專利名稱：液壓挖掘機防傾翻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種挖掘機的組件，具體涉及一種用于對液壓挖掘機運 作狀況進行在線監(jiān)測的防傾翻裝置，以保證挖掘機的正常運作。
背景技術(shù)：
液壓挖掘機是一種常見的工程機械，已經(jīng)被廣泛使用于建筑、水利等各 行業(yè)。其主要由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和液壓控制裝置等部分組成， 所述工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸 接而成，其行走裝置常見的有履帶式的和輪胎式兩種，雖然，規(guī)定挖掘機在 工作時應(yīng)當選擇平面場地進行操作，但是由于施工道路坑洼、崎嶇，平整出 的場地荷重能力不均衡等原因，在工作裝置工作時，尤其是在載重、作業(yè)坡 度較大的情況下，液壓挖掘機易發(fā)生傾斜，若操作者處理不當，就會發(fā)生挖 掘機傾翻的嚴重后果。目前，大多數(shù)挖掘機均不帶有防傾翻功能，通常是通 過對操作人員進行培訓(xùn)，說明在危險工作面上作業(yè)時的注意事項，但僅僅這 些理論上的教導(dǎo)，并不能保證操作人員的正確操作，更可能因?qū)嶋H場地情況 的復(fù)雜性，導(dǎo)致危險的發(fā)生。發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是提供一種液壓挖掘機防傾翻裝置，通過對液壓挖掘機 狀態(tài)的即時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免液壓挖掘機傾翻的發(fā)生。為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種液壓挖掘機防傾 翻裝置，包括數(shù)據(jù)檢測單元、控制單元及報蒈單元，所述數(shù)據(jù)檢測單元由分 別對應(yīng)設(shè)置于挖掘機回轉(zhuǎn)裝置、工作裝置及機架平臺上的各傳感器組成，每 一所述傳感器的輸出端與控制單元的輸入端連接，控制單元的輸出端與報警 單元連接。上文中，液壓挖掘機一般由回轉(zhuǎn)裝置、工作裝置、行走裝置和液壓控制 裝置等組成，其中，回轉(zhuǎn)裝置驅(qū)動工作裝置轉(zhuǎn)動定位，工作裝置由動臂、斗桿和鏟斗鉸接構(gòu)成，行走裝置可以是屜帶式或輪胎式，回轉(zhuǎn)裝置等設(shè)置于行 走裝置頂部的機架平臺上；組成所述數(shù)據(jù)檢測單元的各傳感器對應(yīng)設(shè)置于回 轉(zhuǎn)裝置、動臂、斗桿、鏟斗、機架平臺上，測得挖掘機實時的運動數(shù)據(jù)，這 些數(shù)據(jù)被輸至控制單元內(nèi)，所述控制單元可設(shè)置于挖掘機液壓控制裝置內(nèi)， 亦可以獨立設(shè)置于挖掘機上，控制單元內(nèi)預(yù)設(shè)有計算及比較程序，計算包括 挖掘機橫向穩(wěn)定性計算、縱向穩(wěn)定性計算和滑移穩(wěn)定性計算，將計算出的實 際力矩與預(yù)先設(shè)定的臨界傾翻力矩相比，得到一個表征挖掘機傾翻穩(wěn)定性的 百分比，當該值超過某個預(yù)先設(shè)定的閾值時，由報警單元發(fā)出預(yù)蒈信息，該 預(yù)瞀信息包含聲音信息、發(fā)光信息、文字信息、圖片信息和動畫信息的部分 或全部，具體的預(yù)瞀信息輸出實現(xiàn)方式為現(xiàn)有技術(shù)；通過對挖掘機在工作過 程中實時監(jiān)測傾翻穩(wěn)定性，在接近傾翻的時候向操作人員發(fā)出預(yù)瞀信息，以 此實現(xiàn)挖掘機的防傾翻功能。上述技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)檢測單元由設(shè)置于挖掘機回轉(zhuǎn)裝置上的回轉(zhuǎn) 角度傳感器、分別設(shè)置于動臂、斗桿、鏟斗、機架平臺上的傾角傳感器和分 別設(shè)置于動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸上的壓力傳感器組成。進一步的技術(shù)方案為，所述機架平臺上的傾角傳感器由橫向傾角傳感器 和縱向傾角傳感器組成。上述技術(shù)方案中，所述回轉(zhuǎn)角度傳感器的量程為±180° ，所述傾角傳 感器采用雙軸傾角傳感器，其中動臂、斗桿及鏟斗的傾角傳感器量程為士180 ° ，平臺傾角傳感器為±90° ，所述壓力傳感器的量程為0 50兆帕。由于上述技術(shù)方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點是1、 由于本實用新型通過設(shè)置于挖掘機回轉(zhuǎn)、工作裝置及機架平臺上的 角度傳感器、傾角傳感器和壓力傳感器，測得挖掘機在作業(yè)狀態(tài)下運動數(shù)據(jù)， 經(jīng)控制單元計算、比較，確定是否觸發(fā)預(yù)警單元，對挖掘機工作狀態(tài)穩(wěn)定性 的實時監(jiān)控，提前向操作人員報告傾翻信息，防止傾翻隱患的存在，提髙作 業(yè)安全性；2、 由于采用各傳感器在線測得挖掘機的運動狀態(tài)，控制單元計算出穩(wěn) 定百分比數(shù)值后與臨界值比較，輸出報警信息，整個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化， 無須人工界入， 一方面提高了信息的準確性，另一方面降低了對操作人員的 技術(shù)要求，同時，可以通過控制軟件在傾翻趨勢超出臨界閾值時，自動控制挖掘機作反向操作，實現(xiàn)自動避險功能。


附圖1為本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)框圖；附圖2為本實用新型實施例一中斗桿、鏟斗傾角傳感器安裝示意圖； 附圖3為挖掘機穩(wěn)定性方向示意圖； 附圖4為挖掘機力矩示意圖。其中1、動臂；2、斗桿；3、鏟斗；4、機架平臺；5、履帶。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見附圖1至4所示， 一種液壓挖掘機防傾翻裝置，包括數(shù) 據(jù)檢測單元、數(shù)據(jù)處理單元及報瞀單元，所述數(shù)據(jù)檢測單元包括設(shè)置于挖 掘機回轉(zhuǎn)機構(gòu)上的回轉(zhuǎn)角度傳感器，設(shè)置于動臂1、斗桿2、伊斗3、機架平 臺4上的傾角傳感器，設(shè)置于機架平臺上的縱向和橫向傾角傳感器，分別設(shè) 置于動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸上的壓力傳感器，每一所述傳感器的輸 出端與控制單元的輸入端連接，控制單元的輸出端與報瞀單元連接。上述傳感器及其量程的選取回轉(zhuǎn)角度傳感器的量程為±180° ，傾角 傳感器采用雙軸傾角傳感器，其中動臂、斗桿及鏟斗的傾角傳感器量程為土 180° ，平臺傾角傳感器為±90° ，壓力傳感器的量程為0 50兆帕。使用 時，動臂的俯仰角度在±180°范圍內(nèi)，采用雙軸傳感器的一軸即可。斗桿 和鏟斗的絕對傾角均超出了±180°范圍，采用雙軸傾角傳感器的兩軸聯(lián)合 測量。上述數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)預(yù)存有挖掘機力矩控制專用控制程序，控制器對輸 入數(shù)據(jù)的處理方式包括代數(shù)計算、單神經(jīng)元計算、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)和 模糊數(shù)據(jù)處理方法的部分或全部，控制程序根據(jù)檢測傳感裝置的實時數(shù)據(jù)計 算挖掘機抗傾翻穩(wěn)定性，計算包括挖掘機橫向穩(wěn)定性計算、縱向穩(wěn)定性計算 和滑移穩(wěn)定性計算，將計算出的實際傾翻力矩與預(yù)先設(shè)定的臨界傾翻力矩相 比，得到一個表征挖掘機傾翻穩(wěn)定性的百分比，當該值超過某個預(yù)先設(shè)定的 閥值時，由報警單元發(fā)出預(yù)警信息，報警信號包含聲音信息、發(fā)光信息、文 字信息、圖片信息和動畫信息的部分或全部。 具體計算方法(參見附圖2、 3所示)液壓挖掘機的行走裝置為履帶式，履帶式液壓挖掘機在工作過程中為矩 形支承面，其傾翻穩(wěn)定性分為橫向傾翻穩(wěn)定性和縱向傾翻穩(wěn)定性，相應(yīng)的兩 個計算模塊分別計算挖掘機橫向穩(wěn)定性系數(shù)和縱向穩(wěn)定性系數(shù)，穩(wěn)定性系數(shù)是指實際傾翻力矩與臨界失穩(wěn)傾翻力矩的比值，以百分數(shù)表示。定義垂直于履帶5方向為X方向，平行于履帶5方向為Y方向，挖掘 機在X方向的穩(wěn)定性定義為橫向穩(wěn)定性，在Y方向的穩(wěn)定性定義為縱向穩(wěn) 定性。如圖3所示。穩(wěn)定性系數(shù)的計算方法如下-Kx=Mx/Mxw Ky=My/Myw其中KX:橫向穩(wěn)定性系數(shù) Ky:縱向穩(wěn)定性系數(shù) MX:橫向傾翻力矩 My:縱向傾翻力矩 Mxw:橫向穩(wěn)定力矩 Myw:縱向穩(wěn)定力矩各向穩(wěn)定力矩和傾翻力矩的計算方法如下Mx-sin P z(Mg2+Mg3+Mg4+Mg5) My=cos 6 z(Mg2+Mg3+Mg4+Mg5) Mxw-Mxglcos e x Myw-Myglcos P y其中ex:平臺在X方向的傾角ey:平臺在Y方向的傾角 ez:動臂相對履帶的轉(zhuǎn)角Mxgl:主機重力在X方向上對支承面幾何中心的穩(wěn)定力矩 Mygl:主機重力在Y方向上對支承面幾何中心的穩(wěn)定力矩 Mg2:動臂重力產(chǎn)生的傾翻力矩 Mg3:斗桿重力產(chǎn)生的傾翻力矩 Mg4:鏟斗重力產(chǎn)生的傾翻力矩 Mg5:負載力產(chǎn)生的傾翻力矩 各部件重力、負載力、上下車相對轉(zhuǎn)角及平臺傾角產(chǎn)生的力矩如圖4所示。當穩(wěn)定性系數(shù)超過80%時，發(fā)出光報警信息；當穩(wěn)定性系數(shù)超過90% 時，發(fā)出聲音報警信息。
權(quán)利要求1.一種液壓挖掘機防傾翻裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)檢測單元、控制單元及報警單元，所述數(shù)據(jù)檢測單元由分別對應(yīng)設(shè)置于挖掘機回轉(zhuǎn)裝置、工作裝置及機架平臺上的各傳感器組成，包括設(shè)置于挖掘機回轉(zhuǎn)裝置上的回轉(zhuǎn)角度傳感器、分別設(shè)置于動臂[1]、斗桿[2]、鏟斗[3]、機架平臺[4]上的傾角傳感器，每一所述傳感器的輸出端與控制單元的輸入端連接，控制單元的輸出端與報警單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機防傾翻裝置，其特征在于所述 數(shù)據(jù)檢測單元還包括設(shè)置于動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸上的壓力傳感 器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機防傾翻裝置，其特征在于所述 機架平臺上的傾角傳感器由橫向傾角傳感器和縱向傾角傳感器組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機防傾翻裝置，其特征在于所述回轉(zhuǎn)角度傳感器的量程為士18(T ，所述傾角傳感器釆用雙軸傾角傳感器， 其中動臂、斗桿及鏟斗的傾角傳感器量程為±180° ，平臺傾角傳感器為士 9(T 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓挖掘機防傾翻裝置，其特征在于所述 壓力傳感器的量程為0 50兆帕。
專利摘要本實用新型公開了一種液壓挖掘機防傾翻裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)檢測單元、控制單元及報警單元，所述數(shù)據(jù)檢測單元由分別對應(yīng)設(shè)置于挖掘機回轉(zhuǎn)裝置、工作裝置及機架平臺上的各傳感器組成，每一所述傳感器的輸出端與控制單元的輸入端連接，控制單元的輸出端與報警單元連接。本實用新型通過對挖掘機運動狀態(tài)的實時檢測，根據(jù)測得數(shù)據(jù)比較臨界值，自動發(fā)出報警信息，提醒操作者傾翻危險，可以及時排除安全隱患，提高作業(yè)安全性。
文檔編號E02F9/24GK201040850SQ20072003600
公開日2008年3月26日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者戴晴華, 曹顯利 申請人:三一重機有限公司