专利名称：一种稳定性监测系统及挖掘机的制作方法
一种稳定性监测系统及挖掘机技术领域
本发明属于工程机械监控领域，涉及一种监测系统，尤其涉及一种稳定性监测系统及包括该系统的挖掘机。
背景技术：
挖掘机是一种多用途土石方施工机械，主要进行土石方挖掘、装载，还可进行土地平整、修坡、吊装等作业，在公路、铁路等道路施工，桥梁建设，城市建设，机场港口及水利施工中得到广泛应用。挖掘机进行作业的环境复杂多变，挖掘机需要随工况变化不断移动及整机姿态调整，操作安全性很大程度上依赖驾驶员的驾驶经验。当挖掘机工作平台存在较大坡度，承载平台松软易塌，通行道路坑洼起伏较大，或者进行吊装作业时，挖掘机容易整机失稳，若操作员处理不当，就会发生挖掘机倾翻的严重后果。
传统提升操作安全性的方法有:1、增加配重，加宽履带板，提高整机稳定性；2、采用较大视野的驾驶室，及安装后置摄像头，以提高驾驶员观察工况的能力；3、采用各种实时监测设备检测挖机稳定性，处理信号后反馈给驾驶员，并在必要时自动对整机做限制性控制。
在发明本发明之前，本发明的发明人发现现有技术存在以下的问题:通过更改整机造型以提升稳定性的方法具有一定的局限性，不能无上限的改制；增加配重，加宽履带板等措施所起的作用有限。而采用较大视野驾驶室，安装后置摄像头等措施，也仅仅旨在提升驾驶员的感知能力，对驾驶员的操作水平仍有较大依赖，且附加装置耐久性不佳。发明内容
有鉴于此，本发明提出提供一种改动较小、系统集成度高、简单易行、涵盖工况广的挖掘机整机稳定性实时监控系统，能实现挖掘机倾斜度监控、挖掘机各工况下所受弯矩实时监控、挖掘机运行方向识别、临界倾翻弯矩辅助控制等功能。
为达到上述目的，具体技术方案如下:
一方面，一种稳定性监测系统，应用于监测挖掘机，包括若干测力装置、处理器和控制器，若干所述测力装置设于挖掘机的回转支承的底座内圆周上，并均匀分布于所述底座的内圆周上，所述测力装置用于监测底座内圆周的受力，所述测力装置通过所述处理器与所述控制器相连。
优选的，还包括监测所述挖掘机倾斜情况的倾角传感器，所述倾角传感器设于所述挖掘机的下车架上，所述倾角传感器通过所述处理器与所述控制器相连。
优选的，还包括将测力装置产生的信号传输至处理器的信号传输单元，所述测力装置通过信号传输单元与所述处理器连接。
优选的，所述测力装置的数量为4个。
优选的，所述信号传送单元为频分制多路遥感装置。
优选的，所述4个测力装置均匀分布于所述底座上对应所述挖掘机行走方向的前、后、左、右四个方向的位置上。
优选的，所述测力装置包括垂直设于所述底座内圆周的空心圆截面杆、若干个均匀设于所述空心圆截面杆外圆周的应变片。
优选的，所述测力装置还包括连接板和紧固螺栓，所述连接板与所述底座连接，所述测力装置的一端与所述底座连接，所述测力装置的另一端通过所述紧固螺栓与所述连接板连接。
优选的，所述应变片包括第一组应变片和第二组应变片，所述第一组和第二组应变片均分别包括两个沿空心圆截面杆的纵向分布的应变片和两个横向分布的应变片共计8个应变片，所述8个应变片接成直流全桥电路检测应变，且所述第一组和第二组应变片中的纵向分布的应变片、横向分布的应变片依次分别串联形成半桥。
另一方面，一种挖掘机，其包括如上述的监测系统。
相对于现有技术，本发明具有以下优势:
1、系统结构简单，测量、信号传递、信号处理与反馈集成度较高；
2、采用8个应变片组成全桥测量应变，系统精度较高；
3、结构紧凑，易于安装及随设计变化进行相应的更改。
4、整体安装方便，结构布局合理，自动化程度高，适用性广。
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明的实施例的系统框图2是本发明的实施例的挖掘机示意图3是本发明的实施例的底座示意图4是本发明的实施例的测力装置示意图5是本发明的实施例的测力装置布线示意图6是本发明的实施例的应力变化图7是本发明的实施例的测力装置对应布线示意图的应变片位置图。
其中，I为测力装置、2为处理器、3为控制器、4为回转支承、5为底座、6为倾角传感器、7为空心圆截面杆、8为应变片、9为连接板、10为紧固螺栓。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。
如图1中所示的本发明的实施例的一种挖掘机稳定性监测系统，应用于监测挖掘机，包括若干测力装置1、处理器2和控制器3。如图2和图3中所示，测力装置I设于挖掘机的回转支承4的底座5的内圆周上。如图3中所示，若干测力装置I均匀分布于底座5的内圆周上。如图1中所示，测力装置I通过处理器2与控制器3相连。
本发明的实施例通过布置在挖掘机底座5的测力装置测出挖掘机底座在测力装置所在方向上实时所受压力的大小，将信号汇总并经处理器2计算处理后，传输至位于驾驶室的控制器3。从而根据计算出的挖掘机上车部分相对下车架的转向，以及挖掘机底座以上部分所受的弯矩大小，得出挖掘机的整机工况，判断危险点。在危险可能发生时，由控制器3做出警示信号；在危险即将发生时，由控制器3辅助整机控制。
本发明的实施例系统集成度高、简单易行、涵盖工况广的挖掘机整机稳定性实时监控系统，能实现挖掘机倾斜度监控、挖掘机各工况下所受弯矩实时监控、挖掘机运行方向识别、临界倾翻弯矩辅助控制等功能
优选的，测力装置I可采用压力传感器，测力装置I的数量可设置4个。
优选的，4个测力装置I可均匀分布于挖掘机行走方向的前、后、左、右四个方向上，即挖掘机下车架纵向从前往后方向为坐标系X正方向设立直角坐标系。
如图4中所示，在本发明的实施例中，测力装置I包括垂直设于底座内圆周的空心圆截面杆7、若干个均匀设于空心圆截面杆7外圆周的应变片8。
将8个相同规格的应变片8均匀贴在空心圆截面杆7的四周，应变片8纵向布置四个，横向四个，采用空心圆截面杆7以减小该附加的传感器结构对原有结构实际应力的影响。8个应变片8实际电阻分别用Rl R8表示，其初始值相同，接线如图5所示，测量电路由该8个应变片接成直流全桥电路检测应变，每个桥臂由沿杆纵切面相对的两个应变片串联而成。测力装置I还包括连接板9和紧固螺栓10，两块连接板9与底座5固定连接，测力装置I的空心圆截面杆7置于两块连接板9的中间，通过紧固螺栓10挤压垫块对空心圆截面杆7施加预紧力，调整测力装置I的测量初始状态。挖掘机底座5纵向受力所产生的形变引起两块连接板9相对位置变化，通过测量测力装置I上空心圆截面杆7的应变，等效挖掘机底座5在两块连接 板9之间的平均应变，继而得出该处的应力状态。
如图4、图5和 图7 中所示,应变片包括第一组应变片和第二组应变片,第一组应变片包括两个沿空心圆截面 杆的纵向分布的应变片Rl、R3和两个横向分布的应变片R6、R8，并分别形成桥臂I与桥臂II ;第二组应变片包括两个沿空心圆截面杆的纵向分布的应变片R2、R4和两个横向分布的应变片R5、R7，并分别形成桥臂III与桥臂IV ;桥臂I与桥臂I1、IV相邻，与桥臂III相对，第一组和第二组应变片中的应变片分别串联形成半桥，8个应变片接成直流电流应变全桥。
应变电桥的输出电压和相邻两臂的电阻变化率之差，或者相对两臂电阻变化率之和成正比，当电桥四臂接入相同的应变片时，有:KF_3] V = __± (^1 -^11 +% —%) 4
在该测力装置I结构中，对于单一的一个应变片来说，影响其电阻变化的因数有三个:第一，纵向平均应力；第二纵向偏载等效弯矩产生附加应力；第三温度影响。第一影响因素对所有纵向应变片的影响均为AR，对所有横向应变片的影响均为μ AR0第二影响因素对所有沿空心圆截面杆纵向剖切面对称的应变片产生大小相等，正负相反的电阻变化。第三影响因素对所有应变片电阻产生相同的影响。
AU
对于桥臂I来说，其电阻变化率f为: 八丨
权利要求
1.一种稳定性监测系统，应用于监测挖掘机，其特征在于，包括若干测力装置、处理器和控制器，若干所述测力装置设于挖掘机的回转支承的底座内圆周上，并均匀分布于所述底座的内圆周上，所述测力装置用于监测底座内圆周所受压力，所述测力装置通过所述处理器与所述控制器相连。
2.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，还包括监测所述挖掘机倾斜情况的倾角传感器，所述倾角传感器设于所述挖掘机的下车架上，所述倾角传感器通过所述处理器与所述控制器相连。
3.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，还包括将测力装置产生的信号传输至处理器的信号传输单元，所述测力装置通过信号传输单元与所述处理器连接。
4.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述测力装置的数量为4个。
5.如权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述信号传送单元为频分制多路遥感>j-U ρ α装直。
6.如权利要求4所述的监测系统，其特征在于，所述4个测力装置均匀分布于所述底座上对应所述挖掘机行走方向的前、后、左、右四个方向的位置上。
7.如权利要求1-6中任一所述的监测系统，其特征在于，所述测力装置包括垂直设于所述底座内圆周的空心圆截面杆、若干个均匀设于所述空心圆截面杆外圆周的应变片。
8.如权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述测力装置还包括连接板和紧固螺栓，所述连接板与所述底座连接，所述测力装置的一端与所述底座连接，所述测力装置的另一端通过所述紧固螺栓与所述连接板连接。
9.如权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述应变片包括第一组应变片和第二组应变片，所述第一组和第 二组应变片均分别包括两个沿空心圆截面杆的纵向分布的应变片和两个横向分布的应变片共计8个应变片，所述8个应变片接成直流全桥电路检测应变，且所述第一组和第二组应变片中的纵向分布的应变片、横向分布的应变片依次分别串联形成半桥。
10.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求1至6、8、9任一项所述的监测系统。
全文摘要
本发明公开了一种稳定性监测系统及挖掘机，属于工程机械监控领域，其中，该监测系统包括若干测力装置1、处理器2和控制器3。若干测力装置1设于挖掘机的回转支承4的底座5的内圆周上，并均匀分布于底座5的内圆周上。测力装置1通过处理器2与控制器3相连。本发明的技术方案系统集成度高、简单易行、涵盖工况广的挖掘机整机稳定性实时监控系统，能实现挖掘机倾斜度监控、挖掘机各工况下所受弯矩实时监控、挖掘机运行方向识别、临界倾翻弯矩辅助控制等功能。
文档编号G01M1/14GK103234701SQ201310122358
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者杨洪波, 徐瑾, 杨俊 申请人:上海三一重机有限公司