一种挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法及倾翻预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法及系统，属于挖掘机控制技术领域。方法包括：当挖掘机工作方式为斜坡挖掘作业，获取挖掘机所处斜坡的倾斜角度；基于所述倾斜角度获取挖掘机重心位置以及挖掘机重力在垂直于斜坡方向上的第一分力；获取挖掘机的实际倾翻力矩，并基于所述挖掘机重心位置以及挖掘机重力的第一分力，获取挖掘机的稳定力矩；至少根据所述稳定力矩与所述实际倾翻力矩的大小关系判断当前工作方式下挖掘机是否会倾翻。倾翻预警系统则提供了倾翻预测方法时间的结构基础。本发明专利技术能够实现对挖掘机在斜坡作业时是否会发生倾翻情形的预测，提升倾翻预测的准确度，保障挖掘机斜坡作业时的安全稳定性。保障挖掘机斜坡作业时的安全稳定性。保障挖掘机斜坡作业时的安全稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法及倾翻预警系统


[0001]本专利技术涉及一种挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法及倾翻预警系统，属于挖掘机控制


技术介绍

[0002]挖掘机作为多用途土石方施工机械，在市政工程、矿山开采、水利电力方面应用广泛。对挖掘机而言，斜坡作业是较为复杂的多复合动作，也是其最基本的功能，是评价挖掘机作业能力不可或缺的一部分。
[0003]斜坡作业易出现失稳现象，特别是斜坡回转时挖掘机失稳将发生倾翻，轻则损坏挖掘机、破坏施工现场进而影响施工进度，重则会在场施工人员造成生命危险，因此保障挖掘机斜坡作业安全平稳是非常有必要的。
[0004]现有技术中挖掘机作业稳定性的计算方法多用于平地作业，不适用斜坡作业，即使目前也有提出重心范围预警的方法，但因其计算较为粗略，与实际重心位置误差较大，对预防挖掘机斜坡作业倾翻的技术指导意义小。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是，提供一种挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法及倾翻预警系统，实现对挖掘机在斜坡作业时是否会发生倾翻的预测，提升倾翻预测的准确度，保障挖掘机斜坡作业时的安全性。本专利技术是通过以下技术方案实现的。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法，包括：当挖掘机工作方式为斜坡挖掘作业：
[0007]获取挖掘机所处斜坡的倾斜角度；
[0008]基于所述倾斜角度获取挖掘机重心位置以及挖掘机重力在垂直于斜坡方向上的第一分力；
[0009]获取挖掘机的实际倾翻力矩，并基于所述挖掘机重心位置以及挖掘机重力的第一分力，获取挖掘机的稳定力矩；
[0010]至少根据所述稳定力矩与所述实际倾翻力矩的大小关系判断当前工作方式下挖掘机是否会倾翻。
[0011]以上技术方案提供了挖掘机在斜坡挖掘作业时，是否存在倾翻风险的判断思路。
[0012]进一步的，本专利技术还研究了挖掘机在斜坡作业时的回转能力影响因素，具体的，本专利技术方法还包括：当挖掘机工作方式为斜坡满斗回转作业：
[0013]获取挖掘机所处斜坡的倾斜角度以及挖掘机回转马达额定输出扭矩；
[0014]根据所述挖掘机回转马达额定输出扭矩获取挖掘机斜坡满斗回转对应的最大斜坡倾斜角度；
[0015]根据所述挖掘机所处斜坡倾斜角度与所述最大斜坡倾斜角度的大小关系，判断挖掘机满斗回转作业是否能够完成。
[0016]可选的，所述挖掘机斜坡满斗回转对应的最大斜坡倾斜角度θ
′
根据以下公式计算：
[0017]T＞(M1+ρgV
r
)r
c
sinθ'；
[0018]式中，T为挖掘机回转马达额定输出扭矩；M1为上车质量；ρ为物料密度；g为重力加速度；V
r
为额定斗容量；r
c
为上车重心到挖掘机回转中心的距离。
[0019]当挖掘机以满斗状态在斜坡上进行回转作业时，根据以上公式能够获知挖掘机在该满斗状态下能倾斜的最大角度范围，从而提前判断该满斗状态下的挖掘机是否能在既定的斜坡上进行并完成回转作业，能够实现挖掘机斜坡作业时回转能力的预测。
[0020]可选的，本专利技术方法还包括，当挖掘机工作方式为斜坡回转作业，且为空载回转作业：
[0021]根据挖掘机所处斜坡的倾斜角度θ以及重心位置计算挖掘机上车重心到挖掘机回转中心的距离，并将其作为挖掘机的空载回转作业范围，公式表示为：
[0022][0023]式中，T为挖掘机回转马达额定输出扭矩；M1为上车质量。
[0024]通过以上技术方案，本专利技术能够在挖掘机处于既定倾斜角度的斜坡时，实时获得挖掘机斜坡空载回转的作业范围，为司机的操作提供参考。
[0025]可选的，所述基于所述倾斜角度获取挖掘机重心位置，包括：
[0026]获取挖掘机的斜坡回转角度、动臂姿态、斗杆姿态以及铲斗姿态信息；
[0027]根据斜坡倾斜角度、斜坡回转角度、动臂姿态、斗杆姿态以及铲斗姿态信息，获取挖掘机斜坡作业姿态信息；
[0028]根据所述挖掘机斜坡作业姿态信息获得挖掘机重心位置。
[0029]以上可选的实施方式，通过结合斜坡倾斜角度以及挖掘机各部件的实时姿态信息可以得出挖掘机实时且精确的重心位置，从而能够实现对挖掘机斜坡作业倾翻风险的精准判断。
[0030]可选的，所述获取挖掘机的斜坡回转角度、动臂姿态、斗杆姿态以及铲斗姿态信息，包括：
[0031]根据回转支承转角确定挖掘机的斜坡回转角度；
[0032]根据斜坡倾斜角度以及动臂油缸位置确定动臂姿态信息；
[0033]根据斗杆油缸位置以及动臂油缸位置确定斗杆姿态信息；
[0034]根据铲斗油缸位置以及斗杆油缸位置确定铲斗姿态信息。
[0035]可选的，所述获取挖掘机的实际倾翻力矩，并基于挖掘机重心位置以及挖掘机重力在垂直于斜坡方向上的第一分力，获取挖掘机的稳定力矩，包括：
[0036]根据挖掘机当前挖掘模式确定履带倾翻线的位置；
[0037]获取所述挖掘机重心位置到所述履带倾翻线的距离h；
[0038]所述挖掘机斜坡作业的稳定力矩为所述距离h与挖掘机整机重力的第一分力的乘积；
[0039]获取挖掘机斜坡作业输出力F及其作用点到履带倾翻线的距离l；
[0040]所述挖掘机斜坡作业的实际倾翻力矩为所述输出力F与所述距离l的乘积，
[0041]可选的，所述获取挖掘机斜坡作业输出力F，包括：
[0042]获取动臂油缸大腔及小腔压力、斗杆油缸大腔及小腔压力、铲斗油缸大腔及小腔压力，以及相应的活塞承压面积；
[0043]根据所获取的数据计算动臂、斗杆、铲斗的输出力；
[0044]根据所述动臂、斗杆、铲斗的输出力，挖掘机斜坡作业姿态以及挖掘机结构数据计算挖掘机斜坡作业输出力F。
[0045]以上可选的实施方式中，所述挖掘机结构数据即挖掘机斗杆、铲斗的铰链、四杆机构等连接结构关系，根据挖掘机姿态、结构关系以及各油缸的输出力，可以通过受力转化计算得到挖掘机的作业输出力，具体推导计算过程可采用现有技术，不予赘述。
[0046]可选的，所述至少根据所述稳定力矩与所述实际倾翻力矩的大小关系判断当前工作方式下挖掘机是否会倾翻，包括：
[0047]判断是否同时满足以下三个条件，若同时满足，则判断为当前工作方式下挖掘机不会倾翻：
[0048]条件一：所述稳定力矩大于所述实际倾翻力矩；
[0049]条件二：挖掘机重心位置处于履带各侧边线围成的区域内；
[0050]条件三：挖掘机整机重力在所处斜坡上的第一分力乘以地面与履带的摩擦系数，大于挖掘机整机重力在所处斜坡上的第二分力与上车回转运动的合力；
[0051]其中，所述第二分力的方向平行于斜坡方向。
[0052]当挖掘机斜坡作业同时满足这三个条件时，可以保证即使在挖掘机当前作业有回转趋势的情况下，挖掘机在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法，其特征在于，包括：当挖掘机工作方式为斜坡挖掘作业：获取挖掘机所处斜坡的倾斜角度；基于所述倾斜角度获取挖掘机重心位置以及挖掘机重力在垂直于斜坡方向上的第一分力；获取挖掘机的实际倾翻力矩，并基于所述挖掘机重心位置以及挖掘机重力的第一分力，获取挖掘机的稳定力矩；至少根据所述稳定力矩与所述实际倾翻力矩的大小关系判断当前工作方式下挖掘机是否会倾翻。2.根据权利要求1所述的挖掘机斜坡作业倾翻预测方法，其特征在于，还包括：当挖掘机工作方式为斜坡满斗回转作业：获取挖掘机所处斜坡的倾斜角度以及挖掘机回转马达额定输出扭矩；根据所述挖掘机回转马达额定输出扭矩获取挖掘机斜坡满斗回转对应的最大斜坡倾斜角度；根据所述挖掘机所处斜坡倾斜角度与所述最大斜坡倾斜角度的大小关系，判断挖掘机满斗回转作业是否能够完成。3.根据权利要求2所述的挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法，其特征在于，所述挖掘机斜坡满斗回转对应的最大斜坡倾斜角度θ
′
根据以下公式计算：T>(M1+ρgV
r
)r
c
sinθ
′
；式中，T为挖掘机回转马达额定输出扭矩；M1为上车质量；ρ为物料密度；g为重力加速度；V
r
为额定斗容量；r
c
为上车重心到挖掘机回转中心的距离。4.根据权利要求1所述的挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法，其特征在于，还包括：当挖掘机工作方式为斜坡回转作业，且为空载回转作业：根据挖掘机所处斜坡的倾斜角度θ以及重心位置计算挖掘机上车重心到挖掘机回转中心的距离，并将其作为挖掘机的空载回转作业范围，公式表示为：式中，T为挖掘机回转马达额定输出扭矩；M1为上车质量。5.根据权利要求1所述的挖掘机斜坡作业倾翻预测方法，其特征在于，所述基于所述倾斜角度获取挖掘机重心位置，包括：获取挖掘机的斜坡回转角度、动臂姿态、斗杆姿态以及铲斗姿态信息；根据斜坡倾斜角度、斜坡回转角度、动臂姿态、斗杆姿态以及铲斗姿态信息，获取挖掘机斜坡作业姿态信息；根据所述挖掘机斜坡作业姿态信息获得挖掘机重心位置。6.根据权利要求5所述的挖掘机斜坡作业倾翻预测方法，其特征在于：所述获取挖掘机的斜坡回转角度、动臂姿态、斗杆姿态以及铲斗姿态信息，包括：根据回转支承转角确定挖掘机的斜坡回转角度；根据斜坡倾斜角度以及动臂油缸位置确定动臂姿态信息；根据斗杆油缸位置以及动臂油缸位置确定斗杆姿态信息；
根据铲斗油缸位置以及斗杆油缸位置确定铲斗姿态信息。7.根据权利要求6所述的挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法，其特征在于：所述获取挖掘机的实际倾翻力矩，并基于挖掘机重心位置以及挖掘机重力在垂直于斜坡方向上的第一分力，获取挖掘机的与稳定力矩，包括：根据挖掘机当前挖掘模式确定履带倾翻线的位置；获取所述挖掘机重心位置到所述履带倾翻线的距离h；所述挖掘机斜坡作业的稳定力矩为所述距离h与挖掘机整机重力的第一分力的乘积；获取挖掘机斜坡作业输出力F及其作用点到履带倾翻线的距离l；所述挖掘机斜坡作业的实际倾翻力矩为所述输出力F与所述距离l的乘积。8.根据权利要求7所述的挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法，其特征在于：所述获取挖掘机斜坡作业输出力F，包括：获取动臂油缸大腔及小腔压力、斗杆油缸大腔及小腔压力、铲斗油缸大腔及小腔压力，以及相应的活塞承压面积；根据所获取的数据计算动臂、斗杆、铲斗的输出力；根据所述动臂、斗杆、铲斗的输出力，挖掘机斜坡作业姿态，以及挖掘机结构数据计算挖掘机斜坡作业输出力F。9.根据权利要求1所述的挖掘机斜坡作业的倾翻预测方法，其特征在于：所述至少根据所述稳定力矩与所述实际倾翻力矩的大小关系判断当前工作方式下挖掘机是否会倾翻，包括：判断是否同时满足以下三个条件，若同时满足，则判断为当前工作方式下挖掘机不会倾翻：条件一：所述稳定力矩大于所述实际倾翻力矩；条件二：挖掘机重心位置处于履带各侧边线围成的区域内；条件三：挖掘机整机重力在所处斜坡上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯涛，王飞，张孝天，张乐涛，彭振，张文远，居世昊，
申请(专利权)人：徐州徐工挖掘机械有限公司，
类型：发明
国别省市：