CN113758550A - 一种基于中介物应变测量的半挂车车载称重装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于中介物应变测量的半挂车车载称重装置，包括：数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、数据显示模块、警示模块、供电模块。所述数据采集模块由上夹具、测量装置和下夹具组成。当车辆载重发生变化时，钢板弹簧的垂向下沉量会改变，安装在车架和板簧之间数据采集模块中的测量装置，可以将板簧垂向下沉量的改变转换为中介物应变值的改变，然后通过数据处理模块得出车辆具体载重数值，最终显示在驾驶室内的数据显示模块上，警示模块通过发出提示音及灯光来提醒司机车辆是否超载或偏载。本发明提供的车载称重装置能够实现实时测量车辆载重量，提高了车辆载重的检测效率，并且相比传统称重装置，成本低、精度高、安装维护方便。
Description
技术领域
本发明涉及汽车称重系统领域，特别是涉及一种基于中介物应变测量的半挂车车载称重装置。
背景技术
近年来，随着中国交通网络的迅速发展，公路运输成为了中国经济发展的一大动力。其中由于半挂车运输机动性和便利性高，使得公路运输得到了迅速发展。但是在交通运输过程中，半挂车超载现象屡见不鲜，车辆超限超载严重破坏了公路基础设施，同时半挂车超载，对车辆自身容易造成弹簧钢板折断或弹性降低，并使铆钉松动、折断，甚至改变总成的相对位置，离合器、变速箱损坏，制动效能突然丧失、方向失控等机械事故。
传统的称重方式依靠地磅定点称重，载货汽车需要驾驶到特定的位置，在静止状态下进行测量，耗费时间久，工作效率低，已经不能满足现代化运输行业的需求。针对现有称重问题，车载称重系统被提出，解决了传统称重设备称重不方便的问题，但现有车载称重系统的测量精度较低、成本高，并且没有考虑设备安装、维护的便捷性。
发明内容
为了解决上述技术背景出现的问题，本发明设计了一种基于中介物应变测量的半挂车车载称重装置，本装置不仅提高了车辆的称重效率，并且考虑到了装置安装和维护，针对半挂车的承载结构，设计了专用的夹具和测量装置，提高了车载称重装置安装、维护的便捷性和测量载重的精度。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种基于中介物应变测量的半挂车车载称重装置，其特征在于，所述称重装置包括：数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、数据显示模块、警示模块、供电模块六个组成部分。
所述数据采集模块与数据传输模块以有线传输的方式进行数据传输，通过信号转换元件实现模拟信号与数字信号的转换；所述数据处理模块通过CAN总线传输系统接收数据采集模块中的数据，读取数据采集模块中应变传感器测出的数据，并通过计算得出半挂车的载重值；所述数据显示模块用来显示车辆载重值和警示信息；所述警示模块包括车载喇叭和警示灯，当车辆超载或偏载时，警示模块通过车载喇叭发出提示音和警示灯进行灯光闪烁来提醒驾驶员；所述供电模块通过有线连接为称重装置的六个模块提供稳定电压。
所述数据采集模块由上夹具、下夹具和测量装置组成，数据采集模块的数量与半挂车钢板弹簧的数量相同，可以适配任何类型的半挂车。
所述上夹具由上夹具夹板、上夹具固定导轨、上夹具滚珠滑块、上夹具螺栓和滚珠组成，所述下夹具由下夹具螺栓、下夹具限位挡板、下夹具滑块和下夹具底座组成，所述测量装置由中介物、应变传感器、大螺旋弹簧套筒、小螺旋弹簧套筒和螺旋弹簧组成。
所述上夹具通过上夹具夹板、上夹具固定滑轨和上夹具螺栓实现对板簧中心点正上方车架工字钢的夹紧，所述上夹具滚珠滑块内部开有滚道，上夹具固定导轨开有半圆形凹槽，通过在滚道中放置滚珠，可将上夹具滑块装配到上夹具固定导轨上，并且可以实现上夹具滑块沿凹槽方向自由移动，所述滚珠可用具有相同作用的滚动体替代。
所述下夹具安装在钢板弹簧的中心位置，下夹具底座两侧开有凹槽，下夹具滑块有与之相对应的凸齿配合，下夹具滑块能够安装在下夹具底座上，实现沿凹槽方向自由移动，所述下夹具限位挡板通过螺栓固定在下夹具底座上，起到了限位的作用，可以防止下夹具滑块脱落，所述下夹具调节螺栓用于调节下夹具滑块沿凹槽方向自由移动，实现下夹具对钢板弹簧的夹紧。
所述测量装置位于上夹具与下夹具之间，所述中介物上部焊接在上夹具滚珠滑块的底部，中介物下部焊接在大螺旋弹簧套筒的顶部，所述应变传感器安装在中介物的侧向表面上，螺旋弹簧位于小螺旋弹簧套筒内部，大螺旋弹簧套筒套在小螺旋弹簧套筒上，小螺旋弹簧套筒焊接在下夹具底座上。
所述中介物的形状为工字形或S形，工字形中介物在侧面安装应变传感器，S形中介物在中间的横向表面安装应变传感器。
所述数据采集模块安装在半挂车车架纵梁与钢板弹簧之间，当车辆受载时钢板弹簧的垂向下沉量会改变，安装在板簧上的下夹具带动小螺旋弹簧套筒向上移动，小螺旋弹簧套筒挤压螺旋弹簧，螺旋弹簧受力压缩，并将力传递到焊接在大螺旋弹簧套筒上的中介物，通过应变传感器可以测量出相应的应变数值，进而将板簧垂向距离的改变转换为应变值的变化。
本发明具有如下有益效果：
1.和其它传感器相比，压力传感器的精度高、误差小，保证了测量的准确性，而且还能在车辆行驶的过程中随时随地进行称重。
2.本发明针对半挂车的承载结构设计了专用的夹具，提高了装置安装和维护的便捷性。
3.上夹具中设有带滚珠或滚柱的滑轨，可以消除板簧受载时发生的纵向移动对螺旋弹簧垂向压缩变形的影响。
4.本发明提供的车载称重系统没有改变车辆的承载结构，保证了车辆的安全性。
附图说明
图1为半挂车车载称重装置整体结构示意图；
图2为半挂车车载称重装置安装位置示意图；
图3为半挂车车载称重装置结构组成示意图；
图4为上夹具结构组成示意图；
图5为上夹具滚珠滑块的一种实施方式结构示意图；
图6为下夹具结构组成示意图；
图7为测量装置结构组成示意图；
图8为S型中介物结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明提供一种基于中介物应变测量的半挂车车载称重装置，如图1所示，所述半挂车车载称重装置包括：数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、数据显示模块、警示模块、供电模块六个组成部分。所述数据采集模块与数据传输模块以有线传输的方式进行数据传输，通过信号转换元件实现模拟信号与数字信号的转换；所述数据处理模块通过CAN总线传输系统接收数据采集模块中的数据，读取数据采集模块中应变传感器测出的数据，并通过计算得出半挂车的载重值；所述数据显示模块用来显示车辆载重值和警示信息；所述的警示模块包括车载喇叭和警示灯，当车辆超载或偏载时，警示模块通过车载喇叭发出提示音和警示灯进行灯光闪烁来提醒驾驶员；所述供电模块通过有线连接为称重装置的六个模块提供稳定电压。
所述数据采集模块为本车载称重装置的核心模块，如图2所示，所述数据采集模块由上夹具1、测量装置2和下夹具3组成，整个模块安装在半挂车车架纵梁4与钢板弹簧5之间，通过将车辆承载后钢板弹簧5的垂向变形量转换为应变量的方式来实现对车辆承载的测量。
如图3所示，所述上夹具由上夹具螺栓101、上夹具夹板102、上夹具固定导轨103、上夹具滚珠滑块104和滚珠105组成，所述测量装置由中介物201、应变传感器202、大螺旋弹簧套筒203、小螺旋弹簧套筒204和螺旋弹簧205组成，所述下夹具由下夹具螺栓301、下夹具限位挡板302、下夹具滑块303和下夹具底座304组成。
如图4所示，所述上夹具1通过上夹具螺栓101、上夹具夹板102和上夹具固定滑轨103实现对板簧5中心点正上方车架工字钢4的夹紧，所述上夹具滚珠滑块104内部开有滚道，上夹具固定导轨103开有半圆形凹槽，通过在滚道中放置滚珠105，可将上夹具滑块104装配到上夹具固定导轨103上，并且可以实现上夹具滑块104沿凹槽方向自由移动，所述滚珠105可用具有相同作用的滚动体替代。
其中图5为上夹具滑块的另一种实施方式，具体为在上夹具滚珠滑块104上开多个圆形滚道，在滚道内放置滚珠等滚动体。
如图6所示，所述下夹具2安装在钢板弹簧5的中心位置，下夹具底座304两侧开有凹槽，下夹具滑块303有与之相对应的凸齿配合，下夹具滑块303能够安装在下夹具底座304上，实现沿凹槽方向自由移动，所述下夹具限位挡板302通过螺栓固定在下夹具底座304上，起到了限位的作用，可以防止下夹具滑块303脱落，所述下夹具调节螺栓301用于调节下夹具滑块303沿凹槽方向自由移动，实现下夹具3对钢板弹簧5的夹紧。
如图7所示，所述中介物2上部焊接在上夹具滚珠滑块104的底部，中介物2下部焊接在大螺旋弹簧套筒203的顶部，所述应变传感器202安装在中介物2的侧向表面上，所述螺旋弹簧205的半径略小于小螺旋弹簧套筒204的半径，小螺旋弹簧套筒204的半径略小于大螺旋套筒203的半径，螺旋弹簧205位于小螺旋弹簧套筒204内部，大螺旋弹簧套筒203套在小螺旋弹簧套筒204上，小螺旋弹簧套筒204焊接在下夹具底座304上，当车辆受载板簧5产生垂向变形，安装在板簧5上的下夹具3带动小螺旋弹簧套筒204向上移动，小螺旋弹簧套筒204挤压螺旋弹簧205，螺旋弹簧205受力压缩，并将力传递到焊接在大螺旋弹簧套筒203上的中介物201，从而应变传感器201可以测量出相应的应变数值。具体的测量过程如下：
根据应力与应变之间的关系：σ＝Eε (1)
式中，E为弹性模量，单位为Mpa；σ为应力，单位为Mpa；ε为应变。
中介物所受的内力：F＝σS＝ESε (2)
式中，S为中介物的截面积，单位为m2。
弹簧所受的力：F1＝K1·Δx1 (3)
式中，K1为弹簧的劲度系数，单位为N/m；Δx1为弹簧的变形量，单位为m。
钢板弹簧所受的力：F2＝K2·Δx2 (4)
式中，K2为钢板弹簧的刚度，单位为N/m；Δx2为弹簧的变形量，单位为m。
当中介物的材料选定后，弹性模量E为一个定值，由公式(1)可以得出应力与应变成线性关系；当中介物的截面积S一定时，由公式(2)可以看出中介物所受的内力F与应变ε成线性关系；由公式(3)可以看出，在弹簧的劲度系数一定时，弹簧的受力F1与弹簧的变形量Δx1成线性关系；由公式(4)可以看出，在钢板弹簧刚度一定时，弹簧的受力F2与弹簧的变形量Δx2成线性关系；当车辆承受载荷时，通过测量钢板弹簧的变形，根据公式(4)即可得出载重量。由于钢板弹簧的变形量不易测量，所以通过数据采集模块来实现对整车的称重。当车辆装上货物时，钢板弹簧5发生垂向变形，使安装在钢板弹簧5上的下夹具3带动小螺旋弹簧套筒204向上移动，小螺旋弹簧套筒204挤压螺旋弹簧205，将钢板弹簧承受的力F2传递到螺旋弹簧205上，螺旋弹簧205受力压缩，并将自身所受的力F1传递到焊接在大螺旋弹簧套筒203上的中介物201，使中介物产生内力为F，通过力之间的传递关系可以知道F＝F1＝F2；因此可以根据公式(1)、(2)、(3)和(4)可以得出钢板弹簧所受的力F2和应变ε之间成线性关系，所以通过测量中介物的应变值ε就可以得出单个钢板弹簧的载重量F2，最后将所有钢板弹簧的载重量相加，就可以得到整车的载重。
如图8所示，应变传感器202安装在中介物201中间的横向表面上。
本文提供的半挂车车载称重系统中数据采集模块的数量不固定，与半挂车钢板弹簧的数量相同，可以适配不同类型的半挂车。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，但本发明并不局限于实施方式，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于中介物应变测量的半挂车车载称重装置，其特征在于，所述称重装置包括：数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、数据显示模块、警示模块、供电模块六个组成部分。
2.根据权利要求1所述的半挂车车载称重装置，其特征在于，所述数据采集模块与数据传输模块以有线传输的方式进行数据传输，通过信号转换元件实现模拟信号与数字信号的转换；所述数据处理模块通过CAN总线传输系统接收数据采集模块中的数据，读取数据采集模块中应变传感器测出的数据，并通过计算得出半挂车的载重值；所述数据显示模块用来显示车辆载重值和警示信息；所述警示模块包括车载喇叭和警示灯，当车辆超载或偏载时，警示模块通过车载喇叭发出提示音和警示灯进行灯光闪烁来提醒驾驶员；所述供电模块通过有线连接为称重装置的六个模块提供稳定电压。
3.根据权利要求1所述的半挂车车载称重装置，其特征在于，所述数据采集模块由上夹具、下夹具和测量装置组成，数据采集模块的数量与半挂车钢板弹簧的数量相同，可以适配任何类型的半挂车。
4.根据权利要求3所述的数据采集模块，其特征在于，所述上夹具由上夹具夹板、上夹具固定导轨、上夹具滚珠滑块、上夹具螺栓和滚珠组成，所述下夹具由下夹具螺栓、下夹具限位挡板、下夹具滑块和下夹具底座组成，所述测量装置由中介物、应变传感器、大螺旋弹簧套筒、小螺旋弹簧套筒和螺旋弹簧组成。
5.根据权利要求3所述的数据采集模块，其特征在于，所述上夹具通过上夹具夹板、上夹具固定导轨和上夹具螺栓实现对板簧中心点正上方车架工字钢的夹紧，所述上夹具滚珠滑块内部开有滚道，上夹具固定导轨开有半圆形凹槽，通过在滚道中放置滚珠，可将上夹具滑块装配到上夹具固定导轨上，并且可以实现上夹具滑块沿凹槽方向自由移动。所述滚珠可用具有相同作用的滚动体替代。
6.根据权利要求3所述的数据采集模块，其特征在于，所述下夹具安装在钢板弹簧的中心位置，下夹具底座两侧开有凹槽，下夹具滑块有与之相对应的凸齿配合，下夹具滑块能够安装在下夹具底座上，实现沿凹槽方向自由移动；所述下夹具限位挡板通过螺栓固定在下夹具底座上，起到了限位的作用，可以防止下夹具滑块脱落；所述下夹具调节螺栓用于调节下夹具滑块沿凹槽方向自由移动，实现下夹具对钢板弹簧的夹紧。
7.根据权利要求3所述的数据采集模块，其特征在于，所述测量装置位于上夹具与下夹具之间，所述中介物上部焊接在上夹具滚珠滑块的底部，中介物下部焊接在大螺旋弹簧套筒的顶部；所述应变传感器安装在中介物的侧向表面上，螺旋弹簧位于小螺旋弹簧套筒内部，大螺旋弹簧套筒套在小螺旋弹簧套筒上，小螺旋弹簧套筒焊接在下夹具底座上。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述中介物的形状为工字形或S形，工字形中介物在侧面安装应变传感器，S形中介物在中间的横向表面安装应变传感器。
9.根据权利要求5-8所述的半挂车称重装置，其特征在于，所述数据采集模块安装在半挂车车架纵梁与钢板弹簧之间，当车辆受载时钢板弹簧的垂向下沉量会改变，安装在板簧上的下夹具带动小螺旋弹簧套筒向上移动，小螺旋弹簧套筒挤压螺旋弹簧，螺旋弹簧受力压缩，并将力传递到焊接在大螺旋弹簧套筒上的中介物，通过应变传感器可以测量出相应的应变数值，进而将板簧垂向距离的改变转换为应变值的变化。
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