本發(fā)明涉及反鏟挖掘機技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置及其使用方法。
背景技術(shù):
反鏟挖掘機在露天礦山開采以及民用工程中應(yīng)用十分廣泛。
反鏟挖掘機的作業(yè)過程存在一個最大挖力的操作問題,作為一個業(yè)界公認(rèn)的經(jīng)驗參數(shù),即當(dāng)動臂與斗桿成90°夾角,鏟斗斗齒與地面成30°切削時,挖掘力量最大,且在這種角度模式下對挖機的液壓和動力系統(tǒng)傷害最小。
因此,有經(jīng)驗的反鏟挖掘機操作員在挖掘硬度較高的地面時都會注意以上的角度模式,以發(fā)揮最大挖掘力量,降低對反鏟挖掘機液壓和動力系統(tǒng)的傷害。
現(xiàn)有技術(shù)中有以下兩種方式:
方式一、通過操作員人工判斷動臂與斗桿所成夾角和鏟斗斗齒與地面所成夾角,此種方式的準(zhǔn)確度是根據(jù)操作員的操作經(jīng)驗不同而差異很大,因此,此種方式精準(zhǔn)度不高,誤差大。
方式二、申請?zhí)枮?01410114023.5的發(fā)明專利公開了一種的鏟斗定位裝置及方法,該鏟斗定位裝置包括:定位裝置,用于接收挖掘機的轉(zhuǎn)動機座在一定的大地參考框架下的空間位置;方向測量裝置,用以測量該反鏟挖掘機的轉(zhuǎn)動機座的航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息;鏟斗位置測量裝置,用于測量該反鏟挖掘機的鏟斗的空間位置信息;以及計算裝置,根據(jù)該空間位置信息、該在一定的大地參考框架下的空間位置、該航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息,計算該鏟斗的經(jīng)緯度和高程。該方法可行性不強,原因如下:第一,該方法中提到,用于計算最終位置必須有“液壓測量裝置,用于測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度;第一姿態(tài)測量裝置,用于測量該斗桿相對該動臂的轉(zhuǎn)動角度;以及第二姿態(tài)測量裝置,用于測量該動臂相對該轉(zhuǎn)動機座的轉(zhuǎn)動角度?!?,而活塞桿的伸縮長度隨著反鏟挖掘機作業(yè)不斷在變化,需要實時測量,目前尚且沒有任何手段能夠測量該長度;機械臂的轉(zhuǎn)動角度在反鏟挖掘機作業(yè)過程中實時在變化,需要實時測量,他想獲得的是轉(zhuǎn)動角速度和角加速度,進(jìn)而獲得該值,要么實施安裝過于復(fù)雜,要改裝反鏟挖掘機。綜上,本發(fā)明技術(shù)方案實施起來非常麻煩,可行性低。
綜上所述,急需一種結(jié)構(gòu)精簡、操作方便、能準(zhǔn)確控制動臂與斗桿所成夾角和鏟斗斗齒與地面所成夾角的裝置以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)精簡、操作方便、能準(zhǔn)確控制動臂與斗桿所成夾角和鏟斗斗齒與地面所成夾角的反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置,具體技術(shù)方案如下:
一種反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置,包括反鏟挖掘機機械臂姿態(tài)測量部件、反鏟挖掘機底座姿態(tài)測量部件以及最大挖掘力量引導(dǎo)部件;
所述反鏟挖掘機機械臂姿態(tài)測量部件包括安裝在動臂上且其測量方向與動臂兩端的兩個節(jié)點之間的連線平行的動臂傳感器、安裝在斗桿上且其測量方向與斗桿兩端的兩個節(jié)點之間的連線平行的斗桿傳感器以及安裝在鏟斗上且其測量方向與鏟斗的齒部兩端的兩個節(jié)點之間的連線平行的鏟斗傳感器;
所述反鏟挖掘機底座姿態(tài)測量部件包括安裝在反鏟挖掘機駕駛室的頂部且能測量反鏟挖掘機的俯仰角和翻滾角的傾斜傳感器;
所述最大挖掘力量引導(dǎo)部件包括姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件、與所述姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件連接的傾斜傳感器角度換算單件、與所述傾斜傳感器角度換算單件連接的最大挖掘力量角度計算單件以及最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件,所述最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件包括用于圖形化顯示的顯示屏以及用于進(jìn)行語音提醒的擴音器;
所述動臂傳感器、斗桿傳感器、鏟斗傳感器以及傾斜傳感器均與所述姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件連接。
為了達(dá)到更好的技術(shù)效果,還包括微處理器,所述動臂傳感器、斗桿傳感器、鏟斗傳感器、傾斜傳感器、姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件、傾斜傳感器角度換算單件、最大挖掘力量角度計算單件、顯示屏以及擴音器均與所述微處理器連接。
以上技術(shù)方案中優(yōu)選的,所述傾斜傳感器為雙軸傾斜傳感器,其型號為德國的TILTIXInclinometers ACS-080-2或者傾角傳感器SST200系列。
以上技術(shù)方案中優(yōu)選的,所述動臂傳感器、斗桿傳感器以及鏟斗傳感器均采用德國的TILTIX Inclinometers ACS-360-1或者靜態(tài)傾角傳感器SST300。
以上技術(shù)方案中優(yōu)選的,動臂兩端的兩個節(jié)點為A點和B點,B點位于動臂和斗桿的連接處;斗桿兩端的兩個節(jié)點為B點和C點,C點位于斗桿與鏟斗的連接處;鏟斗的齒部兩端的兩個節(jié)點為D點和E點,C點、E點和D點連接組成反鏟挖掘機的鏟斗的外輪廓;
所述動臂傳感器的測量方向與A點和B點之間的連線的方向相同;所述斗桿傳感器的測量方向與B點和C點之間的連線的方向相同;所述鏟斗傳感器的測量方向與E點和D點之間的連線的方向相同。
以上技術(shù)方案中優(yōu)選的,所述動臂傳感器、斗桿傳感器、鏟斗傳感器以及傾斜傳感器分別采用RS-485、RS-232、CANBUS或SPI通信協(xié)議與所述姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件連接。
應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案,具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明的反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置包括反鏟挖掘機機械臂姿態(tài)測量部件、反鏟挖掘機底座姿態(tài)測量部件以及最大挖掘力量引導(dǎo)部件,所述反鏟挖掘機機械臂姿態(tài)測量部件包括動臂傳感器、斗桿傳感器以及鏟斗傳感器,反鏟挖掘機底座姿態(tài)測量部件包括傾斜傳感器,所述最大挖掘力量引導(dǎo)部件包括姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件、傾斜傳感器角度換算單件、最大挖掘力量角度計算單件以及最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件,所述最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件包括顯示屏以及擴音器。整體結(jié)構(gòu)精簡;動臂傳感器、斗桿傳感器、鏟斗傳感器和傾斜傳感器能精確讀取當(dāng)前反鏟挖掘機機械臂的相關(guān)參數(shù),并依次通過最大挖掘力量角度計算單件和最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件對參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到斗桿與動臂的夾角以及鏟斗齒間與切削面之間的夾角,繼而通過顯示屏顯示當(dāng)前反鏟挖掘機的機械臂的狀態(tài)以及要達(dá)到最大挖掘力量的目標(biāo)狀態(tài),且同時通過擴音器對操作人員對機械臂的調(diào)節(jié)進(jìn)行實時語音提醒,排除人為誤差,大大提高操作的精準(zhǔn)度。
(2)本發(fā)明中還包括微處理器,所述動臂傳感器、斗桿傳感器、鏟斗傳感器、傾斜傳感器、姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件、傾斜傳感器角度換算單件、最大挖掘力量角度計算單件、顯示屏以及擴音器均與所述微處理器連接。本發(fā)明中根據(jù)實際需求,可以將微處理器、姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件、傾斜傳感器角度換算單件、最大挖掘力量角度計算單件、顯示屏以及擴音器集成為一體化結(jié)構(gòu),便于使用。微處理器的設(shè)計,實現(xiàn)整個動作的自動化操作,進(jìn)一步提高操作的精準(zhǔn)度。
(3)本發(fā)明中所述傾斜傳感器為雙軸傾斜傳感器,其型號為德國的TILTIXInclinometers ACS-080-2或者傾角傳感器SST200系列;所述動臂傳感器、斗桿傳感器以及鏟斗傳感器均采用德國的TILTIX Inclinometers ACS-360-1或者靜態(tài)傾角傳感器SST300。各傳感器的精度高,能滿足現(xiàn)實中對反鏟挖掘機的機械臂進(jìn)行調(diào)節(jié)的精度需求。
(4)本發(fā)明中動臂傳感器、斗桿傳感器以及鏟斗傳感器的安裝位置選擇適當(dāng),所測數(shù)據(jù)能夠真實獲得當(dāng)前反鏟挖掘機的機械臂的狀態(tài),提高操作精確度。
(5)本發(fā)明中所述動臂傳感器、斗桿傳感器、鏟斗傳感器以及傾斜傳感器分別采用RS-485、RS-232、CANBUS或SPI通信協(xié)議與所述姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件連接。此處采用有線連接方式,確保各數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙场,F(xiàn)實中,可以根據(jù)實際需求考慮采用無線連接方式,便于遠(yuǎn)距離操作。
本發(fā)明還公開了一種上述反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置的使用方法,具體包括以下步驟:
第一步、安裝好動臂傳感器、斗桿傳感器、鏟斗傳感器以及傾斜傳感器;
第二步、姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件采集所述動臂傳感器、斗桿傳感器、鏟斗傳感器以及傾斜傳感器的讀數(shù),并將數(shù)據(jù)傳遞給傾斜傳感器角度換算單件;
第三步、傾斜傳感器角度換算單件將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換,得到動臂、斗桿和鏟斗的真實值;并將動臂、斗桿和鏟斗的真實值傳遞給最大挖掘力量角度計算單件;
第四步、最大挖掘力量角度計算單件計算得到斗桿與動臂的夾角以及鏟斗齒間與切削面之間的夾角;并將斗桿與動臂的夾角以及鏟斗齒間與切削面之間的夾角傳遞給最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件;
第五步、最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件中的顯示屏顯示當(dāng)前反鏟挖掘機的機械臂的狀態(tài)以及要達(dá)到最大挖掘力量的目標(biāo)狀態(tài),同時擴音器進(jìn)行語音提醒。
以上技術(shù)方案中優(yōu)選的,所述動臂傳感器、斗桿傳感器以及鏟斗傳感器的讀數(shù)分別為ε1、ε2和ε3,所述傾斜傳感器測得的反鏟挖掘機的俯仰角和翻滾角分別為α和β;
所述傾斜傳感器角度換算單件進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后所得動臂、斗桿和鏟斗的真實值分別為θ1、θ2和θ3,角度換算公式詳見表達(dá)式1)、表達(dá)式2)和表達(dá)式3):
表達(dá)式1)、表達(dá)式2)以及表達(dá)式3)中:ε1、ε2和ε3分別為動臂傳感器、斗桿傳感器以及鏟斗傳感器的讀數(shù);α和β分別為反鏟挖掘機的俯仰角和翻滾角。
以上技術(shù)方案中優(yōu)選的,所述第四步中:斗桿與動臂的夾角為γ,具體通過表達(dá)式4)得到:
γ=180°-(θ2-θ1) 4);
其中:θ1為傾斜傳感器角度換算單件進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后所得動臂的真實值;θ2為傾斜傳感器角度換算單件進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后所得斗桿的真實值;
鏟斗齒間與切削面之間的夾角為δ,具體通過表達(dá)式5)得到:
δ=90°-θ3 5);
其中:θ3為傾斜傳感器角度換算單件進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后所得鏟斗的真實值。
應(yīng)用本發(fā)明的方法,工藝步驟精簡,且計算方法精簡,得到的當(dāng)前反鏟挖掘機的機械臂的狀態(tài)真實可靠,實用性強。
除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外,本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖,對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
附圖說明
構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解,本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1是實施例1中反鏟挖掘機的機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是實施例1中反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置的使用方法的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是圖2中斗桿與動臂的夾角以及鏟斗齒間與切削面之間的夾角獲得的原理圖;
其中,1、反鏟挖掘機機械臂姿態(tài)測量部件,1.1、動臂傳感器,1.2、斗桿傳感器,1.3、鏟斗傳感器,2、反鏟挖掘機底座姿態(tài)測量部件,2.1、傾斜傳感器,3、最大挖掘力量引導(dǎo)部件,3.1、姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件,3.2、傾斜傳感器角度換算單件,3.3、最大挖掘力量角度計算單件,3.4、最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件,3.41、顯示屏,3.42、擴音器;
Q1、動臂,Q2、斗桿,Q3、鏟斗。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明,但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
實施例1:
使用時,反鏟挖掘機的機械臂的結(jié)構(gòu)詳見圖1,機械臂包括依次連接的動臂Q1、斗桿Q2以及鏟斗Q3,動臂Q1兩端的兩個節(jié)點為A點和B點,B點位于動臂Q1和斗桿Q2的連接處;斗桿Q2兩端的兩個節(jié)點為B點和C點,C點位于斗桿Q2與鏟斗Q3的連接處;鏟斗Q3的齒部兩端的兩個節(jié)點為D點和E點,C點、E點和D點連接組成反鏟挖掘機的鏟斗Q3的外輪廓。
一種反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置,詳見圖1和圖2,包括反鏟挖掘機機械臂姿態(tài)測量部件1、反鏟挖掘機底座姿態(tài)測量部件2以及最大挖掘力量引導(dǎo)部件3。
所述反鏟挖掘機機械臂姿態(tài)測量部件1包括安裝在動臂Q1上且其測量方向與動臂Q1兩端的A點和B點之間的連線的方向相同的動臂傳感器1.1、安裝在斗桿Q2上且其測量方向與斗桿Q2兩端的B點和C點之間的連線的方向相同的斗桿傳感器1.2以及安裝在鏟斗Q3上且其測量方向與鏟斗Q3的齒部兩端的D點和E點之間的連線的方向相同的鏟斗傳感器1.3。所述動臂傳感器1.1、斗桿傳感器1.2以及鏟斗傳感器1.3均采用德國的TILTIX InclinometersACS-360-1或者靜態(tài)傾角傳感器SST300。動臂傳感器1.1、斗桿傳感器1.2和鏟斗傳感器1.3的讀數(shù)記為ε1、ε2和ε3。
所述反鏟挖掘機底座姿態(tài)測量部件2包括安裝在反鏟挖掘機駕駛室的頂部且能測量反鏟挖掘機的俯仰角和翻滾角的傾斜傳感器2.1,所述傾斜傳感器2.1為雙軸傾斜傳感器,其型號為德國的TILTIX InclinometersACS-080-2或者傾角傳感器SST200系列。雙軸傾斜傳感器測量兩個垂直方向的傾斜度(即X方向和Y方向),其中:X方向上的傾斜度就是反鏟挖掘機的俯仰角α,Y方向上的傾斜度就是反鏟挖掘機的翻滾角β。具體使用時:要求雙軸傾斜傳感器的X測量方向平行于反鏟挖掘機基座坐標(biāo)系中指向動臂的方向,或者實際操作過程中只要保證雙軸傾斜傳感器的X測量方向平行于反鏟挖掘機駕駛室頂部的邊沿即可。
所述最大挖掘力量引導(dǎo)部件3包括姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件3.1、與所述姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件3.1連接的傾斜傳感器角度換算單件3.2、與所述傾斜傳感器角度換算單件3.2連接的最大挖掘力量角度計算單件3.3以及最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件3.4,所述最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件3.4包括用于圖形化顯示的顯示屏3.41以及用于進(jìn)行語音提醒的擴音器3.42。姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件3.1、傾斜傳感器角度換算單件3.2和最大挖掘力量角度計算單件3.3可以是置入相應(yīng)計算公式的現(xiàn)有模塊。
所述動臂傳感器1.1、斗桿傳感器1.2、鏟斗傳感器1.3以及傾斜傳感器2.1分別采用RS-485、RS-232、CANBUS或SPI通信協(xié)議與所述姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件3.1連接。
應(yīng)用本實施例的反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置,其具體使用方法如下,包括以下步驟:
第一步、安裝好動臂傳感器1.1、斗桿傳感器1.2、鏟斗傳感器1.3以及傾斜傳感器2.1;
第二步、姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件3.1采集所述動臂傳感器1.1、斗桿傳感器1.2、鏟斗傳感器1.3以及傾斜傳感器2.1的讀數(shù),并將數(shù)據(jù)傳遞給傾斜傳感器角度換算單件3.2;
第三步、傾斜傳感器角度換算單件3.2將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換,得到動臂、斗桿和鏟斗的真實值;并將動臂、斗桿和鏟斗的真實值傳遞給最大挖掘力量角度計算單件3.3,此步中角度轉(zhuǎn)換過程具體如下:
所述動臂傳感器1.1、斗桿傳感器1.2以及鏟斗傳感器1.3的讀數(shù)分別為ε1、ε2和ε3,所述傾斜傳感器2.1測得的反鏟挖掘機的俯仰角和翻滾角分別為α和β;
所述傾斜傳感器角度換算單件3.2進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后所得動臂、斗桿和鏟斗的真實值分別為θ1、θ2和θ3,角度換算公式詳見表達(dá)式1)、表達(dá)式2)和表達(dá)式3):
表達(dá)式1)、表達(dá)式2)以及表達(dá)式3)中:ε1、ε2和ε3分別為動臂傳感器、斗桿傳感器以及鏟斗傳感器的讀數(shù);α和β分別為反鏟挖掘機的俯仰角和翻滾角;
第四步、最大挖掘力量角度計算單件3.3計算得到斗桿與動臂的夾角以及鏟斗齒間與切削面之間的夾角;并將斗桿與動臂的夾角以及鏟斗齒間與切削面之間的夾角傳遞給最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件3.4,此步驟中最大挖掘力量角度計算單件3.3的具體計算方法如下:
詳見圖3,斗桿與動臂的夾角為γ,具體通過表達(dá)式4)得到:
γ=180°-(θ2-θ1) 4);
其中:θ1為傾斜傳感器角度換算單件進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后所得動臂的真實值;θ2為傾斜傳感器角度換算單件進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后所得斗桿的真實值;
鏟斗齒間與切削面之間的夾角為δ,具體通過表達(dá)式5)得到:
δ=90°-θ3 5);
其中:θ3為傾斜傳感器角度換算單件進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后所得鏟斗的真實值;
第五步、最大挖掘力量引導(dǎo)提示單件3.4中的顯示屏3.41顯示當(dāng)前反鏟挖掘機的機械臂的狀態(tài)以及要達(dá)到最大挖掘力量的目標(biāo)狀態(tài),同時擴音器3.42進(jìn)行語音提醒(具體可以是以下方式:當(dāng)動臂與斗桿之間的夾角γ剛好成90°時,擴音器發(fā)出確認(rèn)提示音;當(dāng)鏟斗齒間與切削面之間的夾角δ剛好成30°時,擴音器發(fā)出確認(rèn)提示音)。
實施例2:
與實施1不同之處在于:本實施例反鏟挖掘機挖力引導(dǎo)裝置還可以包括微處理器,所述動臂傳感器1.1、斗桿傳感器1.2、鏟斗傳感器1.3、傾斜傳感器2.1、姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件3.1、傾斜傳感器角度換算單件3.2、最大挖掘力量角度計算單件3.3、顯示屏3.41以及擴音器3.42均與所述微處理器連接。通過微處理器的控制實現(xiàn)自動化控制,進(jìn)一步提高操作精準(zhǔn)度。
且微處理器、姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集單件、傾斜傳感器角度換算單件、最大挖掘力量角度計算單件、顯示屏以及擴音器集成為一體化結(jié)構(gòu)。
以反鏟挖掘機的機械臂由原始狀態(tài)調(diào)制成最佳狀態(tài)下,現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明方法的比較詳見表1。
機械臂的原始狀態(tài):斗桿與動臂的夾角γ為15°,鏟斗齒間與切削面之間的夾角δ為75°
機械臂的最佳狀態(tài):斗桿與動臂的夾角γ為90°,鏟斗齒間與切削面之間的夾角δ為30°。
表1現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的效果比較表
應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案,無需對反鏟挖掘機進(jìn)行改裝,既可排除人為誤差,又可大大提高操作的精準(zhǔn)度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。