[发明专利]一种挖掘机工作载荷谱求解方法

说明书

本发明公开了一种挖掘机工作载荷谱求解方法，所述挖掘机工作载荷谱为挖掘机在役运行时铲斗的工作载荷谱，属于工程机械技术领域。该方法步骤包括：根据挖掘机工作装置结构进行动力学分析，并构建空间坐标系；根据构建的空间坐标系，计算挖掘机工作装置中各关键点的空间坐标；确定求解挖掘机工作载荷谱所需的特征参量，并安装位移传感器、倾角传感器、压力传感器进行测量；对挖掘机动臂、斗杆和铲斗这三个工作装置进行受力分析，建立各工作装置的力矩平衡方程，求解挖掘机铲斗的工作载荷谱。使用该方法求解挖掘机工作载荷谱，实施简便，占用资源少，能够实时得到载荷谱，且结果准确性高。

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，特别涉及一种挖掘机工作载荷谱的求解方法。

背景技术

挖掘机在役运行过程中，工作装置作为主要的受力部件，在随机载荷长期作用下，容易产生疲劳损伤，影响挖掘机的正常使用。实时监测挖掘机铲斗上的载荷谱，有利于科学规划挖掘机的作业状态、最大化挖掘机的疲劳寿命、提高挖掘机的工作效率，从而提高挖掘机产品的可靠性和作业性能。因此，准确获得挖掘机载荷谱具有重要意义。

然而作业过程中载荷复杂多变，且很难直接测量获得其载荷谱，目前载荷谱主要通过间接测量的方法来获得，主要有实验测量和仿真计算等。

实验测量通过对工作装置主要受力部位布置应变片来得到工作装置的截面内力，再计算得到斗齿的载荷谱，这种方式所用到的应变片在挖掘机作业过程中极易形变受损，影响结果的可靠性；此外，还可以通过在挖掘机工作装置中安装传感器来测得各铰接点的销轴力，再经过换算求得铲斗的载荷谱，该方法需加工专门的销轴传感器，且需对挖掘机工作装置的结构进行改造，对挖掘机工作装置的强度和使用寿命有一定影响。

仿真计算是通过建立挖掘机工作装置的仿真模型，对挖掘机的工作状况进行离散元仿真，由于真实工况中挖掘物料的密度、粘度等参数较为复杂，无法准确在仿真模型中体现出来，因此这种方法存在较大误差，且该方法会消耗较大的计算资源，对计算机的性能要求较高。

因此需要建立一种实时求解挖掘机工作载荷谱的方法。

发明内容

本发明为所要解决的技术问题提供一种挖掘机工作载荷谱求解方法，该方法通过理论计算与实验相结合，可实现作业过程中挖掘机工作载荷谱的实时求解。

一种挖掘机工作载荷谱监测方法，所述挖掘机工作载荷谱为挖掘机在役运行时铲斗的工作载荷谱，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据挖掘机工作装置结构进行动力学分析，并构建空间坐标系；

步骤二，根据构建的空间坐标系，计算挖掘机工作装置中各关键点的空间坐标；

步骤三，确定求解挖掘机工作载荷谱所需特征参量，在挖掘机工作装置上安装位移传感器、倾角传感器、压力传感器进行测量；

步骤四，对挖掘机动臂、斗杆和铲斗这三个工作装置进行受力分析，建立各工作装置的力矩平衡方程，根据力矩平衡方程求解挖掘机铲斗的工作载荷谱。

进一步地，所述的一种挖掘机工作载荷谱求解方法，其特征在于，步骤一中，对挖掘机进行动力学分析包括：

a.以动臂与回转台铰接点为空间直角坐标系原点，其中，回转台旋转轴轴向向上为Z轴正方向，该铰接点指向挖掘机铲斗方向为X轴正方向，动臂与回转台铰接销轴轴向为Y轴建立空间坐标系；

b.将挖掘机铲斗所受的载荷分解为所构建空间直角坐标系三个坐标轴方向，其中Y轴方向力在挖掘机回转台开始或停止旋转时产生；

c.计算挖掘机动臂、斗杆和铲斗三个工作装置的惯性力矩。

进一步地，所述的一种挖掘机工作载荷谱求解方法，其特征在于，步骤三中，位移传感器、倾角传感器、压力传感器布设方式及所测特征参量如下：