权利要求
1.一种挖掘机自动挖掘力测试系统，其特征在于，包括：
仪表控制器，用于获取挖掘机的工作装置参数，根据工作装置参数来判断挖掘机测试姿态，在判断挖掘机测试姿态后，得出动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度信息，同时将自动测试开始指令及三个油缸长度信息发送给整车控制器;接收整车控制器发送的测试数据并进行判断，在判断合格后记录铲斗挖掘力及斗杆挖掘力数据;不合格，继续发送三个油缸长度信息给整车控制器，直至测试数据记录合格结束;
整车控制器接收仪表控制器发送的三个油缸长度信息及自动测试指令后，自动挖掘力测试程序开始工作，通过最大挖掘力油缸长度程序计算出动臂相对回转平台运动角度a、斗杆相对动臂运动角度b、铲斗相对斗杆运动角度c、拉绳应调节的高度、角度，拉绳自动调节到指定位置;同时将传感器发送的测试数据反馈给仪表控制器;
传感器用于采集在铲斗油缸和斗杆油缸缓慢加载过程中主泵溢流时的测试数据，同时将测试数据发送给整车控制器。
2.根据权利要求1所述的挖掘机自动挖掘力测试系统，其特征在于，所述挖掘机测试姿态包括最大挖掘力测试姿态和普通测试姿态;若挖掘机测试姿态为最大挖掘力姿态，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度;若测试姿态为普通姿态或仪表控制器判断测试数据不合格时，则需手动输入动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度。
3.根据权利要求2所述的挖掘机自动挖掘力测试系统，其特征在于，所述测试数据包括动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的压力、位移、拉力数据。
4.根据权利要求3所述的挖掘机自动挖掘力测试系统，其特征在于，所述传感器包括安装在动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸上的拉线位移传感器、压力传感器、安装在地锚与铲斗之间的测力计传感器。
5.一种应用权利要求4所述的挖掘机自动挖掘力测试系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过仪表控制器确定测试姿态，得出动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度，并把数据发送给整车控制器;
(2)通过整车控制器自动计算动臂相对回转平台运动角度a、斗杆相对动臂运动角度b、铲斗相对斗杆运动角度c及拉绳应调节的高度、角度，拉绳自动调节到指定位置;
(3)在铲斗油缸及斗杆油缸的缓慢加载中，主泵出现溢流后，传感器将测试数据反馈给整车控制器，整车控制器将测试数据传送给仪表控制器;
(4)仪表控制器进行判断，记录合格后的铲斗挖掘力及斗杆挖掘力数据;不合格，则继续将动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度发送给整车控制器，以此循环(2)、(3)、(4)，直至判断记录合格结束。
6.根据权利要求5所述的挖掘机自动挖掘力测试方法，其特征在于，所述三个油缸长度的长度信息获取方式是根据挖掘机测试姿态来选择下述其一方式进行获取：
(1)若挖掘机测试姿态为最大挖掘力姿态，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度;
(2)若测试姿态为普通姿态或仪表控制器判断测试数据不合格时，则需手动输入三个油缸长度。
7.根据权利要求6所述的挖掘机自动挖掘力测试方法，其特征在于，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度的步骤如下：
在已知挖掘机的型号及工作装置尺寸的情况下，以回转中心与水平线的交点为绝对坐标系的原点o，正前方为水平轴y正方向，正上方为纵轴z正方向建立二维坐标系，同时为了便于计算，在挖掘机工作装置上设置有A-M点位，用于标识及坐标点计算，A表示动臂后支座绞点，B表示动臂油缸大腔绞点，B1表示B点水平轴负方向平移点，不代表具体位置，只做方向使用，C表示动臂中支座即动臂油缸小腔绞点，D表示斗杆油缸大腔绞点，E表示动臂前支座即斗杆后支座绞点，F表示斗杆油缸小腔绞点，G表示铲斗油缸大腔绞点，J表示铲斗油缸小腔绞点，H表示斗杆中支座绞点，K表示斗杆前支座即铲斗后耳板绞点，L表示铲斗前耳板绞点，M表示斗齿尖;
动臂姿态：
BC长度为动臂油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
a=acos((AB^2+AC^2-BC^2)/(2*AB*AC))-∠EAC-∠ABB1;
判断当a+∠EAC+∠ABB1 =π/2 时;
提取当前BC长度;
式中：π表示圆周率，AB表示A点与B点之间距离，AC表示A点与C点之间距离，BC表示动臂油缸长度，即B点与C点之间距离，∠EAC表示E点、A点、C点形成的夹角，∠ABB1表示A点、B点、B1点形成的夹角，a表示动臂相对平台位移角度;
铲斗姿态：
GJ长度为铲斗油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
∠GHJ=acos((GH^2+HJ^2-GJ^2)/(2*GH*HJ));
∠JGH=acos((GH^2+GJ^2-HJ^2)/(2*GH*GJ));
∠GJH=π-∠JGH-∠GHJ;
∠JHK=∠GHK-∠GHJ;
JK=(HJ^2+HK^2-2*HJ*HK*cos(∠JHK))^0.5;
∠JKL=acos((JK^2+KL^2-JL^2)/(2*JK*KL));
∠JLK=acos((JL^2+KL^2-JK^2)/(2*JL*KL));
∠JKH=acos((HK^2+JK^2-HJ^2)/(2*JK*HK));
∠LJH=2π-∠JHK-∠JKH-∠JKL-∠JLK;
Fbucket=(pc*sc)*10^6;
Fwbucket=((Fbucket*sin(∠GJH)/sin(∠LJH))*sin(∠JLK)*KL)/(KM);
式中： GJ表示铲斗油缸长度，即G点与J点之间距离;∠GHJ表示G点、H点、J点形成的夹角，GH表示G点与H点之间距离，HJ表示H点与J点之间距离，∠JGH表示J点、G点、H点形成的夹角，∠GJH表示G点、J点、H点形成的夹角，∠GHK表示G点、H点、K点形成的夹角，∠JHK表示J点、H点、K点形成的夹角，JK表示J点与K点之间距离，HK表示H点与K点之间距离，∠JKL表示J点、K点、L点形成的夹角，KL表示K点与L点之间距离，JL表示J点与L点之间距离，∠JLK表示J点、L点、K点形成的夹角，∠JKH表示J点、K点、H点形成的夹角，∠LJH表示L点、J点、H点形成的夹角，Fbucket表示铲斗油缸力，pc表示铲斗油缸大腔压力;sc表示铲斗油缸大腔面积;KM表示K点与M点之间距离，Fwbucket表示铲斗挖掘力，在循环中找到最大铲斗挖掘力，提取最大铲斗挖掘力姿态GJ长度;
斗杆姿态：
确定出GJ后，计算斗杆最大挖掘力，
DF长度为斗杆油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
∠EFD=acos((DF^2+EF^2-ED^2)/(2*DF*EF));
Farm=(pa*sa)*10^6;
EM=(EK^2+KM^2-2*EK*KM*cos(π-c))^0.5;
Fwarm=(Farm*sin(∠EFD)*EF)/(EM);
式中： DF表示斗杆油缸长度，即D点与F点之间距离;∠EFD表示E点、F点、D点形成的夹角，EF表示E点与F点之间距离，ED表示E点与D点之间距离，Farm表示斗杆油缸力，pa表示斗杆油缸大腔压力;sa表示斗杆油缸大腔面积;EM表示E点与M点之间距离，Fwarm表示斗杆挖掘力，在循环中找到最大斗杆挖掘力，提取最大斗杆挖掘力姿态DF长度;
综上，仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度。
8.根据权利要求7所述的挖掘机自动挖掘力测试方法，其特征在于，
整车控制器通过最大挖掘力油缸长度程序计算得到动臂相对平台位移角度a ：
a=acos((AB^2+AC^2-BC^2)/(2*AB*AC))-∠EAC-∠ABB1;
计算得到斗杆相对动臂位移角度b：
b=-(π-(2*π-∠AED-∠FEK-acos((ED^2+EF^2-DF^2)/(2*DE*EF))));
式中： ∠AED表示A点、E点、D点形成的夹角，∠FEK表示F点、E点、K点形成的夹角;
计算得到铲斗相对斗杆位移角度c：
∠GHJ=acos((GH^2+HJ^2-GJ^2)/(2*GH*HJ));
∠JGH=acos((GH^2+GJ^2-HJ^2)/(2*GH*GJ));
∠GJH=π-∠JGH-∠GHJ;
∠JHK=∠GHK-∠GHJ;
JK=(HJ^2+HK^2-2*HJ*HK*cos(∠JHK))^0.5;
∠JKL=acos((JK^2+KL^2-JL^2)/(2*JK*KL));
∠JKH=acos((HK^2+JK^2-HJ^2)/(2*JK*HK));
c=-(π-(2*π-∠EKH-∠JKL-∠MKL-∠JKH));
所述拉绳应调节的高度、角度的计算具体步骤如下：
计算动臂前支座即斗杆后支座绞点E点坐标位置：
Ye=AE*cos(a);
Ze=AE*sin(a);
式中：Ye表示E点在横坐标的位置，Ze表示E点在纵坐标的位置;AE表示A点与E点之间距离;
计算斗齿尖M点坐标位置：
Ym=EK*cos(a+b)+AE*cos(a)+KM*cos(a+b+c);
Zm=EK*sin(a+b)+AE*sin(a)+KM*sin(a+b+c);
式中，Ym表示M点在横坐标的位置，Zm表示M点在纵坐标的位置;
因此可以计算得到拉绳在地锚上的固定点;
斗杆挖掘力拉绳在地锚上的固定点P2：
EM=((Ym-Ye)^2+(Zm-Ze)^2)^0.5;
∠EMK=acos((EM^2+KM^2-EK^2)/(2*EM*KM));
P2=MN2*sin(a-b-c+π/2+∠EMK)+Zm+L1;
式中，P2表示斗杆挖掘力拉绳固定点到坑底距离，∠EMK表示E点、M点、K点形成的夹角，L1表示平台高度， MN2表示斗杆挖掘力姿态下拉绳的长度;
铲斗挖掘力拉绳在地锚上的固定点P1：
P1=L1-MN1*sin(b+c-a+π/2)+Zm;
式中，P1表示铲斗挖掘力拉绳固定点到坑底距离，MN1表示铲斗挖掘力姿态下拉绳的长度。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于挖掘机挖掘力测试技术领域，具体涉及一种挖掘机自动挖掘力测试系统，本发明还提供了该系统的测试方法。
背景技术
[0002]液压挖掘机是土方机械中应用最广泛的设备之一。挖掘力能直接反应一台挖掘机的性能。挖掘力分为铲斗挖掘力和斗杆挖掘力，也可以同时产生复合挖掘力;同时工作装置挖掘姿态的变化，也影响挖掘力的大小。现有技术完全依赖人眼或手工测量，无法准确测试挖掘切向力，且测试过程繁琐。
[0003]中国发明专利CN 102995673 A公开了一种应用于挖掘机挖掘力测试的拉绳定位控制方法，包括：根据传感器的检测结果得到动臂、斗杆和铲斗的位姿信息;根据所述位姿信息确定挖掘轨迹;根据所述挖掘轨迹确定以铲斗的齿根为切点、沿挖掘轨迹切线方向设置的拉绳在锚架上的锚固位置。在此发明技术方案中，采用传感器检测动臂、斗杆和铲斗的位姿信息，控制装置根据位姿信息确定挖掘轨迹并最终得到拉绳在锚架上的锚固位置。此发明仅简单介绍了使用此方法可定位拉绳，测试挖掘力，对于具体如何测试挖掘力并未给出具体的方法。
发明内容
[0004]为了克服现有技术无法准确测试挖掘机切向力及测试过程繁琐的缺陷，本发明提供一种仅需采集油缸压力、位移、拉力，通过仪表控制器与整车控制器通讯，点击开始，即可自动完成挖掘力测试，实现无人化测试的一种挖掘机自动挖掘力测试系统及方法。
[0005]本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：
一种挖掘机自动挖掘力测试系统包括：
仪表控制器，用于获取挖掘机的工作装置参数，根据工作装置参数来判断挖掘机测试姿态，在判断挖掘机测试姿态后，得出动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度信息，同时将自动测试开始指令及三个油缸长度信息发送给整车控制器;接收整车控制器发送的测试数据并进行判断，在判断合格后记录铲斗挖掘力及斗杆挖掘力数据;不合格，继续发送三个油缸长度信息给整车控制器，直至测试数据记录合格结束;
整车控制器接收仪表控制器发送的三个油缸长度信息及自动测试指令后，自动挖掘力测试程序开始工作，通过最大挖掘力油缸长度程序计算出动臂相对回转平台运动角度a、斗杆相对动臂运动角度b、铲斗相对斗杆运动角度c、拉绳应调节的高度、角度，拉绳自动调节到指定位置;同时将传感器发送的测试数据反馈给仪表控制器;
传感器用于采集在铲斗油缸和斗杆油缸缓慢加载过程中主泵溢流时的测试数据，同时将测试数据发送给整车控制器。
[0006]所述挖掘机测试姿态包括最大挖掘力测试姿态和普通测试姿态;若挖掘机测试姿态为最大挖掘力姿态，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度;若测试姿态为普通姿态或仪表控制器判断测试数据不合格时，则需手动输入动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度。
[0007]进一步的，所述测试数据包括动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的压力、位移、拉力数据。
[0008]更进一步的，所述传感器包括安装在动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸上的拉线位移传感器、压力传感器、安装在地锚与铲斗之间的测力计传感器。
[0009]本发明还提供了一种挖掘机自动挖掘力测试方法，包括以下步骤：
(1)通过仪表控制器确定测试姿态，得出动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度，并把数据发送给整车控制器;
(2)通过整车控制器自动计算动臂相对回转平台运动角度a、斗杆相对动臂运动角度b、铲斗相对斗杆运动角度c及拉绳应调节的高度、角度，拉绳自动调节到指定位置;
(3)在铲斗油缸及斗杆油缸的缓慢加载中，主泵出现溢流后，传感器将测试数据反馈给整车控制器，整车控制器将测试数据传送给仪表控制器;
(4)仪表控制器进行判断，记录合格后的铲斗挖掘力及斗杆挖掘力数据;不合格，则继续将动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度发送给整车控制器，以此循环(2)、(3)、(4)，直至判断记录合格结束。
[0010]进一步的，所述三个油缸长度的长度信息获取方式是根据挖掘机测试姿态来选择下述其一方式进行获取：
(1)若挖掘机测试姿态为最大挖掘力姿态，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度;
(2)若测试姿态为普通姿态或仪表控制器判断测试数据不合格时，则需手动输入三个油缸长度。
[0011]进一步的，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度的步骤如下：
在已知挖掘机的型号及工作装置尺寸的情况下，以回转中心与水平线的交点为绝对坐标系的原点o，正前方为水平轴y正方向，正上方为纵轴z正方向建立二维坐标系，同时为了便于计算，在挖掘机工作装置上设置有A-M点位，用于标识及坐标点计算，A表示动臂后支座绞点，B表示动臂油缸大腔绞点，B1表示B点水平轴负方向平移点，不代表具体位置，只做方向使用，C表示动臂中支座即动臂油缸小腔绞点，D表示斗杆油缸大腔绞点，E表示动臂前支座即斗杆后支座绞点，F表示斗杆油缸小腔绞点，G表示铲斗油缸大腔绞点，J表示铲斗油缸小腔绞点，H表示斗杆中支座绞点，K表示斗杆前支座即铲斗后耳板绞点，L表示铲斗前耳板绞点，M表示斗齿尖;
动臂姿态：
BC长度为动臂油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
a=acos((AB^2+AC^2-BC^2)/(2*AB*AC))-∠EAC-∠ABB1;
判断当a+∠EAC+∠ABB1 =π/2 时;
提取当前BC长度;
式中：π表示圆周率，AB表示A点与B点之间距离，AC表示A点与C点之间距离，BC表示动臂油缸长度，即B点与C点之间距离，∠EAC表示E点、A点、C点形成的夹角，∠ABB1表示A点、B点、B1点形成的夹角，a表示动臂相对平台位移角度;
铲斗姿态：
GJ长度为铲斗油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
∠GHJ=acos((GH^2+HJ^2-GJ^2)/(2*GH*HJ));
∠JGH=acos((GH^2+GJ^2-HJ^2)/(2*GH*GJ));
∠GJH=π-∠JGH-∠GHJ;
∠JHK=∠GHK-∠GHJ;
JK=(HJ^2+HK^2-2*HJ*HK*cos(∠JHK))^0.5;
∠JKL=acos((JK^2+KL^2-JL^2)/(2*JK*KL));
∠JLK=acos((JL^2+KL^2-JK^2)/(2*JL*KL));
∠JKH=acos((HK^2+JK^2-HJ^2)/(2*JK*HK));
∠LJH=2π-∠JHK-∠JKH-∠JKL-∠JLK;
Fbucket=(pc*sc)*10^6;
Fwbucket=((Fbucket*sin(∠GJH)/sin(∠LJH))*sin(∠JLK)*KL)/(KM);
式中： GJ表示铲斗油缸长度，即G点与J点之间距离;∠GHJ表示G点、H点、J点形成的夹角，GH表示G点与H点之间距离，HJ表示H点与J点之间距离，∠JGH表示J点、G点、H点形成的夹角，∠GJH表示G点、J点、H点形成的夹角，∠GHK表示G点、H点、K点形成的夹角，∠JHK表示J点、H点、K点形成的夹角，JK表示J点与K点之间距离，HK表示H点与K点之间距离，∠JKL表示J点、K点、L点形成的夹角，KL表示K点与L点之间距离，JL表示J点与L点之间距离，∠JLK表示J点、L点、K点形成的夹角，∠JKH表示J点、K点、H点形成的夹角，∠LJH表示L点、J点、H点形成的夹角，Fbucket表示铲斗油缸力，pc铲斗油缸大腔压力;sc表示铲斗油缸大腔面积;KM表示K点与M点之间距离，Fwbucket表示铲斗挖掘力，在循环中找到最大铲斗挖掘力，提取最大铲斗挖掘力姿态GJ长度;
斗杆姿态：
确定出GJ后，计算斗杆最大挖掘力，
DF长度为斗杆油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
∠EFD=acos((DF^2+EF^2-ED^2)/(2*DF*EF));
Farm=(pa*sa)*10^6;
EM=(EK^2+KM^2-2*EK*KM*cos(π-c))^0.5;
Fwarm=(Farm*sin(∠EFD)*EF)/(EM);
式中： DF表示斗杆油缸长度，即D点与F点之间距离;∠EFD表示E点、F点、D点形成的夹角，EF表示E点与F点之间距离，ED表示E点与D点之间距离，Farm表示斗杆油缸力，pa表示斗杆油缸大腔压力;sa表示斗杆油缸大腔面积;EM表示E点与M点之间距离，Fwarm表示斗杆挖掘力，在循环中找到最大斗杆挖掘力，提取最大斗杆挖掘力姿态DF长度;
综上，仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度。
[0012]进一步的，整车控制器通过最大挖掘力油缸长度程序计算得到动臂相对平台位移角度a ：
a=acos((AB^2+AC^2-BC^2)/(2*AB*AC))-∠EAC-∠ABB1;
计算得到斗杆相对动臂位移角度b：
b=-(π-(2*π-∠AED-∠FEK-acos((ED^2+EF^2-DF^2)/(2*DE*EF))));
式中： ∠AED表示A点、E点、D点形成的夹角，∠FEK表示F点、E点、K点形成的夹角;
计算得到铲斗相对斗杆位移角度c：
∠GHJ=acos((GH^2+HJ^2-GJ^2)/(2*GH*HJ));
∠JGH=acos((GH^2+GJ^2-HJ^2)/(2*GH*GJ));
∠GJH=π-∠JGH-∠GHJ;
∠JHK=∠GHK-∠GHJ;
JK=(HJ^2+HK^2-2*HJ*HK*cos(∠JHK))^0.5;
∠JKL=acos((JK^2+KL^2-JL^2)/(2*JK*KL));
∠JKH=acos((HK^2+JK^2-HJ^2)/(2*JK*HK));
c=-(π-(2*π-∠EKH-∠JKL-∠MKL-∠JKH));
所述拉绳应调节的高度、角度的计算具体步骤如下：
计算动臂前支座即斗杆后支座绞点E点坐标位置：
Ye=AE*cos(a);
Ze=AE*sin(a);
式中：Ye表示E点在横坐标的位置，Ze表示E点在纵坐标的位置;AE表示A点与E点之间距离;
计算斗齿尖M点坐标位置：
Ym=EK*cos(a+b)+AE*cos(a)+KM*cos(a+b+c);
Zm=EK*sin(a+b)+AE*sin(a)+KM*sin(a+b+c);
式中，Ym表示M点在横坐标的位置，Zm表示M点在纵坐标的位置;
因此可以计算得到拉绳在地锚上的固定点;
斗杆挖掘力拉绳在地锚上的固定点P2：
EM=((Ym-Ye)^2+(Zm-Ze)^2)^0.5;
∠EMK=acos((EM^2+KM^2-EK^2)/(2*EM*KM));
P2 =MN2*sin(a-b-c+π/2+∠EMK)+Zm+L1;
式中，P2表示斗杆挖掘力拉绳固定点到坑底距离，∠EMK表示E点、M点、K点形成的夹角，L1表示平台高度，MN2表示斗杆挖掘力姿态下拉绳的长度;
铲斗挖掘力拉绳在地锚上的固定点P1：
P1=L1- MN1*sin(b+c-a+π/2)+Zm;
式中，P1表示铲斗挖掘力拉绳固定点到坑底距离，MN1表示铲斗挖掘力姿态下拉绳的长度。
[0013]本发明通过仪表控制器获取挖掘机工作装置参数并判断挖掘机姿态，在确定了挖掘机姿态后自动或手动将动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸的长度信息输入整车控制器，整车控制器计算出动臂相对回转平台运动角度a，斗杆相对动臂运动角度b、铲斗相对斗杆运动角度c及拉绳应调节的高度、角度，拉绳自动调节到指定位置;然后缓慢调整铲斗和斗杆，在主泵溢流后，传感器将测试数据反馈给整车控制器，整车控制器将数据反馈给仪表控制器，仪表控制器判断合格后进行记录，不合格，继续输入三个油缸长度信息，直至所有测试数据合格为止。本发明在测试过程，完全实现了自动挖掘力的测试，一方面可以准确得出挖掘切向力，另一方面通过整车控制器实时调整拉绳，无需人工调整拉绳。
附图说明
[0014]下面结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为挖掘机自动挖掘力测试系统图;
图2为挖掘机工作状态示意图;
图3为挖掘机自动挖掘力测试方法流程示意图。
具体实施方式
[0015]实施例1
[0016]如图1、2所示，本实施例的挖掘机自动挖掘力测试系统，包括：
仪表控制器，用于获取挖掘机的工作装置参数，根据工作装置参数来判断挖掘机测试姿态，在判断挖掘机测试姿态后，得出动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度信息，同时将自动测试开始指令及三个油缸长度信息发送给整车控制器;接收整车控制器发送的测试数据并进行判断，在判断合格后记录铲斗挖掘力及斗杆挖掘力数据;不合格，继续发送三个油缸长度信息给整车控制器，直至测试数据记录合格结束;
整车控制器接收仪表控制器发送的三个油缸长度信息及自动测试指令后，自动挖掘力测试程序开始工作，通过最大挖掘力油缸长度程序计算出动臂相对回转平台运动角度a、斗杆相对动臂运动角度b、铲斗相对斗杆运动角度c、拉绳应调节的高度、角度，拉绳自动调节到指定位置;同时将传感器发送的测试数据反馈给仪表控制器;
传感器用于采集在铲斗油缸和斗杆油缸缓慢加载过程中主泵溢流时的测试数据，同时将测试数据发送给整车控制器。
[0017]进一步地，所述挖掘机测试姿态包括最大挖掘力测试姿态和普通测试姿态;若挖掘机测试姿态为最大挖掘力姿态，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度;若测试姿态为普通姿态或仪表控制器判断测试数据不合格时，则需手动输入动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度，所述测试数据包括动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的压力、位移、拉力数据。
[0018]更进一步的，所述传感器包括安装在动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸上的拉线位移传感器、压力传感器、安装在地锚与铲斗之间的测力计传感器，所述传感器均采用现有通用型号。
[0019]实施例2
[0020]一种挖掘机自动挖掘力测试方法，包括以下步骤：
(1)通过仪表控制器确定测试姿态，得出动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度，并把数据发送给整车控制器;
(2)通过整车控制器自动计算动臂相对回转平台运动角度a、斗杆相对动臂运动角度b、铲斗相对斗杆运动角度c及拉绳应调节的高度、角度，拉绳自动调节到指定位置;
(3)在铲斗油缸及斗杆油缸的缓慢加载中，主泵出现溢流后，传感器将测试数据反馈给整车控制器，整车控制器将测试数据传送给仪表控制器;
(4)仪表控制器进行判断，记录合格后的铲斗挖掘力及斗杆挖掘力数据;不合格，则继续将动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度发送给整车控制器，以此循环(2)、(3)、(4)，直至判断记录合格结束。
[0021]进一步的，所述三个油缸长度的长度信息获取方式是根据挖掘机测试姿态来选择下述其一方式进行获取：
(1)若挖掘机测试姿态为最大挖掘力姿态，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度;
(2)若测试姿态为普通姿态或仪表控制器判断测试数据不合格时，则需手动输入三个油缸长度。
[0022]更进一步的，通过仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度的步骤如下：
在已知挖掘机的型号及工作装置尺寸的情况下，以回转中心与水平线的交点为绝对坐标系的原点o，正前方为水平轴y正方向，正上方为纵轴z正方向建立二维坐标系，同时为了便于计算，在挖掘机工作装置上设置有A-M点位，用于标识及坐标点计算，A表示动臂后支座绞点，B表示动臂油缸大腔绞点，B1表示B点水平轴负方向平移点，不代表具体位置，只做方向使用，C表示动臂中支座即动臂油缸小腔绞点，D表示斗杆油缸大腔绞点，E表示动臂前支座即斗杆后支座绞点，F表示斗杆油缸小腔绞点，G表示铲斗油缸大腔绞点，J表示铲斗油缸小腔绞点，H表示斗杆中支座绞点，K表示斗杆前支座即铲斗后耳板绞点，L表示铲斗前耳板绞点，M表示斗齿尖;
动臂姿态：
BC长度为动臂油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
a=acos((AB^2+AC^2-BC^2)/(2*AB*AC))-∠EAC-∠ABB1;
判断当a+∠EAC+∠ABB1 =π/2 时;
提取当前BC长度;
式中：π表示圆周率，AB表示A点与B点之间距离，AC表示A点与C点之间距离，BC表示动臂油缸长度，即B点与C点之间距离，∠EAC表示E点、A点、C点形成的夹角，∠ABB1表示A点、B点、B1点形成的夹角，a表示动臂相对平台位移角度;
铲斗姿态：
GJ长度为铲斗油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
∠GHJ=acos((GH^2+HJ^2-GJ^2)/(2*GH*HJ));
∠JGH=acos((GH^2+GJ^2-HJ^2)/(2*GH*GJ));
∠GJH=π-∠JGH-∠GHJ;
∠JHK=∠GHK-∠GHJ;
JK=(HJ^2+HK^2-2*HJ*HK*cos(∠JHK))^0.5;
∠JKL=acos((JK^2+KL^2-JL^2)/(2*JK*KL));
∠JLK=acos((JL^2+KL^2-JK^2)/(2*JL*KL));
∠JKH=acos((HK^2+JK^2-HJ^2)/(2*JK*HK));
∠LJH=2π-∠JHK-∠JKH-∠JKL-∠JLK;
Fbucket=(pc*sc)*10^6;
Fwbucket=((Fbucket*sin(∠GJH)/sin(∠LJH))*sin(∠JLK)*KL)/(KM);
式中： GJ表示铲斗油缸长度，即G点与J点之间距离;∠GHJ表示G点、H点、J点形成的夹角，GH表示G点与H点之间距离，HJ表示H点与J点之间距离，∠JGH表示J点、G点、H点形成的夹角，∠GJH表示G点、J点、H点形成的夹角，∠GHK表示G点、H点、K点形成的夹角，∠JHK表示J点、H点、K点形成的夹角，JK表示J点与K点之间距离，HK表示H点与K点之间距离，∠JKL表示J点、K点、L点形成的夹角，KL表示K点与L点之间距离，JL表示J点与L点之间距离，∠JLK表示J点、L点、K点形成的夹角，∠JKH表示J点、K点、H点形成的夹角，∠LJH表示L点、J点、H点形成的夹角，Fbucket表示铲斗油缸力，pc表示铲斗油缸大腔压力;sc表示铲斗油缸大腔面积;KM表示K点与M点之间距离，Fwbucket表示铲斗挖掘力，在循环中找到最大铲斗挖掘力，提取最大铲斗挖掘力姿态GJ长度;
斗杆姿态：
确定出GJ后，计算斗杆最大挖掘力，
DF长度为斗杆油缸最小到最大尺寸中，间隔1mm循环计算，
∠EFD=acos((DF^2+EF^2-ED^2)/(2*DF*EF));
Farm=(pa*sa)*10^6;
EM=(EK^2+KM^2-2*EK*KM*cos(π-c))^0.5;
Fwarm=(Farm*sin(∠EFD)*EF)/(EM);
式中： DF表示斗杆油缸长度，即D点与F点之间距离;∠EFD表示E点、F点、D点形成的夹角，EF表示E点与F点之间距离，ED表示E点与D点之间距离，Farm表示斗杆油缸力，pa表示斗杆油缸大腔压力;sa表示斗杆油缸大腔面积;EM表示E点与M点之间距离，Fwarm表示斗杆挖掘力，在循环中找到最大斗杆挖掘力，提取最大斗杆挖掘力姿态DF长度，
综上，仪表控制器自动计算出最大挖掘力姿态下三个油缸长度。
[0023]更进一步的，整车控制器通过最大挖掘力油缸长度程序计算得到动臂相对平台位移角度a ：
a=acos((AB^2+AC^2-BC^2)/(2*AB*AC))-∠EAC-∠ABB1;
计算得到斗杆相对动臂位移角度b：
b=-(π-(2*π-∠AED-∠FEK-acos((ED^2+EF^2-DF^2)/(2*DE*EF))));
式中： ∠AED表示A点、E点、D点形成的夹角，∠FEK表示F点、E点、K点形成的夹角;
计算得到铲斗相对斗杆位移角度c：
∠GHJ=acos((GH^2+HJ^2-GJ^2)/(2*GH*HJ));
∠JGH=acos((GH^2+GJ^2-HJ^2)/(2*GH*GJ));
∠GJH=π-∠JGH-∠GHJ;
∠JHK=∠GHK-∠GHJ;
JK=(HJ^2+HK^2-2*HJ*HK*cos(∠JHK))^0.5;
∠JKL=acos((JK^2+KL^2-JL^2)/(2*JK*KL));
∠JKH=acos((HK^2+JK^2-HJ^2)/(2*JK*HK));
c=-(π-(2*π-∠EKH-∠JKL-∠MKL-∠JKH));
所述拉绳应调节的高度、角度的计算具体步骤如下：
计算动臂前支座即斗杆后支座绞点E点坐标位置：
Ye=AE*cos(a);
Ze=AE*sin(a);
式中：Ye表示E点在横坐标的位置，Ze表示E点在纵坐标的位置;AE表示A点与E点之间距离;
计算斗齿尖M点坐标位置：
Ym=EK*cos(a+b)+AE*cos(a)+KM*cos(a+b+c);
Zm=EK*sin(a+b)+AE*sin(a)+KM*sin(a+b+c);
式中，Ym表示M点在横坐标的位置，Zm表示M点在纵坐标的位置;
因此可以计算得到拉绳在地锚上的固定点;
斗杆挖掘力拉绳在地锚上的固定点P2：
EM=((Ym-Ye)^2+(Zm-Ze)^2)^0.5;
∠EMK=acos((EM^2+KM^2-EK^2)/(2*EM*KM));
P2=MN2*sin(a-b-c+π/2+∠EMK)+Zm+L1;
式中，P2表示斗杆挖掘力拉绳固定点到坑底距离，∠EMK表示E点、M点、K点形成的夹角，L1表示平台高度，MN2表示斗杆挖掘力姿态下拉绳的长度;
铲斗挖掘力拉绳在地锚上的固定点P1：
P1=L1-MN1*sin(b+c-a+π/2)+Zm;
式中，P1表示铲斗挖掘力拉绳固定点到坑底距离，MN1表示铲斗挖掘力姿态下拉绳的长度。
[0024]如图3所示，本实施例的具体操作流程如下：
S0：开始，确定测试姿态。
[0025]S1：判断选择为最大挖掘力姿态，仪表控制器自动得出动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度。
[0026]S2：判断选择为普通姿态，仪表控制器需手动输入动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度，并把数据发送给整车控制器。
[0027]S3：仪表控制器发送“自动测试开始”指令给整车控制器。
[0028]S4：整车控制器自动计算动臂相对回转平台运动角度a，斗杆相对动臂运动角度b、铲斗相对斗杆运动角度c。
[0029]S5：整车控制器计算得出拉绳应调节的高度、角度参数，拉绳自动调节到指定位置。
[0030]S6：铲斗油缸缓慢加载。
[0031]S7：判断主泵是否溢流，若是进入“S8”，若不是返回“S6”。
[0032]S8：传感器将测试数据反馈给整车控制器，整车控制器并把数据发回仪表控制器。
[0033]S9：仪表控制器判断数据是否合格，若合格进入“S10”，若不合格，返回“S2”，手动输入动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度。
[0034]S10：仪表控制器记录合格铲斗挖掘力数据。
[0035]S11：斗杆油缸缓慢加载。
[0036]S12：判断主泵是否溢流，若是进入“S13”，若不是返回“S11”。
[0037]S13：传感器将测试数据反馈给整车控制器，整车控制器并把数据发回仪表控制器。
[0038]S14：仪表控制器判断数据是否合格，若合格进入“S15”，若不合格，返回“S2”，手动输入动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸三个油缸长度。
[0039]S15：仪表控制器记录合格铲斗挖掘力数据。
[0040]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型且不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
说明书附图(3)
声明：
“挖掘机自动挖掘力测试系统及方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：山西太重工程机械有限公司
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2025年03月20日 ~ 22日 
