一种铲运机任意举重角度自称重裝置及其称重方法

[0001] 本发明涉及一种铲运机任意举重角度自称重装置及其称重方法适用于各种类型 铲运机铲运物料的称重，本发明将铲运機载重和运行信息纳入实时调度管理系统能够有 效提高企业生产管理的效率和水平；本发明属于铲运机称重技术领域。

[0002] 据申请人了解国內矿山对f产运机自称重系统应用的研究几乎没有国外f产运机自 称重系统对过程操作要求有较多限制，主要是生产过程中大量采用静态称偅系统该系统 存在车辆滞留、信息滞后和容易造成人为操作漏洞等缺点，极大的影响生产效率

[0003] 本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种铲运机任意举重角 度自称重装置通过该装置，对铲运矿石重量进行实时监测和数据汇总结合井下手持机数 采系統，可构建完整的回采出矿过程现场动态信息可以提高矿山生产信息的实时性和全 面型，优化矿山生产调度使矿石资源利用、生产节奏稳定和控制过采更加容易，优化生产 经济技术指标大大地提尚矿山的生广效率。

[0004] 本发明的另一个目的在于：针对上述现有技术存在的問题提出一种铲运机任意 举重角度自称重装置的称重方法，通过安装在铲运机铲运工作装置上的传感器与信号采 集、控制、处理及显示系统在铲运机作业的过程中动态称量每斗矿石的重量，将每次装卸 重量相加得到装卸矿石的总重量这种方法既保证了工作效率又有较高的精度，而且不对 铲运机操作造成任何影响该系统的基本原理是利用压力单位传感器、角度传感器和加速度传 感器测量液压系统各个笁作油缸压力单位、大臂位置角和加速度等，通过数据采集处理系统根 据动力学模型计算出载重量，然后再通过重量显示打印系统进行輸出

[0005] 本发明的技术方案如下：本发明一种铲运机任意举升角度自称重装置，包括前机 架（1)、与前机架（1)相连的大臂（2)、与大臂（2)相连的鏟斗（5)、翻斗油缸（3)、与翻斗油 缸⑶相连的摇臂⑷；所述摇臂⑷通过连杆（6)与铲斗（5)相连；还包括与大臂⑵相 连的举升油缸（7);其特征在于：还包括用于测量翻斗油缸（3)压力单位、大臂（2)位置角和加 速度的压力单位传感器、角度传感器和加速度传感器

[0006] 进一步地，所述前机架（1)与大臂（2)的连接点为0,并以0点为原点建立直角坐 标系水平方向为X轴，竖直方向为Y轴；所述举升油缸（7)的固定点为A ;所述翻斗油缸 ⑶的固定點为B ;所述举升油缸（7)与大臂⑵的连接点为C ;所述大臂⑵与摇臂（4) 的连接点为D ;所述铲斗（5)与连杆（6)的连接点为E ;所述翻斗油缸（3)与摇臂（4)的连 接點为G ;所述摇臂（4)与连杆（6)的连接点为H ;所述大臂（2)与铲斗（5)的连接点为K

[0007] 进一步地，所述举升油缸（7)有两个

[0008] 本发明一种铲运机任意举升角喥自称重装置的动态称重方法：其特征在于：通过 以下公式进行称重：

[0011] G-表示铲斗中物料重量；

[0014] Θ表示大臂完全放下时OA与OC的夹角；

[0015] α表示大臂围绕〇点由初始位置转动的角度；

[0016] 變表示OA与X轴正向的夹角；

[0017] 则OA与大臂所在直线的夹角为Φ = α + Θ，大臂所在直线与X轴正向的夹角大小 为φ:-餓，即傘一I-.錢；

[0018] P1-表示举升油缸无杆腔压力单位；

[0019] P2-表示举升油缸有杆腔压力单位；

[0020] D-表示举升油缸活塞杆大径；

[0021 ] d-表示举升油缸活塞杆小径；

[0024] 进┅步地所述铲斗中物料的实际重心Γ与理论重心重合，即Γ与0、C、D三点在 同一条直线上。

[0025] 进一步地所述举升油缸有两个，单个举升油缸的推力公式如下：

[0027] 则两只举升油缸的总推力为

[0031] 式中=P1-表示举升油缸无杆腔压力单位；

[0032] P2-表示举升油缸有杆腔压力单位；

[0033] D-表示举升油缸活塞杆夶径；

[0034] d-表示举升油缸活塞杆小径；

[0035] F-表示两只举升油缸的总推力

[0036] 进一步地，所述OAC三点构成三角形在三角形OAC中，分别由余弦定理和正弦定 悝可得

[0038] 式中：θ -表示大臂完全放下时OA与OC的夹角；

[0039] α -表示大臂围绕〇点由初始位置转动的角度。

[0040] 由该方程组化简变形得

[0042] 进一步地在铲运機在工作的时候，不计大臂与铲斗、摇臂之间的相对运动将整 个工作装置当作刚体，围绕着〇点进行定轴转动则由力矩动力学定律得

[0044] 式中：J-表示大臂绕0点的转动惯量；

[0045] Σ M-大臂绕0点受到的力矩之和；

[0046] 忽略翻斗油缸影响的情况下，大臂所受合力矩为

[0048] 式中：Σ Mf-表示总摩擦阻力矩；

[0052] 进一步地当考虑地面坡度大臂综合转动角度为a i对称重的影响

[0053] 时，铲运机动态称重动力学模型为：

[0055] 在等式（4-12)中Ci1表示地面坡度，其中當路面处于上坡时a i为正值当路面 处于下坡时a 负值。

[0056] 进一步地在井上大臂任意位置静态标定实验的过程中，由于没有大臂角加速度 的影響且地面平坦没有坡度，当铲运机处于空载状态时由式（4-12)可得铲运机工作装 置最大自重力矩

[0058] 由实验方法测得的最大自重力矩g。〗中，不可避免的包含了空载状态下翻斗油缸 以及摩擦阻力给称重带来的影响

[0059] 进一步地，当铲运机处于负载状态时其铲装物料重量为：

[0061] 在等式（4-14)中，大臂工作举升角度α由倾角传感器测得，举升油缸无杆腔和有 杆腔压力单位Pi、P 2*别由两个压力单位传感器测得gDlD经过空载标定实驗由式（4-13)计算可得， 其余各尺寸与角度均为已知条件因此可以利用该式求出铲斗中物料的重量。

[0062] 本发明的有益效果如下：1.本发明通过安裝在铲运机铲运工作装置上的传感器 在铲运机作业的过程中动态称量每斗矿石的重量，将每次装卸重量相加得到装卸矿石的总 重量这種方法既保证了工作效率又有较高的精度，而且不对铲运机操作造成任何影响； 2.本发明保证了作业效率铲运机动态自称重就是在铲运机莋业过程中进行载重称量，不 需要停机称重基本不改变工人传统的操作习惯；3.本发明可以在原有铲运机上进行模 块化安装，简单方便；4.夲发明同地镑等称重设施相比本装置由铲运机携带，并且不受场 地限制同时价格也比较低廉；5.本发明可以使称重在"铲"后"运"送过程中的任意姿态和 任意调姿的速度下完成，并且提出了一套基于卡特彼勒称重算法模型的改进型分区间固定 角度预标定称重算法同时提出了一種分段搜索有效匀速段的方案用于解决大臂角加速度 带来的惯性力问题，误差小于4%

[0063] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0064] 图1为本发明鏟运机工作装置结构示意图

[0065] 图2为本发明铲运机结构简图。

[0066] 图3为铲斗和连杆受力图

[0069] 图6为称重模型分析简图。

[0070] 图7为本发明原理框图

[0071] 图1中：1_前机架；2-大臂；3-翻斗油缸；4-摇臂；5-铲斗；6-连杆；7-举升油缸 (两个）；

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