装载机动态称重仪表的设计与实现

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1、装载机动态称重仪表的设计与实现朱婧王益健（南京理工大学自动化学院南京２１００９４）摘要：为提高装载机动态称重系统的精度，在装载机工作装置的动力学模型中加入了车辆行驶加速度，以补偿惯性力对称重结果的影响，完善了动力学模型。提出了动态称重仪表的软硬件设计方案，分别利用磁编码器、压力变送器、加速传感器，测量动臂的俯仰角度、举升油缸的油压及垂直于动臂方向的加速度，传感器信号经滤波处理后根据模型解算出装载的物料重量。实现了装载机动态称重功能及ＬＣＤ显示、无线传输等扩展功能，并采用实验定标的方法补偿测量误差，经验证系

2、统获得良好的测量精度。关键词：动态称重；动力学模型；测量精度中图分类号：ＴＰ２０２＋．２ＴＮ４１文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．８０４Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｌｏａｄｅｒ’ｓｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇｍｅｔｅｒＺｈｕＪｉｎｇＷａｎｇＹｉｊｉａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃ

3、ｕｒａｃｙｏｆｌｏａｄｅｒ’ｓｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｗａｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｌｏａｄｅｒ’ｓｗｏｒｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｉｎｅｒｔｉａｆｏｒｃｅ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉ

4、ｖｅｌｙｕｓｉｎｇａｍａｇ－ｎｅｔｉｃｅｎｃｏｄｅｒ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓａｎｄａｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｐｉｔｃｈａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｂｏｏｍ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｏｏｍ．Ａｆｔｅｒｆｉｌｔｅｒｉｎｇ，ｔｈｅｓｅｓｉｇｎａｌｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｌｏａｄｅｄｍａｔｅｒｉａ

5、ｌａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｏｄｅｌ．ＴｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇａｎｄＬＣＤｄｉｓｐｌａｙ，ｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃａｎｏｂｔａｉｎｇｏｏｄａｃｃｕｒａｃｙ．Ｋｅ

6、ｙｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇ；ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ干扰等因素的影响，研究尚处于初级阶段，装载机的动态称１引言重的研究尚比较滞后。装载机本身的工作结构受力相对复为避免装载机对火车、卡车等进行装卸时出现超载等杂，且其工作环境复杂恶劣，导致难以建立准确的动力学模现象，需要掌握货物的重量。而装载机始终处于流水作业型。近年来，不断涌现各种新的研究成果。ＥＭＤ和遗传神状态，难以用固定的衡器对它进行称重［１］。所以采用动态经网络等算法被引入装载机动态称重中，提

7、高了测量精度。称重系统，对装载货物的重量进行动态测量，从而能清楚质量测量系统的动力学模型应用到工程实际中还是存在诸地显示出所装载的物料重量，无须停斗，举升过程中自动多问题，需要对其进一步完善才能加以应用。称重，节省作业时间，提高生产效率。传统的方法是当动２装载机工作装置动力学模型改进臂上升至两个磁性接近传感器所固定的区间时，系统对液压缸的压力值进行采样［２］，称重结果会有较大偏差。国内装载机的工作装置由动臂、铲斗、摇臂和拉杆等组成。动态称重产品的精度大都在３％～１０％［３］。与左右动臂相连的举臂油缸用来完

8、成升降臂作业，与摇臂在当前测量领域，动态测量受非线性、惯性冲击和随机相连的翻斗油缸用来完成翻斗作业［４］。目前应用最为广收稿日期：２０１４－０２中国科技核心期刊国外电子测量技术—９５—泛的称重方案为根据装载机非行驶状态下工作结构的动可得载重为：力学模型计算负载。但实际上，装载机进行装卸作业时，Ｌ１ｍ＝（２（ｐ１ｓ１－ｐ２ｓ２）Ｌ２ｃｏｓ（θ＋θ０）－ｍ０ｇＹｃｏｓθ＋不可能保持静止或匀速行驶状态，处于变加速的行驶过程Ｌ３中。由