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一种装载机的负载称重方法及其称重系统与流程

  本发明涉及一种称重方法及装置,具体涉及一种装载机的负载称重方法及其称重系统。

  在铁路货车或公路汽车的货运中,对某些货物(例如煤等)要将货物铲进装载机的铲斗,然后装载机将铲斗举高,将货物倒进货车车厢。由于要知道运输货物的重量,要求装载机在装货时能同时秤出每铲货物的重量。目前装载机称重的普遍做法是用压力传感器从升举铲斗的油缸上获取油缸的压力,通过压力来计算铲斗内的负载,由于铲斗在升举的过程中油缸压力与铲斗负载在不同位置不成线性关系,所以普遍的做法是在装载机上安装一个接近开关,当装载机升举到接近开关这个位置时才对油缸压力进行测量并进行负载重量计算。但这样的做法有一个严重的缺点,就是当铲车升举经过这个位置时,铲车发生震动、升举的速度或加速度发生变化,以及其他因数的影响,会大大响应称重的精度。这种将动态称重作为了静态称重处理的方法,未能够真正实现动态称重的目的。

  中国发明专利“装载机电子秤A”(公开号:CN101246041A, 公开日:2008.08.20)在装载机大臂的臂体上固定称重传感器,对铲斗运动时的加速度引起的计量偏差进行修正,以解决加速度传感器价格较高且容易损坏的问题,但由于称重传感器的重量与实际装载量相差很大,存在模拟准确度不高、称重误差较大的问题。

  中国发明专利“装载机电子秤”(公开号CN102788628A,公开日:2012.11.21),公开了一种装载机电子秤,通过油压传感器、角度传感器、温度传感器、倾角传感器采集数据,使用角度传感器作为输入控制的依据、使用油压传感器作为重量判断的依据;使用倾角传感器和温度传感器作为重量修正的依据;对计算进行修正,以提高称重精度。但该专利没有考虑装载机在升举的过程中负载不同时装载臂弹性变形对称重精度的影响、以及惯性冲击、液压波动和随机干扰等因素对称重精度的影响。

  本发明要解决的技术问题是:消除装载机在升举过程中因负载重量不同、惯性冲击、液压波动和随机干扰等因素对称重精度的影响。

  为解决上述技术问题,本发明提供了:一种装载机的负载称重方法,所采取的技术方案包括:

  步骤二:使装载机处在水平场地,将标准砝码放入装载机的铲斗,在装载机的铲斗进行升举过程中,采集包括油压传感器在内的测量数据,对所采集的油压压差数据进行滤波处理,建立重量校正数组,并储存到中央处理器;

  步骤三:将装载机调整到设定的倾斜角度,将标准砝码放入装载机的铲斗,在装载机的铲斗进行升举过程中,采集包括油压传感器在内的测量数据,对所采集的油压压差数据进行滤波处理,建立倾斜校正数组,并储存到中央处理器;

  步骤四:当装载机装载作业时,在装载机的铲斗进行升举作业过程中,采集包括油压传感器在内的测量数据,对所采集的油压压差数据进行滤波处理,建立负载数组,并储存到中央处理器;

  进一步的,步骤二、步骤三和步骤四所述对采集的油压压差数据进行滤波处理是对升举过程中所测得的、呈现正弦波的油压压差的AD数据进行滤波处理:先计算出波峰和波谷之间中点对应的升举角度,再根据该中点升举角度对应的AD数据用公式二计算,进行滤波处理。

  进一步的,步骤五所述进行重量校正是根据负载数组所处的升举角度,在重量校正数组中找到同样升举角度时最接近的两个重量校正数值,代入公式二:

  进一步的,步骤六所述的进行倾角校正是根据所测得的场地的倾斜角C,在倾角校正数组中找到最接近该倾斜角度C的两个标准倾角数值,采用插值法计算出在该倾斜角C时标准砝码的计算重量和倾角系数,再用该倾斜系数对负载数组进行校正。

  进一步的,步骤七所述的进行加速度校正是将校正后的负载数组按大小进行排序,去掉首尾最大和最小的几个连续的数组,将剩余的中间数组求平均值。

  进一步的,步骤七所述的进行加速度校正是测量速度或角速度的实际变化计算出加速度或角加速度,根据牛顿第二定律进行校正。

  本发明还涉及一种采用上述装载机负载称重方法的装载机的负载称重系统,卡卡湾电投,包括安装在升举油缸上的油压传感器角度传感器和温度传感器、安装在装载机车身上的倾角传感器、安装在驾驶室内的中央处理器和显示器,所述油压传感器、角度传感器、温度传感器、倾角传感器和显示器均与中央处理器电连接。

  进一步的,所述的装载机的称重系统还包括安装在驾驶室内的报警器,所述报警器与中央处理器电连接,当装载重量或倾斜角度超限时发出警报信号。

  本发明的有益效果为:采用对数据进行滤波的方式,以消除装载机在升举的过程中因负载重量不同、惯性冲击、液压波动和随机干扰等因素对负载称重精度的影响;采用不同重量的标准砝码多次标定的方式建立重量校正数组,并作为重量校正的依据,以消除因负载重量不同所造成的的装载臂的弹性变形对负载称重精度的影响;采用标准砝码标定的方式建立倾角数组,并作为倾角校正的依据,以消除倾斜角对负载称重精度的影响;对重量校正和倾角校正后的数组进行排序、去掉首尾最大和最小的几个连续的数组,将剩余的中间数组求平均值,以消除装载臂升举加速度和行进加速度的对负载称重精度的影响。

  本发明经过试验测试,实现了动态称重功能,并获得良好的测量精度,达到了国家质检总局最新颁布的JJG1123 - 2016《装载机电子秤》检定规程的要求,验证了该系统设计的科学性。

  设:油缸升举的角度为B;动臂Lb 的角度为A;装载机的负载重量为M;油缸与动臂连接处的压力为F;油缸的推力为F1。

  可以看出 K 值在装载机升举的过程中的各个角度点是不相同的,而且是非线性的。但在每一角度点上K值理论上是固定的,也就是已知某角度点的K值,就可以根据式一,通过测量油缸的压力计算装载机的负载重量,这就是实现装载机称重的重要理论依据。

  由于测得的数据是油缸两端压差传感器的模拟信号,经模数转换后得到AD数值,因此上式可以表示为:

  在装载机升举时,发现油压压差数据 AD 采样值有正弦波震荡,这会大大影响测量精度,分析震荡的原因是由于装载机的负载引起的升举臂及相关部件的弹性变形、各销轴的摩擦阻力以及液压冲击等原因产生的,对正弦波的滤波是保证测量精度的关键,也是设计的核心部分,因而滤波不能简单的用求平均值来完成,具体的滤波方法描述如下:

  3)、由于升举过程AD转换的值一直是增加的,如果发现AD值连续下降了,记录此时对应的角度x1,经过一定的时间或角度后再发现AD值又连续上升了,记录此时对应的角度x2,这时可以认为是正弦波的一个半波。x1和x2 的中点角度是z1 =(x1+x2)/2 ,此点AD值修正值是:ADz1=(ADx1+Adx2)/2 。然后不断的找下去,又可找到连续下降点和上升点;

  4)、以ADz1,ADz2 ….的值为基准,对中间点测量的AD 值进行修正,得到经过滤波处理的滤波数组Lb[20] 。

  对油压压差数据的AD 采样值进行滤波是保证测量精度的关键,也是本发明的核心部分,在后续的步骤中都会对采集油压压差数据的AD 采样值进行滤波处理,以消除惯性冲击、液压波动和随机干扰等因素对负载称重精度的影响。

  步骤二:使装载机处在水平场地,将标准砝码放入装载机的铲斗,在升举的过程中对多个角度进行测量,将动臂角位移大于30°的区域(时间大约2S)到70°作为有效称重区,在有效称重区内,动臂角位移A每增大2°进行一次压力采样,得到20个F1[20] ,由于标准砝码的重量M是已知的,就可算出20个K值。

  K[i] =M/F1[i] ,由于装载机在加不同负载时装载臂会发生不同的变形,销轴的阻力也会有些变化等,这就会使K值在同一点位也会发生较小的变化,为了提高测量精度,可以采取多负载标定,例如对3吨的装载机,分别加载:0吨、1吨、2吨、3吨进行标定,得到测量数据CL[20],对所采集的油压压差数据进行滤波处理,建立重量校正数组Bd[4][20],并储存到中央处理器,用于重量校正,以提高称重精度。作为后续消除因负载的重量不同而对称重精度的影响的对比依据。

  步骤三:由于装载机的倾角对测量数值影响比较大,可以采取建立倾角校正数组的方式进行校正。为了安全起见当最大倾角为10°时,系统即报警。所以考虑允许的最大倾角为9°,则可设立3个倾角校正数组Qj[3][20] ,分别对应 3°、6°、9°。先在装载机的铲斗里放置一个标准砝码,将装载机调成倾斜度为3°,在装载机升举的过程中对多个角度进行测量。再将装载机调成倾斜度为6°和9°,再进行测量,将得到的测量数据CL[3][20],经滤波处理后得到倾角校正数组Qj[3][20],并储存到中央处理器,用于倾角校正,以提高称重精度。作为后续消除因倾角不同而对称重精度的影响的对比依据。

  步骤四:当装载机装载作业时,在装载机的铲斗进行升举作业过程中,采集包括包括:油缸两端压差、油缸油温据、升举臂角度、装载机倾斜角的测量数据CL[20],对所采集的油压压差数据进行滤波处理,建立负载数组M[20],并储存到中央处理器;

  步骤五:根据重量校正数组对采集的负载数组进行重量校正,得到重量校正数组Mz[20]:

  当装载机升举的过程中角度发生变化,将得到角度为A时传感器的AD数值ADi,计算出角度的编号i=(A-30)/2,然后与Bda[20]-Bdc[20] 的4个数组里的对应角度编号为i的数字进行比较,假设i=17,ADa17ADiADb17 。那么ADxi对应的重量M可以用下面的公式算出:

  在升举的过程中,通过对20个角度的测量计算,得出一个重量校正数组Mz[20]={Mz0,Mz1 …..,Mz18,Mz19} 。从理论上来说,这20个重量校正数组Mz[20]的重量应该是相等的,但由于加速度的影响,实际上会大小不同。

  通过重量校正后,可以降低装载机在升举的过程中因负载重量不同对负载称重精度的影响。

  所述进行倾角校正是根据测得的装载机倾斜角度C,在倾角数组Qj[3][20]找到的与倾斜角度C最接近的两个标定倾斜角度时的倾角数组Qj[3][20],采用插值法进行校正。得到倾斜校正后的负载数组Mz[20]。

  假设测得的装载机倾斜角度4°、装载臂的升举角度为50°,则先到倾斜数组中Qj[3][20]中查到装载机倾斜角度为3°和6°、装载臂的升举角度为50°时的倾斜数值中Qj3°[10]和Qj6°[10],再用插值法计算倾斜角度4°时的倾斜数值:

  根据标准砝码的重量计算4°时的倾斜系数:K4°=Mf/ Qj4°[10]

  式中: Qj4°[10] —倾斜角度4°、升举角度为50°时计算的标准砝码重量、

  Qj3°[10] —倾斜角度3°、升举角度为50°时测得的标准砝码重量、

  Qj6°[10] —倾斜角度6°、升举角度为50°时测得的标准砝码重量、

  通过倾角校正,以降低装载机在升举的过程中因负载重量不同对负载称重精度的影响。

  步骤七:将经过重量校正和倾角校正后的数组,进行加速度校正,加速度校正有下述两种方法:

  实施例一:考虑装载机在升举和前进的过程中不可能总是加速或减速,中间会有匀速或加速减速比较小的场合,一般加速度为正时,计算出的负载重量偏大;加速度为负时,计算出的负载重量偏小;如果将计算出的数组Mz[20]进行由小到大排序,然后去掉前面7个小的负载重量,去掉后面7个大的负载重量,把中间6个负载重量取平均值,得到的是加速度校正后的负载重量。

  实施例二:实时计算出加速度,根据牛顿第二定律(F=m*a)进行校正,以消除加速度对负载称重精度的影响。

  通过加速度校正,可以降低装载机在升举加速度或行进加速度对称重精度的影响。

  本发明还涉及一种采用上述装载机负载称重方法的装载机的负载称重系统,包括安装在升举油缸上的油压传感器角度传感器和温度传感器、安装在装载机车身上的倾角传感器、安装在驾驶室内的中央处理器和显示器,所述油压传感器、角度传感器、温度传感器、倾角传感器和显示器均与中央处理器电连接。

  所述的装载机的称重系统还包括安装在驾驶室内的报警器,所述报警器与中央处理器电连接,当装载重量或倾斜角度超限时发出警报信号。

  综上所述,本发明的有益效果为:采用对数据进行滤波的方式,以消除装载机在升举的过程中因负载重量不同、惯性冲击、液压波动和随机干扰等因素对负载称重精度的影响;采用不同重量的标准砝码多次标定的方式建立重量校正数组,并作为重量校正的依据,以消除因负载重量不同所造成的的装载臂的弹性变形对负载称重精度的影响;采用标准砝码标定的方式建立倾角数组,并作为倾角校正的依据,以消除倾斜角对负载称重精度的影响;对重量校正和倾角校正后的数组进行排序、去掉首尾最大和最小的几个连续的数组,将剩余的中间数组求平均值,以消除装载臂升举加速度和行进加速度的对负载称重精度的影响。

  本发明经过试验测试,实现了动态称重功能,并获得良好的测量精度,达到了国家质检总局最新颁布的JJG1123 - 2016《装载机电子秤》检定规程的要求,验证了该系统设计的科学性。

  以上实施例仅供说明本发明之用,而非对本发明的限制,有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化或变换,因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围,本发明的保护范围应该由各权利要求限定。