CN115059127A - 挖掘机稳定性评价***和方法、控制器和挖掘机 - Google Patents

挖掘机稳定性评价***和方法、控制器和挖掘机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及挖掘机，为解决现有挖掘机稳定性评价方法受测试操作员主观性因素大的问题，本发明构造一种挖掘机稳定性评价***和方法、控制器和挖掘机，其中方法包括在多台稳定性评价分数已知的挖掘机完成多个设定测试动作并测量配重竖向位移幅值；通过数值拟合建立评价分数‑配重位移关系模型，P＝a1X1+……+ai Xi+……+akXk；在待评价挖掘机上完成多个设定测试动作并车辆配重竖向位移幅值；通过评价分数‑配重位移关系模型与配重竖向位移幅值计算得到待评价挖掘机的稳定性评价分数。本发明利用评价分数‑配重位移关系模型在待评价挖掘机完成对应的设定测试动作确定待评价挖掘机稳定性评价分数，通过该方法得到的挖掘机稳定性评价分数相对客观真实。

Description

挖掘机稳定性评价***和方法、控制器和挖掘机
技术领域
本发明涉及一种挖掘机，更具体地说，涉及一种挖掘机稳定性评价***和方法、控制器和挖掘机。
背景技术
现有挖掘机稳定性的评价方法是通过多个操作员对待评价挖掘机进行操作，操作员依据自身操作体验给出评价分数，对多个操作员给出的评价分数求平均得到挖掘机稳定性评价分数。
现有的挖掘机稳定性评价方法受个人主观因素影响较大，不同评价者可能给出差别较大的评价，造成挖掘机稳定性评价结果与实际整机性能表现差异大。将挖掘机稳定性评价结果转换为设计语言的过程中，容易产生理解偏差，也可能造成挖掘机稳定性评价结果不准确。评价一台挖掘机稳定性需要多名挖掘机操作手和1名测试工程师，测试成本和资源较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有挖掘机稳定性评价方法受测试操作员主观性因素大的问题，而提供一种挖掘机稳定性评价***和方法、控制器和挖掘机。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：公开一种挖掘机稳定性的评价方法，其特征在于步骤如下：
步骤S1:在多台稳定性评价分数已知的挖掘机运行动作控制程序完成多个设定测试动作，测量各台挖掘机在不同设定测试动作下的配重在上下方向上的竖向位移幅值；
通过数值拟合建立挖掘机稳定性评价分数和挖掘机不同测试动作下配重竖向位移幅值的评价分数-配重位移关系模型，其关系模型为：
P＝a1X1+…+aiXi+…+akXk
其中P是挖掘机稳定性评价分数，Xi为第i个设定测试动作所对应的配重竖向位移幅值，ai是与第i个测试动作对应的配重竖向位移幅值对稳定性评价分数的权重系数，i≤k；k是大于2的自然数；
步骤S2:在待评价挖掘机上运行动作控制程序完成多个所述的设定测试动作，测量各台挖掘机在不同设定测试动作下的配重在上下方向上的竖向位移幅值；通过评价分数-配重位移关系模型与各设定测试动作下的配重竖向位移幅值计算得到待评价挖掘机的稳定性评价分数。
在本发明中，利用稳定性评价分数已知的挖掘机构建评价分数-配重位移关系的关系模型，在待评价挖掘机上进行与该关系模型对应的设定测试动作，通过测量的配重竖向位移和关系模型计算确定待评价挖掘机的稳定性评价分数。
稳定性评价分数已知的挖掘机可以经投放市场并被众多的操作人员操作作业，其稳定性评价具有共识的机型，也可以是通过多个操作员、多台挖掘机进行多样本稳定性试验确定，即通过不同的操作员对多台挖掘机进行操作试验，各操作员对各挖掘机的稳定性进行打分确定。
本发明挖掘机稳定性的评价方法中，所述稳定性评价分数已知的挖掘机与待评价挖掘机属于相同吨位级别的挖掘机。使用与待评价机型同吨位的挖掘机构建评价分数-配重位移关系的关系模型，使得待评价挖掘机的评价分数更加准确。
本发明挖掘机稳定性的评价方法中，所述设定测试动作包括挖掘机的回转动作、动臂动作、斗杆动作和铲斗动作中的单个动作和/或由两个以上单个动作组合的复合动作。
本发明挖掘机稳定性的评价方法中，所述设定测试动作是被驱动部件自预定起始点以预定运动速度移动至预定终点的动作过程。
本发明挖掘机稳定性的评价方法中，所述测量与记录竖向位移是挖掘机在进行设定测试动作过程中配重相对水平基准面在竖向方向最大的移动距离。
本发明挖掘机稳定性的评价方法中，在待评价挖掘机上所完成的设定测试动作是评价分数-配重位移关系模型中权重系数ai大于预定值的设定测试动作。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：构造一种挖掘机稳定性评价***，其特征在于包括：
动作控制模块，用于通过运行动作控制程序控制待评价挖掘机完成多个设定测试动作；
位移检测模块，用于在待评价挖掘机进行设定测试动作时检测配重在竖直方向上的位移幅值；
评价计算模块，用于依据与设定测试动作对应的评价分数-配重位移关系模型和检测模块的位移幅值检测值计算待评价挖掘机稳定性评价分数。
上述挖掘机稳定性评价***中，所述挖掘机稳定性评价***还包括用于检测挖掘机工作装置各关节位姿和回转平台位姿并将各位姿信息传递给动作控制模块的位姿传感器。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种控制器，其特征在于包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以执行挖掘机稳定性的评价方法的步骤S2，即执行：控制待评价挖掘机完成多个设定测试动作，检测每个设定测试动作进行时配重在竖直方向上的位移幅值，依据位移幅值和与各设定测试动作对应的评价分数-配重位移关系计算挖掘机稳定性评价分数。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机，其特征在于包括前述的挖掘机稳定性评价***，或者前述的电子设备。
本发明与现有技术相比，本发明利用稳定性评价分数已知的挖掘机构建评价分数-配重位移关系的关系模型，通过测量待评价挖掘机在进行设定测试动作时配重竖向位移和关系模型计算确定待评价挖掘机的稳定性评价分数，通过该方法得到的挖掘机稳定性评价分数相对客观真实。
附图说明
图1是本发明挖掘机的结构示意图。
图2是本发明挖掘机稳定性的评价方法步骤流程图。
图3是本发明挖掘机稳定性的评价***的结构示意图。
图4是本发明挖掘机稳定性的评价***的另一实施方式的结构示意图。
图5是本发明挖掘机的整机控制器的原理示意图。
图中零部件名称及序号：
下部车身10、工作装置20、动臂21、斗杆22、铲斗23、动臂油缸24、斗杆油缸25、铲斗油缸26、上部车身30、回转平台31、配重32、整机控制器40、动作控制模块41、位移检测模块42、评价计算模块43、位移传感器44、处理器45、存储器46、评价计算机50。
具体实施方式
下面结合附图说明具体实施方案。
如图1所示，本发明实施例提供的挖掘机包括：上部车身30和下部车身10，上部车身30回转安装于下部车身10上。在上部车身30的回转平台31后部安装配重32，前部安装工作装置30，工作装置20是由动臂21、斗杆22和铲斗23组成的多关节型机构。在挖掘机上配置有用于检测动臂与回转平台之间相对角度的动臂位姿传感器、用于检测斗杆与动臂之间相对角度的斗杆位姿传感器、用于检测铲斗与斗杆之间相对角度的铲斗位姿传感器、检测上部车身相对下部车身回转角度的上部车身位姿传感器。
挖掘机的上部车身20由回转马达驱动相对下部车身10作回转动作，动臂21由动臂油缸24驱动上下摆动，斗杆22由斗杆油缸25驱动作回收与打开动作，铲斗23由铲斗油缸26驱动作打开与回收动作。
挖掘机为电控挖掘机，即控制回转马达控制阀、动臂油缸控制阀、斗杆油缸控制阀和铲斗油缸控制阀均为电磁阀，与挖掘机的整机控制器连接，由控制器40控制。控制器40依据操纵手柄的操作信号或者通过运行动作控制程序输出控制电流控制相应的控制阀，使得工作装置中动臂、斗杆、铲斗以及回转平台的位姿变化，实现相应的动作。
本发明实施例提供的挖掘机稳定性的评价方法步骤如图2所示，包括评价分数-配重位移关系模型构建步骤S1和挖掘机稳定性评价分数评定步骤S2。
评价分数-配重位移关系模型构建步骤是在多台稳定性评价分数已知的挖掘机运行动作控制程序完成多个设定测试动作，对各台挖掘机进行不同设定测试动作下的配重在上下方向上的竖向位移幅值进行测量与记录。
通过数值拟合建立挖掘机稳定性评价分数和挖掘机不同设定测试动作下配重竖向位移幅值的评价分数-配重位移关系，其关系模型为：
P＝a1X1+…+aiXi+…+akXk
其中P是挖掘机稳定性评价分数，Xi为第i个设定测试动作所对应的配重竖向位移幅值，ai是与第i个测试动作对应的配重竖向位移幅值对稳定性评价分数的权重系数，i≤k；k是大于2的自然数；
在步骤S1中，依据挖掘机稳定性评价分数P和配重竖向位移幅值Xi，确定与各设定测试动作所对应的配重竖向位移的权重系数ai。
稳定性评价分数已知的挖掘机可以经投放市场并被众多的操作人员操作作业，其稳定性评价具有共识的机型，例如行业公认稳定性很好的挖掘机或者公认稳定性较差的挖掘机，按照行业公认评价确定其评价分数。挖掘机的稳定性评价分数也可以是通过多个操作员、多台挖掘机进行多样本稳定性试验确定，通过不同的操作员对多台挖掘机进行操作试验，各操作员对各挖掘机的稳定性进行打分确定。
稳定性评价分数已知的挖掘机通过整机运行动作控制程序，自动完成多个设定测试动作。挖掘机的动作包括回转动作、动臂动作、斗杆动作和铲斗动作等单个动作和两个以上单个动作组合的复合动作。回转动作又包括顺时针回转动作和逆时针回转动作，动臂动作又包括动臂举升动作和动臂下降动作，斗杆动作又包括斗杆打开动作(远离驾驶室方向动作)和斗杆回收动作(向驾驶室方向移动)，铲斗动作又包括铲斗打开动作(远离驾驶室方向转动)和铲斗回收动作(向驾驶室方向转动)。
复合动作是挖掘机在同一时间进行两个以上的单个动作而组成，例如在动臂提升的过程中同时进行回转动作，斗杆回收的过程中同时进行动臂提升动作。设定测试动作的设定可依据挖掘机作业过程所进行的动作，特别是容易导致挖掘机倾斜的动作，例如斗杆回收与动臂提升的复合动作，该动作对应着挖掘机挖掘物料入斗和提升的过程，此动作是工作装置受力最大，挖掘机由此引起的向前倾斜幅度最大。又如动臂提升和回转动作的复合动作以及斗杆打开动作，这两个动作所对应的是挖掘机挖掘完物料后将铲斗移动至运输卡车车厢上方卸料的过程，此过程对挖掘机的重心位置变化较大，挖掘机因重心位置变化而改变姿态，对其稳定性具有较大影响。
设定测试动作包括挖掘机各动作中的单个动作和复合动作中的两个以上动作。所完成的设定测试动作是挖掘机以预定的姿态自预定起始点以预定运动速度变化至预定预定姿态的动作过程。例如在进行动臂提升与斗杆回收的设定测试动作时，在进行设定测试动作时，先调整工作装置的姿态，使动臂与回转平台的夹角、斗杆相对动臂的夹角都处于预定预定值。设定测试动作开始后，动臂按照预定的提升速度提升至预定位置，斗杆按照预定的回收速度回收至预定。
挖掘机进行设定测试动作时，可以按照挖掘机的实际工况进行，例如在实际的挖掘装车作业场地进行挖掘装车作业，也可以是在试验场地空斗模拟挖掘装车作业。
挖掘机停放在水平地面上，在未有操作动作时，配重所处位置作为基准。在进行设定测试动作时，检测挖掘机配重相对基准水平面在上下方向上的最大位移幅值X。
挖掘机配重在竖向的最大位移幅值可以通过挖掘机上设置的机身倾角传感器进行检测，也可以通过设置在挖掘机附近相关的位移传感器进行检测。
在所有挖掘机完成所有设定测试动作后，通过数值拟合建立挖掘机稳定性评价分数和挖掘机不同设定测试动作下配重竖向位移的评价分数-配重位移关系模型为：
P＝a1X1+…+aiXi+…+akXk
得到的关系模型是评价分数P为因变量、与各设定测试动作对应的配重竖向位移幅值Xi为自变量的多元一次方程函数。
本实施例通过多台稳定性评价分数已知的挖掘机自动完成多个设定测试动作，检测配重竖向位移幅值，通过数值拟合得到评价分数-配重位移关系模型，利用评价分数-配重位移关系模型检测待评价挖掘机，得到待评价挖掘机的稳定性评价分数。
待评价挖掘机稳定性评价分数的评定步骤如下：
在待评价挖掘机上运行动作控制程序完成多个设定测试动作，对各台挖掘机不同设定测试动作下的配重在上下方向上的竖向位移进行测量与记录；通过评价分数-配重位移关系模型与各设定测试动作下的配重竖向位移计算得到待评价挖掘机的稳定性评价分数。
在评价分数-配重位移关系模型构建步骤中，通过完成多个设定测试动作得到的多元一次方程，其中有些设定测试动作产生的配重竖向位移幅值对挖掘机稳定性评价分数的影响权重较小，即对应的系数ai很小，该设定测试动作对挖掘机稳定性评价的影响可以忽略不计。因此，在待评价挖掘机进行多个设定测试动作时，对于小于预定数值的系数ai所对应的设定测试动作可以在待评价挖掘机上不进行，待评价挖掘机仅完成大于预定数值的系数ai所对应的设定测试动作。
待评价挖掘机与评价分数-配重位移关系模型构建时所使用的挖掘机属于同吨位机型。按照行业习惯，依据挖掘机的自身重量将挖掘机划分为微型、小型、中型、大型等机型，例如自身重量在6-10吨的机型划分为小型机，自身重量在6吨以下的机型为微型机，自身重量在10-30吨的机型为中型机，自身重量在30吨以上的机型为大型机。
待评价挖掘机与评价分数-配重位移关系模型构建时所使用的挖掘机同属于同吨位机型，依据吨位选择评价分数-配重位移关系模型，待评价挖掘机所得到的稳定性评价分数更精确。同吨位的挖掘机更具有对比性，因此待评价挖掘机稳定性评价分数的评价步骤中，所选用的评价分数-配重位移关系模型，优选机型与待评价挖掘机机型相同的评价分数-配重位移关系模型，最好是构建关系模型时使用的挖掘机吨位与待评价挖掘机吨位相同。
在待评价挖掘机所进行的设定测试动作与所选用的关系模型构建时所进行的设定测试动作相同，即每个动作都是自预定起始点，按照预定运动速度和预定轨迹运行至预定终点。
在待评价挖掘机进行设定测试动作时，检测挖掘机配重相对基准水平面在上下方向上的最大位移幅值X。
利用待评价挖掘机在进行设定测试动作时检测到的配重竖向位移幅值X和评价分数-配重位移关系模型，得到待评价挖掘机的评价分数。
在本实施例中，构建关系模型时挖掘机的稳定性评价分数得到公认或者经过诸多样本试验评价得到，其评价分数真实反映挖掘机的稳定性性能。通过该稳定性已知的挖掘机构建评价分数-配重位移关系模型，再利用该关系模型评定待评价挖掘机，得到稳定性评价分数具有客观的参考，并且在构建关系模型和待评价挖掘机稳定性评定过程中，挖掘机自动控制完成设定测试动作，避免操作机手个人操作习惯的影响。对稳定性较差的挖掘机进行设计改进时，可依据稳定性评定过程中配重竖向位移幅值较大的设定测试动作作为输入，查找需改进的设计，很好地解决了将挖掘机稳定性评价结果准确地转换为设计语言的问题。
本发明实施例提供一种挖掘机稳定性评价***，该***如图3所示，包括：
动作控制模块41，用于通过运行动作控制程序控制待评价挖掘机完成多个设定测试动作；
位移检测模块42，用于在待评价挖掘机进行设定测试动作时检测配重在竖直方向上的位移幅值；
评价计算模块43，用于依据与设定测试动作对应的评价分数-配重位移关系和检测模块的检测值计算待评价挖掘机稳定性评价分数。
进一步地，***还包括用于检测挖掘机工作装置各关节位姿和回转平台位姿并将各位姿信息传递给动作控制模块的位姿传感器44。
动作控制模块41控制待评价挖掘机进行设定测试动作时，在设定测试动作开始之前，调整挖掘机的位姿，使挖掘机工作装置和回转平台处于预定的位姿，然后以预定的速度运动，达到预定终点位姿。
以上这些功能模块可以是被配置成挖掘机整机控制器40，通过处理元件调度程序代码，实现待评价挖掘机完成相应的设定测试动作，检测配重竖向位移幅值，计算待评价挖掘机稳定性评价分数。
本发明实施例提供的挖掘机稳定性评价***，如图4所示，动作控制模块41可以是被配置成挖掘机整机控制器40，结合挖掘机上配置的各位姿传感控制待评价挖掘机完成设定测试动作；位移检测模块42和评价计算模块43可以是被配置成测试计算机50，位移传感器44与测试计算机50连接。在待评价挖掘机进行设定测试动作时，测试计算机50通过位移传感器44检测待评价挖掘机的配重竖向位移，并通过运行相应程序计算得到待评价挖掘机稳定性评价分数。
图5为本发明一实施例提供的一种挖掘机的控制器的结构的示意图，该挖掘机的控制器可以是具备数据处理功能的计算设备。其包括存储器45和处理器46，存储器45用于存储计算机程序，处理器46运行计算机程序以执行挖掘机稳定性分数评定步骤S2，以便评定挖掘机稳定性评价分数，具体如下：
控制待评价挖掘机完成多个设定测试动作，检测每个设定测试动作进行时配重在竖直方向上的位移幅值，依据位移幅值和与各设定测试动作对应的评价分数-配重位移关系模型计算挖掘机稳定性评价分数。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所披露的***和方法，可以通过其它的方式实现。例如所述模块的划分，仅仅是逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以集成到另一个***。
作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是在物理上分开的，作为模块出现的部件可以是或者也可以不是物理器件，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个模块集成在一个处理器中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

Claims (10)

1.一种挖掘机稳定性的评价方法，其特征在于步骤如下：
步骤S1:在多台稳定性评价分数已知的挖掘机运行动作控制程序完成多个设定测试动作，测量各台挖掘机在不同设定测试动作下的配重在上下方向上的竖向位移幅值；
通过数值拟合建立挖掘机稳定性评价分数和挖掘机不同测试动作下配重竖向位移幅值的评价分数-配重位移关系模型，其关系模型为：
P＝a1X1+……+aiXi+……+akXk
其中P是挖掘机稳定性评价分数，Xi为第i个设定测试动作所对应的配重竖向位移幅值，ai是与第i个设定测试动作对应的配重竖向位移幅值对稳定性评价分数的权重系数，i≤k；k是大于2的自然数；
步骤S2:在待评价挖掘机上运行动作控制程序完成多个所述的设定测试动作，测量各台挖掘机在不同设定测试动作下的配重在上下方向上的竖向位移幅值；通过评价分数-配重位移关系模型与各设定测试动作下的配重竖向位移幅值计算得到待评价挖掘机的稳定性评价分数。
2.根据权利要求1所述的挖掘机稳定性的评价方法，其特征在于所述稳定性评价分数已知的挖掘机与待评价挖掘机属于相同吨位级别的挖掘机。
3.根据权利要求1所述的挖掘机稳定性的评价方法，其特征在于所述设定测试动作包括挖掘机的回转动作、动臂动作、斗杆动作和铲斗动作中的单个动作和/或由两个以上单个动作组合的复合动作。
4.根据权利要求3所述的挖掘机稳定性的评价方法，其特征在于所述设定测试动作是被驱动部件自预定起始点以预定运动速度移动至预定终点的动作过程。
5.根据权利要求1所述的挖掘机稳定性的评价方法，其特征在于所述测量与记录竖向位移幅值是挖掘机在进行设定测试动作过程中配重相对水平基准面在竖向方向最大的移动距离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的挖掘机稳定性的评价方法，其特征在于在待评价挖掘机上所完成的设定测试动作是评价分数-配重位移关系模型中权重系数ai大于预定值的设定测试动作。
7.一种挖掘机稳定性评价***，其特征在于包括：
动作控制模块，用于通过运行动作控制程序控制待评价挖掘机完成多个设定测试动作；
位移检测模块，用于在待评价挖掘机进行设定测试动作时检测配重在竖直方向上的位移幅值；
评价计算模块，用于依据与设定测试动作对应的评价分数-配重位移关系模型和检测模块的位移幅值检测值计算待评价挖掘机稳定性评价分数。
8.根据权利要求7所述的挖掘机稳定性评价***，其特征在于所述挖掘机稳定性评价***还包括用于检测挖掘机工作装置各关节位姿和回转平台位姿并将各位姿信息传递给动作控制模块的位姿传感器。
9.一种控制器，其特征在于包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以执行权利要求1至6中挖掘机稳定性的评价方法的步骤S2。
10.一种挖掘机，其特征在于包括权利要求7或8中所述的挖掘机稳定性评价***，或者权利要求9中所述的控制器。
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