CN202347549U - 挖掘机的工作姿态的测量单元、防倾翻装置和挖掘机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种挖掘机的工作姿态的测量单元(60)，所述挖掘机包括分别铰接在所述挖掘机的动臂(10)和该挖掘机的回转平台(20)之间、所述动臂(10)和所述挖掘机的斗杆(30)之间、所述斗杆(30)和所述挖掘机的铲斗(40)之间的三个油缸(50)，其中，所述测量单元(60)包括用于测量至少一个所述油缸(50)的长度的长度传感器。本实用新型还提供一种防倾翻装置和一种挖掘机。通过本实用新型所述的测量单元能够可靠地计算出挖掘机的动臂、斗杆以及铲斗的运动角度，提高防倾翻装置的精确性。具有所述测量单元的防倾翻装置具有较高的精确性，具有所述防倾翻装置的挖掘机具有较高的防倾翻性能。

Description

挖掘机的工作姿态的测量单元、防倾翻装置和挖掘机

技术领域

本实用新型涉及工程机械领域，具体地，涉及一种挖掘机的工作姿态的测量单元、包括该测量单元的防倾翻装置和包括该测量单元的挖掘机。

背景技术

在挖掘机工作时，尤其在载重、作业坡度较大的情况下，若操作手处理不当挖掘机会倾翻，引起严重的安全事故。通常通过检测挖掘机工作装置的姿态，计算挖掘机稳定系数或重心位置，判断挖掘机的稳定性，对挖掘机安全性能进行监控，防止倾翻的发生。

目前，挖掘机防倾翻装置包括数据检测单元、控制单元及报警单元，数据检测单元由分别对应设置于挖掘机回转装置、工作装置及机架平台上的各传感器组成，其中，工作装置包括动臂10、斗杆30和铲斗40，数据检测单元包括倾角传感器，利用该倾角传感器测量工作装置姿态(动臂10、斗杆30和铲斗40转过的角度)。

但是，由于挖掘机作业环境恶劣，工作装置工作时振动冲击较大，会影响倾角传感器的测量精度，从而影响挖掘机防倾翻装置的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种挖掘机的工作姿态的测量单元、防倾翻装置和挖掘机，所述测量单元能够可靠地测量挖掘机的动臂、斗杆、铲斗转过的角度。

为了实现上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供一种挖掘机的工作姿态的测量单元，所述挖掘机包括分别铰接在所述挖掘机的动臂和该挖掘机的回转平台之间、所述动臂和所述挖掘机的斗杆之间、所述斗杆和所述挖掘机的铲斗之间的三个油缸，其中，所述测量单元包括用于测量至少一个所述油缸的长度的长度传感器。

优选地，所述测量单元包括三个长度传感器，该三个长度传感器分别与所述三个油缸相对应。

优选地，所述测量单元还包括将所述长度传感器测得的所述油缸长度计算处理得到对应的所述动臂、所述斗杆和所述铲斗转动的角度的处理模块。

作为本实用新型的另外一个方面，提供一种挖掘机的防倾翻装置，该防倾翻装置包括测量单元、控制单元和报警单元，所述测量单元的输出端与所述控制单元的输入端相连，所述控制单元的输出端与所述报警单元相连，其中，所述测量单元为本实用新型所提供的上述测量单元。

作为本实用新型的再一个方面，提供一种挖掘机，该挖掘机包括测量单元，其中，该测量单元为本实用新型中所提供的上述测量单元。

优选地，所述挖掘机还包括控制单元和报警单元，所述测量单元的输出端与所述控制单元的输入端相连，所述控制单元的输出端与所述报警单元相连。

本实用新型所述的测量单元中，利用长度传感器能够可靠地测量铰接在所述挖掘机的动臂和该挖掘机的回转平台之间、所述动臂和所述挖掘机的斗杆之间、所述斗杆和所述挖掘机的铲斗之间的三个油缸的长度，从而能够可靠地计算出挖掘机的动臂、斗杆以及铲斗的运动角度，提高防倾翻装置的精确性。具有所述测量单元的防倾翻装置具有较高的精确性，具有所述防倾翻装置的挖掘机具有较高的防倾翻性能。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是挖掘机示意图；

图2是本实用新型所述的防倾翻装置中的测量单元、控制单元和报警单元的连接关系示意图。

附图标记说明

10    动臂        20    回转平台

30    斗杆        40    铲斗

50    油缸        60    测量单元

70    控制单元    80    报警单元

90    连杆机构    91    连杆

92    摇杆

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

作为本实用新型的一个方面，提供一种挖掘机的工作姿态的测量单元60，如图1所示，所述挖掘机包括分别铰接在所述挖掘机的动臂10和该挖掘机的回转平台20之间的动臂油缸、所述动臂10和所述挖掘机的斗杆30之间的斗杆油缸、所述斗杆30和所述挖掘机的铲斗40之间的铲斗油缸，共三个油缸50，其中，所述测量单元60包括用于测量至少一个油缸50的长度的长度传感器。

通过长度传感器测得油缸50的长度能够计算出动臂、斗杆、铲斗的转过的角度。

下面介绍，当测量单元60包括测量铰接在动臂10和回转平台20之间的长度测量单元时，测量单元60的工作原理。动臂10与回转平台20之间的铰接点为A点，油缸50与回转平台20之间的铰接点为B点，油缸50与动臂10的铰接点为C点。动臂10以一定的角速度绕A点转动。设∠CAB＝α，且∠CAB的初始值为α₀，A点与B点之间的距离为L_AB，A点和C点之间的距离为L_AC，L_AB和L_AC为固定值。长度传感器实时测得铰接在动臂10和回转平台20之间的油缸50的长度L_BC，计算得到，∠CAB＝α＝arccos((L_AC ²+L_AB ²-L_BC ²)/(2×L_AC×L_AB))，则动臂10的角度变化Δα＝α-α₀。挖掘机的工作条件(如震动等)不会对长度传感器的测量过程产生影响，因此，利用这种方式测得的动臂10的角度变化较为准确。

在本实用新型中，可以设置一个长度传感器或两个长度传感器以测量与该一个或两个长度传感器相对应的油缸50的长度，然后设置与其余的油缸50相对应的角度传感器，从而测量动臂10、斗杆30和铲斗40的运动角度。

为了保证测量的可靠性，优选地，测量单元60包括三个长度传感器，该三个长度传感器分别与三个油缸50相对应。

进一步地，测量单元60还包括处理模块，其将各长度传感器测得的油缸长度计算处理得到动臂10、斗杆30、铲斗40转动的角度，计算方式如下所述。

在计算斗杆30的角度变化时，斗杆30与动臂10之间的铰接点为F点，油缸50与动臂10之间的铰接点为D点，油缸50与斗杆30之间的铰接点为E点。斗杆30以一定的角速度绕F点转动。设∠DEF＝β，且∠DEF的初始值为β₀，D点与F点之间的距离为L_DF，E点和F点之间的距离为L_EF，L_DF和L_EF为固定值。长度传感器实时测得铰接在动臂10和斗杆30之间的油缸50的长度L_DE，计算得到，∠DEF＝β＝arccos((L_DE ²+L_EF ²-L_DF ²)/(2×L_DE×L_EF))，则斗杆30的角度变化Δβ＝β-β₀。

通常，挖掘机的铲头40上设置有具有连杆91和摇杆92的连杆机构90，油缸50通过连杆机构90与铲斗40铰接，摇杆92与斗杆30的铰接点为I点，连杆91与铲斗40的铰接点为K点，而连杆91和摇杆92在H点铰接。

斗杆30与铲斗40的铰接点为J点，铲斗40以一定的角速度绕J点运动。油缸50与斗杆30之间的铰接点为G点，油缸50与连杆机构90的铰接点为H点。G点与I点之间的距离为L_GI，H点与I点之间的距离为L_HI，I点与J点之间的距离为L_IJ，H点与K点之间的距离为L_HK，J点与K点之间的距离为L_JK，且L_GI、L_HI、L_IJ、L_HK和LJK是固定不变的，∠GIJ也是固定不变的。设∠IJK＝γ，其初始值为γ₀。长度传感器实时测得的铰接在斗杆30和铲斗40之间的油缸50的长度为L_GH，计算得到∠GIH＝arccos((L_GI ²+L_HI ²-L_GH ²)/(2×L_GI×L_HI))。∠HIJ＝∠GIJ-∠GIH，因此可以计算得到 $L_{\mathrm{GH}}=\sqrt{{L_{\mathrm{HI}}}^2+{L_{\mathrm{IJ}}}^2-2L_{\mathrm{HI}}\×L_{\mathrm{IJ}}\×\cos \∠\mathrm{HIJ}}.$ 进而可以计算得到∠HIJ＝arccos((L_IJ ²+L_HJ ²-L_HI ²)/(2×L_IJ×L_HJ))。∠HJK＝arccos((L_HJ ²+L_JK ²-L_HK ²)/(2×L_HJ×L_HK))最后计算得到∠IJK＝γ＝2π-∠HIJ-∠HJK。从而，铲斗40的角度变换为Δγ＝γ-γ₀。

在本实用新型中，对长度传感器的类型以及长度传感器的设置方式并无特殊要求，只要能够测量油缸50的长度即可。

作为本实用新型的另一个方面，还提供一种挖掘机的防倾翻装置，如图2所示，该防倾翻装置包括测量单元60、控制单元70和报警单元80，所述测量单元60的输出端与所述控制单元70的输入端相连，所述控制单元70的输出端与所述报警单元80相连，其中，所述测量单元60为本实用新型所提供的上述的测量单元。

测量单元60的长度传感器所测得的油缸50的长度换算成动臂10、斗杆30和铲斗40的角度变化后，将信号发送给控制单元70，该控制单元70计算挖掘机的稳定性，将计算出的实际倾翻力矩与预先设定的临界倾翻力矩相比较，得到一个表征挖掘机倾翻稳定性的百分比，当该百分比超过预先设定的阈值时，报警单元80会发出预警信息。

作为本实用新型的再一个方面，还提供一种挖掘机，该挖掘机包括测量单元，其中，该测量单元为本实用新型所提供的上述测量单元。

优选地，所述挖掘机还可以包括控制单元70和报警单元80，测量单元60的输出端与控制单元70的输入端相连，控制单元70的输出端与报警单元80相连。

在上文中已经描述了测量单元60、控制单元70和报警单元80互相配合防止挖掘机在工作过程中倾翻的工作原理，这里不再赘述。

本实用新型所述的测量单元中，利用长度传感器能够可靠地测量铰接在所述挖掘机的动臂和该挖掘机的回转平台之间、所述动臂和所述挖掘机的斗杆之间、所述斗杆和所述挖掘机的铲斗之间的三个油缸的长度，从而能够可靠地计算出挖掘机的动臂、斗杆以及铲斗的运动角度，提高防倾翻装置的精确性。具有所述测量单元的防倾翻装置具有较高的精确性，具有所述测量单元的挖掘机具有较高的角度测量精确性，进而具有较高的防倾翻性能。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (6)

1.一种挖掘机的工作姿态的测量单元(60)，所述挖掘机包括分别铰接在所述挖掘机的动臂(10)和该挖掘机的回转平台(20)之间、所述动臂(10)和所述挖掘机的斗杆(30)之间、所述斗杆(30)和所述挖掘机的铲斗(40)之间的三个油缸(50)，其特征在于，所述测量单元(60)包括用于测量至少一个所述油缸(50)的长度的长度传感器。

2.根据权利要求1所述的测量单元(60)，其特征在于，该测量单元(60)包括三个长度传感器，该三个长度传感器分别与所述三个油缸(50)相对应。

3.根据权利要求1或2所述的测量单元(60)，其特征在于，该测量单元(60)还包括将所述长度传感器测得的所述油缸(50)长度计算处理得到对应的所述动臂(10)、所述斗杆(30)和所述铲斗(50)转动的角度的处理模块。

4.一种挖掘机的防倾翻装置，该防倾翻装置包括测量单元(60)、控制单元(70)和报警单元(80)，所述测量单元(60)的输出端与所述控制单元(70)的输入端相连，所述控制单元(70)的输出端与所述报警单元(80)相连，其特征在于，所述测量单元(60)为权利要求1-3中任意一项所述的测量单元。

5.一种挖掘机，该挖掘机包括测量单元(60)，其特征在于，该测量单元(60)为权利要求1或2中所述的测量单元。

6.根据权利要求5所述的挖掘机，其特征在于，该挖掘机还包括控制单元(70)和报警单元(80)，所述测量单元(60)的输出端与所述控制单元(70)的输入端相连，所述控制单元(70)的输出端与所述报警单元(80)相连。

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