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1、(10)申请公布号 CN 103407890 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103407890 A *CN103407890A* (21)申请号 201310314288.5 (22)申请日 2013.07.24 B66C 13/16(2006.01) G01G 5/04(2006.01) (71)申请人 徐州赫思曼电子有限公司 地址 221000 江苏省徐州市龙华寺路 11 号 (72)发明人 王辉 何光义 陈学海 陈卫东 许峙 (74)专利代理机构 徐州支点知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 32244 代理人 唐猛 (54) 发明名称 一种挖掘机吊物称重装置及方。
2、法 (57) 摘要 本发明公开了一种挖掘机吊物称重装置及方 法， 装置包括油压传感器、 角度传感器和可编程控 制器， 油压传感器安装在动臂油缸上， 角度传感器 分别安装在动臂和铲斗上， 油压传感器和角度传 感器分别与可编程控制器连接 ； 方法包括如下步 骤 ： 列出挖掘机空载力矩公式 ； 选取多个不同动 臂角度和斗杆角度列出方程组， 求解方程组计算 得出不同吊臂状态下的实际空载力矩 ； 计算出动 臂油缸的实际力矩 ； 由上述得出的实际力和实际 空载力矩， 以及角度传感器测得吊重物的工作幅 度， 计算得到吊重物重量。 本发明在未知挖掘机动 臂、 斗杆、 铲斗等重量、 重心坐标等参数的情况下， 快。
3、速准确实现挖掘机吊重物重量计算。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103407890 A CN 103407890 A *CN103407890A* 1/1 页 2 1. 一种挖掘机吊物称重装置， 其特征在于， 包括油压传感器、 角度传感器和可编程控制 器， 油压传感器安装在动臂油缸上， 角度传感器分别安装在动臂和铲斗上， 油压传感器和角 度传感器分别与可编程控制器连接。 2. 根据权利要求 1 所述的一种挖掘机吊物称重装置， 其。
4、特征在于， 所述的油压传感器 为 CAN 信号油压传感器。 3. 根据权利要求 1 所述的一种挖掘机吊物称重装置， 其特征在于， 所述的角度传感器 为 CAN 信号角度传感器。 4. 根据权利要求 1 至 3 任一项所述的一种挖掘机吊物称重装置的称重方法， 其特征在 于， 包括如下步骤 ： （1） 、 吊重物时候铲斗姿态保持不变， 将斗杆和铲斗看做一个整体， 斗杆部分产生的力 矩和铲斗部分产生的力矩为 Marm， 得出力矩平衡公式 ： MEact=Mboom+Marm ； 式中 ： MEact 为实际空载力矩， Mboom 为动臂部分产生的力矩， Marm 为斗杆部分和铲斗 部分产生的产生的力。
5、矩 ； （2） 、 动臂重量为 Wboom， 动臂铰点坐标为 （X1， Y1） ， 动臂与水平线夹角为 a, 动臂长度 为 L， 斗杆部分重量为 Warm， 斗杆铰点坐标为 （X2， Y2） ， 斗杆与水平线夹角为 d， 代入公式 MEact=Mboom+Marm， 得 MEact=Wboom*(X1*cos(a)-Y1*sin(a)+Warm*(L*cos(a)+X2*cos(d)-Y2*sin( d)= MEact=Wboom*X1*cos(a)-Wboom*Y1*sin(a)+Warm*L*cos(a)+Warm*X2*cos(d)- Warm*Y2*sin(d)- 设式中 ： Wboo。
6、m*X1+ Warm*L =A ； cos(a)=ca Wboom*Y1=B ； sin(a)=sa Warm*X2=C ； cos(d)=cd Warm*Y2=D ； sin(d)=sd 得出式为 ： MEact=A*ca-B*sa+C*cd-D*sd ； （3） 、 其中角度a， d通过角度传感器测量出来， 得到ca、 sa、 cd、 sd， 选取多个不同角度a， d 代入式列出方程组， 通过油压传感器和角度传感器采集实际力矩和角度值数据， 可编程 控制器求解方程组计算出 A、 B、 C、 D 对应的值， 得出不同吊臂状态下的实际空载力矩 MEact ； （4） 、 根据油压传感器采集的动。
7、臂油缸压力、 角度传感器采集的动臂角度以及实际测量 的动臂油缸铰点坐标， 可编程控制器计算出动臂油缸的实际力矩记为 Mact ； （5） 、 角度传感器测量出的角度直接得出吊重的工作幅度 R， 由步骤 （3） 中求得的 MEact 和步骤 （4） 得出的 Mact， 可编程控制器根据公式， Mact= MEact+Mweight = Mact= MEact+W*R 计算出所吊重物重量 W， 式中 ： Mweight 为吊重物的力矩， W 为吊重物重量， R 为吊重的工作幅度。 权 利 要 求 书 CN 103407890 A 2 1/4 页 3 一种挖掘机吊物称重装置及方法 技术领域 0001。
8、 本发明涉及一种挖掘机吊物的称重， 具体是一种挖掘机吊物称重装置及方法。 背景技术 0002 挖掘机作为工程机械之首应用极为广泛， 常常也用于吊装吊重作业， 随着人们对 安全作业意识的提高以及国家相关法律法规不断的完善， 越来越多的挖掘机需要安装安全 保护装置， 而且已经投入使用的旧的挖掘机也需要加装安全保护装置， 有些国家甚至还需 要该安全保护装置具有称重的功能， 即能够计算出所吊重物的重量。 0003 为了计算出挖掘机在吊重作业工况下所吊重物的重量， 目前厂家通常会采集两种 取力方式 ： 0004 1、 直接取力 ： 将取力传感器直接放在吊重的钩子上取力 ； 0005 2、 间接取力 ： 。
9、通过油压传感器在动臂的变幅油缸上取力。 0006 直接取力的精度要高， 但是由于实际使用时， 会造成取力传感器损坏， 而且每次吊 重作业时候都要对取力传感器进行拆装， 很不方便 ； 所以大多选用油压传感器间接取力的 方式。油压传感器安装在动臂变幅油缸上， 可以计算出动臂部分 （包括动臂、 斗杆油缸及动 臂上其它辅助部件） + 斗杆部分 （包括斗杆、 铲斗油缸及斗杆其它辅助部件） + 铲斗及吊重使 用的吊具这个整体在动臂变幅油缸上产生的压力 P， 根据安装在动臂上的角度传感器可以 实时计算出动臂变幅油缸的力臂 LA， 因此挖掘机整个上装在动臂变幅油缸上产生的实际力 矩为 0007 Mact=PL。
10、A 0008 根据力矩平衡公式没有吊重时候 MEact=Mboom+Marm+Mbacket 0009 MEact： 实际空载力矩 0010 Mboom： 动臂部分产生的力矩 0011 Marm： 斗杆部分产生的力矩 0012 Mbacket： 铲斗部分产生的力矩 0013 众所周知计算力矩需要知道力和力臂， 工作装置每一部分的力就是它们的重量， 力臂就是重心 X 坐标、 Y 坐标在水平面的投影， 如果要精确计算， 就需要知道每一部分的重 量和重心坐标， 获取坐标有两种方法 ： 0014 1、 根据做出来的实物， 称出重量， 重心可以通过测绘方法测出。 这种方法工作量很 大 （因为涉及到很多部。
11、件） ， 主机厂一般都不愿意去做。 0015 2、 主机厂通过三维建模计算出的重量和重心， 这种方法相对简单很多， 但是理论 数据和实际计算之间存在偏差， 因巨大的工作量， 主机厂不会去对每一个部件实际测量。 0016 综上所述， 在没有这些参数 （挖掘机动臂、 斗杆、 铲斗等重量、 重心坐标等） 的情况 下进行现场实际测量是非常困难的， 安装调试的地大都在工地上， 不具备测量条件， 而且测 量耗时、 耗人力， 不经济。 说 明 书 CN 103407890 A 3 2/4 页 4 发明内容 0017 针对上述现有技术存在的问题， 本发明提供一种挖掘机吊物称重装置及方法， 在 未知挖掘机动臂、。
12、 斗杆、 铲斗等重量、 重心坐标等参数的情况下， 快速准确实现挖掘机吊重 物重量计算。 0018 为了实现上述目的， 本发明一种挖掘机吊物称重装置， 包括油压传感器、 角度传感 器和可编程控制器， 油压传感器安装在动臂油缸上， 角度传感器分别安装在动臂和铲斗上， 油压传感器和角度传感器分别与可编程控制器连接。 0019 优选的， 油压传感器为 CAN 信号油压传感器。CAN 信号油压传感器通信速率高、 容 易实现、 且性价比高。 0020 优选的， 角度传感器为 CAN 信号角度传感器。CAN 信号角度传感器通信速率高、 容 易实现、 且性价比高。 0021 一种挖掘机吊物称重方法， 包括如下。
13、步骤 ： （1） 、 吊重物时候铲斗姿态保持不变， 将斗杆和铲斗看做一个整体， 斗杆部分产生的力 矩和铲斗部分产生的力矩为 Marm， 得出力矩平衡公式 ： MEact=Mboom+Marm ； 式中 ： MEact 为实际空载力矩， Mboom 为动臂部分产生的力矩， Marm 为斗杆部分和铲斗 部分产生的产生的力矩 ； （2） 、 动臂重量为 Wboom， 动臂铰点坐标为 （X1， Y1） ， 动臂与水平线夹角为 a, 动臂长度 为 L， 斗杆部分重量为 Warm， 斗杆铰点坐标为 （X2， Y2） ， 斗杆与水平线夹角为 d， 代入公式 MEact=Mboom+Marm， 得 MEact。
14、=Wboom*(X1*cos(a)-Y1*sin(a)+Warm*(L*cos(a)+X2*cos(d)-Y2*sin( d)= MEact=Wboom*X1*cos(a)-Wboom*Y1*sin(a)+Warm*L*cos(a)+Warm*X2*cos(d)- Warm*Y2*sin(d)- 设式中 ： Wboom*X1+ Warm*L =A ； cos(a)=ca Wboom*Y1=B ； sin(a)=sa Warm*X2=C ； cos(d)=cd Warm*Y2=D ； sin(d)=sd 得出式为 ： MEact=A*ca-B*sa+C*cd-D*sd ； （3） 、 其中角度a。
15、， d通过角度传感器测量出来， 得到ca、 sa、 cd、 sd， 选取多个不同角度a， d 代入式列出方程组， 通过油压传感器和角度传感器采集实际力矩和角度值数据， 可编程 控制器求解方程组计算出 A、 B、 C、 D 对应的值， 得出不同吊臂状态下的实际空载力矩 MEact ； （4） 、 根据油压传感器采集的动臂油缸压力、 角度传感器采集的动臂角度以及实际测量 的动臂油缸铰点坐标， 可编程控制器计算出动臂油缸的实际力矩记为 Mact ； （5） 、 角度传感器测量出的角度直接得出吊重的工作幅度 R， 由步骤 （3） 中求得的 MEact 和步骤 （4） 得出的 Mact， 可编程控制器根。
16、据公式， Mact= MEact+Mweight = Mact= MEact+W*R 计算出所吊重物重量 W， 式中 ： Mweight 为吊重物的力矩， W 为吊重物重量， R 为吊重的工作幅度。 说 明 书 CN 103407890 A 4 3/4 页 5 0022 0023 0024 0025 0026 0027 0028 0029 0030 0031 0032 0033 0034 0035 0036 0037 0038 0039 0040 与现有技术中的方法相比， 本发明不需要对实物进行测量， 提高了测量效率、 减少 人力， 节约测量成本， 与现有技术中通过三维建模计算的方法相比， 其。
17、计算数据是根据现 场油压传感器和角度传感器实际测量数值计算得出， 不是建模手段得出的理论数据， 本发 明可以实现在未知挖掘机动臂、 斗杆、 铲斗等重量、 重心坐标等参数的情况下， 快速完成现 场调试工作， 并能够准确的计算出挖掘机吊重的重量以及挖掘机当前的安全 / 危险状态。 附图说明 0041 图 1 为本发明原理框图。 具体实施方式 0042 下面结合附图对本发明作进一步说明。 0043 一种挖掘机吊物称重装置， 包括油压传感器、 角度传感器和可编程控制器， 油压传 感器安装在动臂油缸上， 角度传感器分别安装在动臂和铲斗上， 油压传感器和角度传感器 分别与可编程控制器连接。 0044 优选。
18、的， 油压传感器为 CAN 信号油压传感器。CAN 信号油压传感器通信速率高、 容 易实现、 且性价比高。 0045 优选的， 角度传感器为 CAN 信号角度传感器。CAN 信号角度传感器通信速率高、 容 易实现、 且性价比高。 0046 一种挖掘机吊物称重方法， 包括如下步骤 ： （1） 、 吊重物时候铲斗姿态保持不变， 将斗杆和铲斗看做一个整体， 斗杆部分产生的力 矩和铲斗部分产生的力矩为 Marm， 得出力矩平衡公式 ： 说 明 书 CN 103407890 A 5 4/4 页 6 MEact=Mboom+Marm ； 式中 ： MEact 为实际空载力矩， Mboom 为动臂部分产生的。
19、力矩， Marm 为斗杆部分和铲斗 部分产生的产生的力矩 ； （2） 、 动臂重量为 Wboom， 动臂铰点坐标为 （X1， Y1） ， 动臂与水平线夹角为 a, 动臂长度 为 L， 斗杆部分重量为 Warm， 斗杆铰点坐标为 （X2， Y2） ， 斗杆与水平线夹角为 d， 代入公式 MEact=Mboom+Marm， 得 MEact=Wboom*(X1*cos(a)-Y1*sin(a)+Warm*(L*cos(a)+X2*cos(d)-Y2*sin( d)= MEact=Wboom*X1*cos(a)-Wboom*Y1*sin(a)+Warm*L*cos(a)+Warm*X2*cos(d)-。
20、 Warm*Y2*sin(d)- 设式中 ： Wboom*X1+ Warm*L =A ； cos(a)=ca Wboom*Y1=B ； sin(a)=sa Warm*X2=C ； cos(d)=cd Warm*Y2=D ； sin(d)=sd 得出式为 ： MEact=A*ca-B*sa+C*cd-D*sd ； （3） 、 其中角度a， d通过角度传感器测量出来， 得到ca、 sa、 cd、 sd， 选取多个不同角度a， d 代入式列出方程组， 通过油压传感器和角度传感器采集实际力矩和角度值数据， 可编程 控制器求解方程组计算出 A、 B、 C、 D 对应的值， 得出不同吊臂状态下的实际空载力。
21、矩 MEact ； （4） 、 根据油压传感器采集的动臂油缸压力、 角度传感器采集的动臂角度以及实际测量 的动臂油缸铰点坐标， 可编程控制器计算出动臂油缸的实际力矩记为 Mact ； （5） 、 角度传感器测量出的角度直接得出吊重的工作幅度 R， 由步骤 （3） 中求得的 MEact 和步骤 （4） 得出的 Mact， 可编程控制器根据公式， Mact= MEact+Mweight = Mact= MEact+W*R 计算出所吊重物重量 W， 式中 ： Mweight 为吊重物的力矩， W 为吊重物重量， R 为吊重的工作幅度。 说 明 书 CN 103407890 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103407890 A 7 。