电动挖掘机称重方法

摘要

本发明的电动挖掘机称重方法用于解决现有方法称重误差过大的技术问题。本发明技术方案以鞍座中心为力矩平衡点，并以该点为原点建立直角坐标系；确定铲杆及附着在铲杆上部件、满斗物料的重心，提升力、推压力作用点在铲杆处于水平位置时在该坐标体系的坐标，推压力的力臂等于推压力作用点的纵坐标，再根据铲杆运动轨迹方程求得这些点在称重时的坐标，重力力臂等于重心在称重时的横坐标；以称重时提升力作用点和天轮右侧提升钢丝绳与天轮切点位置关系求出切点坐标，列出提升钢丝绳所在的直线方程，用鞍座中心到该直线的距离求出提升力力臂；与以推压、提升电机与提升力、推压力的关系求出提升力和推压力；最后列出力矩平衡方程求出物料重量。

主权项

一种电动挖掘机的称重方法，其特征在于包括如下步骤：1)以铲杆处于水平位置时的鞍座中心为O点，垂直于大地方向为Y轴，平行于履带轮底座方向为X轴，建立直角坐标系，以铲杆处于水平位置且天轮右侧提升钢丝绳垂直于铲杆为参考位置，确定在所述参考位置满斗物料重心坐标为(x₀，y₀)、铲杆及附着在铲杆上部件所构成整体的重心坐标为(x₁，y₁)、推压钢丝绳与推压滑轮连接点坐标为(x₂，y₂)、推压钢丝绳与推压缓冲器的连接点坐标为(x₃，y₃)、提升钢丝绳与铲斗连接点坐标为(x₄，y₄)、天轮圆心的坐标为(x₅，y₅)；2)用安装在推压卷筒处的编码器测得称重时铲杆及附着在铲杆上部件所构成整体的水平位移量Δx；$\mathrm{\Delta x}=T-t\times \frac{C_{\max }-C_t}{C_{\max }-C_{\min }}---\left(1\right)$式(1)中，T是铲杆朝矿体侧移动的最大距离，t是铲杆朝矿体运动的最大距离和背矿体运动的最大距离之和，C_t是称重时编码器所对应的数值，C_min是铲杆向背体侧运动到最大距离处编码器所对应的数值，C_max是铲杆向朝矿体侧运动到最大距离处编码器所对应的数值，3)用下述公式计算称重时铲杆及附着在铲杆上部件所构成整体的与X轴的夹角α，$\alpha =\theta -{\cos }^{-1}\frac{{(L_1+r)}^2+{(L_3+\mathrm{\Delta x})}^2-{(L_2+y_2)}^2}{2\times (L_1+r)\times (L_3+\mathrm{\Delta x})}---\left(2\right)$式(2)中，θ是动臂与X轴的夹角，L₁是X轴以上动臂的长度，L₃是铲杆处于水平位置且提升钢丝绳垂直于铲杆时时鞍座中心至X轴与提升钢丝绳延长线交点的水平距离，r是天轮的半径，L₂是用绝对值编码器测得的称重时天轮右侧提升钢丝绳的长度，用下列公式计算得到，$L_2=\frac{C_i-C_0}{C_n-C_0}\times L---\left(3\right)$式(3)中，C₀是提升钢丝绳拉至最短时编码器对应的数值，C_n是提升钢丝绳拉至最长时编码器对应的数值，C_i是称重时提升钢丝绳长度所对应的编码器数值，L是C₀到C_n所对应的提升钢丝绳长度；4)用下述坐标旋转公式计算称重时满斗物料的重心横坐标x′₀、铲杆及附着在铲杆上部件所构成整体的重心横坐标x′₁、提升钢丝绳与铲斗连接点的坐标(x′₄,y′₄)，x′₀＝(x₀+Δx)×cosα‑y₀×sinα        (4)x′₁＝(x₁+Δx)×cosα‑y₁×sinα        (5)x′₄＝(x₄+Δx)×cosα‑y₄×sinα        (6)y′₄＝(x₄+Δx)×sinα+y₄×cosα        (7)5)计算称重时天轮右侧提升钢丝绳与天轮切点的坐标(x₆，y₆)，铲斗在天轮左侧，x₆＝x′₄+L₂×cos(β₂‑β₁)        (8)y₆＝y′₄+L₂×sin(β₂‑β₁)        (9)铲斗在天轮的右侧，x₆＝x′₄‑L₂×cos(β₁+β₂)        (10)y₆＝y′₄+L₂×sin(β₁+β₂)        (11)式(8)、(9)、(10)和(11)中，β₁是称重时天轮和铲斗间提升钢丝绳，与天轮圆心(x₅，y₅)至提升钢丝绳和铲斗挂锁连接点(x′₄，y′₄)的连线的夹角，可以用下列公式计算得到，${\beta }_1={\sin }^{-1}\frac{r}{\sqrt{r^2+L_2^2}}---\left(12\right)$式(8)、(9)、(10)和(11)中，β₂是称重时天轮圆心(x₅，y₅)至提升钢丝绳和铲斗挂锁连接点(x′₄，y′₄)的连线与X轴的夹角，可用下列公式计算得到，${\beta }_2={\tan }^{-1}\left|\frac{y_5-y_4^{\prime }}{x_4^{\prime }-x_5}\right|---\left(13\right)$6)由下式计算称重时提升钢丝绳拉力F₁的力臂D₁，$D_1=\frac{|-\frac{y_4^{\prime }-y_6}{x_4^{\prime }-x_6}\times x_6+y_6|}{\sqrt{{\left(\frac{y_4^{\prime }-y_6}{x_4^{\prime }-x_6}\right)}^2+1}}---\left(14\right)$7)通过下述公式计算得到称重时提升钢丝绳的拉力F₁$F_1=\frac{T_1\times {\eta }_1\times i_1}{R_1}---\left(15\right)$式(15)中，T₁是称重时从提升变频器获取的提升电机的转矩，i₁是提升电机轴到工作机构输出轴之间的转速比，η₁是提升电机到工作机构输出之间的传动效率，R₁为提升卷筒半径；8)用下述公式计算推压钢丝绳作用在推压滑轮上的推力F₂，F₂＝F′₂×(cosγ₂₁+cosγ₂₂)       (16)式(16)中，γ₂₁和γ₂₂分别是是推压滑轮处推压钢丝绳与铲杆的夹角，F′₂是铲杆向矿体推进时推压钢丝绳上的拉力，可以通过下列公式计算得到，$F_2^{\prime }=\frac{T_2\times {\eta }_2\times i_2}{R_2}---\left(17\right)$式(17)中，T₂是铲杆向矿体推进时从推压变频器获取的推压电机的转矩，i₂是推压电机轴到工作机构输出轴之间的转速比，η₂是推压电机到工作机构输出之间的传动效率，R₂为推压卷筒半径，9)用下述公式计算推压钢丝绳作用在推压缓冲器上的力F₃，F₃＝F′₃×(cosγ₃₁+cosγ₃₂)       (18)式(18)中，γ₃₁和γ₃₂分别是推压缓冲器处推压钢丝绳与铲杆的夹角，F′₃是铲杆从矿体撤出时推压钢丝绳上的拉力，可以通过下列公式计算得到$F_3^{\prime }=\frac{T_3\times {\eta }_2\times i_2}{R_2}---\left(19\right)$式(19)中，T₃是铲杆从矿体撤出时从推压变频器获取的推压电机的转矩，10)由下列公式计算推压钢丝绳作用在推压滑轮上的推力F₂的力臂D₂和作用在推压缓冲器上的推力F₃的力臂D₃，D₂＝y₂           (20)D₃＝y₃           (21)11)根据铲杆力矩平衡计算物料的质量，$M=\frac{F_1\times D_1+(1-s)\times F_3\times D_3-s\times F_2\times D_2-G_1\times x_1^{\prime }}{x_0^{\prime }\times g}---\left(22\right)$式(22)中，G₁是铲杆及附着在铲杆上部件所构成整体的重力，g是重力加速度取9.8N/m²，s是一个系数，当铲杆向矿体推进，s等于1，当铲杆从矿体撤出时，s等于0。