本發(fā)明涉及一種礦用挖掘機(jī)鏟斗內(nèi)物料動(dòng)態(tài)稱重裝置及其方法。

背景技術(shù)：

1、礦用挖掘機(jī)是完成大型露天礦山物料挖掘和鏟裝作業(yè)的關(guān)鍵裝備，其斗桿-鏟斗在電機(jī)和傳動(dòng)裝置的作用下完成提升、推壓和回轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)物料搬移。物料稱重系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)礦山產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)能力校核的核心，也是實(shí)現(xiàn)礦山“鏟-裝-運(yùn)-排”協(xié)同作業(yè)的基礎(chǔ)。

2、現(xiàn)有的礦用挖掘機(jī)物料稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)大多基于靜力學(xué)平衡，未考慮由于斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料運(yùn)動(dòng)引起的慣性力作用，僅在機(jī)構(gòu)和物料處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)進(jìn)行稱重計(jì)算，影響整機(jī)作業(yè)的連續(xù)性，因此無法實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程中的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測量。現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)引入慣性力建立了動(dòng)力學(xué)平衡方程，但由于無法確定鏟斗內(nèi)物料的質(zhì)心位置，常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)事先對鏟斗內(nèi)物料的滿斗率、分布均勻情況等影響質(zhì)心位置的參數(shù)進(jìn)行假定，因此無法表征每次作業(yè)過程中鏟斗內(nèi)物料質(zhì)心的實(shí)際位置情況，而物料質(zhì)心位置對于物料質(zhì)量的計(jì)算結(jié)果影響較大，因此會造成較大誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)目的是提供一種基于提升和推壓過程的礦用挖掘機(jī)鏟斗內(nèi)物料動(dòng)態(tài)稱重方法，利用斗桿上任意兩點(diǎn)加速度表示質(zhì)心加速度的方法，建立了任意時(shí)刻斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程，并給出鏟斗內(nèi)物料的質(zhì)量和質(zhì)心位置的計(jì)算步驟方法。與現(xiàn)有礦用挖掘機(jī)物料的靜態(tài)稱重方法和動(dòng)態(tài)稱重方法相比，可實(shí)現(xiàn)礦用挖掘機(jī)動(dòng)態(tài)作業(yè)過程中物料的實(shí)時(shí)測量，不降低原有作業(yè)的連貫性和效率，并且不需要對鏟斗內(nèi)物料情況進(jìn)行假定，而是通過連續(xù)構(gòu)建方程組進(jìn)行求解，在求解每一次鏟斗物料質(zhì)量的同時(shí)，可以準(zhǔn)確得到每次鏟斗內(nèi)物料質(zhì)心位置，可用于估計(jì)鏟斗內(nèi)物料的實(shí)際分布情況，為車鏟協(xié)同卸載作業(yè)提供基礎(chǔ)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取如下的技術(shù)方案：

3、一種基于提升和推壓過程的礦用挖掘機(jī)鏟斗內(nèi)物料動(dòng)態(tài)稱重裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置以及物料動(dòng)態(tài)稱重計(jì)算裝置，其中：

4、所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括推壓行程傳感器、傾角傳感器以及第一、第二加速度傳感器；

5、所述的推壓行程傳感器，安裝在礦用挖掘機(jī)的鞍座上，用于檢測礦用挖掘機(jī)的斗桿的推壓行程l，并能夠?qū)⑺鶛z測到的推壓行程l傳輸至物料動(dòng)態(tài)稱重計(jì)算裝置；

6、所述的傾角傳感器，安裝在礦用挖掘機(jī)的鞍座上，用于檢測礦用挖掘機(jī)的斗桿的傾角θ，并能夠?qū)⑺鶛z測到的傾角θ傳輸至物料動(dòng)態(tài)稱重計(jì)算裝置；

7、所述的第一、第二加速度傳感器，分別安裝在斗桿上兩個(gè)互不相同的任意位點(diǎn)a、b處，用于檢測位點(diǎn)a、b處的加速度aa、ab，并能夠?qū)⑺鶛z測到的加速度aa、ab傳輸至物料動(dòng)態(tài)稱重計(jì)算裝置；

8、所述的物料動(dòng)態(tài)稱重計(jì)算裝置，根據(jù)所接收到的推壓行程l、傾角θ以及加速度aa、ab，實(shí)時(shí)計(jì)算出礦用挖掘機(jī)的鏟斗內(nèi)物料本身的質(zhì)量以及鏟斗內(nèi)物料本身的質(zhì)心的坐標(biāo)值。

9、優(yōu)選地，所述的物料動(dòng)態(tài)稱重計(jì)算裝置通過所構(gòu)建的初始時(shí)刻的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程以及ti時(shí)刻的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程，以計(jì)算出斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)量m以及斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心c的坐標(biāo)值，再結(jié)合已知的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在鏟斗空載狀態(tài)下的質(zhì)量和質(zhì)心位置，即可求得物料本身的質(zhì)量和質(zhì)心位置。

10、優(yōu)選地，初始時(shí)刻，所構(gòu)建的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程如下：

11、m·[-(zc′2+yc′2)+zc′a1+yc′b1+c1]+d1＝j(luò)c；

12、在ti時(shí)刻，當(dāng)δli>l*時(shí)，所構(gòu)建的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程如下：

13、m{-[zc′2+(yc′+δli)2]+zc′ai+(yc′+δli)bi+ci}+di＝j(luò)c；

14、上式中，l*為預(yù)設(shè)的推壓行程閾值；m表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)量；y’c、z’c分別為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；δli表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的斗桿的推壓行程li相對于上一時(shí)刻的變化量，推壓行程li通過推壓行程傳感器檢測獲得；系數(shù)ai、bi、ci以及常數(shù)di在任意ti時(shí)刻下的取值通過下式計(jì)算：

15、

16、上式中，為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對加速度，vri為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對速度，ωi為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角速度，αi為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角加速度；相對加速度相對速度vri、角速度ωi以及角加速度αi通過第一、第二加速度傳感器所檢測獲得的ti時(shí)刻的加速度aa、ab計(jì)算獲得；

17、r為鞍座中推壓軸半徑；g為重力加速度；θi為傾角傳感器所反饋的ti時(shí)刻的傾角；fsyi、fszi分別為ti時(shí)刻提升鋼絲繩所提供的提升力在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向分量、z向分量；(ysi，zsi)分別為ti時(shí)刻提升鋼絲繩提升力的作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；(ypi，zpi)分別為ti時(shí)刻鞍座對斗桿的推壓力的作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的坐標(biāo)值(ysi，zsi)、作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的坐標(biāo)值(ypi，zpi)分別通過推壓行程傳感器反饋的推壓行程以及傾角傳感器反饋的傾角計(jì)算獲得。

18、優(yōu)選地，所述的物料動(dòng)態(tài)稱重計(jì)算裝置中，斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角加速度αi、角速度ωi通過下式計(jì)算：

19、

20、斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對加速度相對速度vri通過下式計(jì)算：

21、

22、上式中：(y′a，z′a)表示第一加速度傳感器的安裝位點(diǎn)a在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；(y′b，z′b)表示第二加速度傳感器的安裝位點(diǎn)b在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；表示第一加速度傳感器所檢測到的加速度值在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量，表示第二加速度傳感器所檢測到的加速度值在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量。

23、優(yōu)選地，所述的物料動(dòng)態(tài)稱重計(jì)算裝置通過下式實(shí)時(shí)計(jì)算出斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)量m以及斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心c的坐標(biāo)值：

24、tx＝b；

25、上式中：

26、

27、

28、上式中，δli表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的斗桿的推壓行程li相對于上一時(shí)刻的變化量，推壓行程li通過推壓行程傳感器檢測獲得，此時(shí)δli>l*，l*為預(yù)設(shè)的推壓行程閾值；系數(shù)ai、bi、ci以及常數(shù)di在任意ti時(shí)刻下的取值通過下式計(jì)算：

29、

30、上式中，為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對加速度，vri為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對速度，ωi為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角速度，αi為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角加速度；r為鞍座中推壓軸半徑；g為重力加速度；θi為傾角傳感器所反饋的ti時(shí)刻的傾角；fsyi、fszi分別為ti時(shí)刻提升鋼絲繩所提供的提升力在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向分量、z向分量；(ysi，zsi)分別為ti時(shí)刻提升鋼絲繩提升力的作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；(ypi，zpi)分別為ti時(shí)刻鞍座對斗桿的推壓力的作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系o-yz下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的坐標(biāo)值(ysi，zsi)、作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的坐標(biāo)值(ypi，zpi)分別通過推壓行程傳感器反饋的推壓行程以及傾角傳感器反饋的傾角計(jì)算獲得；

31、斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角加速度αi、角速度ωi以及斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對加速度相對速度vri滿足：

32、

33、上式中：(y′a，z′a)表示第一加速度傳感器的安裝位點(diǎn)a在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；(y′b，z′b)表示第二加速度傳感器的安裝位點(diǎn)b在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；表示第一加速度傳感器所檢測到的加速度值在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量，表示第二加速度傳感器所檢測到的加速度值在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量。

34、本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)目的是提供一種基于提升和推壓過程的礦用挖掘機(jī)鏟斗內(nèi)物料動(dòng)態(tài)稱重方法，通過實(shí)施上述的基于提升和推壓過程的礦用挖掘機(jī)鏟斗內(nèi)物料動(dòng)態(tài)稱重裝置而實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟：

35、s101、分別建立初始時(shí)刻斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程式以及ti時(shí)刻的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程：

36、初始時(shí)刻為鏟斗離開料堆時(shí)所對應(yīng)的時(shí)刻，記為t1；

37、ti時(shí)刻為鏟斗提升和推壓過程中，推壓行程的變化量δli超過預(yù)設(shè)的推壓行程閾值l*時(shí)所對應(yīng)的時(shí)刻，其中，i≥1，且i為整數(shù)；

38、初始時(shí)刻，斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程式如下：

39、m·[-(zc′2+yc′2)+zc′a1+yc′b1+c1]+d1＝j(luò)c；

40、ti時(shí)刻，斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程如下：

41、m{-[zc′2+(yc′+δli)2]+zc′ai+(yc′+δli)bi+ci}+di＝j(luò)c；

42、系數(shù)ai、bi、ci以及常數(shù)di在任意ti時(shí)刻下的取值通過下式計(jì)算：

43、

44、上式中，為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對加速度，vri為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對速度，ωi為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角速度，αi為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角加速度；相對加速度相對速度vri、角速度ωi以及角加速度αi通過第一、第二加速度傳感器所檢測獲得的ti時(shí)刻的加速度aa、ab計(jì)算獲得；

45、r為鞍座中推壓軸半徑；g為重力加速度；θi為傾角傳感器所反饋的ti時(shí)刻的傾角；fsyi、fszi分別為ti時(shí)刻提升鋼絲繩所提供的提升力在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向分量、z向分量；(ysi，zsi)分別為ti時(shí)刻提升鋼絲繩提升力的作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；(ypi，zpi)分別為ti時(shí)刻鞍座對斗桿的推壓力的作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的坐標(biāo)值(ysi，zsi)、作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的坐標(biāo)值(ypi，zpi)分別通過推壓行程傳感器反饋的推壓行程以及傾角傳感器反饋的傾角計(jì)算獲得；

46、s102、獲取4個(gè)不同時(shí)刻下的提升鋼絲繩提升力、推壓行程、傾角和a點(diǎn)、b點(diǎn)的加速度：

47、4個(gè)不同時(shí)刻，其中一個(gè)時(shí)刻為t1時(shí)刻，余下的三個(gè)時(shí)刻，每一個(gè)時(shí)刻均滿足δli>l*；

48、提升鋼絲繩提升力通過安裝在提升鋼絲繩上的力傳感器采集獲得；推壓行程通過推壓行程傳感器采集獲得；傾角通過傾角傳感器采集獲得；a點(diǎn)的加速度通過第一加速度傳感器采集獲得；b點(diǎn)的加速度通過第二加速度傳感器采集獲得；

49、s103：采用滑動(dòng)時(shí)窗方法，聯(lián)立4個(gè)不同時(shí)刻的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解，即可求得包含斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)量m和質(zhì)心位置(y’c,z’,)；

50、s104：根據(jù)s103求得的整體質(zhì)量m、質(zhì)心位置(y’c,z’c)，結(jié)合已知的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在空載狀態(tài)下的質(zhì)量和質(zhì)心位置，即可求得物料本身的質(zhì)量和質(zhì)心位置。

51、優(yōu)選地，步驟s101中，斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角加速度αi、角速度ωi通過下式計(jì)算：

52、

53、斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對加速度相對速度vri通過下式計(jì)算：

54、

55、上式中：(y′a，z′a)表示第一加速度傳感器的安裝位點(diǎn)a在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；(y′b，z′b)表示第二加速度傳感器的安裝位點(diǎn)b在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；表示第一加速度傳感器所檢測到的加速度值在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量，表示第二加速度傳感器所檢測到的加速度值在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量。

56、優(yōu)選地，步驟s103中，所選取的4個(gè)不同時(shí)刻順序?yàn)椋簍i、ti+1、ti+2以及ti+3；聯(lián)立4個(gè)不同時(shí)刻的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程，即可構(gòu)建出如下的僅包含斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)量m和質(zhì)心位置(y’c,z’c)的方程：

57、tx＝b；

58、上式中：

59、

60、上式中，δli表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的斗桿的推壓行程li相對于上一時(shí)刻的變化量，推壓行程li通過推壓行程傳感器檢測獲得，此時(shí)δli>l*，l*為預(yù)設(shè)的推壓行程閾值；系數(shù)ai、bi、ci以及常數(shù)di在任意ti時(shí)刻下的取值通過下式計(jì)算：

61、

62、上式中，為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對加速度，vri為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對速度，ωi為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角速度，αi為斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角加速度；r為鞍座中推壓軸半徑；g為重力加速度；θi為傾角傳感器所反饋的ti時(shí)刻的傾角；fsyi、fszi分別為ti時(shí)刻提升鋼絲繩所提供的提升力在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向分量、z向分量；(ysi，zsi)分別為ti時(shí)刻提升鋼絲繩提升力的作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；(ypi，zpi)分別為ti時(shí)刻鞍座對斗桿的推壓力的作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系o-yz下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的坐標(biāo)值(ysi，zsi)、作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系o-y?z下的坐標(biāo)值(ypi，zpi)分別通過推壓行程傳感器反饋的推壓行程以及傾角傳感器反饋的傾角計(jì)算獲得；

63、斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻旋轉(zhuǎn)的角加速度ai、角速度ωi以及斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)在ti時(shí)刻的相對加速度相對速度vri滿足：

64、

65、上式中：(y′a，z′a)表示第一加速度傳感器的安裝位點(diǎn)a在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；(y′b，z′b)表示第二加速度傳感器的安裝位點(diǎn)b在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向坐標(biāo)、z向坐標(biāo)；表示第一加速度傳感器所檢測到的加速度值在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量，表示第二加速度傳感器所檢測到的加速度值在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量。

66、優(yōu)選地，斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程通過下述步驟建立：

67、步驟1、采用斗桿上a點(diǎn)和b點(diǎn)處的加速度表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)心加速度：

68、步驟1.1、斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心的相對加速度通過下式計(jì)算：

69、

70、上式中，表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心的絕對加速度在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量；y′c、z′c表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量；

71、斗桿-鏟斗旋轉(zhuǎn)的角加速度α和角速度的平方ω2通過下式計(jì)算：

72、

73、上式中，y′b、z′b表示斗桿上b點(diǎn)在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量；表示第二加速度傳感器直接測量的絕對加速度在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量；y′a、z′a表示斗桿上a點(diǎn)在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量；表示第一加速度傳感器直接測量的絕對加速度在相對坐標(biāo)系o-y’z’下的y向分量、z向分量；ω為斗桿-鏟斗旋轉(zhuǎn)的角速度，α為斗桿-鏟斗旋轉(zhuǎn)的角加速度；

74、步驟1.2、斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心在絕對坐標(biāo)系下的加速度為：

75、

76、上式中：表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心在絕對坐標(biāo)系下的y向分量、z向分量；θ表示傾角，通過傾角傳感器檢測獲得；

77、步驟2、建立任意時(shí)刻斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程：

78、步驟2.1、建立y軸和z軸方向的動(dòng)力學(xué)平衡方程如下：

79、

80、式中，fpy和fpz分別為推壓力在y軸和z軸的分量，fsy和fsz分別為提升鋼絲繩提升力在y軸和z軸的分量；m表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)量；表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心在絕對坐標(biāo)系下的y向分量、z向分量；

81、步驟2.2、根據(jù)剛體動(dòng)力學(xué)的角動(dòng)量守恒定理，對斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心求矩可得：

82、fpy(zc-zp)-fpz(yc-yp)+fsy(zc-zs)-fsz(yc-ys)＝j(luò)cα；

83、式中：yc、zc表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心在絕對坐標(biāo)系下的y向分量、z向分量；ys、zs表示提升鋼絲繩提升力的作用點(diǎn)s在絕對坐標(biāo)系下的y向分量、z向分量；yp、zp表示鞍座對斗桿的推壓力的作用點(diǎn)p在絕對坐標(biāo)系下的y向分量、z向分量；jc表示斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；α表示斗桿-鏟斗旋轉(zhuǎn)的角加速度；

84、步驟2.3、構(gòu)建斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程：

85、聯(lián)合步驟1.2所建立的斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心在絕對坐標(biāo)系下的加速度表達(dá)式以及步驟2.2所建立的對斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)心求矩表達(dá)式，即可獲得斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程如下：

86、m[-(zc′2+yc′2)+zc′a+yc′b+c]+d＝j(luò)c；

87、

88、

89、上式中，在任意時(shí)刻，a、b、c、d可根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和傳感器示數(shù)計(jì)算得到；r為鞍座中推壓軸半徑。

90、基于上述的技術(shù)目的，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)勢：

91、本發(fā)明所述的基于提升和推壓過程的礦用挖掘機(jī)鏟斗內(nèi)物料動(dòng)態(tài)稱重方法，利用斗桿上任意兩點(diǎn)加速度表示質(zhì)心加速度的方法，基于此建立了任意時(shí)刻斗桿-鏟斗機(jī)構(gòu)和物料整體的質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程，并給出鏟斗內(nèi)物料的質(zhì)量和質(zhì)心位置的計(jì)算步驟方法。與現(xiàn)有礦用挖掘機(jī)物料的靜態(tài)稱重方法和動(dòng)態(tài)稱重方法相比，可實(shí)現(xiàn)礦用挖掘機(jī)動(dòng)態(tài)作業(yè)過程中物料的實(shí)時(shí)測量，不降低原有作業(yè)的連貫性和效率，并且不需要對鏟斗內(nèi)物料情況進(jìn)行假定，而是通過連續(xù)構(gòu)建方程組進(jìn)行求解，在求解每一次鏟斗物料質(zhì)量的同時(shí)，可以準(zhǔn)確得到每次鏟斗內(nèi)物料質(zhì)心位置，可用于估計(jì)鏟斗內(nèi)物料的實(shí)際分布情況，為車鏟協(xié)同卸載作業(yè)提供基礎(chǔ)資料。