裝載機鏟斗受力測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種裝載機鏟斗受力測試方法，裝載機的連桿的一端與搖臂鉸接，連桿的另一端通過一個轉(zhuǎn)軸鉸接鏟斗；動臂與鏟斗鉸接，鉸點為E；所述裝載機鏟斗受力測試方法具體包括以下步驟：1)、測量鏟斗與動臂的鉸點E處的作用力FE；2)、測量連桿的作用力FC；3)計算獲得裝載機鏟斗受力F：通過合成鏟斗與動臂的鉸點E處的作用力FE與連桿的作用力FC獲得裝載機鏟斗受力F。本發(fā)明不需要設計專門的銷軸傳感器，且對鏟斗不需要改動，實現(xiàn)起來較為容易。
【專利說明】
裝載機鏟斗受力測試方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及裝載機鏟斗受力測試領域，特別涉及一種裝載機鏟斗受力測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裝載機是土石方機械中應用廣泛的機種之一。裝載機工作時，鏟斗所受到載荷的 特性對裝載機的研發(fā)非常重要。現(xiàn)有的專利文件如"裝載機鏟斗受力測試裝置"，"專利號： ZL 2015 2 0539630.6"的中國專利，闡述的測試方法是通過設計銷軸傳感器代替原來連接 鏟斗和動臂的鉸銷來直接測量鏟斗和動臂鉸接處所受作用力。這種測量方法由于傳感器直 接和鏟斗接觸且傳感器是專門設計的，故測量結(jié)果比較精確，但也有明顯的缺點，如需要設 計專門的銷軸傳感器，且對鏟斗的改動量較大，實現(xiàn)起來較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種裝載機鏟斗受力測試方法，以解決上述技術(shù)問題。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] 裝載機鏟斗受力測試方法，裝載機的連桿的一端與搖臂鉸接，連桿的另一端通過 一個轉(zhuǎn)軸鉸接鏟斗；動臂與鏟斗鉸接，鉸點為E;所述裝載機鏟斗受力測試方法具體包括以 下步驟：
[0006] l)、測量f產(chǎn)斗與動臂的鉸點E處f產(chǎn)斗縱斷面的作用力FE
[0007]在裝載機動臂前段且動臂的上下表面的投影為直線的部分，作這段動臂上下表面 的角平分線D，再作動臂的橫截面A和橫截面B，橫截面A和橫截面B垂直于角平分線D，以動臂 與鏟斗鉸接處E為坐標原點，以平行于角平分線D的方向為X軸，過原點E且垂直于X軸的方向 為y軸，建立平面直角坐標系；
[0008]將動臂上原點E處的鉸銷所受的徑向力分解為沿X方向的分力FEx和沿y方向的分力 FEy;FEx與D平行且到D的距離為c，F(xiàn)Ey與D垂直，F(xiàn)Ey到橫截面A的距離為a，橫截面A與橫截面B之 間的距離為b;
[0009 ]沿X方向的分力Fex和沿y方向的分力FEy通過下式計算獲得：
[0010] (1)：
[0011] (2)
[0012] 其中，Μα為A斷面動臂的彎矩，Mb為B斷面動臂的彎矩；
[0013]通過合成沿X方向的分力FEx和沿y方向的分力FEy獲得作用力Fe;
[0014] 2)、測量連桿的作用力FC
[0015] 3)計算獲得裝載機鏟斗在縱斷面的受力F
[0016]通過合成鏟斗與動臂的鉸點E處在鏟斗縱斷面的作用力FE與連桿的作用力&獲得 裝載機鏟斗在縱斷面的受力F;
[0017] 4)測量鏟斗與動臂的鉸點E處垂直于鏟斗縱斷面的側(cè)向力Fz。
[0018] 進一步的，步驟2)中通過在連桿(3)上設置力傳感器測量獲得作用力Fc。
[0019] 進一步的，A斷面動臂的彎矩Μα通過以下方法測試獲得:在橫截面A和動臂上表面 的交線處粘貼電阻應變片Ri和R2，RdPR 2關(guān)于動臂的對稱面E對稱，粘貼方向與對稱面E平 行;在橫截面A和動臂下表面的交線處粘貼電阻應變片R3和R 4，R3和R4的粘貼方向與RjPR2的 粘貼方向相同，且R3和R4位于Rl和R2的正下方；電阻應變片1?1、1?2、1?3、1?4組成第一電橋;通過第 一電橋測得橫截面A上的彎矩Μα。
[0020] 進一步的，Β斷面動臂的彎矩Mb通過以下方法測試獲得：在橫截面Β和動臂上表面 的交線處粘貼電阻應變片R5和R6，RdPR 6關(guān)于動臂的對稱面E對稱，粘貼方向與對稱面E平 行;在橫截面B和動臂下表面的交線處粘貼電阻應變片R7和R 8，R?和Rs的粘貼方向與R#PR6的 粘貼方向相同，且R·/和R8位于R5和R6的正下方；電阻應變片1?5、1?6、1?7、1?8組成第二電橋;通過第 二電橋測得橫截面B上的彎矩Mb。
[0021] 進一步的，鏟斗與動臂鉸點E處的側(cè)向力Fz通過以下方法測試獲得:在橫截面A與 動臂側(cè)表面的交線位置粘貼電阻應變片R 9、R1Q，R9和R1Q關(guān)于角平分線D對稱，粘貼方向和角 平分線D的方向平行；在橫截面A與動臂另一側(cè)表面的交線相應位置粘貼電阻應變片Rn和 Rl2，Rll、Rl2粘貼方向與R9、RlQ的粘貼方向相同；電阻應變片1?9、1?1()、1?11、1?12組成第三電橋 ;通 過第三電橋測得鏟斗與動臂鉸點E處的側(cè)向力Fz。
[0022] 進一步的，裝載機有左右兩個動臂，重復步驟1)和步驟4)對左右兩個動臂同時進 行測量;左動臂測得的沿X方向的分力和沿y方向的分力分別為Fe xi、FEyi，側(cè)向力為Fzi;右動 臂測得的沿X方向的分力和沿y方向的分力分別為為F Exr、FEyr，側(cè)向力為Fzr;
[0023] FEx = FExl+FExr (3)
[0024] FEy = FEyl+FEyr (4)
[0025] Fz = Fzi+Fzr (5)
[0026] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:現(xiàn)有鏟斗與動臂鉸接處受力測試方 法，需設計專門的銷軸傳感器，雖測量結(jié)果比較精確，但有明顯的缺點，如需要設計專門的 銷軸傳感器且需要較大幅度地改動鏟斗耳板以便于安裝銷軸傳感器，實施起來費時費力。 本發(fā)明是在動臂的適當位置上粘貼電阻應變片，把動臂本身當作傳感器，通過工作過程中 動臂產(chǎn)生的變形來測量鏟斗施加給動臂的作用力，這種測量方法簡單易行，不需要對裝載 機現(xiàn)有工作裝置結(jié)構(gòu)做改動，且能保證測量的結(jié)果達到所需的精度。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明裝載機鏟斗受力測試總體測試方案圖；
[0028]圖2是動臂鉸銷處所受側(cè)向力測量貼片示意圖；
[0029]圖3是動臂鉸銷處所受徑向力測量貼片示意圖；
[0030]圖4(a)是動臂截面A處應變片組橋電路示意圖；
[0031 ]圖4(b)是動臂截面B處應變片組橋電路示意圖；
[0032]圖5是動臂側(cè)向力測量應變片組橋電路示意圖。
[0033]圖中：1為鏟斗、2為動臂，3為連桿、4為搖臂、Ui為供橋電壓、U。為輸出電壓、心~1?12 為電阻應變片。
【具體實施方式】
[0034] 一、測試原理
[0035] 請參閱圖1所示，裝載機的連桿3的一端與搖臂4鉸接，連桿3的另一端通過一個轉(zhuǎn) 軸鉸接鏟斗1。動臂2與鏟斗1鉸接，鉸點為E。
[0036] 從圖1可以看出，裝載機工作時，鏟斗1在如圖1所示縱斷面的受力F與鏟斗1和動臂 2的鉸點E處在鏟斗縱斷面的作用力Fe、連桿3的作用力F C相平衡。如果測量出FE、FC兩力，就 可以計算出鏟斗1在圖1所示平面的受力F。
[0037]連桿3為二力桿，在連桿3上可以容易地設置傳感器測出連桿3的受力Fc。
[0038] 二、Fe的測量方法
[0039] 請參閱圖1所示，在裝載機動臂2前段且動臂2的上下表面的投影為直線的部分，作 這段動臂上下表面的角平分線D，再作動臂的橫截面A和橫截面B，要求橫截面A和橫截面B垂 直于角平分線D，以動臂2與鏟斗1鉸接處E為坐標原點，以平行于角平分線D的方向（如圖1和 圖2)為X軸，過原點E且垂直于X軸的方向為y軸，建立平面直角坐標系。
[0040] 如圖1和圖2所示，將動臂2上原點E處的鉸銷所受的徑向力分解為沿X方向的分力 FEx和沿y方向的分力FEy。可知，F(xiàn)Ex與D平行且到D的距離為c，F(xiàn) Ey與D垂直，F(xiàn)Ey到橫截面A的距 離為a，橫截面A與橫截面B之間的距離為b。
[0041]設A斷面動臂的彎矩為Ma，設B斷面動臂的彎矩為Mb，由力學原理可知：
[0042] (1)
[0043] (2;)
[0044] 在（1)、（2)兩式中，a、b、c均為設計參數(shù)，已知;所以，只要設法測出Ma、Mb，就可以根 據(jù)以上兩式求得FEx、FEy。
[0045] 如圖3所示（圖3為圖2的俯視圖），在橫截面A和動臂2上表面的交線處粘貼電阻應 變片Ri和R2,心和辦關(guān)于動臂2的對稱面E對稱，粘貼方向與對稱面E平行。在橫截面A和動臂2 下表面的交線處粘貼電阻應變片R 3和R4，R3和R4的粘貼方向與心和心的粘貼方向相同，且R 3 和R4位于Ri和R2的正下方。應變片Ri、R2、R3、1?4組成第一電橋如圖4(a)，圖4(a)所不電橋的輸 出信號正比于橫截面A上的彎矩Μα。
[0046] 如圖3所示，在橫截面Β和動臂2上表面的交線處粘貼應變片他和1?6，1?5和1?6關(guān)于動 臂2的對稱面Ε對稱，粘貼方向與對稱面Ε平行。在橫截面Β和動臂2下表面的交線處粘貼應變 片R?和Rs，R?和Rs的粘貼方向與他和1? 6的粘貼方向相同，且R?和Rs位于抱和1?6的正下方。應變 片他、1?6、1? 7、1?8組成第二電橋如圖4(13)，圖4(13)所示電橋的輸出信號正比于橫截面8上的彎 矩Mb。
[0047] 利用圖4(a)和圖4(b)所示電橋測得的Ma、Mb數(shù)值，通過式（1)、式(2)換算可以得出 動臂2原點E處的X向分力F Ex和y向分力FEy。
[0048] 三、側(cè)向力測量
[0049]在裝載機的鏟斗E點，除了承受有圖1所示的力FEx和力FEy以外，還存在有側(cè)向力F z， 如圖3所不，F(xiàn)z與Fex垂直，F(xiàn)z也與FEy垂直。
[0050] 如圖2所示，在橫截面A與動臂2側(cè)表面的交線位置粘貼電阻應變片R9、R1Q，R9和R 10 關(guān)于角平分線D對稱，電阻應變片粘貼方向和角平分線D的方向平行。在橫截面A與動臂2另 一側(cè)表面的交線相應位置粘貼電阻應變片Rn和R 12，電阻應變片的粘貼方向也與角平分線D 平行。電阻應變片R9、Rio、Rn、Ri2組成第三電橋如圖5所不，圖5所不電橋的輸出信號正比于 動臂2原點E處的側(cè)向力F z。
[0051] 實際上，裝載機有左右兩個動臂，在實際檢測時，應該對左右兩個動臂同時進行測 量。設按上述方法由左動臂測得的數(shù)值分別為F Exl、FEyl、Fzl，由右動臂測得的數(shù)值分別為 FExr、FEyr、Fzr。按以下各式計算Fex、FEy和Fz。
[0052] FEx = FExl+FExr (3)
[0053] FEy = FEyl+FEyr (4)
[0054] Fz = Fzi+Fzr (5)
[0055] 本發(fā)明中，在連桿3上設置力傳感器就能夠測量獲得作用力Fc;通過合成鏟斗與動 臂的鉸點E處的作用力Fe與連桿的作用力F C獲得裝載機鏟斗在縱斷面的受力F。
【主權(quán)項】
1. 裝載機伊斗受力測試方法，其特征在于，裝載機的連桿(3)的一端與搖臂(4)較接，連 桿(3)的另一端通過一個轉(zhuǎn)軸較接伊斗（1);動臂（2)與伊斗（1)較接，較點為E;所述裝載機 伊斗受力測試方法具體包括W下步驟： 1) 、測量伊斗與動臂的較點E處伊斗縱斷面的作用力Fe 在裝載機動臂前段且動臂的上下表面的投影為直線的部分，作運段動臂上下表面的角 平分線D，再作動臂的橫截面A和橫截面B，橫截面A和橫截面B垂直于角平分線D，W動臂與伊 斗較接處E為坐標原點，W平行于角平分線D的方向為X軸，過原點E且垂直于X軸的方向為y 軸，建立平面直角坐標系； 將動臂上原點E處的較銷所受的徑向力分解為沿X方向的分力Fex和沿y方向的分力Fey; Fex與D平行且到D的距離為c，F(xiàn)ey與D垂直，F(xiàn)ey到橫截面A的距離為a,橫截面A與橫截面B之間 的距離為b; 沿X方向的分力Fex和沿y方向的分力Fey通過下式計算獲得：其中，Μα為A斷面動臂的彎矩，Mb為B斷面動臂的彎矩； 通過合成沿X方向的分力Fex和沿y方向的分力Fey獲得作用力Fe ; 2) 、測量連桿(3)的作用力Fc 3) 計算獲得裝載機伊斗在縱斷面的受力F 通過合成伊斗與動臂的較點E處在伊斗縱斷面的作用力Fe與連桿(3)的作用力的獲得裝 載機伊斗在縱斷面的受力F; 4) 測量伊斗與動臂的較點E處垂直于伊斗縱斷面的側(cè)向力Fz。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機伊斗受力測試方法，其特征在于，步驟2)中通過在連桿 (3)上設置力傳感器測量獲得作用力Fc。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機伊斗受力測試方法，其特征在于，A斷面動臂的彎矩Μα通 過W下方法測試獲得： 在橫截面A和動臂（2)上表面的交線處粘貼電阻應變片Ri和R2瓜和R2關(guān)于動臂（2)的對 稱面E對稱，粘貼方向與對稱面E平行;在橫截面A和動臂(2)下表面的交線處粘貼電阻應變 片R3和R4，R3和R4的粘貼方向與Ri和R2的粘貼方向相同，且R3和R4位于Ri和R2的正下方；電阻 應變片Ri、R2、化、R4組成第一電橋;通過第一電橋測得橫截面A上的彎矩Μα。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機伊斗受力測試方法，其特征在于，Β斷面動臂的彎矩Mb通 過W下方法測試獲得： 在橫截面B和動臂（2)上表面的交線處粘貼電阻應變片Rs和R6，Rs和R6關(guān)于動臂（2)的對 稱面E對稱，粘貼方向與對稱面E平行;在橫截面B和動臂(2)下表面的交線處粘貼電阻應變 片R?和Rs，R?和Rs的粘貼方向與Rs和R6的粘貼方向相同，且R?和Rs位于Rs和R6的正下方；電阻 應變片1?5、1?6、1?7、1?細成第二電橋;通過第二電橋測得橫截面6上的彎矩16。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機伊斗受力測試方法，其特征在于，伊斗與動臂較點E處 的側(cè)向力Fz通過W下方法測試獲得： 在橫截面A與動臂（2)側(cè)表面的交線位置粘貼電阻應變片R9、Rio，R9和Rio關(guān)于角平分線D 對稱，粘貼方向和角平分線D的方向平行;在橫截面A與動臂(2)另一側(cè)表面的交線相應位置 粘貼電阻應變片Rii和虹2，Rii、Ri2粘貼方向與R9、Rio的粘貼方向相同；電阻應變片R9、Rio、Rii、 Ri2組成第Ξ電橋;通過第Ξ電橋測得伊斗與動臂較點E處的側(cè)向力Fz。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機伊斗受力測試方法，其特征在于，裝載機有左右兩個動 臂，重復步驟1)和步驟4)對左右兩個動臂同時進行測量;左動臂測得的沿X方向的分力和沿 y方向的分力分別為FexI、FEyi，側(cè)向力為Fz 1;右動臂測得的沿X方向的分力和沿y方向的分力 分別為為FExr、FEyr，側(cè)向力為Fzr ; Fex 二 FexI+Fext (3) FEy = FEyl+FEyr (4) Fz 二 Fzl+Fzr (5)0
【文檔編號】G01L1/22GK105973510SQ201610551781
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】郁錄平, 洪寧, 向岳山, 胡羽成, 路宇
【申請人】長安大學