CN201040850Y - 液压挖掘机防倾翻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液压挖掘机防倾翻装置，其特征在于：包括数据检测单元、控制单元及报警单元，所述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，每一所述传感器的输出端与控制单元的输入端连接，控制单元的输出端与报警单元连接。本实用新型通过对挖掘机运动状态的实时检测，根据测得数据比较临界值，自动发出报警信息，提醒操作者倾翻危险，可以及时排除安全隐患，提高作业安全性。

Description

液压挖掘机防倾翻装置

技术领域

本实用新型涉及一种挖掘机的组件，具体涉及一种用于对液压挖掘机运作状况进行在线监测的防倾翻装置，以保证挖掘机的正常运作。

背景技术

液压挖掘机是一种常见的工程机械，已经被广泛使用于建筑、水利等各行业。其主要由工作装置、回转装置、行走装置和液压控制装置等部分组成，所述工作装置是直接完成挖掘任务的装置，由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成，其行走装置常见的有履带式的和轮胎式两种，虽然，规定挖掘机在工作时应当选择平面场地进行操作，但是由于施工道路坑洼、崎岖，平整出的场地荷重能力不均衡等原因，在工作装置工作时，尤其是在载重、作业坡度较大的情况下，液压挖掘机易发生倾斜，若操作者处理不当，就会发生挖掘机倾翻的严重后果。目前，大多数挖掘机均不带有防倾翻功能，通常是通过对操作人员进行培训，说明在危险工作面上作业时的注意事项，但仅仅这些理论上的教导，并不能保证操作人员的正确操作，更可能因实际场地情况的复杂性，导致危险的发生。

发明内容

本实用新型目的是提供一种液压挖掘机防倾翻装置，通过对液压挖掘机状态的即时监测，及时发现安全隐患，避免液压挖掘机倾翻的发生。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种液压挖掘机防倾翻装置，包括数据检测单元、控制单元及报警单元，所述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，每一所述传感器的输出端与控制单元的输入端连接，控制单元的输出端与报警单元连接。

上文中，液压挖掘机一般由回转装置、工作装置、行走装置和液压控制装置等组成，其中，回转装置驱动工作装置转动定位，工作装置由动臂、斗杆和铲斗铰接构成，行走装置可以是履带式或轮胎式，回转装置等设置于行走装置顶部的机架平台上；组成所述数据检测单元的各传感器对应设置于回转装置、动臂、斗杆、铲斗、机架平台上，测得挖掘机实时的运动数据，这些数据被输至控制单元内，所述控制单元可设置于挖掘机液压控制装置内，亦可以独立设置于挖掘机上，控制单元内预设有计算及比较程序，计算包括挖掘机横向稳定性计算、纵向稳定性计算和滑移稳定性计算，将计算出的实际力矩与预先设定的临界倾翻力矩相比，得到一个表征挖掘机倾翻稳定性的百分比，当该值超过某个预先设定的阈值时，由报警单元发出预警信息，该预警信息包含声音信息、发光信息、文字信息、图片信息和动画信息的部分或全部，具体的预警信息输出实现方式为现有技术；通过对挖掘机在工作过程中实时监测倾翻稳定性，在接近倾翻的时候向操作人员发出预警信息，以此实现挖掘机的防倾翻功能。

上述技术方案中，所述数据检测单元由设置于挖掘机回转装置上的回转角度传感器、分别设置于动臂、斗杆、铲斗、机架平台上的倾角传感器和分别设置于动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸上的压力传感器组成。

进一步的技术方案为，所述机架平台上的倾角传感器由横向倾角传感器和纵向倾角传感器组成。

上述技术方案中，所述回转角度传感器的量程为±180°，所述倾角传感器采用双轴倾角传感器，其中动臂、斗杆及铲斗的倾角传感器量程为±180°，平台倾角传感器为±90°，所述压力传感器的量程为0～50兆帕。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：

1、由于本实用新型通过设置于挖掘机回转、工作装置及机架平台上的角度传感器、倾角传感器和压力传感器，测得挖掘机在作业状态下运动数据，经控制单元计算、比较，确定是否触发预警单元，对挖掘机工作状态稳定性的实时监控，提前向操作人员报告倾翻信息，防止倾翻隐患的存在，提高作业安全性；

2、由于采用各传感器在线测得挖掘机的运动状态，控制单元计算出稳定百分比数值后与临界值比较，输出报警信息，整个运转系统实现自动化，无须人工界入，一方面提高了信息的准确性，另一方面降低了对操作人员的技术要求，同时，可以通过控制软件在倾翻趋势超出临界阈值时，自动控制挖掘机作反向操作，实现自动避险功能。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一的结构框图；

附图2为本实用新型实施例一中斗杆、铲斗倾角传感器安装示意图；

附图3为挖掘机稳定性方向示意图；

附图4为挖掘机力矩示意图。

其中：1、动臂；2、斗杆；3、铲斗；4、机架平台；5、履带。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见附图1至4所示，一种液压挖掘机防倾翻装置，包括数据检测单元、数据处理单元及报警单元，所述数据检测单元包括：设置于挖掘机回转机构上的回转角度传感器，设置于动臂1、斗杆2、铲斗3、机架平台4上的倾角传感器，设置于机架平台上的纵向和横向倾角传感器，分别设置于动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸上的压力传感器，每一所述传感器的输出端与控制单元的输入端连接，控制单元的输出端与报警单元连接。

上述传感器及其量程的选取：回转角度传感器的量程为±180°，倾角传感器采用双轴倾角传感器，其中动臂、斗杆及铲斗的倾角传感器量程为±180°，平台倾角传感器为±90°，压力传感器的量程为0～50兆帕。使用时，动臂的俯仰角度在±180°范围内，采用双轴传感器的一轴即可。斗杆和铲斗的绝对倾角均超出了±180°范围，采用双轴倾角传感器的两轴联合测量。

上述数据处理单元内预存有挖掘机力矩控制专用控制程序，控制器对输入数据的处理方式包括代数计算、单神经元计算、人工神经网络(ANN)和模糊数据处理方法的部分或全部，控制程序根据检测传感装置的实时数据计算挖掘机抗倾翻稳定性，计算包括挖掘机横向稳定性计算、纵向稳定性计算和滑移稳定性计算，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，得到一个表征挖掘机倾翻稳定性的百分比，当该值超过某个预先设定的阀值时，由报警单元发出预警信息，报警信号包含声音信息、发光信息、文字信息、图片信息和动画信息的部分或全部。

具体计算方法(参见附图2、3所示)：

液压挖掘机的行走装置为履带式，履带式液压挖掘机在工作过程中为矩形支承面，其倾翻稳定性分为横向倾翻稳定性和纵向倾翻稳定性，相应的两个计算模块分别计算挖掘机横向稳定性系数和纵向稳定性系数，稳定性系数是指实际倾翻力矩与临界失稳倾翻力矩的比值，以百分数表示。

定义垂直于履带5方向为X方向，平行于履带5方向为Y方向，挖掘机在X方向的稳定性定义为横向稳定性，在Y方向的稳定性定义为纵向稳定性。如图3所示。

稳定性系数的计算方法如下：

Kx＝Mx/Mxw

Ky＝My/Myw

其中：

Kx：横向稳定性系数

Ky：纵向稳定性系数

Mx：横向倾翻力矩

My：纵向倾翻力矩

Mxw：横向稳定力矩

Myw：纵向稳定力矩

各向稳定力矩和倾翻力矩的计算方法如下：

Mx＝sinβz(Mg2+Mg3+Mg4+Mg5)

My＝cosβz(Mg2+Mg3+Mg4+Mg5)

Mxw＝Mxg1cosβx

Myw＝Myg1cosβy

其中：

βx：平台在X方向的倾角

βy：平台在Y方向的倾角

βz：动臂相对履带的转角

Mxg1：主机重力在X方向上对支承面几何中心的稳定力矩

Myg1：主机重力在Y方向上对支承面几何中心的稳定力矩

Mg2：动臂重力产生的倾翻力矩

Mg3：斗杆重力产生的倾翻力矩

Mg4：铲斗重力产生的倾翻力矩

Mg5：负载力产生的倾翻力矩

各部件重力、负载力、上下车相对转角及平台倾角产生的力矩如图4所示。

当稳定性系数超过80％时，发出光报警信息；当稳定性系数超过90％时，发出声音报警信息。

Claims (5)

1.一种液压挖掘机防倾翻装置，其特征在于：包括数据检测单元、控制单元及报警单元，所述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，包括设置于挖掘机回转装置上的回转角度传感器、分别设置于动臂[1]、斗杆[2]、铲斗[3]、机架平台[4]上的倾角传感器，每一所述传感器的输出端与控制单元的输入端连接，控制单元的输出端与报警单元连接。

2.根据权利要求1所述的液压挖掘机防倾翻装置，其特征在于：所述数据检测单元还包括设置于动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸上的压力传感器。

3.根据权利要求1所述的液压挖掘机防倾翻装置，其特征在于：所述机架平台上的倾角传感器由横向倾角传感器和纵向倾角传感器组成。

4.根据权利要求1所述的液压挖掘机防倾翻装置，其特征在于：所述回转角度传感器的量程为±180°，所述倾角传感器采用双轴倾角传感器，其中动臂、斗杆及铲斗的倾角传感器量程为±180°，平台倾角传感器为±90°。

5.根据权利要求2所述的液压挖掘机防倾翻装置，其特征在于：所述压力传感器的量程为0～50兆帕。

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