一种具有压力监测功能的橡胶减震装置、监测方法及工程车辆与流程

1.本发明涉及一种具有压力监测功能的橡胶减震装置，属于机械领域，可用于重载矿用自卸车，特别是铰接式自卸车。


背景技术：

2.矿用自卸车道路条件恶劣，特别是铰接式自卸车，为减小地面冲击对整车运行的影响，需要配置弹性悬架系统。弹性元件较常用的悬挂油缸和橡胶减震装置。对于道路条件稍好的刚性自卸车，多采用悬挂缸的形式，但对于道路条件特别恶劣的铰接式自卸车，多采用橡胶减震装置。橡胶减震装置的减震效果较悬缸油缸差，但是可靠性更高、免维护，在铰接式自卸车领域得到广泛应用。
3.专利us4615513和专利wo2012002064分别介绍了两种结构类似的铰接式自卸车悬架橡胶减震装置，采用多层钢板和橡胶叠加的结构，可靠性高，使用效果良好，但是上述两种橡胶减震装置不具有称重功能，无法满足技术发展的需要。
4.随着信息化、数字化、智能化矿山的发展需求，对车辆也提出了更高的要求，需要对自卸车的油耗、运输里程、载重量、整机故障等信息进行实时监控，以不断提升作业效率。称重功能一般通过悬架系统来实现，如果是悬缸油缸结构，可以直接读取悬挂缸的压力变化来计算载重。但是铰接式自卸车的悬架多采用上述专利中的橡胶减震装置，无法读取压力变化，故称重系统一直是铰接式自卸车难以解决的问题。如果将橡胶减震改成悬挂缸结构，势必会大大增加成本，而且现有的空间和结构实现难度较大。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种具有压力监测功能的橡胶减震装置，可以实现压力的实时监测，通过一定的算法，实现对车辆承载货物的重量的测量。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明公开了一种具有压力监测功能的橡胶减震装置，包括上连接板、下连接板、压力监测装置、机械连接装置、橡胶体和环形层板；所述橡胶体内部均匀分布若干环形层板，橡胶体的一端与所述的压力监测装置相连，另一端与下连接板相连；所述橡胶体与压力监测装置、下连接板和若干环形层板整体硫化成一体；所述上连接板安装在所述压力监测装置处，所述橡胶体为中空的结构，所述机械连接装置穿过橡胶体的中心将上连接板与下连接板连接。
7.压力监测装置的优选方案：所述压力监测装置包括底座、外环、内环、弹性体和应变片；所述底座的外圈开设了阶梯，底座的内圈设置有内防护环，该内防护环用于硫化橡胶体时保护压力测试装置；所述外环放置在底座上，所述外环的内圈均匀布置了若干弹性体，所述外环的外圈还设置有若干导向槽；所述弹性体支撑所述内环，所述应变片布置在所述弹性体上。
8.进一步的方案：所述外环与所述底座通过焊接方式或者一体铸造方式构成一体式结构；或者，所述外环与所述底座通过螺栓连接方式构成分体式结构。
9.进一步的方案：所述弹性体、内环均与所述底座不接触，且留有距离l1；所述内环上部高出所述外环上部距离为l2；所述弹性体侧面布置有应变片，当内环上部受压产生时，将产生向下的运动，l1变小，同时使弹性体产生弹性变形，弹性体的变形也会导致布置在弹性体侧面的应变片的电阻变化。
10.上连接板的优选方案：所述上连接板包括顶板、导向环和外防护环；所述顶板的周圈开设了若干个上安装孔，所述顶板的中心开设了上阶梯孔，所述导向环内圈设置了若干导向柱。
11.进一步的方案：所述导向环的内圈与所述的外环的外圈配合，所述导向柱与所述导向槽配合，使所述上连接板与所述压力监测装置之间只有轴向的相对运动，无圆周方向的相对运动；所述外防护板与所述的底座外圈的阶梯配合，对所述压力监测装置进行防护。
12.下连接板的优选方案：所述下连接板的周圈开设有若干个下安装孔，所述下连接板的中心开设有下阶梯孔。
13.机械连接装置的优选方案：所述机械连接装置包括下连接座、上连接座、连接环和锁紧螺母；所述下连接座与所述下连接板的下阶梯孔配合，所述上连接座与所述上连接板的上阶梯孔配合；所述连接环位于橡胶体中，用于将所述下连接座、上连接座进行连接；所述锁紧螺母旋紧在从上连接板穿出预设距离的上连接座上，从而完成限制上连接板和下连接板之间的最远距离。
14.本发明还公开了一种基于上述的具有压力监测功能的橡胶减震装置的监测方法：橡胶减震装置通过下连接板中的下安装孔与车桥相连，橡胶减震装置通过上连接板中的上安装孔与车体相连；压力监测装置中的内环上部与上连接板接触，在橡胶减震装置受到车体的压力作用时，上连接板会将压力通过内环传递至压力监测装置中的弹性体，使弹性体产生弹性变形，弹性体的变形会导致布置在弹性体侧面的应变片的电阻变化，电阻的变化产生电流的变化，然后通过运算来测量内环所受的压力大小；通过布置在车辆上的多个橡胶减震装置所监测到的压力的变化，来计算车辆所承载货物的重量，来实现称重。
15.本发明还公开了一种工程车辆，包括车体、车桥和上述的具有压力监测功能的橡胶减震装置，该橡胶减震装置通过紧固件连接在车体和车桥之间。
16.进一步的方案：所述工程车辆优选为铰接式自卸车。
17.基于以上技术方案的应用，本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明所述的橡胶减震装置的结构与现有的结构和安装尺寸可以做到完全一致，同时实现车辆称重功能，结构简单。具体表现为：第一、橡胶减震装置可以直接替换现有的橡胶减震装置，无需更改结构和尺寸；第二、橡胶减震装置的减震效果与现有技术一致，没有因为增加称重功能而减弱减震效果；第三、结构简单，压力监测装置的材质均为常规材料，加工简单，应变片为常规产品，成本低廉，制造成本基本不增加；第四、平时无需对所述的橡胶减震装置进行保养，免维护，相对于悬挂缸形式，大大减少维护成本。
附图说明
18.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
19.在附图中：图1为本发明所述的橡胶减震装置在车辆上的使用连接方式；图2为本发明所述的橡胶减震装置的立体图；图3为本发明所述的橡胶减震装置的剖视图；图4为本发明所述的橡胶减震装置的压力监测装置的立体图；图5为本发明所述的橡胶减震装置的压力监测装置的主视图和b-b面视图；图6为本发明所述的橡胶减震装置的上连接板的立体图；图7为本发明所述的橡胶减震装置的上连接板的主视图和a-a面视图；图8为本发明所述的橡胶减震装置的下连接板的结构；图9为本发明所述的橡胶减震装置的机械连接装置的结构；图10为一种铰接式自卸车载货重量计算原理图。
20.附图标识：1、橡胶减震装置；2、上连接板；3、下连接板；4、压力监测装置；5、机械连接装置；6、橡胶体；7、环形层板；8、车桥；9、车体；10、紧固件；2-1、顶板；2-2、导向环；2-3导向柱；2-4、外防护环；2-5、上安装孔；2-6、上阶梯孔；2-7、上阶梯孔；3-1、下安装孔；3-2、下阶梯孔；3-3、下阶梯孔；4-1、底座；4-2、外环；4-3、内环；4-4、弹性体；4-5、应变片；4-6、导向槽；4-7、内防护环；4-8、阶梯；5-1、下连接座；5-2、上连接座；5-3、连接环；5-4、锁紧螺母。
21.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，术语
ꢀ“
上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.图1所示为本发明所述的橡胶减震装置1在车辆上的使用连接方式，橡胶减震装置1通过紧固件10分别于车体9和车桥8相连，在车辆运行过程中，车桥8受崎岖路面的影响，会产生较大的震动，橡胶减震装置1可以缓解或者隔离车桥8产生的震动，减少震动对车体9的影响。
26.需要说明的是，车体9可以是车辆的车架或者悬架。
27.图2、图3所示为本发明所述的橡胶减震装置1的结构图。橡胶减震装置1由上连接板2、下连接板3、压力监测装置4、机械连接装置5、橡胶体6和环形层板7组成。橡胶体6的一端与压力监测装置4相连，另一端与下连接板3相连，橡胶体6内部均匀分布若干环形层板7，环形层板7可以减小橡胶体6在受力时的变形量，提高刚度和抗压能力。橡胶体6与压力监测装置4、下连接板3和若干环形层板7整体硫化在成一体。橡胶体6为中空的结构，机械连接装置5穿过橡胶体6的中心将上连接板2与下连接板3连接。机械连接装置5限制上连接2和下连接板3之间的最远距离，防止橡胶体6收到较大的拉力。一般橡胶具有很好的承受压力的性能，较大的拉力容易使橡胶开裂。
28.以下给出上述技术方案中关于压力监测装置的一优选实施例：图4、图5所示为所述的橡胶减震装置1的压力监测装置4的结构，压力监测装置4由底座4-1、外环4-2、内环4-3、弹性体4-4和应变片4-5组成。底座4-1的外圈开设了阶梯4-8。底座4-1的内圈设置有内防护环4-7，内防护环4-7用于硫化橡胶体6时保护压力测试装置4。外环4-2放置在底座4-1上，与底座4-1可以是一体式结构，也可以是分体式，通过螺栓连接在一起。外环4-2的内圈均匀布置了若干弹性体4-4，弹性体4-4支撑内环4-3，弹性体4-4和内环4-3与底座4-1不接触，留有距离l1。内环4-3上部高出外环4-2上部l2。弹性体4-4侧面布置有应变片4-5。当内环4-3上部受压产生时，将产生向下的运动，l1变小，同时使弹性体4-4产生弹性变形。弹性体4-4的变形也会导致布置在弹性体4-4侧面的应变片4-5的电阻变化。外环4-2的外圈设置有若干导向槽4-6。
29.以下给出上述技术方案中关于上连接板的一优选实施例：图6、图7所示为本发明所述的上连接板2的结构，上连接板2由顶板2-1、导向环2-2和外防护环2-4组成。顶板2-1的周圈开设了若干上安装孔2-5，顶板2-1的中心开设了上阶梯孔2-6和上阶梯孔2-7，导向环2-2内圈设置了若干导向柱2-3。导向环2-2的内圈与所述的外环4-2的外圈配合，导向柱2-3与导向槽4-6配合，使上连接板2与压力监测装置4之间只有轴向的相对运动，无圆周方向的相对运动。外防护环2-4与所述的阶梯4-8配合，来防止外部物体进入压力监测装置4内部对压力监测装置4造成损伤。
30.以下给出上述技术方案中关于下连接板的一优选实施例：图8所示为本发明所述的橡胶减震装置1的下连接板3的结构，下连接板3的周圈开设有若干下安装孔3-1，下连接板3的中心开设有下阶梯孔3-2和下阶梯孔3-3。
31.以下给出上述技术方案中关于机械连接装置的一优选实施例：图9所示为本发明所述的橡胶减震装置1的机械连接装置5的结构。机械连接装置5由下连接座5-1、上连接座5-2、连接环5-3和锁紧螺母5-4组成。下连接座5-1与下阶梯孔3-2和下阶梯孔3-3配合，上连接座5-2与上阶梯孔2-6和上阶梯孔2-7配合；连接环5-3位于橡胶体6中，用于将下连接座3、上连接座2进行连接；锁紧螺母5-4旋紧在从上连接板2穿出预设距离的上连接座5-2上。机械连接装置5限制上连接板2和下连接板3之间的最远距离，防止橡胶体6收到较大的拉力。
32.以下给出上述的具有压力监测功能的橡胶减震装置的监测方法：橡胶减震装置1通过所述的若干下安装孔3-1与车桥8相连，橡胶减震装置1通过所述的若干上安装孔2-5与车体9相连。内环4-3上部与上连接板2接触，在所述的橡胶减震装置1受到车体9的压力作用时，上连接板2会将压力通过内环4-3传递至弹性体4-4，使弹性体
4-4产生弹性变形，弹性体4-4的变形会导致布置在弹性体4-4侧面的应变片4-5的电阻变化，电阻的变化产生电流的变化，然后通过运算来测量内环4-3所受的压力大小。通过布置在车辆上的多个橡胶减震装置1所监测到的压力的变化，来计算车辆所承载货物的重量，来实现称重。
33.以下给出上述的通过布置在车辆上的多个橡胶减震装置所监测到的压力的变化，来计算车辆所承载货物的重量，来实现称重这一技术方案的优选实施例：如图10所示，一种铰接式自卸车，具有前、中和后三根车桥，前桥与前车架相连，后车架左右各布置一个平衡梁，中桥和后桥通过橡胶减震装置与平衡梁相连，货箱中的货物重力通过车架传递给平衡梁，平衡梁再传递给车桥；平衡梁中心与前桥中心的水平距离为a，货物重心距离平衡梁中心的水平距离为b，布置在平衡梁两端的橡胶减震装置测得的压力分别为f1、f2、f3和f4，在水平状态下，四个橡胶减震测的压力之和为平衡梁中心所受的压力f，即f=f1 f2 f3 f4。
34.假定载货重量为m，则m分解到平衡梁中心的压力f；根据力学原理，f=m*g(a-b)/a，其中g为重力加速度；由f=f可得，m*g*(a-b)/a= f1 f2 f3 f4；因此，m=a*(f1 f2 f3 f4)/[g*(a-b)]。
[0035]
如果在具有一定倾角的地面上，需要根据物理学原理，将力换算到垂直方向，地面倾角可通过安装在前后车架上的两个倾角传感器测得，倾角过大，将影响系统测量精度，一般要求车辆在静止状态下，地面倾角不大于10
°
时，读取数值；上述计算过程中只考虑了载货重量m(变量值)对橡胶减震装置数值的影响，没有考虑车辆自身的重量，因为车辆自身的重量为一个定值，在系统中可预先排除。
[0036]
综上，本发明所述的橡胶减震装置1的结构与现有的结构和安装尺寸可以做到完全一致，同时实现车辆称重功能，结构简单。具体表现为：第一、橡胶减震装置1可以直接替换现有的橡胶减震装置，无需更改结构和尺寸；第二、橡胶减震装置1的减震效果与现有技术一致，没有因为增加称重功能而减弱减震效果；第三、结构简单，压力监测装置4的材质均为常规材料，加工简单，应变片4-5为常规产品，成本低廉，制造成本基本不增加。第四、平时无需对所述的橡胶减震装置1进行保养，免维护，相对于悬挂缸形式，大大减少维护成本。
[0037]
本发明还公开了一种工程车辆，包括车体、车桥和上述的具有压力监测功能的橡胶减震装置，该橡胶减震装置通过紧固件连接在车体和车桥之间。
[0038]
进一步的方案：工程车辆优选为铰接式自卸车。
[0039]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0040]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本技术所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。
[0041]
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人
员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。