一种矿用自卸车称重装置及其工作方法

摘要

本发明公开了一种矿用自卸车称重装置及其工作方法，所述的装置包括有效载重量测量仪、悬挂装置压力传感器、显示屏、状态显示灯和信号输入器件，所述信号输入器件包括车厢举升开关、速度传感器、加速踏板传感器、装载制动开关、电制动开关和工作制动开关；所述有效载重量测量仪包括微处理器、逻辑编程控制电路、电可擦可编程只读存储器和通讯接口。由于本发明所采用的有效载重量测量仪具有实时计算、控制、存储、通讯、显示等功能，并记录了矿用自卸车在多种状态下的有效载重量，所以能够实现准确称重，避免超载，记录车辆运行数据，并与外部设备或系统进行数据实时通讯与传输。本发明具备自主识别运行状态的能力，保证了所测有效载重量的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种称重装置，特别是一种矿用自卸车称重装置及其工作方法。

背景技术

目前，矿用自卸车已经广泛应用于大型露天矿山运输和水利工程施工过程。 而对矿用自卸车的装载监测及收集记录车辆运行数据，有利于矿山生产管理， 具有避免车辆超载、提高经济效益及降低成本的作用。由于该种车辆工作条件 的限制，通过磅秤来称重已经无法满足车队运营需求，而采用在车厢底部安装 称重传感器来称重的方法，又无法解决记录车辆运行数据这一主要问题。由于 该类型车辆年运载量巨大，因此实现准确测量，显然十分必要的。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能准确称重又能记 录车辆运行数据的矿用自卸车称重装置及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种矿用自卸车称重装置， 包括有效载重量测量仪、悬挂装置压力传感器、显示屏、状态显示灯、个人电 脑端口、故障诊断端口、扩展接口和信号输入器件，所述信号输入器件包括车 厢举升开关、速度传感器、加速踏板传感器、装载制动开关、电制动开关和工 作制动开关；

所述有效载重量测量仪通过螺栓连接固定于驾驶室内安装支架上，分别与 悬挂装置压力传感器、显示屏、状态显示灯、个人电脑端口、故障诊断端口、 扩展接口、车厢举升开关、速度传感器、加速踏板传感器、装载制动开关、电 制动开关和工作制动开关通过信号电缆连接；所述悬挂装置压力传感器有4个， 分别安装于4个油气悬挂上；所述显示屏设置于驾驶室仪表板上；所述状态显 示灯共两组，分别设置于两侧平台围栏支座之上；所述车厢举升开关位于车架 内侧、车厢销轴前方；所述速度传感器位于车轮内侧；所述加速踏板传感器置 于加速踏板之内；所述电制动开关、工作制动开关和装载制动开关均位于仪表 板上；

所述有效载重量测量仪包括微处理器、逻辑编程控制电路、电可擦可编程 只读存储器和通讯接口；微处理器和逻辑编程控制电路负责信号处理、运算； 电可擦可编程只读存储器用来完成数据存储功能；通讯接口为2个RS232通讯 接口与2个CAN总线接口，一个RS232通讯接口用于与显示仪表的通信，另一 个RS232通讯接口用于与外部系统的通信，所述外部系统包括GPS模块和车辆 信息管理系统；2个CAN总线接口用于实现与其它车载电气系统的互联；

所述悬挂装置压力传感器将测得的压力信号按比例转换成模拟信号，经具 备一定强度和抗干扰能力的电缆传送给有效载重量测量仪；

所述显示屏显示车辆运行及载重量相关信息，所述相关信息包括：当前运 行状态、运载次数、电铲/卸料场号和有效载重量；显示屏上的按钮用于浏览和 更改运载次数、压力传感器状态、速度输入状态、操作人员编号、额定载荷、 电铲号/卸料场号、显示屏亮度、语言选项、日历、屏幕显示选项；状态显示灯 损坏不能正常工作时，安装在位于显示屏后面的喇叭会自动报警；

所述车厢举升开关为有效载重量测量仪提供举升信号；车厢下降时，输出 信号24VDC；车厢举升时，输出信号为开路信号；

所述速度传感器为有效载重量测量仪提供速度信号；该信号还被用于计算 距离和其它性能数据，距离的计算还基于卡车的轮胎滚动半径；

所述加速踏板传感器为有效载重量测量仪提供加速信号；踏下时，输出信 号24VDC；反之，输出开路信号；

所述电制动开关、工作制动开关和装载制动开关均为有效载重量测量仪提 供开关信号；电制动、工作制动或装载制动打开时，输出信号24VDC；电制动、 工作制动或装载制动关闭时，输出信号为开路信号。

本发明所述的悬挂装置压力传感器包括左前悬挂装置压力传感器、左后悬 挂装置压力传感器、右前悬挂装置压力传感器和右后悬挂装置压力传感器。

一种矿用自卸车称重装置的工作方法，包括以下步骤：

A、计算校正因子、确定补偿值

在有效载重量测量仪正式投入使用之前，根据自卸车几何参数，经计算得 出校正因子，使用该因子修正来自于悬挂装置压力传感器的信号；经标准测试， 得到与悬挂装置摩擦对测算有效载重量影响相当的补偿值;

B、启动有效载重量测量仪

打开有效载重量测量仪电源开关，初始化程序运行，调用存储器上所有常 量与变量，使其进入随机存储器，显示屏显示最后存储于电可擦可编程只读存 储器中的有效载重量；

C、自主识别运行状态

考虑到矿用自卸车运行工况以及随时可能因整车发生故障而停止运行的情 况，有效载重量测量仪对自卸车运行状态进行识别；

C1、有效载重量测量仪首先判断当前计算总载重量与初始载重量的差值是 否大于预设值；如果是的话，矿用自卸车进入空载状态；否则，判断装载制动 实施与否，如是、则矿用自卸车进入装载状态、转步骤C2，否则、矿用自卸车 进入运载状态、转步骤C3；

C2、在装载过程中，有效载重量测量仪实时监测矿用自卸车的载重量并予 以显示，还通过状态显示灯对电铲操作人员进行提示，这是基于预先指定的容 许值对装载物料总量所实现的定量控制；状态显示灯的显示状态包括以下状态 的一种：

没有灯亮—装载量小于额定载重量的85%，继续装载；

黄灯亮—装载量在额定载重量的85%—95%之间，再装一铲；

黄灯闪—装载量在额定载重量的95%—105%之间，可再装半铲或停止装载；

红灯亮—装载量在额定载重量的105%—115%之间，停止装载；

红灯闪—装载量大于额定载重量的115%，已超载；

C3、完成装载过程或当前计算总载重量大于初始载重量、装载制动未实施， 进入运载状态。随着加速踏板投入使用，有效载重量测量仪记录速度达到3mph 时的有效载重量；有效载重量测量仪还会进一步记录平稳运载状态下的有效载 重量；该值最为准确，与所承矿物的实际重量最为相符；所述的平稳运载状态 是指加速踏板未踩下、所有制动均未施加时；通过检测速度信号，确认矿用自 卸车是否还处在运载状态；

C4、当车厢举升时，即意味着卸载开始；否则，运载状态保持；卸载完成， 后，有效载重量测量仪自动更新初始载重量值；下一次运输循环开始。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明所采用的有效载重量测量仪具有实时计算、控制、存储、通 讯、显示等功能，并记录了矿用自卸车在多种状态下的有效载重量，所以能够 实现准确称重，避免超载，记录车辆运行数据，并与外部设备或系统进行数据 实时通讯与传输。

2、由于本发明采用的工作循环考虑到矿用自卸车运行工况以及随时可能因 整车发生故障而停止运行的情况，具备自主识别运行状态的能力，保证了所测 有效载重量的准确性。

3、本发明所收集和记录的矿用自卸车运行数据，如：时间、距离、电铲/ 卸料场号、有效载重量等，将被矿山人员用于进行产量测算、成本的预算、年 运行计划分析及事故原因等的分析。

4、本发明性能优异，计量准确，人机界面友好，统计记录数据合理，针对 矿用矿用自卸车运行工况，对于提高生产管理水平作用显著，特别适合于大型 矿山。

附图说明

本发明共有附图2张，其中：

图1为本发明的系统图。

图2为本发明程序控制和计算流程图。

图中：1.有效载重量测量仪，2.悬挂装置压力传感器，3.显示屏，4.状态显 示灯，5.个人电脑端口，6.故障诊断端口，7.扩展接口，8.车厢举升开关，9.速度 传感器，10.加速踏板传感器，11.装载制动开关，12.电制动开关，13.工作制动 开关，101.微处理器，102.逻辑编程控制电路，103.电可擦可编程只读存储器， 104.通讯接口，201.左前悬挂装置压力传感器，202.左后悬挂装置压力传感器， 203.右前悬挂装置压力传感器，204.右后悬挂装置压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种矿用自卸车 称重装置，包括有效载重量测量仪1、悬挂装置压力传感器2、显示屏3、状态 显示灯4、个人电脑端口5、故障诊断端口6、扩展接口7和信号输入器件，所 述信号输入器件包括车厢举升开关8、速度传感器9、加速踏板传感器10、装载 制动开关11、电制动开关12和工作制动开关13；所述有效载重量测量仪1通 过螺栓连接固定于驾驶室内安装支架上，分别与悬挂装置压力传感器2、显示屏 3、状态显示灯4、个人电脑端口5、故障诊断端口6、扩展接口7、车厢举升开 关8、速度传感器9、加速踏板传感器10、装载制动开关11、电制动开关12和 工作制动开关13通过信号电缆连接；所述悬挂装置压力传感器2有4个，分别 安装于4个油气悬挂上；所述显示屏3设置于驾驶室仪表板上；所述状态显示 灯4共两组，分别设置于两侧平台围栏支座之上；所述车厢举升开关8位于车 架内侧、车厢销轴前方；所述速度传感器9位于车轮内侧；所述加速踏板传感 器10置于加速踏板之内；所述电制动开关12、工作制动开关13和装载制动开 关11均位于仪表板上；

所述有效载重量测量仪1包括微处理器101、逻辑编程控制电路102、电可 擦可编程只读存储器103和通讯接口104；微处理器101和逻辑编程控制电路 102负责信号处理、运算；电可擦可编程只读存储器103用来完成数据存储功能； 通讯接口104为2个RS232通讯接口104与2个CAN总线接口，一个RS232 通讯接口104用于与显示仪表的通信，另一个RS232通讯接口104用于与外部 系统的通信，所述外部系统包括GPS模块和车辆信息管理系统；2个CAN总 线接口用于实现与其它车载电气系统的互联；

所述悬挂装置压力传感器2将测得的压力信号按比例转换成模拟信号，经 具备一定强度和抗干扰能力的电缆传送给有效载重量测量仪1；

所述显示屏3显示车辆运行及载重量相关信息，所述相关信息包括：当前 运行状态、运载次数、电铲/卸料场号和有效载重量；显示屏3上的按钮用于浏 览和更改运载次数、压力传感器状态、速度输入状态、操作人员编号、额定载 荷、电铲号/卸料场号、显示屏3亮度、语言选项、日历、屏幕显示选项；状态 显示灯4损坏不能正常工作时，安装在位于显示屏3后面的喇叭会自动报警；

所述车厢举升开关8为有效载重量测量仪1提供举升信号；车厢下降时， 输出信号24VDC；车厢举升时，输出信号为开路信号；

所述速度传感器9为有效载重量测量仪1提供速度信号；该信号还被用于 计算距离和其它性能数据，距离的计算还基于卡车的轮胎滚动半径；

所述加速踏板传感器10为有效载重量测量仪1提供加速信号；踏下时，输 出信号24VDC；反之，输出开路信号；

所述电制动开关12、工作制动开关13和装载制动开关11均为有效载重量 测量仪1提供开关信号；电制动、工作制动或装载制动打开时，输出信号24VDC； 电制动、工作制动或装载制动关闭时，输出信号为开路信号。

本发明所述的悬挂装置压力传感器2包括左前悬挂装置压力传感器201、左 后悬挂装置压力传感器202、右前悬挂装置压力传感器203和右后悬挂装置压力 传感器204。

如图2所示，一种矿用自卸车称重装置的工作方法，包括以下步骤：

A、计算校正因子、确定补偿值

在有效载重量测量仪1正式投入使用之前，根据自卸车几何参数，经计算 得出校正因子，使用该因子修正来自于悬挂装置压力传感器2的信号；经标准 测试，得到与悬挂装置摩擦对测算有效载重量影响相当的补偿值;

B、启动有效载重量测量仪1

打开有效载重量测量仪1电源开关，初始化程序运行，调用存储器上所有 常量与变量，使其进入随机存储器，显示屏3显示最后存储于电可擦可编程只 读存储器103中的有效载重量；

C、自主识别运行状态

考虑到矿用自卸车运行工况以及随时可能因整车发生故障而停止运行的情 况，有效载重量测量仪1对自卸车运行状态进行识别；

C1、有效载重量测量仪1首先判断当前计算总载重量与初始载重量的差值 是否大于预设值；如果是的话，矿用自卸车进入空载状态；否则，判断装载制 动实施与否，如是、则矿用自卸车进入装载状态、转步骤C2，否则、矿用自卸 车进入运载状态、转步骤C3；

C2、在装载过程中，有效载重量测量仪1实时监测矿用自卸车的载重量并 予以显示，还通过状态显示灯4对电铲操作人员进行提示，这是基于预先指定 的容许值对装载物料总量所实现的定量控制；状态显示灯4的显示状态包括以 下状态的一种：

没有灯亮—装载量小于额定载重量的85%，继续装载；

黄灯亮—装载量在额定载重量的85％-95%之间，再装一铲；

黄灯闪—装载量在额定载重量的95%—105%之间，可再装半铲或停止装载；

红灯亮—装载量在额定载重量的105%—115%之间，停止装载；

红灯闪装载量大于额定载重量的115%，已超载；

C3、完成装载过程或当前计算总载重量大于初始载重量、装载制动未实施， 进入运载状态。随着加速踏板投入使用，有效载重量测量仪1记录速度达到3mph 时的有效载重量；有效载重量测量仪1还会进一步记录平稳运载状态下的有效 载重量；该值最为准确，与所承矿物的实际重量最为相符；所述的平稳运载状 态是指加速踏板未踩下、所有制动均未施加时；通过检测速度信号，确认矿用 自卸车是否还处在运载状态；

C4、当车厢举升时，即意味着卸载开始；否则，运载状态保持；卸载完成， 后，有效载重量测量仪1自动更新初始载重量值；下一次运输循环开始。

下面结合实施方案对本发明作进一步地描述。

如图1所示，有效载重量测量仪1通过螺栓连接将其固定于驾驶室内安装 支架上，使用螺杆将其与导线线束连接器壳体固定在一起。有效载重量测量仪1 电源端口与矿用自卸车蓄电池电路相连。

悬挂装置压力传感器2接口与油气悬挂相连，安装于悬挂外壁上，前后共 四处，分别与相应位置悬挂缸对应。使用具备一定强度和抗干扰能力的电缆将 悬挂装置压力传感器2与有效载重量测量仪1连接起来。

显示屏3设置于驾驶室仪表板上，显示有效载重量及车辆运行相关信息。 通过相应的按钮实现运载次数、压力传感器状态、速度输入状态、操作人员、 额定载荷、电铲号/卸料场号、显示屏3亮度、语言选项、日历、屏幕显示选项 的浏览和更改。

状态显示灯4安装于两侧平台围栏支座之上，其供电线也与矿用自卸车蓄 电池电路相连。

个人电脑端口5供操作人员通过PC机进行数据下载及系统初始化时使用。

故障诊断端口6在称重装置出现故障时，供相关人员进行故障诊断使用。

扩展接口7可供用户指定相应的设备或其他用途使用。

矿用自卸车一个运输循环包括空载、装载、运载和卸载。

装载：开始于卡车实施装载制动、车厢内无物料并且检测到重量增加，结 束于释放装载制动后并且检测到重量增加。

运载：开始于释放装载制动并且检测到重量增加，结束于车厢开始举升。

卸载：开始于车厢开始举升，结束于车厢回落到车架上。

空载：开始于车厢回落到车架上，结束于实施装载制动。装载制动实施之 后，未检测到重量增加，空车状态保持。

在装载状态下，有效载重量测量值即显示屏3显示读数不太准确。矿用自 卸车离开电铲速度达到3mph时，比较准确。矿用自卸车在平稳运载状态下，该 值最准确。所述的平稳运载状态是指加速踏板未踩下、所有制动均未施加时。

本发明的有效载重量计算流程如下：

打开有效载重量测量仪1电源开关，初始化程序运行，调用存储器上所有 常量与变量，使其进入随机存储器，显示屏3显示最后存储于电可擦可编程只 读存储器103中的有效载重量等信息。

考虑到矿用自卸车运行工况以及随时可能因整车发生故障而停止运行的情 况，称重装置应具备自主识别运行状态的能力。因此，本发明首先判断当前计 算总载重量与初始载重量的差值是否大于预设值。如果是的话，矿用自卸车进 入空载状态。否则，装载制动实施与否则决定了矿用自卸车是装载还是运载。

在装载过程中，电铲操作人员可以实时观看到状态显示灯4的状态，即基 于预先指定的容许值对装载物料总量定量控制。没有灯亮—可以继续装载，小 于额定载重量的85%；黄灯亮—可再装一铲，介于额定载重量的85%—95%之 间；黄灯闪—可再装半铲或停止装载，介于额定载重量的95%—105%之间；红 灯亮—应停止装载，介于额定载重量的105%—115%之间；红灯闪—已超载，大 于额定载重量的115%。

完成装载过程或当前计算总载重量大于初始载重量、装载制动未实施，进 入运载状态。随着加速踏板、电制动和工作制动的投入使用，有效载重量测量 仪1可以得到速度达到3mph时和平稳运载状态下的有效载重量。通过检测速度 信号，可以确认车辆是否还处在运载状态。

当车厢举升时，即意味着卸载开始。否则，运载状态保持。卸载完成后， 称重装置自动更新初始载重量值。下一次运输循环就此开始。

对于本发明，还要满足如下条件：

载重量计算公式

front payload=correction×Δfront pressure+offset

rear payload=correction×Δrear pressure+offset

total payload=front payload+rear payload

式中：front payload/rearpaylod/total payload——前悬挂/后悬挂/总体承载重 量；

Δfront pressure/Δrear pressure——前悬挂/后悬挂当前压力值与初始值之差；

correction/offset——校正因子/补偿值。

仅在首次使用本发明时，初始载重量数值等于卡车当前计算载重量，对于 计算公式中的初始压力值，其为校准条件下最后读取的悬挂装置压力传感器2 给出的压力值。

当电可擦可编程只读存储器103存储空间使用完毕时，最早的存储记录将 被覆写。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，如使用其他类型微处理器、 存储器等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。