[发明专利]土方机械中力的测量和控制系统和方法，及自动或半自动机械

说明书

用于土方机械(100)的系统(1‑3)，包括：多个耐磨元件(10‑15)，其适于与土方机械(100)的挖掘工具(110)的齿座(111)耦接；一个或多个用于测量力的传感器(20)，一个或多个传感器(20)中的每个传感器布置在多个耐磨元件(10‑15)中的一个耐磨元件中或多个耐磨元件中的两个耐磨元件之间(10‑15)；和中央控制装置(50)，用于处理一个或多个传感器(20)的测量结果，以便计算耐磨元件(10‑15)承受的力。

技术领域

本发明涉及用于土方机械的系统的领域。更具体地，本发明涉及用于测量土方机械中的力的系统和方法，以及用于控制这种机械的系统和方法，以及机械本身。土方机械可以是例如挖掘机，用于公共工程工作和采矿的装载机，疏浚船舶等。

背景技术

通常使用土方机械，如挖掘机或装载机等，例如在建筑工地工作，采矿，疏浚等。这些机械通常包括用于收集物料的挖掘工具(如，挖斗，铲子，疏浚头等)。挖掘工具，例如挖斗承受着高应力和显著磨损，主要是在被称为齿座的区域。因此，一般齿座通常具有多个安装的元件，用于保护齿座和挖掘工具免受磨损并增加铲斗对地形的穿透性。

这些保护元件包括：

-齿：具有穿透地形并保护挖掘工具的齿座的功能；

-齿条：具有保护齿座和支撑齿的功能；

-前护板或护罩：具有保护齿之间区域的边缘的功能，并且还具有穿透功能，但程度比齿小；

-侧护板或护罩：用于保护挖掘工具的侧面；

-固定元件：用于将耐磨元件固定在它们(例如，齿固定至齿条)之间的元件，或用于将耐磨元件固定至挖掘工具的齿座(例如，将齿条固定至齿座)的元件。

所有这些元件都有强机械、拉伸和强磨损要求。因此，当遇到的磨损需要时，通常必须以一定的频率更换它们。总体上，这些保护元件通常被称为耐磨元件或地面接触工具，即被称为接地元件(GET)。

在这些土方机械中，最重要的参数是其可靠性、生产率和效率，即挖掘和装载的物料单位量的成本以及无故障的机械运行时间。

测量和计算所述机械要求或耐磨元件所承受的力非常重要，尤其是在机械操作的最苛刻部分(通常是挖掘和装载操作)，以确保机械的生产率和效率。如今，为了以最精确的方式了解齿和其他耐磨元件所承受的力、压力和载荷，进行了理论研究，提供了复杂而精细化的数学解决方案；它们是真实地形数据的近似值。

这些当前的解决方案包括复杂且理论上的机械仿真，并且它们是近似于机械完整的行为及运行的，以提供机械的最佳设计标准，尤其是在诸如特定地面条件的特定情况下。由于这些当前解决方案提供的信息是理论上的，因此很难将其与挖掘操作的实际情况相关联。而且，由于这些模拟是理论上的，并且仅是实际情况的近似值，这恰恰是由于缺乏真实和准确的GET所承受的应力数据，在目前工艺水平条件下，为了最大程度地降低由于应力导致GET的断裂速度过快的风险，它们被设计得过分工程化，以适应机械的运行，例如考虑到机械的最大铲取力，即使在许多情况下挖掘力未达到该最大铲取力。反过来，这导致挖掘过程的效率低于根据其承受的应力水平来确定具有GET大小的机械的效率。

以准确的方式了解施加在GET上的力不仅可以使挖斗的齿座上安装的耐磨元件更适合土方条件，而且还可以：确定土方作业是否有效率地执行并使其更高效，降低GET被损坏的风险，预测或更好地预测耐磨元件的使用寿命，并协助操纵或甚至控制机械，以便提高每吨搬运成本，减少能源消耗，提高耐磨元件和/或机械的使用寿命等。

而且，了解所述力还将使得能够在整个挖掘和装载操作中确定地形对GET的反应，这提供了有关地面如何接合的信息。相反，仅确定地形相对于单个耐磨元件(例如，挖斗)的反应并不能代表地形实际如何反作用，因此，该信息不足以说明挖掘和装载操作是如何进行的。这样的信息对于当前正在进行的操作以及针对所述操作(或相似操作，即在相似的条件下)的耐磨元件的定制都是有用的。