CN114252180B - 受力传感器组件及工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种受力传感器组件及工程机械，属于工程机械领域。所述受力传感器组件包括：承载区，所述承载区的上表面用于承载被测结构施加的载荷；固定区，所述固定区用于与被测结构机械连接，其中所述固定区环绕所述承载区布置；应变敏感区，处于所述固定区下方，设置有腔体，所述腔体内壁设置有一组或多组应变片，其中每组应变片组成桥式电路；以及支撑区，处于所述应变敏感区的下方以起到支撑作用，其中，所述支撑区设置有环形凹槽。在支撑区设置环形凹槽，能够阻断传感器组件传力路径的分散，提高测量精度。

Description

受力传感器组件及工程机械
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体地涉及一种受力传感器组件及工程机械。
背景技术
在机械结构中，受力测量通常是必不可少的。例如，工程机械中，需要对支腿反力进行测量。
工程机械(如汽车起重机、泵车、消防车等)在作业时为提高抗倾覆能力，一般会向四周伸出支腿支撑结构，而支撑结构的支撑力大小直接反映了工程车当前的支撑安全状况，例如：(1)当任一支腿反力大于该支腿的设计承载极限时，此时该支腿有失稳失效风险，整机有倾翻事故的可能；(2)当任一支腿反力接近地面承载能力时，此时支撑地面有压溃沉降风险，同样会造成工程机械倾翻；(3)当任一支腿反力接近零时，表明该支腿发生“虚腿”，存在施工安全隐患；(4)更严重的，当任意相邻两支腿反力均接近零时，此时工程机械存在严重倾翻失稳风险。因此精准、实时监测工程机械的支腿反力是十分重要的。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种受力传感器组件及工程机械，是一种能够与被测结构机械连接的、新型的受力传感器组件。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种受力传感器组件，所述受力传感器组件包括：承载区，所述承载区的上表面用于承载被测结构施加的载荷；固定区，所述固定区用于与被测结构机械连接，其中所述固定区环绕所述承载区布置；应变敏感区，处于所述固定区下方，设置有腔体，所述腔体内壁设置有一组或多组应变片，其中每组应变片组成桥式电路；以及支撑区，处于所述应变敏感区的下方以起到支撑作用，其中，所述支撑区设置有环形凹槽。
可选的，所述环形凹槽的内侧截面为圆弧形状，所述环形凹槽的高度为所述支撑区的直径的1/10至1/2，所述环形凹槽的颈缩直径为所述支撑区的直径的1/5至9/10。
可选的，所述环形凹槽的开口水平朝向外侧。
可选的，所述应变敏感区为筒型应变敏感区，优选为圆筒型应变敏感区；和/或所述支撑区为球头型，所述球头型的支撑区能够与底脚支撑板通过球头球窝摩擦副接触连接。
可选的，所述承载区为止动台。
可选的，所述止动台为止动凸台，其中所述止动凸台相对于所述固定区上方凸起。
可选的，所述止动凸台为环形，其中所述止动台的壁厚大于所述应变敏感区的壁厚。
可选的，所述应变敏感区的壁厚为所述止动台的壁厚的50％至95％。
可选的，所述被测结构为支腿，所述固定区通过过渡连接件结构使所述受力传感器组件与所述支腿的垂直支撑油缸活塞杆体机械连接，其中，所述过渡连接件结构固定于所述支腿的垂直支撑油缸活塞杆体处，所述固定区通过紧固件与所述过渡连接件结构机械连接。
可选的，所述每组应变片包括多个应变片对，所述应变片对被设置成以T字型或倒T字型安装，其中，同一组应变片中各应变片对在同一高度处环形对称布置。
可选的，所述承载区、所述固定区、所述应变敏感区、以及所述支撑区一体成型。
相应的，本发明实施例还提供一种工程机械，包括上述的受力传感器组件。
本发明实施例提供的受力传感器组件具有以下优势：
(1)在支撑区设置环形凹槽，能够阻断传感器组件传力路径的分散，使得应变敏感区的应变对支撑区底部接触力分布变化不敏感，提高了测量精度；
(2)能够与被测结构机械连接，配合应变敏感区的腔体内设置的应变片，使得设备能够实时监测受力；
(3)具有可靠性高、综合精度高、动态测量性能好、低延迟等优势，同时能够保证承载安全性和防护性能，且应用于工程机械时，对工程机械整机改动小，维修替换方便。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施例的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件的安装示意图；
图2示出了示出了根据本发明一实施例的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件的结构及安装示意图；
图3(a)示出了图2所示的支腿反力传感器组件的俯视图，图3(b)示出了图2所示的支腿反力传感器组件的立体图；
图4示出了图2所示的支腿反力传感器组件的剖视图；
图5示出了环形凹槽对底脚支撑板接触力的分散传递的阻断效果；
图6示出了环形凹槽的尺寸示意图；
图7示出了应变片组成的桥式电路的示意图；
图8示出了支腿反力载荷路径传递示意图；
图9示出了根据本发明一实施例的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件的结构及安装示意图；
图10(a)至10(c)分别示出了图9所示的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件的俯视图、侧视图、和立体图；以及
图11示出了图9所示的支腿反力传感器组件的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明的是，本发明实施例中所描述的方位关系均是以受力传感器组件垂直放置(承载区在上而支撑区在下)为例进行说明的，在受力传感器组件放置方向改变的情况下，涉及到的方位关系也可以对应改变。“环绕”、“环状”等用语表明形成为方形、圆形等各种形状的封闭环。另外，本发明提供的受力传感器组件除用于检测竖向力之外，也可以用于检测横向力。
本发明实施例提供一种受力传感器组件，其可以包括：承载区，所述承载区的上表面用于承载被测结构施加的载荷；固定区，所述固定区用于与被测结构机械连接，其中所述固定区环绕所述承载区布置；应变敏感区，处于所述固定区下方，所述应变敏感区的腔体内壁设置有一组或多组应变片，其中每组应变片组成桥式电路；以及支撑区，处于所述应变敏感区的下方以起到支撑作用。
承载区、固定区、应变敏感区、支撑区可以分别是单独的部件，或者优选的承载区、固定区、应变敏感区、支撑区可以一体成型。
所述支撑区可以设置有环形凹槽。环形凹槽能够阻断传感器组件传力路径的分散，使得应变敏感区的应变对支撑区底部接触力分布变化不敏感，提高了测量精度。设置环形凹槽，使得在将本发明提供的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件而测量支腿反力时，能够降低支腿反力接触面分布变化对测量的影响，提高支腿反力的测量精度。
应变敏感区可以是任意设置有腔体的合适的结构，例如可以为筒型应变敏感区，优选为圆筒型的应变敏感区，但是并不限制于此，例如也可以是方筒型或其它型的应变敏感区。
支撑区优选为球头型。在支撑区为支撑区的情况下，可以进一步设置底脚支撑板，球头型的支撑区与底脚支撑板可以通过球头球窝副接触连接，从而达到支撑的作用。支撑区也可以为长方体型，这种情况下，可以不设置底脚支撑板。
环形凹槽的内侧截面为圆弧形状或其他过渡圆弧形状。环形凹槽可以设置在支撑区的下半部分。环形凹槽的凹槽环可以是等高环形，也可以是不等高的环形。凹槽高度(或平均高度)过小，容易形成里侧的应力集中，高度过大，结构强度会降低，存在安全风险，合适的凹槽高度为所述支撑区的直径的1/10至1/2。类似的，环形凹槽的颈缩直径过大，接触力阻断效果不明显，颈缩直径过小，影响结构强度，因此合适的颈缩直径为所述支撑区的直径的1/5至9/10。在支撑区为球头型的支撑区的情况下，支撑区的直径为球头型的球体的直径。在支撑区为长方体型的支撑区的情况下，支撑区的直径为长方体横向宽度。
环形凹槽的开口优选可以水平朝向外侧，但是本发明实施例并不限制于此，环形凹槽的开口方向可以设置为任意的，开口方向可以朝向与水平方向呈任意角度的方向，例如，开口方向可以是斜向上的或斜向下的。设置水平朝向外侧的环形凹槽开口相比于其它方向的环形凹槽更有利于加工成型，并且这样的设置使得材料去除量最小，结构承载损失最小。
固定区可以通过过渡连接件结构使所述受力传感器组件与被测结构机械连接，所述固定区可以通过紧固件与所述过渡连接件结构机械连接。所述紧固件例如可以是螺栓等。在可选情况下，固定区也可以通过焊接的方式而固定于所述过渡连接件结构处。另外，可以理解的是，如果被测结构与受力传感器组件的结构匹配，则也可以不需要使用过渡连接件结构。固定区直接与被测结构机械连接。
承载区可以设置为止动台，设置止动台的优势在于能够抵抗水平侧向力，避免承载区产生滑移错位。所述止动台可以为止动凸台或止动凹台。可以理解，承载区的设置并不限于止动台，也可以是其它类型的承载区，例如，承载区的中间可以不具有止动台所具有的空腔。
所述止动台优选可以为止动凸台，因为止动凸台的上表面距离应变敏感区设置的应变片的距离更远，因而能提供更高的测量精度。止动凸台可以是环形的，止动凸台的壁厚可以设置为大于应变敏感区的壁厚。在止动凸台与应变敏感区的过渡处可以具有厚度变化，使得止动凸台的壁厚大于筒型应变敏感区的壁厚。这会有利于减小止动凸台接触力分布对筒型应变敏感区应变影响。这是因为相当于增大了止动凸台的接触面，使得接触应力降低；且止动凸台敞口处厚度增大，结构刚度增加，不容易变形而影响接触应力分布。这样设置的有益效果是筒型应变敏感区的应变分布非常均匀，有利于消除应变片片工艺误差带来的精度影响，使得测量精度非常高。
为了形成应变片所需的应变敏感区，同时使测区应力分布更均匀，并考虑结构强度安全，应变敏感区壁厚优选缩小到50％～95％的止动凸台壁厚。
固定区与过渡连接件结构可以设置为紧密配合或间隙配合，优选二者为间隙配合。受力传感器组件受载过程中，正常的载荷传递关系中承载区的上表面为载荷承载面，然而受力传感器组件本体会发生微小的压缩弹性形变，导致固定区部分承担部分载荷。为了保持仅承载区承担载荷而避免固定区部分承担载荷，可以设置固定区上表面的至少一部分与过渡连接件结构间隙配合，即可以在固定区与过渡连接件结构的连接面之间至少一份设置有间隙。例如，具体可以设置固定区上表面的一部分与所述过渡连接件结构紧密接触，另一部分与所述过渡连接件结构间隙配合。例如，可以设置固定区的上表面的一半区域与所述过渡连接件结构紧密接触，另一半区域与过渡连接件结构间隙配合。或者，可以设置固定区的上表面均与过渡连接件结构间隙配合。
需要设置合适的间隙大小u(也可以指高度)来防止因压缩弹性形变导致间隙配合的部分承担部分载荷。间隙的大小u(可以指高度)设置应满足以下公式1的要求：
Figure BDA0002694595980000071
其中，Fm为支腿的额定载荷，A为止动凸台的上表面的面积(即，载荷作用面的面积)，h为所述凸台的高度，E为所述受力传感器组件的材料弹性模量，k为安全系数，为已知值。
考虑到加工误差，间隙的大小u必须有充足的冗余设计，但间隙过大会带来密封、安全、防护等要求，因此综合考虑面间隙u范围优选在0.1mm至1.0mm之间。须知，本发明实施例所述的间隙的大小是指受力传感器组件没有加载载荷时的间隙的大小。
间隙内可以填充有密封胶，这里将不再赘述。可以用于密封传感器组件外部的灰尘等。密封胶优选为软质密封胶，例如耐候性软质密封胶。由于金属与软质密封胶的弹性模量差别很大，使通过该密封胶传导的力可以忽略不计，从而不影响检测精度。
本发明实施例提供的受力传感器组件具有以下优势：
(1)在支撑区设置环形凹槽，能够阻断传感器组件传力路径的分散，使得应变敏感区的应变对支撑区底部接触力分布变化不敏感，提高了测量精度；
(2)能够与被测结构机械连接，配合应变敏感区的腔体内设置的应变片，使得设备能够实时监测受力；
(3)具有可靠性高、综合精度高、动态测量性能好、低延迟等优势，同时能够保证承载安全性和防护性能，且应用于工程机械时，对工程机械整机改动小，维修替换方便。
本发明提供的受力传感器组件可以是用于测量任何被测结构的反力，或者可以用于测量水平侧向力等(在受力传感器组件倾斜的情况下)。可选的，受力传感器组件可以作为支腿反力传感器组件来测量支腿反力。
相关技术中，工程机械检测支腿反力大小的方法一般是通过检测支腿油缸的油压来实现的，但这种方式存在以下缺陷：(1)检测油压需要在油缸内布置油压传感器，增加了油液泄漏的风险；(2)由于存在摩擦、侧向载荷、摒压等因素，油压推力与支撑力可能存在较大差异，导致测量精度很低，最大误差达15％以上；(3)油压测量方式，是通过液压油传递支腿载荷给压力传感器，是一种间接测量支反力，存在信号严重迟滞，最大滞后5s以上。将本发明提供的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件来测量支腿反力，可以避免上述缺陷。
在应用为支腿反力传感器组件时，固定区可以通过过渡连接件结构使的受力传感器组件与支腿的垂直油缸活塞杆体机械连接，其中，所述过渡连接件结构固定于所述支腿的垂直支撑油缸活塞杆体处。
接下来将通过实施例的方式对本发明的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件进行举例说明。其中，在各实施例中，承载区为止动凸台，应变敏感区为筒型应变敏感区，支撑区为球头型支撑区，即，这里以使用承载区、应变敏感区、支撑区的优选实施方式为例对受力传感器组件进行举例说明。可以理解，在其他实施例中，承载区、应变敏感区、支撑区的实施方式可以是这些部件的任意可选实施方式的组合。在下面描述的实施例中，受力传感器组件也称为支腿反力传感器组件。
图1示出了根据本发明一实施例的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件的安装示意图。如图1所示，支腿反力传感器组件3可以与支腿的垂直支撑油缸2活塞杆体机械连接，并且安装于工程机械支腿梁的下方。支腿反力传感器组件3检测到的支腿反力信号能够被有线(例如，通过线缆)或无线(例如，通过无线电)地传送至主控制器，主控制器通过综合多个支腿的支腿反力信号来得出进一步的操作指示，或者计算出所需的信息，如总重、重心位置、安全状态等。
本发明实施例提供的支腿反力传感器组件的第一实施例如图2至图4所示。如图2所示，支腿反力传感器组件3.2b可以通过过渡连接件结构3.1b与支腿的垂直支撑油缸活塞杆体2.1(图2中示出了活塞杆体一部分)机械连接。过渡连接件结构3.1b可以例如通过填焊工艺与垂直支撑油缸活塞杆体2.1连接为整体，焊缝位置如图中b-1所示。过渡连接件结构3.1b可以为圆柱形以与垂直支撑油缸活塞杆体2.1的形状相匹配，并且过渡连接件结构3.1b的整体宽度可以略大于垂直支撑油缸活塞杆体2.1的直径或二者基本相同。过渡连接件结构3.1a的底部可以被掏空一部分，掏空部分的直径可以分别与止动凸台直径相同，以容纳止动凸台。
支腿反力传感器组件的固定区可以设置为环形，其直径可以基本与过渡连接件结构3.1b的直径基本相同，在可替代方式中，固定区也可以设置为方形等。本实施例中以固定区是环形区为例，具体描述时将固定区称为环形区。环形区可以通过紧固件与过渡连接件结构3.1b机械连接。所述紧固件例如可以是螺栓b-2。如图3(a)至3(b)所示，环形区可以设置多个螺栓孔，螺栓孔可以均匀分布。过渡连接件结构3.1b设置有相同数量的螺栓孔，以实现二者通过螺栓b-2机械连接。
环形区上表面b-3与过渡连接件结构3.1b间隙配合，间隙范围优选在0.1mm至1.0mm之间，或者可以根据公式(1)确定。间隙内可填充有例如耐候性软质密封胶。
止动凸台的上表面b-4与过渡连接件结构3.1b紧密接触。止动凸台的上表面b-4能够承载支腿工作过程中的载荷。止动凸台可以为环形止动凸台。
支撑区的结构可以是一球形结构的一部分或基本整个球形结构。如图2所示，支撑区的整体宽度可以大于筒型应变敏感区的整体宽度，而小于环形区的整体宽度。支撑区能够与底脚支撑板4b通过球头球窝摩擦副b-5接触连接。支撑区与底脚支撑板4b接触连接的表面部分为弧形。支腿收回时可通过上部盖板或锁止销等结构将底脚支撑座挂在支腿反力传感器组件的紧缩部位。
如图4所示，该实施例中，支腿反力传感器组件包括：止动凸台3.2b-1、环形区3.2b-2，环形区包含数个螺栓孔、筒型应变敏感区3.2b-3和支撑区3.2b-4。图4中的N1表示作用载荷(即，止动凸台上表面承载的载荷)，图中虚线为支腿反力传感器组件中的载荷路径，F表示接触载荷合力。支腿反力为接触载荷合力的竖直分量。图4中示出的是支腿反力传感器组件正压受力的示意图。止动凸台3.2b-1、环形区3.2b-2、筒型应变敏感区3.2b-3和支撑区3.2b-4可以一体成型。
止动凸台3.2b-1的壁厚可以设置为大于筒型应变敏感区3.2b-3的壁厚。在止动凸台3.2b-1与筒型应变敏感区3.2b-3的过渡处3.2b-6可以具有厚度变化，使得止动凸台3.2b-1的壁厚大于筒型应变敏感区3.2b-3的壁厚。这会有利于减小止动凸台接触力分布对筒型应变敏感区应变影响。这是因为相当于增大了止动凸台的接触面，使得接触应力降低；且止动凸台敞口处厚度增大，结构刚度增加，不容易变形而影响接触应力分布。这样设置的有益效果是筒型应变敏感区的应变分布非常均匀，有利于消除应变片片工艺误差带来的精度影响，使得测量精度非常高。
为了形成应变片所需的应变敏感区，同时使测区应力分布更均匀，并考虑结构强度安全，筒型应变敏感区壁厚优选缩小到50％～95％的止动凸台壁厚。
本发明实施例对于与过渡连接件结构机械连接使用的螺栓预紧力也有一定的限制。由图4中虚线所示的载荷路径可知，螺栓预紧力传递路径不经过筒型应变敏感区，且远离应变贴片的安装位置，因而对支腿反力传感器组件测量结果影响很小。但螺栓预紧力过大时，会造成筒型结构产生径向变形，会造成横向应变出现偏差。因此支腿反力传感器组件使用时须调整螺栓预紧力在合理范围，确保初始输出的稳定。优选的，螺栓预紧力合理范围为10N·m～80N·m。
支撑区3.2b-4可以设置有环形凹槽3.2b-7，其可以降低支撑区接触力分布变化对筒型应变敏感区应变影响。从图4中虚线所示的载荷传递路径可知，载荷在底脚支撑板的底部部位集中，从而阻断了底脚支撑板接触力的分散传递，使得筒型应变敏感区应变对接触力分布变化不敏感。环形凹槽的阻断效果如图5所示。支腿反力在支腿反力传感器组件中的传递路径如图中深色区域所示。
如图6所示，环形凹槽的内侧截面为圆弧形状或其他过渡圆弧形状。环形凹槽可以设置在支撑区的下半部分。环形凹槽的凹槽环可以是图示的等高环形，也可以是不等高的环形。凹槽高度过小，容易形成里侧的应力集中，高度过大，结构强度会降低，存在安全风险，合适的凹槽高度尺寸H为1/10D至1/2D，其中D为支撑区的直径。类似的，环形凹槽的颈缩直径过大，接触力阻断效果不明显，颈缩直径过小，影响结构强度，因此合适的颈缩直径d为1/5D至9/10D，其中D为支撑区的直径。
设计环形凹槽的有益效果在于当施加大载荷时、接触关系恶劣时、或者偏载时，环形凹槽使得筒型应变敏感区应变对球头底部接触力分布变化不敏感，从而形成高测量精度。
筒型应变敏感区3.2b-3的腔体内壁合适高度处可以粘贴有一组或多组应变片3.2b-5，每组应变片可以包括环形对称布置的4个应变片对。应变片对可以包括同一位置布置的横向和纵向布置的应变片各一片，以构成T字型或倒T字型。每组应变片可以组成一个桥式电路。所述合适高度处是指受力分析的应变较均匀处。本发明任意实施例中，应变片对以T字型或倒T字型布置仅为优选方式，可选的，应变片对也可以以L型或倒L型，或任何其他型进行布置。
图7示出了应变片组成的桥式电路的示意图。图7中，Rv1和Rh1、Rv2和Rh2……分别为应变片对，其中，Rv1、Rv2……表示竖向布置的应变片，Rh1、Rh2……表示横向布置的应变片。Ui为桥式电路的输入电压，则Uo为输出电压。环形区的侧面可以设置有线缆孔，与所述桥式电路的输出相连接的线缆通过线缆孔伸出支腿反力传感器组件。桥式电路的输出也可通过无线的方式进行传输。
本实施例中，一组应变片仅用于举例，在筒型应变敏感区的腔体内也可以设置多组应变片。不同应变片组可以设置在不同高度或相同高度，同一应变片组的各应变片对设置在同一高度。
图8示出了支腿反力载荷路径传递示意图。如图8所示，支腿反力载荷路径为：地面—>底脚支撑板—>支腿反力传感器组件—>垂直油缸—>组合的支腿梁—>工程机械车架，其中地面与底脚支撑板接触，底脚支撑板与支腿反力传感器组件通过球头球窝副接触连接，支腿反力传感器组件与垂直油缸通过过渡连接件结构焊接，垂直油缸与组合的支腿梁机械连接，组合的支腿梁与工程机械车架通过滑块承力。支腿反力传感器组件直接嵌入在支腿反力传递路径中，因而不存在其他传递路径分担支腿反力导致支腿反力传感器组件测量偏差，支腿反力传感器组件的测力方向为垂直油缸竖直受力方向，并且本身结构为活动式球头结构，可有效减少侧向载荷对测量精度的影响。
本发明实施例提供的支腿反力传感器组件的第二实施例如图9至图11所示。如图9所示，支腿反力传感器组件3.2a可以通过过渡连接件结构3.1a与支腿的垂直支撑油缸活塞杆体2.1(图2中示出了活塞杆体一部分)机械连接。过渡连接件结构3.1a可以例如通过填焊工艺与垂直支撑油缸活塞杆体2.1连接为整体，焊缝位置如图中a-1所示。过渡连接件结构3.1a可以为圆柱形以与垂直支撑油缸活塞杆体2.1的形状相匹配，并且二者直径可以基本相同。过渡连接件结构3.1a的底部可以被掏空一部分，掏空部分的直径可以分别与止动凸台直径相同，以容纳止动凸台。
支腿反力传感器组件的固定区可以设置为环形，其直径可以基本与过渡连接件结构3.1a的直径基本相同，在可替代方式中，固定区也可以设置为方形等。本实施例中以固定区是环形区为例，具体描述时将固定区称为环形区。环形区可以通过紧固件与过渡连接件结构3.1a机械连接。所述紧固件例如可以是螺栓a-2。如图10(a)至10(c)所示，环形区可以设置多个螺栓孔，螺栓孔可以均匀分布。过渡连接件结构3.1a设置有相同数量的螺栓孔，以实现二者通过螺栓a-2机械连接。
环形区上表面的一部分与所述过渡连接件结构3.1a紧密接触，另一部分a-3与过渡连接件结构3.1a间隙配合，间隙内可填充有例如耐候性软质密封胶。例如，例如，可以设置环形区的上表面的一半区域与所述过渡连接件结构3.1a紧密接触，另一半区域与过渡连接件结构3.1a间隙配合。
止动凸台的上表面a-4与过渡连接件结构3.1a紧密接触。止动凸台的上表面a-4能够承载支腿工作过程中的载荷。止动凸台可以为环形止动凸台。在该实施例中，止动凸台、环形区和筒型应变敏感区具有基本相同直径的空腔。筒型应变敏感区的空腔直径，也可大于止动凸台、环形区的空腔直径，以便在筒型应变敏感区形成更好的应变敏感效应。
支撑区的结构可以是一球形结构的一部分或基本整个球形结构。如图3(b)所示，支撑区的整体宽度可以大于筒型应变敏感区的整体宽度，而小于环形区的整体宽度。支撑区能够与底脚支撑板4a通过球头球窝摩擦副a-5接触连接。支撑区与底脚支撑板4a接触连接的表面部分为弧形。支腿收回时可通过上部盖板或锁止销等结构将底脚支撑座挂在支腿反力传感器组件的紧缩部位。
如图4所示，该实施例中，支腿反力传感器组件包括：止动凸台3.2a-1、环形区3.2a-2，环形区包含数个螺栓孔、筒型应变敏感区3.2a-3和支撑区3.2a-4。图4中的N1表示作用载荷(即，止动凸台上表面承载的载荷)，图中虚线为支腿反力传感器组件中的载荷路径，F表示接触载荷合力。支腿反力为接触载荷合力的竖直分量。图4中示出的是支腿反力传感器组件正压受力的示意图。止动凸台3.2a-1、环形区3.2a-2、筒型应变敏感区3.2a-3和支撑区3.2a-4可以一体成型。本实施例提供的支腿反力传感器组件具有结构简单、紧凑、可靠性高、抗偏载安全性高等优势。
止动凸台3.2a-1的壁厚可以设置为基本等于筒型应变敏感区3.2a-3的壁厚。或者，可选的，可以与第一实施例类似，设置止动凸台3.2a-1的壁厚大于筒型应变敏感区3.2a-3的壁厚，以减小止动凸台接触力分布对筒型应变敏感区应变影响。
筒型应变敏感区3.2a-3的腔体内壁合适高度处可以粘贴有一组或多组应变片3.2a-5，每组应变片可以包括环形对称布置的4个应变片对。应变片对可以包括同一位置布置的横向和纵向布置的应变片各一片，以构成T字型或倒T字型。每组应变片可以组成一个桥式电路。所述合适高度处是指受力分析的应变较均匀处。本发明任意实施例中，应变片对以T字型或倒T字型布置仅为优选方式，可选的，应变片对也可以以L型或倒L型，或任何其他型进行布置。
本实施例中，应变片组成的桥式电路与图7所示的桥式电路相同，这里将不再赘述。另外，类似的，在筒型应变敏感区的腔体内也可以设置多组应变片。不同应变片组可以设置在不同高度或相同高度，同一应变片组的各应变片对设置在同一高度。
本实施例中，间隙配合中间隙的大小的限制、螺栓预紧力的限制、支腿反力载荷路径传递等均与本发明实施例提供的支腿反力传感器组件的第一实施例相同，这里将不再赘述。
本发明实施例提供的受力传感器组件作为支腿反力传感器组件时具有以下优势：
(1)受安装影响较小，对接触边界不敏感，尤其是设置的环形凹槽能够阻断传感器组件传力路径的分散，使得筒型应变敏感区的应变对支撑区底部接触力分布变化不敏感，相当于降低了支腿反力接触面分布变化对测量的影响，提高了测量精度。
(2)支腿偏斜时，止动凸台的设计使得连接螺栓几乎不受剪切力，而是由凸台正面和侧面接触力承担偏斜载荷，降低了螺栓断裂风险，抗偏载安全性高。
(3)过渡连接件结构与油缸活塞杆体焊接为整体，拆装支腿反力传感器组件仅需紧固或扭松连接螺栓，且由于螺栓安装位置不在支腿反力作用位置与应变测量区之间，初始输出(零偏)对螺栓预紧力变化不敏感，因而便于安装和维护。
(4)另一方面，支撑区带环形凹槽的策略，从结构上，可以减小支撑区接触点不确定带来的误差，提高了支腿变形、底脚支撑板倾斜、斜拉斜吊等侧向载荷情况下支腿反力测量精度。
相应的，本发明实施例还提供一种工程机械，该工程机械可以包括根据本发明任意实施例所述的受力传感器组件。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种受力传感器组件，其特征在于，所述受力传感器组件包括：
承载区，所述承载区的上表面用于承载被测结构施加的载荷；
固定区，所述固定区用于与被测结构机械连接，其中所述固定区环绕所述承载区布置；
应变敏感区，处于所述固定区下方，设置有腔体，所述腔体内壁设置有一组或多组应变片，其中每组应变片组成桥式电路；以及
支撑区，处于所述应变敏感区的下方以起到支撑作用，其中，所述支撑区设置有环形凹槽，以阻断所述受力传感器组件的传力路径分散。
2.根据权利要求1所述的受力传感器组件，其特征在于，所述环形凹槽的内侧截面为圆弧形状，所述环形凹槽的高度为所述支撑区的直径的1/10至1/2，所述环形凹槽的颈缩直径为所述支撑区的直径的1/5至9/10。
3.根据权利要求1所述的受力传感器组件，其特征在于，所述环形凹槽的开口水平朝向外侧。
4.根据权利要求1所述的受力传感器组件，其特征在于，
所述应变敏感区为筒型应变敏感区。
5.根据权利要求1所述的受力传感器组件，其特征在于，
所述支撑区为球头型，所述球头型的支撑区能够与底脚支撑板通过球头球窝摩擦副接触连接。
6.根据权利要求1所述的受力传感器组件，其特征在于，所述承载区为止动台。
7.根据权利要求6所述的受力传感器组件，其特征在于，所述止动台为止动凸台，其中所述止动凸台相对于所述固定区上方凸起。
8.根据权利要求6所述的受力传感器组件，其特征在于，所述止动台为环形，其中所述止动台的壁厚大于所述应变敏感区的壁厚。
9.根据权利要求8所述的受力传感器组件，其特征在于，所述应变敏感区的壁厚为所述止动台的壁厚的50%至95%。
10.根据权利要求1所述的受力传感器组件，其特征在于，所述被测结构为支腿，所述固定区通过过渡连接件结构使所述受力传感器组件与所述支腿的垂直支撑油缸活塞杆体机械连接，
其中，所述过渡连接件结构固定于所述支腿的垂直支撑油缸活塞杆体处，所述固定区通过紧固件与所述过渡连接件结构机械连接。
11.根据权利要求1所述的受力传感器组件，其特征在于，所述每组应变片包括多个应变片对，所述应变片对被设置成以T字型或倒T字型安装，
其中，同一组应变片中各应变片对在同一高度处环形对称布置。
12.根据权利要求1所述的受力传感器组件，其特征在于，所述承载区、所述固定区、所述应变敏感区、以及所述支撑区一体成型。
13.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的受力传感器组件。
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