车轮支反力检测装置、系统及高空作业平台的制作方法

1.本发明属于高空作业设备领域，特别地，涉及车轮支反力检测装置、系统及高空作业平台。


背景技术：

2.高空作业平台(aerial work platform)是服务于各个行业高空作业、设备安装、检修等可移动性高空作业的产品。根据结构特性的区别，高空作业平台主要包括臂式高空作业平台、剪叉式高空作业平台、拖车式高空作业平台、越野式高空作业平台、套缸式高空作业平台、蜘蛛式高空作业平台等。
3.市面上的高空作业平台的底盘包括传动系统、行驶系统、转向系统和控制系统，底盘的作用是支撑，安装发动机及其各部件总成，并接受发动机的动力的，使得高空作业平台产生运动，当行驶系统为车轮时，高空作业平台具备较佳的行走效率。
4.目前针对这类高空作业平台载荷检测，通常采用检测高空作业平台上油缸的压力来计算底盘的承压，考虑到环境温度对液压油压力的影响，增加温度参数进行补偿、来减少测量过程中的误差，这样所计算出来的底盘负载数据不准确。而实际上现有的检测装置无法实时检测轮胎组件的受力情况，但轮胎组件的受力影响高空作业平台作业安全性和稳定性，因此，如何设计一种能实时测量各车轮受力的检测装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种车轮支反力检测装置、系统及高空作业平台，解决如何设计一种能实时测量各车轮受力的检测装置的技术问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种车轮支反力检测装置，包括：轮架，置于所述车轮组件上，包括支撑顶板和轮架轴，所述轮架轴的底端安装于所述支撑顶板且顶端向上伸出；弹性件，套设于所述轮架轴上；轴套，与高空作业平台的底盘固定连接，且向下伸出，所述轴套装于所述轴套内，与所述轴套同轴转动；上托件，设于所述弹性件与所述轴套的底部之间；测量件，安装于所述上托件靠近所述弹性件的一侧，用于测量所述弹性件的形变量。
8.优选地，车轮支反力检测装置包括：垫片，设于所述轴套的端部与所述上托件的顶部之间。
9.优选地，车轮支反力检测装置，包括轴承，设于所述轴套的内壁与所述轮架轴的外侧壁之间，至少部分嵌设于所述轴套上。
10.优选地，在沿所述轮架轴的轴线方向上，至少有两个所述轴承。
11.优选地，车轮支反力检测装置，包括下托件，固定安装于支撑顶板上，所述弹性件置于所述下托件和所述上托件之间。
12.优选地，所述上托件和所述下托件均包括直线段，所述弹性件的端部均与所述直
线段抵靠。
13.优选地，所述上托件和所述下托件之间形成容纳腔；所述上托件和所述下托件均包括两段倾斜段，两个所述倾斜段均与相对应的所述直线段的端部连接，以形成用于放置所述弹性件的容纳腔，所述容纳腔的两侧具有口部逐渐缩小的开口部。
14.一种车轮支反力检测系统，包括：上述的车轮支反力检测装置，所述车轮支反力检测装置安装于车轮组件上；控制器，与所述测量件连接，且被配置成：获取所述测量件所测量的所述弹性件的形变量，根据所述形变量确定所述车轮支反力；且根据每个车轮的车轮支反力，确定高空作业平台的工作负载，若所述工作负载大于预设最大负载时，限制执行系统动作和/或报警。
15.一种车轮支反力检测系统，包括上述的车轮支反力检测装置，所述车轮支反力检测装置安装于车轮组件上；控制器，与所述测量件连接，且被配置成：获取所述测量件所测量的所述弹性件的形变量，根据所述形变量确定所述车轮支反力，若两个相邻的车轮的所述车轮支反力之和小于设定阈值时，限制执行系统动作和/或报警。
16.一种高空作业平台，包括上述的车轮支反力检测系统；执行系统，与所述控制器通讯，所述执行系统包括执行机构和报警装置，所述执行系统用于在接收到所述控制器发出的限制所述执行系统动作和/或报警信号时，停止所述执行机构工作和/或启动所述报警装置。
17.本发明提供了一种车轮支反力检测装置、系统及高空作业平台，车轮支反力检测装置，通过将轮架安装在车轮组件上，在车辆行驶的过程中，高空作业平台由于承受一定负载，向下施加压力，根据力的平衡原理，车轮上有支反力，该压力会使得与高空作业平台的底盘固定连接的轴套向下移动，此时，轴套移动的过程中，挤压弹性件，弹性件产生一定的形变量，而测量件安装在上托件上，且上托件设于弹性件与轴套的底部之间，即测量件是位于轴套与轮架轴之间相对位移路径上，继而通过测量弹性件的形变量和弹性件的弹性系数计算来获得车轮支反力，由于高空作业平台上的负载不同，所引起的弹性件的形变量不同，如此可通过测量弹性件的形变量获得各车轮支反力，高空作业平台根据各车轮受力情况，来发出动作指令，如此提高高空作业平台的安全性和稳定性。
附图说明
18.附图是用来提供对本发明的理解，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，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1为本发明实施例提供的车轮支反力检测装置的结构示意图；
20.图2为本发明实施例提供的车轮支反力检测装置的剖视图；
21.图3为本发明实施例提供的车轮支反力检测装置的放大示意图；
22.图4为本发明实施例提供的车轮支反力检测装置的结构示意图；
23.图5为本发明实施例提供的车轮支反力检测装置使用时车轮和底盘的力传递、平衡关系示意图；
24.图6为本发明实施例提供的车轮支反力检测系统的结构图；
25.图7为本发明实施例提供的车轮支反力检测系统具有称重功能时的系统架构示意图；
26.图8为本发明实施例提供的车轮支反力检测系统具有防倾翻功能时的系统架构示意图；
27.图9为本发明实施例提供的剪叉高空作业车20
°
斜坡行走示意图。
28.附图标记说明
29.1、轮架；2、测量件；3、轮架轴；4、轴套；5、弹性件；6、垫片；7、上托件；8、下托件；9、减速机；10、轴承；100、车轮支反力检测装置；200、控制器；300、执行系统；301、执行机构；302、报警装置。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示方位或者位置关系，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组件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。
32.如图1至图9所示的实施例中，本发明提供一种车轮支反力检测装置100，包括轮架1，置于车轮组件上，包括支撑顶板和轮架轴3，轮架轴3的底端安装于支撑顶板且顶端向上伸出；弹性件5，套设于轮架轴3上；轴套4，与高空作业平台的底盘固定连接，且向下伸出，轮架轴3套4装于轴套4内，与轮架轴3套4同轴转动；上托件7，设于弹性件5与轴套4的底部之间；测量件2，安装于上托件7靠近弹性件5的一侧，用于测量弹性件5的形变量。
33.本发明提供了一种车轮支反力检测装置100、系统及高空作业平台，车轮支反力检测装置100，通过将轮架1安装在车轮组件上，在车辆行驶的过程中，高空作业平台由于承受一定负载，向下施加压力，根据力的平衡原理，车轮上有支反力，该压力会使得与高空作业平台的底盘固定连接的轴套4向下移动，此时，轴套4移动的过程中，挤压弹性件5，弹性件5产生一定的形变量，而测量件2安装在上托件7上，且上托件7设于弹性件5与轴套4的底部之间，即测量件2是位于轴套4与轮架轴3之间相对位移路径上，继而通过测量弹性件5的形变量和弹性件5的弹性系数计算来获得车轮支反力，由于高空作业平台上的负载不同，所引起的弹性件5的形变量不同，如此可通过测量弹性件5的形变量获得各车轮支反力，高空作业平台根据各车轮受力情况，来发出动作指令，如此提高高空作业平台的安全性和稳定性。
34.请图1至图4所示，本发明的核心在于如何检测到各车轮的支反力，首先发明人车轮支反力无法实时准确检测，造成该问题主要有两点，一是，底盘与轮胎组件的安装结构，通常采用螺栓直接将车轮组件或者车轮安装在底盘连接板上，通常的支反力检测装置无法获得合适的安装空间；二是，具体安装在何位置，才能准确实施测量到支反力，通过发明人不断的实验以及测试，获知将用于测量车轮支反力的装置安装在力的传导路径上，力的损失最少，且力的变化反应也最为敏感，进而能提高高空作业平台针对车轮支反力变化发出动作指令的响应速度，再次提高高空作业平台的安全性和稳定性。
35.其中，测量件2为位置传感器，而弹性件5为弹簧，该位移传感器可以实时监测弹簧
的压缩量(即形变量)，可以是激光式位移传感器或者拉线式位移传感器，车轮与底盘之间的力传递方式为串联，且螺旋弹簧为力传递路径中的必经环节，因此通过监测弹簧压缩量可有效测得其以上重量，以此计算车轮支反力。
36.关于这两个问题现予以详细说明，本发明提供的车轮支反力检测装置100，轮架1安装在车轮组件上，车轮组件包括减速机9总成和车轮，以轮架1安装在减速机9总成上为例，减速机9总成通过螺栓与轮架1固定连接，减速机9总成的输出轴和车轮上的轮轴通过轴承10传动，继而实现减速机9总成输出扭矩带动车轮转动，地面给车轮的摩擦力实现车轮前进，由此可见这种驱动机构能给使得车轮具有独立转向功能，即高空作业平台的每个车轮能够独立转动以及独立转向，具有优异的灵活性，能在狭窄的作业空间内也具备较好的灵活性。
37.在上述基础上，本发明通过将轮架轴3安装在轮架1的支撑顶板上，且轮架轴3的顶端向上伸出，如此车轮在独立转向的过程中，轮架轴3绕其自身轴线转动，完成转向工作，同时，弹性件5、上托件7均安装在轮架轴3上，而测量件2安装在的上托件7上，用于测量弹性件5的形变量，具体地，在轴套4承受来自底盘上的负载或者压力时，轴套4与轮架轴3之间产生相对位移，上托件7不断地压缩弹性件5，继而测量件2通过测量该相对位置，即可检测弹性件5的形变量，将该形变量乘以弹性系数，即可获得车轮上的支反力。该结构具有如下优势：一是弹性件5、轴套4、上托件7均与轮架轴3同轴，而测量件2是安装在上托件7上，而无论高空作业车以何种姿态工作，轮架轴3的中心线始终指向车轮的中心，这样测量件2所测量得到的支反力是垂直力，能直接反应地面对车轮的支撑力。充分利用该特性能为高空作业平台防倾翻提供准确的数据支撑，使得高空作业平台能扩大作业范围。由此可见，本发明提供的车轮支反力检测装置100，能适用于车轮独立转向时对车轮支反力实时准确测量。
38.其中，本发明提供的车轮支反力检测装置100包括垫片6，设于轴套4的端部与上托件7的顶部之间。在轴套4承受一定负载向下移动时，对上托件7产生一定的冲击力或者挤压摩擦能，一是，容易产生异响；二是挤压摩擦损伤上托件7；三是轴套4的冲击力可能会使得安装在上托件7上的测量件2出现因冲击力而出现的测量不准确。因此，垫片6优先选择弹性垫片6、铜质垫片6或者其他能起到缓冲作用的垫片6，设置垫片6的主要目的在于，克服上述三个问题，继而车轮支反力检测装置100在工作时，轴套4与上托件7之间不容易产生异响，上托件7不易损伤，最重要地测量件2所测量的弹性件5的形变量准确，来实现车轮支反力数据准确性。
39.本发明提供的实施例中，车轮支反力检测装置100包括轴承10，设于轴套4的内壁与轮架轴3的外侧壁之间，至少部分嵌设于轴套4上。较佳地，在沿轮架轴3的轴线方向上，至少有两个轴承10。轴承10的设置，主要起到传动作用，轮架轴3在轴套4内自转不会与轴套4之间发生挤压摩擦；而通过在轮架轴3的轴线方向上设置至少两个轴承10，来实现轮架轴3转动过程中不会出现中心线倾斜，即测量件2始终测量垂直于地面方向上弹性件5的形变量，能提高车轮支反力结果准确性。
40.本发明提供的实施例中，车轮支反力检测装置100包括下托件8，固定安装于支撑顶板上，弹性件5置于下托件8和所述上托件7之间。这样能对测量件2和弹性件5形成上下遮蔽，防止车轮支反力检测装置100在工作过程中，异物冲击测量件2和/或异物卡入弹性件5内，使得弹性件5失效，如此测量件2就无法感知弹性件5的形变量。
41.较佳地，上托件7和下托件8均包括直线段，弹性件5的端部均与直线段抵靠。本发明的核心主要在车轮支反力检测装置100在检测支反力的过程中，减少外界因素对检测数据准确性的影响，本技术提供的车轮支反力检测装置100主要从多方面予以展开，一，将弹性件5、轴套4、上托件7均与轮架轴3同轴设置，保证所测量的形变量始终是在垂直于地面方向的形变量，即所获得的支反力也方向相同；二，增设垫片6，减少高空作业平台负载对测量件2的冲击，同时能减少因该冲击造成的检测数据不准确；同时，还增设轴承10以及对轴承10的数量也做出改进，来减少轮架轴3的偏摆，防止出现弹性件5的形变量与支反力方向的错位而出现的车轮支反力检测数据不准确。而本实施例中则为第三点，假如上托件7与轴套4相接触的端面处于倾斜状态，则轴套4对上托件7的冲击力也不是垂直于上托件7，另一方面，弹性件5的端部并不处于稳定状态，冲击力的方向与弹性件5的压缩方向均会有错位，就都会出现所测量车轮支反力不准的情况，将上托件7和下托件8上均设置直线段，上托件7的直线段能减少由轴套4所传递作用力的损失，因而较佳地，直线段的区域大于轴套4的端部。而上托件7、下托件8的直线段区域大于弹性件5的截面，上托件7的直线段应同时满足，大于轴套4的端部，且大于弹性件5的截面。需要说明的是，以上均是发明人在实践过程中，通过力的平衡以及验证来对结构予以调整，在不脱离本发明提供的车轮支反力检测装置100的技术机理情况，对结构所做出的适应性改进，均应认为落入本发明的保护范围内。
42.在上一实施例的基础上，上托件7和下托件8之间形成容纳腔；上托件7和下托件8均包括两段倾斜段，两个倾斜段均与相对应的直线段的端部连接，以形成用于放置弹性件5的容纳腔，容纳腔的两侧具有口部逐渐缩小的开口部，防止车轮支反力检测装置100在工作过程中，异物冲击测量件2和/或异物卡入弹性件5内，使得弹性件5失效，如此测量件2就无法感知弹性件5的形变量。
43.本发明提供一种车轮支反力检测系统，包括上述的车轮支反力检测装置100，车轮支反力检测装置100安装于车轮组件上；控制器200，与测量件2连接，且被配置成：获取测量件2所测量的弹性件5的形变量，根据形变量确定车轮支反力；且根据每个车轮的车轮支反力，确定高空作业平台的工作负载，若工作负载大于预设最大负载时，限制执行系统300动作和/或报警。
44.以剪叉式高空作业平台为例，在四个底盘的连接板上均安装车轮支反力检测装置100，从而可以实时得到每个车轮的受力载荷。在工作平台空载时进行一次初始化标定，记录每个弹簧(即弹性件5)初始的压缩量δx0。
45.控制器200逻辑为：测量件2(即位移传感器)通过信号线束将各个弹簧(即弹性件5)的实时压缩量(δx1、δx2、δx3、δx4)，即可获得各个弹簧的形变量(δx
1-δx
01
)、(δx
2-δx
02
)、(δx
3-δx
03
)、(δx
4-δx
04
)，将各弹簧的实时形变量传输至控制器200。控制器200在接收到4个弹簧的实时形变量后，会立即计算出工作平台的负载mz＝k1*(δx
1-δx
01
)+k2*(δx
2-δx
02
)+k3*(δx
3-δx
03
)+k4*(δx
4-δx
04
)。，其中，δx
01
、δx
02
、δx
03
、δx
04
为每个弹簧的初始的压缩量，k1、k2、k3、k4为各弹簧对应的弹性系数。当计算的工作负载大于预设最大负载时，控制器200发出信号进而限制执行系统300动作和/或报警，执行系统300动作例如举升、行走等。由此可见，本技术提供车轮支反力检测系统具备称重功能，检测范围更广，目前高空作业平台的称重方式只能对检测工作平台的载荷，本技术提供车轮支反力检测系能对工作平台、伸缩变幅机构(剪叉臂、臂架、飞臂)、转台、底盘进行称重，还可以对工作平
台之外的工况予以监控，例如碰撞、撞击、高空坠物等造成高空作业平台上的载荷忽然增大或减小，可对这些工况做一些应对，继而来提高高空作业平台的稳定性和安全性。
46.除此之外，请如图5至图8所示，本发明提供一种车轮支反力检测系统，包括上述的车轮支反力检测装置100，车轮支反力检测装置100安装于车轮组件上；控制器200，与测量件2连接，且被配置成：获取测量件2所测量的弹性件5的形变量，根据形变量确定车轮支反力，若两个相邻车轮的车轮支反力之和小于设定阈值时，限制执行系统300动作和/或报警。
47.当控制器200收到测量件2(位移传感器)发送过来的实时压缩量(δx1、δx2、δx3、δx4)后，会首先计算每个车轮的支反力f
r1
、f
r2
、f
r3
、f
r4
(f
r1
＝k1*δx1+m
k1
、f
r2
＝k2*δx2+m
k2
、f
r3
＝k3*δx3+m
k3
、f
r4
＝k4*δx4+m
k4
)，其中，m
k1
、m
k2
、m
k3
、m
k4
为各弹簧以下的重量，以mk表示，再计算同侧轮胎支反力之和f
s1
、f
s2
、f
s3
、f
s4
(f
s1
＝f
r1
+f
r2
、f
s2
＝f
r2
+f
r3
、f
s3
＝f
r3
+f
r4
、f
s4
＝f
r4
+f
r1
)。当任意一侧两个相邻车轮的车轮支反力之和小于设定阈值my时，控制器200限制执行系统300动作和/或报警。
48.请如图5所示，mk表示各弹簧以下重量，m
k1
表示第一个弹簧以下的重量，其他同理，x表示弹簧压缩量，x1表示第一个弹簧的压缩量，m0表示弹簧以上的初始空载重量，第一个弹簧的初始空载重量为m0＝k1*δx
01
。
49.通过该种检测系统得到两个相邻车轮的车轮支反力之和，即同侧车轮实时支反力之和，进行防倾翻控制，可以大幅扩大高空中作业车地面角度适用范围，而不是统一不同工况下最大允许底盘倾角为一小值。例如，请如图9所示，当剪叉高空作业平台在20
°
斜坡行走时，现有技术中会依据斜面倾斜角大于3
°
判定工作平台有倾翻风险，触发执行系统300报警，限制当前运动。而本发明采用的检测系统依据工作负载大于预设最大负载、两个相邻车轮的车轮支反力之和小于设定阈值，判定此时高空作业平台的工作平台仍可正常工作，极大地扩大了高空作业平台的作业范围。
50.因此，本发明提供的车轮支反力检测系统具有防倾翻功能，除此之外，本发明提供的车轮支反力检测系统还可以通过车轮支反力检测装置100检测非正常作业工况，例如支反力急剧变化，能检测出其他工况所引起高空作业平台上载荷突然增大或减小的情况，针对这些情况执行系统300发出报警信号、限制升降、行走功能。
51.本发明提供一种高空作业平台，包括上述的车轮支反力检测系统和执行系统300，该执行系统300与控制器200通讯，执行系统300包括执行机构301和报警装置302，执行系统300用于在接收到控制器200发出的限制执行系统300动作和/或报警信号时，停止执行机构301工作和/或启动报警装置302，关于高空作业车所能达到的技术效果，请参见上述车轮支反力检测装置100、车轮支反力检测系统，在此不再赘述。
52.其中，执行系统300包括高空作业平台自身的执行机构301和报警器。当控制器200发送指令给执行机构301和报警器后，执行机构301会通过调节液压控制阀的开闭限制举升和行走等功能，报警器会发出报警提示用户风险。与此之外，操作手柄上也可直接显示控制器200的计算载荷结果，若有超载情况发生，则显示超载故障代码。
53.本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
54.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。