位置轉動的角度；
[0016] 變表示OA與X軸正向的夾角；
[0017] 則OA與大臂所在直線的夾角為Φ = α + Θ，大臂所在直線與X軸正向的夾角大小 為φ:-餓，即傘一I-.錢；
[0018] P1-表示舉升油缸無桿腔壓力；
[0019] P2-表示舉升油缸有桿腔壓力；
[0020] D-表示舉升油缸活塞桿大徑；
[0021 ] d-表示舉升油缸活塞桿小徑；
[0022] g0l0_表示最大自重力矩；
[0023] L-K點到D點的距離。
[0024] 進一步地，所述鏟斗中物料的實際重心Γ與理論重心重合，即Γ與0、C、D三點在 同一條直線上。
[0025] 進一步地，所述舉升油缸有兩個，單個舉升油缸的推力公式如下：
[0027] 則兩只舉升油缸的總推力為
[0031] 式中=P1-表示舉升油缸無桿腔壓力；
[0032] P2-表示舉升油缸有桿腔壓力；
[0033] D-表示舉升油缸活塞桿大徑；
[0034] d-表示舉升油缸活塞桿小徑；
[0035] F-表示兩只舉升油缸的總推力。
[0036] 進一步地，所述OAC三點構成三角形，在三角形OAC中，分別由余弦定理和正弦定 理可得
[0038] 式中：θ -表示大臂完全放下時，OA與OC的夾角；
[0039] α -表示大臂圍繞〇點由初始位置轉動的角度。
[0040] 由該方程組化簡變形得
[0042] 進一步地，在鏟運機在工作的時候，不計大臂與鏟斗、搖臂之間的相對運動，將整 個工作裝置當作剛體，圍繞著〇點進行定軸轉動，則由力矩動力學定律得
[0043] J · ε = Σ M (4-9)
[0044] 式中：J-表示大臂繞0點的轉動慣量；
[0045] Σ M-大臂繞0點受到的力矩之和；
[0046] 忽略翻斗油缸影響的情況下，大臂所受合力矩為
[0048] 式中：Σ Mf-表示總摩擦阻力矩；
[0049] G-表示|產(chǎn)斗中物料重量。
[0050] 由上式變形可得
[0052] 進一步地，當考慮地面坡度大臂綜合轉動角度為a i對稱重的影響
[0053] 時，鏟運機動態(tài)稱重動力學模型為：
[0055] 在等式（4-12)中，Ci1表示地面坡度，其中當路面處于上坡時a i為正值，當路面 處于下坡時a 負值。
[0056] 進一步地，在井上大臂任意位置靜態(tài)標定實驗的過程中，由于沒有大臂角加速度 的影響，且地面平坦沒有坡度，當鏟運機處于空載狀態(tài)時，由式（4-12)可得鏟運機工作裝 置最大自重力矩
[0058] 由實驗方法測得的最大自重力矩g?！?。中，不可避免的包含了空載狀態(tài)下翻斗油缸 以及摩擦阻力給稱重帶來的影響。
[0059] 進一步地，當鏟運機處于負載狀態(tài)時，其鏟裝物料重量為：
[0060]
[0061] 在等式（4-14)中，大臂工作舉升角度α由傾角傳感器測得，舉升油缸無桿腔和有 桿腔壓力Pi、P 2*別由兩個壓力傳感器測得，gDlD經(jīng)過空載標定實驗由式（4-13)計算可得， 其余各尺寸與角度均為已知條件，因此可以利用該式求出鏟斗中物料的重量。
[0062] 本發(fā)明的有益效果如下：1.本發(fā)明通過安裝在鏟運機鏟運工作裝置上的傳感器， 在鏟運機作業(yè)的過程中動態(tài)稱量每斗礦石的重量，將每次裝卸重量相加得到裝卸礦石的總 重量。這種方法既保證了工作效率又有較高的精度，而且不對鏟運機操作造成任何影響； 2.本發(fā)明保證了作業(yè)效率，鏟運機動態(tài)自稱重就是在鏟運機作業(yè)過程中進行載重稱量，不 需要停機稱重，基本不改變工人傳統(tǒng)的操作習慣；3.本發(fā)明可以在原有鏟運機上進行模 塊化安裝，簡單方便；4.本發(fā)明同地鎊等稱重設施相比，本裝置由鏟運機攜帶，并且不受場 地限制，同時價格也比較低廉；5.本發(fā)明可以使稱重在"鏟"后"運"送過程中的任意姿態(tài)和 任意調姿的速度下完成，并且提出了一套基于卡特彼勒稱重算法模型的改進型分區(qū)間固定 角度預標定稱重算法，同時提出了一種分段搜索有效勻速段的方案用于解決大臂角加速度 帶來的慣性力問題，誤差小于4%。
【附圖說明】
[0063] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0064] 圖1為本發(fā)明鏟運機工作裝置結構示意圖。
[0065] 圖2為本發(fā)明鏟運機結構簡圖。
[0066] 圖3為鏟斗和連桿受力圖。
[0067] 圖4為搖臂受力圖。
[0068] 圖5為大臂受力圖。
[0069] 圖6為稱重模型分析簡圖。
[0070] 圖7為本發(fā)明原理框圖。
[0071] 圖1中：1_前機架；2-大臂；3-翻斗油缸；4-搖臂；5-鏟斗；6-連桿；7-舉升油缸 (兩個）；