本发明公开了一种基于装载机测试实验台的力传感器设置方法，包括以下步骤：A、设定相互平行的固定板和快速连接板，所述的固定板的后壁和快速连接板的前壁之间通过n个三维力传感器连接；B、在固定板的后壁上预排布设置n个三维力传感器，对三维力传感器预排布的位置进行标定；C、施加压力在装载机前端工作部件上，各个三维力传感器可以直接显示出测试点处受力大小和方向，经过计算得到施加力的大小和方向。本发明还公开了基于装载机测试实验台以及力传感器设置后进行装载机工作部件作业阻力的测试方法。本发明能够对选定的前端工作部件进行性能实验研究或测定。
1.一种装载机前端工作部件测试的力传感器设置方法，其特征在于包括以下步骤：
A、设定相互平行的固定板(6)和快速连接板(7)，所述的固定板(6)的后壁和快速连接板(7)的前壁之间通过n个三维力传感器(17)连接；n＝3-6，n的取值根据安装刚度要求而确定；
所述的固定板(6)的前壁上安装装载机前端工作部件，所述的装载机前端工作部件由铲斗、动臂、以及配套的液压缸组成；
所述的快速连接板(7)的后壁与台车(1)相连接，所述的台车(1)能够直线运动并能够提供装载机前端工作部件所需的动力；
B、在固定板的后壁上预排布设置n个三维力传感器，然后用三坐标测量仪对三维力传感器预排布的位置进行初步测量，每个三维力传感器的位置对应一个坐标，一共有3n个未知数：x1、y1、z1、x2、y2、z2、x3、y3、z3、x4、y4、z4…xn、yn、zn；
C、用压力提供装置施加压力在装载机前端工作部件上，并记录压力大小、方向、作用点，各个三维力传感器可以直接显示出测试点处受到的三轴方向上的受力，然后通过力矩的平衡公式计算，从而对各个预排布的三维力传感器进行位置标定，力矩的平衡公式如下式所示：式中:G为系统自身重力，F为压力提供装置所施加的压力，M为外载荷简化后产生的力矩，ri为施力点到传感器测试点的力矩，n为传感器的个数。
2.如权利要求1所述的装载机前端工作部件测试的力传感器设置方法，其特征在于：
所述的步骤C中三维力传感器的位置标定过程为：利用带有三维力传感器的液压缸作为压力提供装置，该三维力传感器能够测量压力的大小、方向，当第1次施加压力时，取三维力传感器本身的坐标系为基础坐标系，通过该基础坐标系，测试出第一组各个三维传感器的测试数据，后续继续通过液压缸给予施力，施加力的次数为m次，每改变一个施加力的位置，用坐标测量仪测出坐标的相对变化值，每施加一次受力可以得到n个三维力传感器显示出n组x、y、z方向上的受力：fx1、fy1、fz1、fx2、fy2、fz2、fx3、fy3、fz3、fx4、fy4、fz4、…fxn、fyn、fzn；
其中，第1次施加力时R0为0，因为第1次施加的外力过原点，R0＝0，施加外力的次数m大于等于传感器的个数n，并且要求施加力的位置不能重合；
MT＝r1×F1+r2×F2+r3×F3+r4×F4+…+rN×FN＝0；
X＝(x1、y1、z1、x2、y2、z2、x3、y3、z3、x4、y4、z4…xn、yn、zn)。
3.如权利要求1所述的装载机前端工作部件测试的力传感器设置方法，其特征在于：
D、在仿真软件中，固定板(6)、快速连接板(7)、装载机前端工作部件的仿真模型，根据精确定位设置各个三维力传感器，对各个三维力传感器进行仿真分析受力，由上述受力的分解平衡公式可以得到一个矩阵：AX＝B
从而可以计算出X矩阵，X矩阵为传感器测试点位置矩阵，然后利用matlab工具计算出X矩阵；然后在已经标定好的不同位置施加不同大小的力，将其数据输入matlab进行计算，得到的传感器位置，然后用有限元软件仿真，对该模型在相同位置施加相同大小的力，仿真计算matlab计算出的位置处的受力，与传感器示数进行比较，验算公式的误差与精度，当与仿真受力得出的数据误差超过10％的时候为不合格，此时要重新进行公式修正。
4.一种装载机前端工作部件作业阻力测试方法，其特征在于包括以下步骤：
A、先利用权利要求1所述的方法确定三维力传感器在固定板(6)上的位置，然后将装载机前端工作部件、固定板(6)、三维力传感器、快速连接板(7)、台车(1)装配起来组成测试装置；
B、调节液压驱动装置，控制铲斗达到设定的高度和插入角度；
C、启动驱动装置(3)正转，控制台车(1)到达与实验料堆的设定距离，该处设为台车(1)的启动位置；
D、驱动台车(1)获得设定的速度，向实验料堆行进，并设定插入物料深度，将铲斗插入实验料堆中，三维力传感器(17)测试得的插入料堆时的X、Y、Z三个方向的阻力数据；然后启动驱动装置(3)反转，将台车(1)恢复到启动位置；
E、利用X、Y、Z三个方向的阻力数据计算出前端工作部的作业阻力；
F、重复步骤C-E，即能计算出多组作业阻力数据，取平均值即得到最终前端工作部件在设定的高度和插入角度下的作业阻力数据。
5.根据权利要求4所述的装载机前端工作部件作业阻力测试方法，其特征在于：
所述的各个三维力传感器(17)在每次铲斗插入实验料堆都会测试出一组X、Y、Z三个方向的阻力数据；
所述的步骤E中利用上述的多组阻力数据的计算出前端工作部作业阻力的公式，见下式：
式中：工作装置的前端受力简化为一个集中力Fj与一个力矩Mj，FjG为集中力Fj和重力G的合力，fi为各个传感器的示数，Mjo为整体系统的合扭矩，ri为施力点到传感器测试点的力矩，G为重力，FjGX为FjG的X轴分力，FjGY为FjG的Y轴分力，FjGZ为FjG的Z轴分力,FjX为Fj的X轴分力，FjY为Fj的Y轴分力，FjZ为Fj的Z轴分力。
6.根据权利要求4所述的装载机前端工作部件作业阻力测试方法，其特征在于：所述的台车(1)包括车架(4)、安装板(5)、液压驱动装置、固定板(6)、快速连接板(7)；所述的车架(4)安装于轨道(2)上；所述的安装板(5)竖直设于车架(4)上，其上设有安装接口(8)；所述的固定板(6)的前壁上设有装载机前端工作部件的安装点；所述的装载机前端工作部件由铲斗、动臂、以及配套的液压缸组成；所述的固定板(6)的后壁通过三维力传感器(17)与快速连接板(7)的前壁连接；所述的快速连接板(7)的后壁上设有对应安装接口(8)的连接部(9)，通过该连接部(9)能够方便的插入安装接口(8)，从而将快速连接板(7)安装于安装板(5)上；所述的液压驱动装置设于车架(4)上，通过液压管路与装载机前端工作部件上的液压缸连接；
所述的台车(1)的车架(4)底部两侧设有导轨轮(10)，通过导轨轮(10)安装于轨道(2)上；
所述的轨道(2)的两端设有丝杆固定块(18)；所述的驱动装置(3)包括丝杆(11)、丝杆轴承、电机I(13)、大带轮(14)、小带轮(15)、皮带(16)；所述的丝杆(11)对应轨道(2)设有两根，安装于轨道(2)两端的丝杆固定块(18)上；所述的丝杆轴承安装于丝杆(11)上，并且与台车(1)的车架(4)左右两侧固定连接；所述的两根丝杆(11)的后端上分别设有小带轮(15)，所述的大带轮(14)位于两根轨道(2)之间，通过皮带(16)分别与两个小带轮(15)连接；所述的电机I(13)与大带轮(14)连动，驱动大带轮(14)转动进而带动小带轮(15)驱动丝杆(11)转动，从而方便的驱动台车(1)前后运动。
7.根据权利要求6所述的装载机前端工作部件作业阻力测试方法，其特征在于：所述的车架(4)包括前框(41)、后座(42)；所述的前框(41)为中空的方框结构，所述的安装板(5)竖直设于前框(41)的后侧端上，所述的后座(42)的前端与前框(41)的后侧端连接；所述的前框(41)的前侧的左右两端和安装板(5)上端的左右两端之间设有倾斜的加强条I(43)；所述的后座(42)的后部的左右两端到安装板(5)的中部的左右两端之间设有加强条II(44)；所述的液压驱动装置设于后座(42)上；在台车(1)的前后方向上，前框(41)的长度大于后座(42)的长度。
8.根据权利要求7所述的装载机前端工作部件 作业阻力测试方法，其特征在于：所述的安装板(5)的中部设有安装接口(8)，安装接口(8)为类花键槽，所述的快速连接板(7)的后壁上的连接部(9)为类花键接头，通过快速连接板(7)能够快速装配于台车(1)上。
9.根据权利要求7所述的装载机前端工作部件 作业阻力测试方法，其特征在于：所述的后座(42)的后端设有整车配重(21)。
10.根据权利要求4所述的装载机前端工作部件作业阻力测试方法，其特征在于：所述的固定板(6)的前壁上设有液压缸固定铰耳(22)和动臂固定铰耳(23)，装载机前端工作部件中的液压缸和动臂分别通过销轴安装在液压缸固定铰耳(22)和动臂固定铰耳(23)上；所述的液压驱动装置包括电机II(19)和液压泵(20)，所述的液压泵(20)通过液压管路与装载机前端工作部件上的液压缸连接；所述的电机II(19)与液压泵(20)连动，驱动液压泵(20)带动装载机前端工作部件工作。
基于装载机测试实验台的力传感器设置方法及作业阻力测试
方法
技术领域
[0001] 本发明属于机械技术领域，具体涉及一种装载机前端工作部件作业阻力测试方法。
背景技术
[0002] 轮式装载机是一种用途非常广泛的工程机械，可以完成铲装、卸载、搬运、平整散装物料等作业。使用不同的工作装置，轮式装载机可以完成推土、起重和装卸木料等不同的工作。轮式装载机工作装置的传统设计方法有类比试凑作图法和基于平移性的作图法，但是这些方法很难达到设计要求，研发周期长，工作过于繁琐，如今的设计更多的采用虚拟样机技术对轮式装载机工作装置进行设计分析。这些设计成形的工作装置都需要进一步的试验验证，来完成装载机可靠性研究和优化设计。
[0003] 现有测试试验多用销轴传感器配合整机测试、用仿真软件验证等方法。整机测试方法存在以下不足：(1)只能测得铲斗部位受力情况；(2)测量精度不高。原因有三：(a)铲斗上/下铰接处的销轴传感器相互影响，使传感器无法得到准确的测量。(b)实验过程中装载机轮子与地面连接刚性差，产生较大的振动，干扰测量结果。(c)整机实验中铲装插入速度控制精度低，可重复性差，不利于准确得到作业阻力与作业时间关系。(3)测试系统的通用性差。该方法不具备更换铲斗和动臂的功能。(4)采用的传感器为特制的二维或三维销轴力传感器，成本高。(5)传感器安装采用过盈配合，装配与维护难度大。传感器的连接刚度有限，容易损坏，可靠性低。
[0004] 现有技术缺乏搭建专用实验台对轮式装载机工作装置进行设计分析，以及在专用实验台中如何设置三维力传感器进行布局和计算的技术方案。
发明内容
[0005] 本发明提供一种装载机前端工作部件作业阻力测试方法及作业阻力测试方法，能够模拟工程机械的工作状况，控制各种相应的工作参数，使实验在初始状态相同的状况下重复，对选定的前端工作部件进行性能实验研究或测定。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 所述的装载机前端工作部件测试的力传感器设置方法，包括以下步骤：
[0008] A、设定相互平行的固定板和快速连接板，所述的固定板的后壁和快速连接板的前壁之间通过n个三维力传感器连接；n＝3-6，n的取值根据安装刚度要求而确定；
[0009] 所述的固定板的前壁上安装装载机前端工作部件，所述的装载机前端工作部件由铲斗、动臂、以及配套的液压缸组成；
[0010] 所述的快速连接板的后壁与台车相连接，所述的台车能够直线运动并能够提供装载机前端工作部件所需的动力；
[0011] B、在固定板的后壁上预排布设置n个三维力传感器，然后用三坐标测量仪对三维力传感器预排布的位置进行测量，每个三维力传感器的位置对应一个坐标，一共有3n个未知数：：
[0012] x1、y1、z1、x2、y2、z2、x3、y3、z3、x4、y4、z4…xn、yn、zn；
[0013] 用压力提供装置施加压力在装载机前端工作部件上，并记录压力的大小、方向、作用点，各个三维力传感器可以直接显示出测试点处受到的三轴方向上的受力，然后通过力矩的平衡公式计算，从而对各个预排布的三维力传感器进行位置标定，力矩的平衡公式如下式所示：
[0014]
[0015]
[0016] 式中:G为系统自身重力，F为液压缸所施加的压力，M为外载荷简化后产生的力矩，ri为施力点到传感器测试点的力矩，n为传感器的个数。
[0017] 所述的步骤C中三维力传感器的位置标定过程为：利用带有三维力传感器的液压缸作为压力提供装置，该三维力传感器能够测量压力的大小、方向，当第1次施加压力时，取三维力传感器本身的坐标系为基础坐标系，通过该基础坐标系，测试出第一组各个三维传感器的测试数据，后续继续通过液压缸给予施力，施加力的次数为m次，每改变一个施加力的位置，用坐标测量仪测出坐标的相对变化值，每施加一次受力可以得到n个三维力传感器显示出n组x、y、z方向上的受力：
[0018] fx1、fy1、fz1、fx2、fy2、fz2、fx3、fy3、fz3、fx4、fy4、fz4、…fxn、fyn、fzn；
[0019] 第m次施加力的力矩平衡公式如下式：
[0020]
[0021] 其中，第1次施加力时R0为0，因为第1次施加的外力过原点，R0＝0，施加外力的次数m大于等于传感器的个数n，并且要求施加力的位置不能重合；
[0022] 根据公式1可得到：
[0023] 校合：∑F＝0，∑F代表整体所受合力；
[0024] fx1+fx2+fx3+fx4+…+fx＝0
[0025] fy1+fy2+fy3+fy4+...+fy＝0
[0026] fz1+fz2+fz3+fz4+…+fz＝0；
[0027] ∑M＝0得：
[0028] MT＝r1×F1+r2×F2+r3×F3+r4×F4+…+rN×FN＝O；
[0029] 从而对测试点进行精确定位标定，最后获得:
[0030] X＝(x1、y1、z1、x2、y2、z2、x3、y3、z3、x4、y4、z4…xn、yn、zn)。
[0031] 所述的装载机前端工作部件测试的力传感器标定方法，还包括利用matlab工具进行验证的步骤：
[0032] D、在仿真软件中，固定板6、快速连接板7、装载机前端工作部件的仿真模型，根据精确定位设置各个三维力传感器，对各个三维力传感器进行仿真分析受力，由上述受力的分解平衡公式可以得到一个矩阵：
[0033] AX＝B
[0034] A为传感器示数矩阵，B为施力大小与位置矩阵
[0035] 从而可以计算出X矩阵，X矩阵为传感器测试点位置矩阵，然后利用matlab工具计算出X矩阵；然后在已经标定好的不同位置施加不同大小的力，将其数据输入matlab进行计算，得到的传感器位置，然后用有限元软件仿真，对该模型在相同位置施加相同大小的力，仿真计算matlab计算出的位置处的受力，与传感器示数进行比较，验算公式的误差与精度，当与仿真受力得出的数据误差超过10％的时候为不合格，此时要重新进行公式修正。
[0036] 所述的装载机前端工作部件作业阻力测试方法，包括以下步骤：
[0037] A、先利用上述的方法确定三维力传感器在固定板上的位置，然后将装载机前端工作部件、固定板、三维力传感器、快速连接板、台车装配起来组成测试装置；
[0038] B、调节液压驱动装置，控制铲斗达到设定的高度和插入角度；
[0039] C、启动驱动装置正转，控制台车到达与实验料堆的设定距离，该处设为台车的启动位置；
[0040] D、驱动台车获得设定的速度，向实验料堆行进，并设定插入物料深度，将铲斗插入实验料堆中，三维力传感器测试得的插入料堆时的X、Y、Z三个方向的阻力数据；然后启动驱动装置反转，将台车恢复到启动位置；
[0041] E、利用X、Y、Z三个方向的阻力数据计算出前端工作部件的作业阻力；
[0042] F、重复步骤C-E，即能计算出多组作业阻力数据，取平均值即得到最终前端工作部件在设定的高度和插入角度下的作业阻力数据。
[0043] 所述的各个三维力传感器在每次铲斗插入实验料堆都会测试出一组X、Y、Z三个方向的阻力数据；
[0044] 所述的步骤E中利用上述的多组阻力数据，计算出前端工作部件作业阻力的公式，见下式：
[0045]
[0046] 式中：工作装置的前端受力简化为一个集中力Fj与一个力矩Mj，FjG为集中力Fj和重力G的合力，fi为各个传感器的示数，Mjo为整体系统的合扭矩，ri为施力点到传感器测试点的力矩，G为重力，FjGX为FjG的X轴分力，FjGY为FjG的Y轴分力，FjGZ为FjG的Z轴分力,FjX为Fj的X轴分力，FjY为Fj的Y轴分力，FjZ为Fj的Z轴分力。
[0047] 所述的台车包括车架、安装板、液压驱动装置、固定板、快速连接板；所述的车架安装于轨道上；所述的安装板竖直设于车架上，其上设有安装接口；所述的固定板的前壁上设有装载机前端工作部件的安装点；所述的装载机前端工作部件由铲斗、动臂、以及配套的液压缸组成；所述的固定板的后壁通过三维力传感器与快速连接板的前壁连接；所述的快速连接板的后壁上设有对应安装接口的连接部，通过该连接部能够方便的插入安装接口，从而将快速连接板安装于安装板上；所述的液压驱动装置设于车架上，通过液压管路与装载机前端工作部件上的液压缸连接；
[0048] 所述的台车的车架底部两侧设有导轨轮，通过导轨轮安装于轨道上；
[0049] 所述的轨道的两端设有丝杆固定块；所述的驱动装置包括丝杆、丝杆轴承、电机I、大带轮、小带轮、皮带；所述的丝杆对应轨道设有两根，安装于轨道两端的丝杆固定块上；所述的丝杆轴承安装于丝杆上，并且与台车的车架左右两侧固定连接；所述的两根丝杆的后端上分别设有小带轮，所述的大带轮位于两根轨道之间，通过皮带分别与两个小带轮连接；所述的电机I与大带轮连动，驱动大带轮转动进而带动小带轮驱动丝杆转动，从而方便的驱动台车前后运动。
[0050] 所述的车架包括前框、后座；所述的前框为中空的方框结构，所述的安装板竖直设于前框的后侧端上，所述的后座的前端与前框的后侧端连接；所述的前框的前侧的左右两端和安装板上端的左右两端之间设有倾斜的加强条I；所述的后座的后部的左右两端到安装板的中部的左右两端之间设有加强条II；所述的液压驱动装置设于后座上；在台车的前后方向上，前框的长度大于后座的长度。
[0051] 所述的安装接口设于安装板的中部，为类花键槽，所述的快速连接板的后壁上的连接部为类花键接头，通过快速连接板能够快速装配于台车上。
[0052] 所述的后座的后端设有整车配重。
[0053] 所述的固定板的前壁上设有液压缸固定铰耳和动臂固定铰耳，装载机前端工作部件中的液压缸和动臂分别通过销轴安装在液压缸固定铰耳和动臂固定铰耳上。
[0054] 所述的液压驱动装置包括电机II和液压泵，所述的液压泵通过液压管路与装载机前端工作部件上的液压缸连接；所述的电机II与液压泵连动，驱动液压泵带动装载机前端工作部件工作。
[0055] 本发明的有益效果为：
[0056] 本发明测试部分位于动臂后端，本测试机构易于测得整个工作装置对整机的力与力矩，易于整机功率的匹配，也方便铲斗动臂受力的测试，方便铲斗动臂优化的验证。装载机台机可更换铲斗和动臂等工作装置，可适用于多种工作装置，通用性高。传感器安装个数和位置可调，方便调整安装刚度，传感器选型灵活，方便安装，易于更换，可靠性高。台架测试振动和整机晃动可控，插入速度控制精度高，测试数据精确。
[0057] 本发明相对于现有技术控制单一变量，然后进行反复试验，本发明能够控制各种相应的工作参数，具有更广泛的模拟适用范围，能够充分模拟装载机的前端工作部件的各种工作状况，包括铲斗的高度、斗齿与水平面的夹角、插入料堆的速度，插入深度，插入时的推力大小等等，并且能够使实验在初始状态相同的状况下重复，对选定的前端工作部件进行性能实验研究或测定，可全天候工作，缩短研究周期，加快研究速度，提高测试精度。前端工作部件的作业阻力实验作为整车实验的补充，从而掌握被测前端工作部件的工作特点和工作参数对性能的影响的规律，并进行参数优化设计，为工程机械高端技术的研究、产品部件和整机性能实验研究提供先进的实验平台和测试手段。
[0058] 本发明通过固定板、快速连接板之间设置三维力力传感器的方式，能够有效克服现有技术中铲斗下端的三维力传感器受上端销轴传感器的影响，测试不够精确，以及测试结果还受到装载机轮子振动影响等问题。
[0059] 本发明通过丝杆和电机控制台车行进，能够精确控制插入速度，提高测量结果准确性。并且，本发明能够随意更换铲斗和动臂，测试系统具有很高通用性，能够针对各种不同型号的装载机进行测试。
[0060] 本发明作为专用实验台，能够对轮式装载机工作装置进行设计分析，进行智能铲装、动臂设计与验证和零部件疲劳强度测试等多种实验，具有广泛的应用前景。
[0061] 本发明的台车结构，前框体较长，能够有效减轻台车前部重量，安装板的位置也能相对靠后，使得装配上装载机前端工作部件后，整体的重心不会过于前倾，后座上安装液压驱动装置等部件，有利于增加后部重量，再通过加强条I的支撑，保证装载机前端工作部件的稳定性。
[0062] 本发明的类花键结构的安装接口和连接部，实现了对装载机前端工作部件的快速安装和拆卸，增加了实验中间切换部件的效率，同时也能够保证装配上装载机前端工作部件的稳定。
[0063] 本发明使用的三维力传感器为通用三维力传感器，其外形结构类似于两端焊有法兰的圆柱体，精度达到+-0.02％，可直接用于连接零部件、承受载荷。
[0064] 本发明的方法采用自动化较高的装载机试验台来完成实验人员驾驶整机进行试验的这个步骤，只需实验人员输入相应参数，试验台将完成所有重复性试验，可以24小时、全天候的进行试验，并且得到的试验结果具有较高的精度和可信度。
附图说明
[0065] 图1是本发明所用装载机测试实验台的结构示意图。
[0066] 图2是本发明所用装载机测试实验台的固定板和快速连接板的装配示意图。
[0067] 图3是本发明所用装载机测试实验台的台车以及快速连接板的结构示意图。
[0068] 图4是本发明所用装载机测试实验台的固定板的结构示意图。
[0069] 图5是本发明实施例2对应的作业阻力仿真结果图。
[0070] 图中各序号和名称如下：
[0071] 1-台车；2-轨道；3-驱动装置；4-车架；5-安装板；6-固定板；7-快速连接板；8-安装接口；9-连接部；10-导轨轮；11-丝杆；13-电机I；14-大带轮；15-小带轮；16-皮带；17-三维力传感器；18-丝杆固定块；19-电机II，20-液压泵；21-整车配重；22-液压缸固定铰耳；23-动臂固定铰耳；24销轴；
[0072] 41-前框；42-后座；43-加强条I；44-加强条II。
具体实施方式
[0073] 下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细说明。
[0074] 实施例1
[0075] 如图1-4所示，本发明方法所用的装置及实验台的结构如下：
[0076] 包括台车1、轨道2、驱动装置3；
[0077] 所述的台车1安装于轨道2上，所述的驱动装置3与台车1连动，驱动台车1沿轨道做进给运动；
[0078] 所述的台车1包括车架4、安装板5、液压驱动装置、固定板6、快速连接板7；所述的车架4安装于轨道2上；所述的安装板5竖直设于车架4上，其上设有安装接口8；
[0079] 所述的固定板6的前壁上设有装载机前端工作部件的安装点；所述的装载机前端工作部件由前端工作部、动臂、以及配套的液压缸组成；
[0080] 所述的固定板6的后壁通过三维力传感器17与快速连接板7的前壁连接；
[0081] 所述的快速连接板7的后壁上设有对应安装接口8的连接部9，通过该连接部9能够方便的插入安装接口8，从而将快速连接板7安装于安装板5上；
[0082] 所述的液压驱动装置设于车架4上，通过液压管路与装载机前端工作部件上的液压缸连接。
[0083] 所述的轨道2为并排的两根；所述的台车1的车架4底部两侧设有导轨轮10，通过导轨轮10安装于轨道2上。
[0084] 所述的轨道2的两端设有丝杆固定块18；所述的驱动装置3包括丝杆11、丝杆轴承、电机I13、大带轮14、小带轮15、皮带16；所述的丝杆11对应轨道2设有两根，安装于轨道2两端的丝杆固定块18上；所述的丝杆轴承安装于丝杆11上，并且与台车1的车架4左右两侧固定连接；所述的两根丝杆11的后端上分别设有小带轮15，所述的大带轮14位于两根轨道2之间，通过皮带16分别与两个小带轮15连接；所述的电机I13与大带轮14连动，驱动大带轮14转动进而带动小带轮15驱动丝杆11转动，从而方便的驱动台车1前后运动。
[0085] 所述的车架4包括前框41、后座42；所述的前框41为中空的方框结构，所述的安装板5竖直设于前框41的后侧端上，所述的后座42的前端与前框41的后侧端连接；所述的前框41的前侧的左右两端和安装板5上端的左右两端之间设有倾斜的加强条I43；所述的后座42的后部的左右两端到安装板5的中部的左右两端之间设有加强条II44；所述的液压驱动装置设于后座42上；在台车1的前后方向上，前框41的长度大于后座42的长度。
[0086] 所述的安装接口8设于安装板5的中部，为类花键槽，所述的快速连接板7的后壁上的连接部9为类花键接头，通过快速连接板7能够快速装配于台车1上。
[0087] 所述的后座42的后端设有整车配重21。
[0088] 所述的固定板6的前壁上设有液压缸固定铰耳22和动臂固定铰耳23，装载机前端工作部件中的液压缸和动臂分别通过销轴安装在液压缸固定铰耳22和动臂固定铰耳23上。
[0089] 所述的固定板6的后壁上的四个角处均设有三维力传感器17，通过这四个三维力传感器17与快速连接板7的前壁连接。
[0090] 所述的液压驱动装置包括电机II19和液压泵20，所述的液压泵20通过液压管路与装载机前端工作部件上的液压缸连接；所述的电机II19与液压泵20连动，驱动液压泵20带动装载机前端工作部件工作。
[0091] 实施例2
[0092] 本实验的装载机机型为某公司生产的5吨3方轮式装载机；所述的装载机前端工作部测试的力传感器设置方法，包括以下步骤：
[0093] A、设定相互平行的固定板6和快速连接板7，所述的固定板6的后壁和快速连接板7的前壁之间通过4个三维力传感器17连接；
[0094] 所述的固定板6的前壁上安装装载机前端工作部件，所述的装载机前端工作部件由铲斗、动臂、以及配套的液压缸组成；
[0095] 所述的快速连接板7的后壁与台车1相连接，所述的台车1能够直线运动并能够提供装载机前端工作部件所需的动力；
[0096] B、在固定板6的后壁上呈四方形预排布设置4个三维力传感器，然后用三坐标测量仪对三维力传感器预排布的位置进行测量，每个三维力传感器的位置对应一个坐标，一共有12个未知数：
[0097] x1、y1、z1、x2、y2、z2、x3、y3、z3、x4、y4、z4；
[0098] C、用压力提供装置施加压力在装载机前端工作部件上，并记录压力的大小、方向、作用点，各个三维力传感器可以直接显示出测试点处受到的三轴方向上的受力，然后通过力矩的平衡公式计算，从而对各个预排布的三维力传感器进行位置标定，力矩的平衡公式如下式所示：
[0099]
[0100] 式中:G为系统自身重力，F为液压缸所施加的压力，M为外载荷简化后产生的力矩，ri为施力点到传感器测试点的力矩，4为传感器的个数；
[0101] 其中三维力传感器的位置标定过程为：利用带有三维力传感器的液压缸作为压力提供装置，该三维力传感器能够测量压力的Fm(m＝1，2，3，4)大小、方向，当第1次施加压力时，取三维力传感器本身的的坐标系为基础坐标系，通过该基础坐标系，测试出第一组各个三维传感器的测试数据，后续继续通过液压缸给予施力，施加力的次数为4次，每改变一个施加力的位置，用坐标测量仪测出坐标的相对变化值，每施加一次受力可以得到4个三维力传感器显示出4组x、y、z方向上的受力：
[0102] fx1、fy1、fz1、fx2、fy2、fz2、fx3、fy3、fz3、fx4、fy4、fz4；
[0103] 第m次施加力的力矩平衡公式如下式：
[0104]
[0105] 其中，第1次施加力时R0为0，因为第1次施加的外力过原点，R0＝0，施加外力的为4次，并且要求施加力的位置不能重合；
[0106] 根据公式1可得到：
[0107] 校合：∑F＝0，∑F代表整体所受合力；
[0108]
[0109] ∑M＝0得：
[0110] MT＝r1×F1+r2×F2+r3×F3+r4×F4＝0；
[0111] 从而对测试点进行精确定位标定，最后获得:
[0112] X＝(x1、y1、z1、x2、y2、z2、x3、y3、z3、x4、y4、z4)。
[0113] D、利用matlab工具进行验证，在仿真软件中，固定板6、快速连接板7、装载机前端工作部件的仿真模型，根据精确定位设置各个三维力传感器，对各个三维力传感器进行仿真分析受力，由上述受力的分解平衡公式可以得到一个矩阵：
[0114] AX＝B
[0115] A为传感器示数矩阵，B为施力大小与位置矩阵；
[0116] 从而可以计算出X矩阵，X矩阵为传感器测试点位置矩阵，然后利用matlab工具计算出X矩阵；然后已经标定好的不同位置施加不同大小的力，将其数据输入matlab进行计算，得到的传感器位置，然后用有限元软件对该模型在相同位置施加相同大小的力，仿真计算matlab计算出的位置处的受力，与传感器示数进行比较，验算公式的误差与精度，本次实验验证情况如下：传感器示数与仿真受力得出的机构的误差为6％的时候为合格。
[0117] 实施例3
[0118] 本实验的装载机机型为某公司生产的5吨3方轮式装载机；所述的装载机前端工作部作业阻力测试方法，包括以下步骤：
[0119] A、先利用实施例2的方法确定三维力传感器在固定板6上的位置，然后将装载机前端工作部件、固定板6、三维力传感器、快速连接板7、台车1装配起来组成测试装置；
[0120] B、调节液压驱动装置，控制铲斗达到设定的高度和插入角度；设定的高度为前端工作部离地面为0.1m，设定的插入角度为前端工作部底面与水平面的夹角为23°；
[0121] C、启动驱动装置3正转，控制台车1到达与实验料堆的设定距离为1米，该处设为台车1的启动位置；
[0122] D、驱动台车1获得设定的速度0.3m/s，向实验料堆行进，并设定插入物料深度为2m，将前端工作部插入实验料堆中，三维力传感器17测试得的插入料堆时的X、Y、Z三个方向的阻力数据；然后启动驱动装置3反转，将台车1恢复到启动位置；
[0123] E、利用X、Y、Z三个方向的阻力数据计算出前端工作部的作业阻力；
[0124] F、重复步骤C-E，即能计算出多组作业阻力数据，取平均值即得到最终前端工作部在设定的高度和插入角度下的作业阻力数据。
[0125] 所述的各个三维力传感器17在每次铲斗插入实验料堆都会测试出一组X、Y、Z三个方向的阻力数据；
[0126] 所述的步骤E中利用上述的4组阻力数据的计算出前端工作部作业阻力的公式，见下式：
[0127]
[0128] 式中：工作装置的前端受力简化为一个集中力Fj与一个力矩Mj；FjG为集中力Fj和重力G的合力，即为所求的作业阻力；fi为各个传感器的示数；Mjo为整体系统的合扭矩；ri为施力点到传感器测试点的力矩；G为重力；FjGX为FjG的X轴分力；FjGY为FjG的Y轴分力；FjGZ为FjG的Z轴分力；FjX为Fj的X轴分力；FjY为Fj的Y轴分力；FjZ为Fj的Z轴分力。
