装载机动态称重系统的仿真与实验研究

发布时间：2020-10-13 10:16

　　 装载机动态称重系统可以在动臂举升的过程中计算出负载的质量,从而避免前后两次通过静态的称量装置来测量质量;可以帮助操作员每次都达到精确的装载目标,避免超载和欠载的发生;可以为物料运输过程中的记录管理、计费和监控物料的运输提供新的方式,是装载机自动化、智能化的发展需要。本文在前人的基础上,通过分析现有装载机称重方案的优缺点并对其研究现状进行充分调研后,提出了一种基于停车工况下的质量标定并在称重测量时对动臂角速度、地面坡度、油液温度和液压缸摩擦力等因素进行动态补偿的装载机动态称重方法。该方法通过传感器检测动臂液压缸压力和动臂举升角度等信息间接计算出负载质量。该方法的优点是标定过程简单可行,不需要知道装载机工作装置机械构件的尺寸参数,因此可以适用于不同的装载机机型。本文采用理论分析、建模仿真和实验研究相结合的方法对动态称重系统的原理和影响因素进行了研究。动态称重系统的理论分析。首先建立了装载机工作装置的运动学和动力学数学模型,为后续动态称重系统的研究提供理论依据;随后推导出铲斗中物料质量的计算方式,并给出系统的具体实现方案;然后对各个因素对所建立称重系统的影响进行了理论分析,并给出了相应的补偿方法;最后总结出包含标定过程、称重测试时的动态补偿过程和质量计算过程的动态称重算法。动态称重系统的仿真研究。在Simulink环境中建立了装载机工作装置机、液仿真模型;基于该仿真模型对不同负载、不同举升速度、不同地面坡度和不同油液温度工况下进行动臂举升时液压缸压力随动臂举升角度的变化进行了分析,并对不同工况下的称重计算结果进行了补偿前、后的对比分析,为称重算法的改进和后续实验方案的设计提供了参考。动态称重系统的实验研究。首先介绍了数据采集系统的搭建和信号的处理方法;然后针对不同的实验工况设计了详细的实验方案,并通过实验数据对前述的理论和仿真进行验证;最后通过装载机工作装置控制器对设计的动态称重系统进行停车、跑车工况下的实验测试,结果证明本文设计的动态称重系统称重误差小,称重平稳性高,操作简单。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH243
【部分图文】：

第１章绪论??第二种方法是通过在装载机铲斗铰链处安装机械轴式力传感器进行测量。此??方法属于直接测量物料质量，精度也较高，但是不能保证使用寿命。如图１．１所??示，Ｋｈｅｉｒａｌｌａ等［｜３】设计了一祌安装于铲斗铰链处的三个局部负载销传感器用以??代替轮式装载机动臂和铲斗之间的销轴，该销纵向均匀圆截面受到铲斗中负载的??作用会发生弹性变形，电阻应变片以全桥的方式被安装在这个销里面。??＆尚）??＇魏＼??ｆ－％??图１．１负载销传感器在装载机中的安装位置??第三种方法是装载机工作装置上加装特定的机械结构，使得铲斗中负载的重??力作用于该机构，然后通过传感器测得［１４】。此方法存在机械结构复杂，安装困难??及可能影响装载机的正常工作等问题。??第四种方法是通过使用压力传感器来测量动臂油缸两腔油压来间接测量铲??斗中的物料质量，这种方法在目前的国内外装载机称重产品中使用最为广泛。此??方法最重要的是确定动臂液压缸压力与铲斗中物料质量之间的转换方式。??１．２．２国内外研究现状??目前对于上文提出的第四种方法，有基于装载机工作装置运动学和动力学模??型［１５］１１６】［１７］来进行估计

玉东［３１］就装载机动态称重中的偏载问题进行了相关的研究，王伟对铲斗中货物??处于偏载状态时进行了动力学分析，张玉东就动臂举升过程中的铲斗物料重心变??化过程进行了分析。如图１．２所示〖３Ｇ］，铲斗负载重心前倾会导致动臂液压缸输出??力Ｆ值增大，重心后倾，Ｆ值减少，然而在这过程中负载质量并没有发生变化，??因此负载重心的变化必会带来误差。基于模型的装载机动态称重算法％存在不足??之处有，所建立的动力学模型过于复杂，需要知道各个部件的参数信息且不适用??于各种机型之间的切换，容易受非线性干扰因素的影响导致称重结果的不稳定性；??所采用的参数辨识算法迭代过程复杂，计算资源需求大。??４??

：、ｙ置鍾』??图１．３杭州万泰Ｔ２０００型电子秤?图１．４郑州亚太衡器ＹＴ２０００型电子秤??由于装载机称重系统受各种非线性时变因素的影响，因此很难实现真正意义??上的动态称重。当前的称重产品往往只是考虑了单一因素的影响，而忽略了其它??因素，而且需要操作员按要求进行操作。为了得到一个精确的称重测量结果需要??符合以下条件。首先操作员应该先进行几次举升、下降动臂以预热装载机，以减??小摩擦力的影响。其次在举升动臂之前完全收回铲斗并保持铲斗位置不变，尽量??保持匀速举升动臂，尽量在车体静止时举升动臂，称重测量位置角度范围小等。??为了在不影响操作员正常工作流程的情况下实现动态连续的称重，所采用的??称重方法需要独立于以下几个因素
【参考文献】

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本文编号：2839045