CN101430236A

CN101430236A - 钢板弹簧刚度、弧高测量系统及测量补偿方法

Info

Publication number: CN101430236A
Application number: CNA2008102339679A
Authority: CN
Inventors: 林巨广; 任永强; 谢峰; 陈清红
Original assignee: Anhui JEE Automation Equipment Co Ltd
Current assignee: Anhui JEE Automation Equipment Co Ltd
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: CN101430236B

Abstract

钢板弹簧刚度、弧高测量系统及补偿测量方法，其特征是系统包括一水平基准台，被测钢板弹簧通过两端的滑车支撑在其上；一位于被测钢板弹簧的上方、处在被测钢板弹簧的中心位置上、呈竖直设置的可上下移动的压杆，压杆的底端通过压头可施压于被测钢板弹簧；一压力传感器，用于测量压杆通过压头向被测钢板弹簧施加的压力；一位移传感器，用于测量压头相对于基准台的位移量。本发明是利用钢板弹簧的弹性变形与压力的线性关系对弧高测量误差进行补偿。预设门槛压力以便有效减小传感器自身的零点输出误差和外界干扰的误差，以及导杆、压头和压力传感器等自重导致的误差。

Description

钢板弹簧刚度、弧高测量系统及测量补偿方法

技术领域

本发明涉及钢板弹簧刚度测量及弧高测量，更具体地说是涉及汽车钢板弹簧刚度、弧高测量的测量系统及测量补偿方法。

背景技术

汽车钢板弹簧是汽车的主要组成部件之一，将车架与车轴弹性地联结起来，其主要作用是传递车轮和车架间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车架的冲击载荷，以保证汽车平稳地正常行驶。钢板弹簧因为要承受较大的应力和冲击载荷，因此需要很高的屈服强度和疲劳强度，而钢板弹簧的刚度和零载荷弧高是衡量屈服强度和疲劳强度的重要参数，因此准确测量钢板弹簧刚度及弧高变得极为重要。在汽车实际行驶中，钢板弹簧是工作在额定载荷以下，其应力和弧高的变形量是呈线性关系的，需要通过测量优化计算得出准确的弹簧刚度和弧高。

现有技术中，对钢板弹簧的刚度和弧高，国内很多企业都是采用计算机控制，结合传感器、液压系统对钢板弹簧进行智能化测量。但这些智能测量设备当中，一种设备只能测量一种型号的钢板弹簧，通用性不好。测量中，通常只是通过压力传感器读取几个压力值点来估算钢板弹簧的刚度和弧高，这使得由于系统误差等原因造成零载荷弧高很难准确测量。具体影响测量精度的主要因素包括：

1、汽车钢板弹簧所承受的载荷非常大，因此选用的压力传感器的量程就比较大，传感器量程大就导致了传感器的灵敏度不高，特别是作用在小钢板弹簧上，当小钢板弹簧有明显的变形，而传感器可能没有输出。另外，每一种传感器本身都有零点输出误差，这导致在实际测量中钢板弹簧变形有一个随机的跳动量，试验时外界的干扰如温度，电磁等对弧高测量精度也有一定的影响。

2、传感器，压头，压头的导向杆和其他的辅助装置，由于有自重的作用，会对钢板弹簧施加一定的载荷，然而传感器在压头和钢板弹簧刚接触时由于调整间隙的缘故，导致传感器无法消除所述重力和间隙。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种钢板弹簧刚度、弧高测量系统及测量补偿方法，以期提高钢板弹簧刚度和弧高的测量精度，并能进行多种型号的汽车钢板弹簧刚度和弧高的测量，通用性强，使测量更加方便快捷，提高生产效率。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明钢板弹簧刚度、弧高测量系统，其特征是所述测量系统包括：

一水平基准台，被测钢板弹簧通过两端的滑车支撑在基准台上；

一位于被测钢板弹簧的上方、处在被测钢板弹簧的中心位置上、呈竖直设置的可上下移动的压杆，压杆的底端通过作用块可施压于被测钢板弹簧；

一压力传感器，用于测量压杆通过作用块向被测钢板弹簧施加的压力；

一位移传感器，用于测量压头的作用块相对于基准台的位移量。

本发明钢板弹簧刚度、弧高测量系统的结构特点也在于在基准台的上方设置机架，机架上固定设置液压缸，压杆为液压缸中的活塞杆；在机架上，设置与活塞杆相平行的滑移导杆，滑移导杆的底端固定设置压头支架，压头支架以其背板滑套在压杆的杆端，并以其前板固定设置作用块。

本发明钢板弹簧刚度、弧高测量系统的补偿测量方法的特点是设置钢板弹簧受力变形的过程中的门槛压力G1，减小传感器自身的零点输出误差和外界干扰的误差；压头停放的位置为零点，所述零点与基准台水平面的高度标定为H；以门槛压力G1下的钢板弹簧变形量为起始，以额定载荷Ge终止压力，增加压头(2)在钢板弹簧上施加的压力，使钢板弹簧增加变形量，钢板弹簧每增加1cm的变形时，记录相应的压力值Fi，相对零点的距离Hi，在每相邻两个点之间取差值Δf_i＝F_i+1-F_i，Δh_i＝H_i+1-H_i，求和取平均值

\overset{&OverBar;}{K} = \frac{Σ_{i = 1}^{i = n} {Δf}_{i}}{Σ_{i = 1}^{i = n} {Δh}_{i}},

所述平均值K即为所求钢板弹簧的刚度；分别将传感器测量所得的零载荷时钢板弹簧所处的位置相对于零点的距离H₀，空载时钢板弹簧所处的位置相对零点的距离Hk，额定载荷时钢板弹簧所处的位置相对零点距离He代入公式：

Hi' = Hi - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}} - - - (1)

补偿G0和G1引起的误差；

所对应的位置与相对于零点的距离修正过后的值为：

H_{0}' = H_{0} - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}},

Hk' = Hk - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}},

He' = He - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}};

所述记录点Fi处的实际弧高h_i＝H-H_i′-R；分别把零载荷时钢板弹簧所处的位置相对于零点的距离的修正值H₀＇，空载时钢板弹簧所处的位置相对零点的距离的修正值H_k＇，额定载荷时钢板弹簧所处的位置相对零点距离的修正值He＇代入，得出实际的钢板弹簧零载荷弧高h₀＝H-H₀′-R，钢板弹簧空载弧高h_k＝H-Hk′-R，钢板弹簧额定载荷弧高h_e＝H-He′-R。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明利用钢板弹簧的弹性变形与压力的线性关系对弧高测量误差进行补偿。测量系统是以液压为动力，使用位移传感器和压力传感器进行测量。本发明预设门槛压力可以有效减小传感器自身的零点输出误差和外界干扰的误差，以及导杆、压头和压力传感器等自重导致的误差。

2、木发明采用在弹性曲线的线性部分多次取值取平均的方法较为精确得出钢板弹簧的弧高，钢板弹簧曲线绘制简单准确，能较真实方便地得出钢板弹簧的刚度和静负荷弧高。

3、本发明方法通用性强，可以适用于对不同种类的钢板弹簧的刚度和静负荷弧高的检测。试验时需要注意压力传感器的量程的选择。

4、本发明系统中尽管压力传感器和位移传感器实际受到外界干扰和传感器本身工作稳定的状态影响，经过合理补偿不仅提高了刚度和静负荷弧高的测量精度同时在钢板弹簧放置好以后不需要人工操作，提高自动化程度，减轻工人的劳动强度。

5、本发明结构简单紧凑，稳定性好，可靠性高，试验时操作简单易行，设备易于维护。

附图说明

图1为钢板材料弹性变形示意图。

图2为本发明系统设置主视示意图。

图3为本发明系统设置中压头局部放大图。

图4为本发明系统设置中侧视结构示意图。

图5为本发明方法中钢板弹簧变形示意图。

图6为本发明方法中钢板弹簧刚度曲线图。

图中标号：1机架、2压头、3基准台、4液压缸、5液压管路、6钢板弹簧、7液压站、8滑车、9前板、10背板、11导杆、12压杆、13压力传感器、14压头作用块、15位移传感器。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图2，本实施例中的测量系统包括

一水平基准台3，被测钢板弹簧6通过两端的滑车8支撑在基准台3上；

一位于被测钢板弹簧6的上方、处在被测钢板弹簧6的中心位置上、呈竖直设置的可上下移动的压杆12，压杆12的底端通过压头2上的作用块14可施压于被测钢板弹簧；

一压力传感器13，用于测量压杆12通过作用块14向被测钢板弹簧6施加的压力；

一位移传感器15，用于测量作用块14相对于零点O1的位移量。

具体实施中，如图2、图3、图4所示，在基准台3的上方设置机架1，机架1上固定设置液压缸4，压杆12为液压缸4中的活塞杆；在机架1上，设置与活塞杆相平行的滑移导杆11，滑移导杆11的底端固定设置压头支架，压头支架以其背板10滑套在压杆12的杆端，并以其前板9固定设置作用头14。

图1所示，在钢板的弹性变形范围内，钢板弹簧的应力与应力变形呈线性关系，线性部分如图1所示。

测量过程：

1、压头2悬置于钢板弹簧竖直上方的停放位置为零点O1，O1与基准台3的台面距离标定为H；在钢板弹簧6受力变形的过程中预设50KN的门槛压力G1；滑车8对称放置在基准台上，把钢板弹簧6的两端放置到滑车8上，标记滑车8的中心孔和基准台3的距离为R；手动调整滑车的位置保证钢板弹簧6的中心线和压头2的中心线在一条直线上；选择合适量程的压力传感器13并放置在压头2和压杆12之间。

2、启动计算机控制系统，液压站7为液压缸4提供高压油，带动压头2在竖直方向运动。压头2下压，达到门槛压力，确保压力传感器和前板9、钢板弹簧6和小车8充分接触，压头停止下压并抬高一定的高度，让钢板弹簧恢复自由状态，微调滑车位置，滑车的位置保证钢板弹簧6的中心线和压头2的中心线在一条直线上；然后下压，压力值达到门槛压力时开始记录弧的顶部相对零点的高度H₁和门槛压力G₁，以额定载荷Ge为止，钢板弹簧每变化1cm记录一次变形量H_i和压力F_i。取相邻两记录点对应的变形量做差值，得出钢板弹簧的弧高变化量Δf_i＝F_i+1-F_i，Δh_i＝H_i+1-H_i(i>＝1)。

3、根据步骤2中压力和弧高变化记录值，求和：

求商：

\overset{&OverBar;}{K} = \frac{Σ_{i = 1}^{n} {Δf}_{i}}{Σ_{i = 1}^{n} {Δh}_{i}},

则K为所求钢板弹簧的刚度，即图6中直线的斜率，这个值较为接近真实值。分别将传感器测量所得的零载荷时钢板弹簧所处的位置相对于零点的距离H₀，空载时钢板弹簧所处的位置相对零点的距离Hk，额定载荷时钢板弹簧所处的位置相对零点距离He代入公式：

Hi' = Hi - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}}

(G1：门槛压力，G0：压头等辅助装置自重) (1)

修正G0和G1引起的误差。

所对应的位置与相对于零点的距离修正值为：

H_{0}' = H_{0} - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}},

Hk' = Hk - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}},

He' = He - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}} .

各记录点对应的钢板弹簧实际弧高为：h_i＝H-Hi′-R (2)；

把补偿过后的值代入式(2)即为零载荷相对传感器零点的弧高，

则有：实际的钢板弹簧零载荷弧高 h₀＝H-H₀′-R；

实际的钢板弹簧空载弧高 h_k＝H-Hk′-R；

实际的钢板弹簧额定载荷弧高 h_e＝H-He′-R；

4、参见图5，图6，在步骤3基础上，每个记录点的传感器压力值Fi为Y轴、以及弧板中心与零点之间距离Hi为X轴、(G1+G0，H1)为原点、Fi，Hi增大为坐标系的正方向；以(G1+G0，H1)为起点，依次取点(Gi，Hi)，以(Ge，He)为终点，绘制曲线；所述曲线非常接近为一直线，其斜率即上面的K；经过原点，以K为斜率，把曲线向相反方向延长，使得其在X轴上的投影为-(G0+G1)，以

为原点做与上述坐标系平行的坐标系，以则对应Y坐标值为零载荷相对于零点的距离。空载荷Gk，额定载荷Ge对应坐标点的Y坐标值为空载相对零点的距离，额载相对零点的距离。通过曲线反映出上述测量的结果。

本发明能够减少传感器自身和外界干扰带来的测量误差以及系统辅助装置自重导致的测量误差，通用性强，控制可靠，精确度高。

Claims

1、钢板弹簧刚度、弧高测量系统，其特征是所述测量系统包括：

一水平基准台(3)，被测钢板弹簧(6)通过两端的滑车(8)支撑在基准台(3)上；

一位于被测钢板弹簧(6)的上方、处在被测钢板弹簧(6)的中心位置上、呈竖直设置的可上下移动的压杆(12)，压杆(12)的底端通过压头(2)上的作用块(14)可施压于被测钢板弹簧；

一压力传感器(13)，用于测量压杆(12)通过作用块(14)向被测钢板弹簧(6)施加的压力；

一位移传感器(15)，用于测量作用块(14)相对于零点O1的位移量。

2、根据权利要求1所述的钢板弹簧刚度、弧高测量系统，其特征是在所述基准台(3)的上方设置机架(1)，机架(1)上固定设置液压缸(4)，所述压杆(12)为液压缸(4)中的活塞杆；在所述机架(1)上，设置与所述活塞杆相平行的滑移导杆(11)，滑移导杆(11)的底端固定设置压头支架，压头支架以其背板(10)滑套在压杆(12)的杆端，并以其前板(9)固定设置作用头(14)。

3、一种钢板弹簧刚度、弧高测量补偿方法，其特征是：

设置压头(2)悬置于钢板弹簧(6)上方的停放位置为零点O1，所述零点O1与基准台(3)的垂直距离为H；所述滑车(8)的高度为R；以压头作用块(14)作用于钢板弹簧(6)，设定使钢板弹簧(6)产生初始变形时，传感器(15)的检测压力为门槛压力G1；

钢板弹簧刚度、弧高测量系统的补偿测量方法是：在额定载荷压力Ge内，以初始载荷量门槛压力G1为起始，此时钢板弹簧的中心点与零点O1之间距离为H1；以额定载荷Ge为终止压力，在额定载荷下钢板弹簧的中心点与零点O1之间距离为He；测量过程是：在压头作用块(14)对钢板弹簧(6)的下压过程中，以钢板弹簧的弧高每变化1cm为记录点，记录每个记录点的传感器压力值Fi和钢板弹簧中心与零点之间距离Hi；相邻记录点的差值：Δh_i＝H_i+1-H_i，Δf_i＝F_i+1-F_i；则有：

钢板弹簧的刚度值为：

\overset{&OverBar;}{K} = \frac{Σ_{i = 1}^{i = n} Δ f_{i}}{Σ_{i = 1}^{i = n} Δ h_{i}};

分别将传感器测量所得的零载荷时钢板弹簧所处的位置相对于零点的距离H₀，空载时钢板弹簧所处的位置相对零点的距离Hk，额定载荷时钢板弹簧所处的位置相对零点距离He代入公式：

Hi' = Hi - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}} - - - (1)

补偿G0和G1引起的误差；

所对应的位置与相对于零点的距离修正值为：

H_{0}' = H_{0} - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}},

Hk' = Hk - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}},

He' = He - \frac{G 0 + G 1}{\overset{&OverBar;}{K}};

所述各记录点对应的钢板弹簧实际弧高为：h_i＝H-Hi′-R(2)；

把补偿过后的值代入式(2)，

则有：实际的钢板弹簧零载荷弧高 h₀＝H-H₀′-R；

实际的钢板弹簧空载弧高 h_k＝H-Hk′-R；

实际的钢板弹簧额定载荷弧高 h_e＝H-He′-R。