具有重心補償的有效負載系統的製作方法

2023-05-24 06:24:06 1

專利名稱：具有重心補償的有效負載系統的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及一種有效負載計算系統，更特別是，涉及一種用於作業機連結部 件重心變化的有效負載計算系統。
背景技術：
各種類型的機器可採用作業機從工地轉移材料並將該材料裝載至運輸車輛(例 如卡車和有軌車)上。這些機器包括挖掘機、輪式裝載機、鋤耕機、和其它運送材料的機器。 通過機器裝載的運輸車輛可具有由製造商的最大負載定額值和/或其它因素例如高速公 路車輛的重量限制所決定的特定負載容量。為促使最大程度地利用運輸車輛，期望儘可能 接近其負載容量地裝載每輛運輸車輛。但是超載運輸車輛具有負面後果。特別是，在運輸 車輛上放置過多重量將大大提高運輸車輛的維護成本或者如果在運輸之前去除超出的材 料則造成昂貴的延遲。為監控放置在每輛運輸車輛上的材料重量，機器製造商開發了有效負載計算系 統。有效負載計算系統可確定作業機當前運載的材料重量(例如挖掘機鏟鬥中的材料重 量)、以及在特定循環或者時間段期間裝載至運輸車輛上的材料的總重量。為改進生產率， 有效負載計算系統可在機器和/或作業機運動中確定機器和/或作業機運載的材料重量 (而非進行靜態計算)。2003年2月11日授予Crane III等人的美國專利6，518，519 (』 519專利)公開了 確定作業機所運送質量的一種方法。』 519專利公開了一種具有底架、和底架耦合的司機室、 以及和司機室耦合的懸臂。第一致動器與懸臂和司機室耦合，並相對於司機室移動懸臂。該 機器具有和懸臂耦合的操縱杆，和與操縱杆和懸臂耦合相對於懸臂移動操縱杆的第二致動 器。機器還具有用於接收有效負載的鏟鬥。鏟鬥與操縱杆耦合，第三致動器與鏟鬥和操縱 杆耦合併相對於操縱杆移動鏟鬥。採用各種檢測設備確定懸臂相對於司機室的第一接合角，操縱杆相對於懸臂的第 二接合角，鏟鬥相對於操縱杆的第三接合角，施加至第一致動器的第一致動器力，施加至第 二致動器的第二致動器力，以及施加至第三致動器的第三致動器力。例如還可通過訪問存 儲器中的數據集確定機器的多個物理特徵。處理設備及時地在至少兩個距離從測量設備接 收信號，並採用動態方程確定鏟鬥的質量或者重量以及其中的根據所接收的信號以及機器 的預定物理特徵的任何有效負載。在動態方程中，鏟鬥的質心位置以未知參數表示，但是操 縱杆和懸臂的質心位置(在固定的xy坐標系統中)都假定為已知項。鏟鬥和有效負載的 質量/重量的確定可在懸臂、操縱杆和鏟鬥中的一個或者全部處於運動狀態時進行。儘管現有技術機器可在懸臂、操縱杆、和鏟鬥的一個或者全部運動時確定有效負 載的質量/重量，但是連結的質心位置的改變可產生所確定質量的誤差。所公開的機器系統旨在克服上面列出的一個或多個問題。

發明內容
一方面，本發明涉及一種和具有至少兩個連結部件的作業機一起使用的有效負載 計算系統。有效負載計算系統可具有至少一個配置為測量該至少兩個連結部件的狀態的狀 態傳感器。有效負載計算系統還可具有和至少一個狀態傳感器通信的處理設備。處理設備 可計算該至少兩個連結部件每個的重心變化。處理設備還可配置為採用該至少一個狀態傳 感器確定作業機所運送的質量。另一方面，本發明涉及一種計算有效負載的方法。該方法包括致動至少兩個連結 部件的其中一個以移動有效負載並測量該至少兩個連結部件上的力。該方法還可包括測量 該至少兩個連結部件的狀態。該方法還可包括採用測量的力和測量的狀態計算負載的質 量，同時考慮該至少兩個連結部件每個的重心變化。


圖1圖示了示例性公開的機器；圖2圖示了可以和圖1的機器一起使用的示例性公開的有效負載計算系統；圖3圖示了示例性公開的作業機；以及圖4為描述在圖2中所示出的有效負載系統示例性運行的流程圖。
具體實施例方式圖1示出了示例性機器10。機器10可以為進行某種和產業例如採礦、建築、農業、 運輸或者任何其它本領域已知的產業相關的操作的作業機。例如，機器10可以為運土機 器，例如挖掘機、輪式裝載機、鋤耕機、或者任何本領域已知的合適運土機器。機器10可包 括平臺12，底架14、電源16和作業機18。平臺12可以可旋轉地設置在底架14上並且可提供與作業機18相連的底部部件 (未示出)。平臺12還可包括操作員可從其控制機器10的運行的操作員站20。底架14可以為一個或多個牽引裝置22的結構支架。牽引裝置22可包括位於機 器10每側上配置為使得機器10可經工作面平移運動的軌道。可選地，牽引裝置22可包括 輪子、皮帶或者本領域已知的其它牽引裝置。任何牽引裝置22都可驅動和/或可操控。電源16可為機器10的運行提供電力。電源16可具體化為內燃機，例如柴油機、 汽油機、氣體燃料發動機(例如天然氣發動機)、或者任何其它類型的本領域已知的內燃 機。電源16可選擇地具體化為電力的非燃燒式源，例如燃料電池或者耦合至電動機的其它 電力儲存設備。電源16可為驅動牽引裝置22提供旋轉輸出，從而驅動機器10。電源16還 可提供電力以相對於底架14旋轉平臺12。作業機18可包括一個或多個設計為完成特殊任務的連結部件24。具體地，連結部 件24可具體化為懸臂部件28、操縱杆部件30、和作業工具32。懸臂部件28的第一端可旋轉 連接至平臺12，而懸臂部件28的第二端可旋轉連接至操縱杆部件30的第一端。作業工具32 可旋轉連接至操縱杆部件30的第二端。認為作業工具32例如可具體化為鏟鬥、抓鉤器、抓 鬥、吊鉤或者任何其它本領域已知的合適作業工具。每個連結部件24可包括一個或多個致動 器26並被其致動。認為連結部件24可在基本上與工作面正交的平面上平移或旋轉。如圖2所示，每個致動器26可以為例如包括活塞組件36和管道38的液壓缸。活塞組件36可包括兩個液壓表面，一個表面與第一腔室相連，另一個表面與第二腔室相連。 第一和/或第二腔室可選擇地供應加壓流體並排出加壓流體以在兩個液壓表面上產生力 的不平衡。力的不平衡可造成活塞組件36在管道38內軸向移動。還認為致動器26可選 擇地具體為電動機、氣動機、或者本領域已知的任何其它致動設備。液壓系統40可提供加壓流體以驅動每個致動器26。具體地，液壓系統40可包括 泵(未示出)和多個控制閥(未示出)。泵(被電源16的旋轉輸出驅動)可對與多個控制 閥連通的液壓油加壓。該多個控制閥可選擇地經一條或者多條液壓管路41向致動器26的 第一和/或第二腔室提供加壓流體，從而使得活塞組件36軸向移動。認為液壓系統40可 包括其它的或者不同的元件，例如蓄電池、止回閥、減壓或者增壓閥、壓力補償元件、限制孔 口、以及本領域已知的其它液壓元件。還如圖2所示，機器10可包括配置為計算或者評估作業機18所運送質量(或者 重量)的有效負載計算系統42。有效負載計算系統42可包括一個或多個狀態傳感器44、 方位傳感器45、一個或多個力傳感器46、和處理設備48。狀態傳感器44可以為位於連結部件24的一個或多個接合點附近的角度檢測設備 (即作業工具32和操縱杆部件30之間的接合點、操縱杆部件30和懸臂部件28之間的接合 點，和懸臂部件28和平臺12之間的接合點)。狀態傳感器44可包括旋轉編碼器、電位計、 或者其它角度或者位置檢測設備(例如狀態傳感器44可位於線性致動器上並且可配置為 採用致動器位置確定接合角度)。狀態傳感器44的輸出信號可用於確定作業機18的狀態， 例如每個連結部件24的位置、速度、加速度、角度、角速度、或者角加速度。力傳感器46可配置為輸出可用於確定致動器26和/或連結部件24所產生或者 經受的力的信號。例如，力傳感器46可具體為設置並配置為測量致動器26的第一和/或 第二腔室中或者供應至其中的加壓流體壓力的壓力傳感器。認為處理設備可以使用測量的 壓力以及致動器26和連結部件24的物理尺寸以確定連結部件24的接合點扭矩。力傳感 器46可可選擇地具體為應變計、壓電換能器、或者其它位於連結點、致動器接合點、或者其 它合適位置的力測量設備。方位傳感器45可測量機器10的斜度和滾動。方位傳感器可位於機器10上的任 何合適位置，例如操作員站20。方位傳感器45可具體為一個或多個陀螺儀、加速度計、重力 傾斜儀、或者其任意組合。處理設備48可監視和/或更改機器10及其組件的性能。處理設備48可無線地 或者經一條或多條通信線路43與狀態傳感器44、方位傳感器45、和力傳感器46通信。認 為處理設備48還可與電源16、操作員站20、液壓系統40、和/或機器10的其它元件通信 (未示出)。處理設備48可具體為單個微處理器或者多個微處理器。多種市場購買的微處理 器可配置為執行處理設備48的功能，而且應當理解處理設備48可容易具體為能夠監視和/ 或控制多種機器功能的通用機器微處理器。處理設備48可包括存儲器、次存儲設備、處理 器、和任何其它運行應用的元件。各種其它電路可以和處理設備48相關，例如電源電路、信 號調節電路、數據採集電路、信號輸出電路、信號放大電路、和本領域已知的其它類型的電 路。處理設備48可包括一個或多個存儲在處理設備48的內存儲器中的地圖。這些地圖每 張都包括表格、圖形和/或方程形式的數據收集。處理設備48可包括動態模型、校準步驟和評估步驟。動態模型可包括使得接合點扭矩T和其它可測量和/或可計算項相關的方程。T 可以為包括作業機18每個接合點例如Tb。、Tst和Twt上的接合點扭矩值的向量或者矩陣(參 見圖3)。認為動態模型可包括本領域已知的任何合適模型(例如基於數學或者邏輯的關 系)。一個可接受的動態模型為
權利要求
一種和具有至少兩個連結部件(24)的作業機(18)一起使用的有效負載計算系統(42)，包括至少一個狀態傳感器(44)，其被配置為測量所述至少兩個連結部件的狀態；以及處理設備(48)，其與所述至少一個狀態傳感器通信，其中所述處理設備計算所述至少兩個連結部件每個的重心變化，所述處理設備被配置為採用所述至少一個狀態傳感器確定由所述作業機運送的有效負載質量。
2.根據權利要求1的有效負載計算系統，其中所述至少兩個連結部件的每個包括致動 器(26)。
3.根據權利要求2的有效負載計算系統，還包括配置為測量所述致動器處的力的一個 或多個力傳感器(46)，其中所述處理設備與所述一個或多個力傳感器通信，並且所述處理 設備被配置為採用一個或多個力傳感器確定有效負載的質量。
4.根據權利要求4的有效負載計算系統，其中所述處理設備包括模型，並且所述處理 設備利用該模型確定有效負載的質量。
5.根據權利要求5的有效負載計算系統，其中所述處理設備被配置為通過在從所述一 個或多個力傳感器和所述至少一個狀態傳感器接收測量值時改變所述至少兩個連結部件 的每個的角度而校準模型。
6.一種計算有效負載質量的方法，包括致動至少兩個連結部件(24)的其中一個以移動負載；測量所述至少兩個連結部件處的力；測量所述至少兩個連結部件的狀態；以及採用所述測量的力和測量的狀態計算負載的質量，同時考慮所述至少兩個連結部件每 個的重心變化。
7.如權利要求6的方法，其中所述至少兩個連結部件包括懸臂部件(28)、操縱杆部件 (30)和作業工具(32)。
8.如權利要求7的方法，其中所述狀態包括角度、角速度、或者角加速度中的至少一個。
9.如權利要求8的方法，還包括校準，其中在移動負載之前進行校準，並包括在測量力 和測量狀態的同時改變所述至少兩個連結部件每個的角度。
10.一種機器(10)，包括作業機(18)，所述作業機(18)具有懸臂部件(28)和如權利要 求1-5任一項所述的有效負載計算系統。
全文摘要
本發明涉及一種用於和具有至少兩個連結部件(24)的作業機(18)一起使用的有效負載計算系統(42)。有效負載計算系統可具有配置為測量該至少兩個連結部件狀態的至少一個狀態傳感器(44)。有效負載計算系統還可具有和該至少一個狀態傳感器通信的處理設備(48)。處理設備可計算該至少兩個連結部件每個的重心變化。處理設備還可配置為採用該至少一個狀態傳感器確定作業機所移動的有效負載質量。
文檔編號G01G19/08GK101999070SQ200880118195
公開日2011年3月30日 申請日期2008年11月24日 優先權日2007年11月30日
發明者B·米恩塔, E·G·布蘭特, J·K·貝裡, K·D·金, R·J·普萊斯, V·加納德漢 申請人:卡特彼勒公司