[实用新型]一种悬臂结构弯矩的获取装置及工程机械

说明书

技术领域

本实用新型涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种悬臂结构弯矩的获取装置，以及具有该悬臂结构弯矩的获取装置的工程机械。

背景技术

混凝土泵车等具备悬臂结构的工程机械具有如下结构特征：包括具有悬臂的悬臂结构和机械本体，悬臂结构可旋转地安装在机械本体上，悬臂结构可相对于机械本体任意转动，且工作时悬臂结构的悬臂姿态随时变化。例如泵车，悬臂结构是可伸缩和折叠的悬臂结构，可旋转地安装在转塔上、转塔固定在泵车的机械本体上，由于悬臂结构的跨度非常大，它对旋转位置施加的弯矩将是一个高达几百吨·米的重载荷。该载荷的准确获取对于转塔的设计、疲劳寿命的分析、悬臂结构性能的评估等均具有十分重要的意义。

通常，弯矩的直接测量需要知道力和力臂两个要素。然而，如果不拆卸悬臂结构，悬臂结构的重量很难获取；悬臂结构在工作时姿态多变，其任意姿态下重心到预定转轴的力臂也无法获得。因此，为了获取悬臂结构的重量，通常将悬臂结构从机械本体上拆卸下来，置于地磅上进行最原始的测量，这需要消耗大量的人力物力，且重心无法获得。理论上，可以通过分析有限元模型获得悬臂结构的重量及重心，但由于很难准确计量任意姿态下悬臂结构系统的液压油及管道内混凝土的重量，导致悬臂结构的重心和重量的理论估算精度不高。相关技术中也有采用静标动测的原理实现动态弯矩的间接测量的方式。由于静态弯矩、动态弯矩可使试件某部位所产生的静态应变与动态应变相等。因此，以静载为基准，通过应变这一中间量来标定动载。但是，由于应变信号的信噪比不高，导致测量精度难以保证；并且对动态弯矩的测量，依赖于前期大量的静态标定过程，准备工作复杂；静态标定无法保证识别的连续性，必须依赖插值算法，从而降低了精度。

因此，如何在非拆卸状态下，对工程机械悬臂结构的实际弯矩进行有效获取，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种悬臂结构弯矩的获取装置，能够在非拆卸状态下更准确地获得工程机械的悬臂结构在任意姿态下的弯矩；本实用新型的另一个目的在于提出一种应用悬臂结构弯矩的获取装置的工程机械。

根据本实用新型的一个方面，一种悬臂结构弯矩的获取装置，应用于工程机械，所述悬臂结构可转动地安装在所述工程机械的机械本体上，所述工程机械可通过n个支撑机构支撑于地面，其特征在于，所述悬臂结构弯矩的获取装置包括处理器、力传感器、位置传感器和转角传感器，其中，

所述转角传感器连接至所述处理器，用于检测悬臂结构的旋转角度并将旋转角度数据传送至所述处理器，所述力传感器连接至所述处理器，用于检测n个所述支撑机构的支撑力并将支撑力数据传送至所述处理器，所述位置传感器连接至所述处理器，用于检测n个所述支撑机构的支撑位置并将支撑位置数据传送至所述处理器；所述处理器可根据所述支撑位置数据计算支撑力至预定转轴的距离；

在所述悬臂结构处于第一姿态下，所述处理器根据n个所述支撑机构的支撑力、所述支撑力至预定转轴的距离、所述悬臂结构在第一姿态下的重力弯矩和所述机械本体的重力弯矩，构建第一弯矩平衡方程；在所述悬臂结构相对于所述第一姿态旋转β角处于第二姿态下，所述处理器根据n个所述支撑机构的支撑力、所述支撑力至预定转轴的距离、所述β角、所述悬臂结构在第二姿态下的重力弯矩和所述机械本体的重力弯矩，构建第二弯矩平衡方程；所述处理器根据所述第一弯矩平衡方程和所述第二弯矩平衡方程，求解方程组得到所述机械本体的重力弯矩；

在所述悬臂结构处于任意姿态下，所述处理器根据n个所述支撑机构的支撑力、所述支撑力至所述预定转轴的距离、以及所述机械本体的重力弯矩，获得所述悬臂结构的弯矩。

通过构建悬臂结构在两个姿态下的弯矩平衡方程：悬臂结构处于第一姿态构建一个弯矩平衡方程，旋转β角度之后的第二姿态再构建一个弯矩平衡方程；针对悬臂结构的每一个姿态，可以检测出工程机械中各个支撑机构所受地面的支撑力及各个支撑力至预定转轴的距离，联立两个弯矩平衡方程，求解该方程组可以计算出机械本体的重力弯矩；在所述悬臂结构处于任意姿态下，根据n个所述支撑机构的支撑力以及各个支撑力至所述预定转轴的距离获得支撑机构的弯矩，再减去机械本体的重力弯矩得到悬臂结构的弯矩。这样，在无需拆卸悬臂结构的情况下能够获取悬臂结构相对于预定转轴的弯矩，提高了悬臂结构弯矩获取结果的精度和便利性。

在上述技术方案中，优选地，所述支撑机构为安装在所述机械本体上的支腿，力传感器和位置传感器设置在所述支腿上。