[發明專利]一種板簧應力循環監測系統及其方法

有效

• 申請號: 201710647109.8
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107449529B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 劉海寧;宋方臻;竇仁杰;孫選;劉成良
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10;G01L1/26;G01M13/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了一種板簧應力循環監測系統及其方法，包括進行數據交互的應力循環監測裝置和人機交互裝置；應力循環監測裝置安裝在板簧上，包括振動采集部、信息處理部、信息存儲部和報警部；振動采集部用于實時采集板簧因受外力作用而產生的振動信號并傳送至信息處理部；信號處理部用于對振動信號進行處理獲取應力循環累計次數并存儲至信息存儲部，當應力循環累計次數大于或等于應力循環閾值時，判定板簧已達到疲勞工作狀態并向報警部輸出報警信號，由報警部提示。該系統可以自動監測并記錄板簧應力循環累計次數，為板簧維護給出量化參考，并對使用超限的板簧進行報警，提醒用戶及時更換以避免安全事故的發生。

技術領域

本發明屬于板簧監測領域，尤其涉及一種板簧應力循環監測系統及其方法。

背景技術

板簧是汽車懸架中應用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長，厚度可以相等，也可以不相等的合金彈簧片組合而成的一根近似等強度的彈性梁。板簧在汽車和工程機械領域均有廣泛的應用。作為一種車身承載部件，板簧的健康狀態從根本上決定了汽車和工程機械的安全性能。

從板簧的受力特點來說，受力方向垂直于板簧，而在汽車和工程機械運動過程中，板簧承受動態的交變應力。隨著交變應力循環累積，板簧最終會出現疲勞破壞，因此板簧是一種壽命有限部件。在實驗室環境下，利用疲勞試驗裝置可以獲得板簧的疲勞極限和發生疲勞破壞時所承受循環應力的次數，在此基礎上基于數據統計，可以得到某種型號板簧的應力循環閾值。但是在實際使用過程中，汽車和工程機械的工況比較復雜，板簧的壽命與行駛路況、是否超載、作業工況、駕駛員的駕駛習慣等多方面密切相關，復雜的作業環境和工況特點使得板簧的健康狀態不能準確掌握。目前對板簧的設備維護多數采取按照服役年限進行更換的方法，然而如果在規定的年限內汽車和工程機械使用較少，勢必造成極大的浪費。反之，如果汽車和工程機械被頻繁使用，板簧卻得不到及時更換，則存在重大安全隱患。

專利“一種汽車板簧的疲勞載荷試驗裝置”(申請號：201610835736.X)公布了一種實驗室環境下的板簧疲勞試驗裝置，而不是面向板簧健康狀態的實時在線監測裝置；而專利“帶應力分析功能的鋼板簧”(申請號：201220345055.2)公布了一種具有應力分析功能的新型鋼板簧，提高板簧的應力承受能力，但并不關注板簧的健康狀態。因此，迫切需要開發出一種板簧應力循環監測系統，對板簧應力循環次數進行實時在線監測，并與在實驗室條件下所測得的應力循環閾值相比較，對當前板簧的狀態做出預判，對應力循環到限的板簧進行及時更換，從而避免安全事故的發生。同時，板簧應力循環監測也可以作為汽車和工程機械作業工況歷史的一種直觀反映。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種板簧應力循環監測系統，其可以監測當前板簧所承受循環應力的次數，并與板簧所能承受的應力循環閾值相比較，對于使用超限的板簧進行報警，提醒用戶對其及時進行更換以避免安全事故的發生。

本發明的一種板簧應力循環監測系統，包括：進行數據交互的應力循環監測裝置和人機交互裝置；所述應力循環監測裝置安裝在板簧上，包括振動采集部、信息處理部、信息存儲部和報警部；所述振動采集部用于實時采集板簧因受外力作用而產生的振動信號并傳送至信息處理部；所述信號處理部用于對振動信號進行處理獲取應力循環累計次數并存儲至信息存儲部，當所述應力循環累計次數大于或等于應力循環閾值時，判定板簧已達到疲勞工作狀態并向報警部輸出報警信號，由報警部進行報警提示。

其中，應力循環閾值是在實驗條件下，通過對一定數量的同型號板簧進行疲勞實驗獲取的板簧發生疲勞破壞時應力循環次數的90％。

進一步的，所述信號處理部包括濾波模塊和應力循環累計次數獲取模塊，所述濾波模塊用于對接收到的振動信號經低通濾波去除其中的高頻信號，所述應力循環累計次數獲取模塊，用于基于過零檢測算法對濾波后的振動信號獲取應力循環累計次數。