CN105157936A - 橡胶弹性元件刚度特性的监测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种橡胶弹性元件刚度特性的监测装置和方法，该监测装置包括监测组件以及信号接收和处理***，所述监测组件设置于待测的橡胶弹性元件内，所述监测组件包含耐高温应变片，所述信号接收和处理***包含计算机和Zigbee网络传输***，所述耐高温应变片的输出端与所述Zigbee网络传输***的输入端连接，Zigbee网络传输***的输出端通过无线网络与所述计算机的输入端连接；由此，本发明采用耐高温的电阻应变片直接硫化于所述弹性元件内，通过应变片采集橡胶弹性元件所受到的压力，然后将采集到的信号通过Zigbee网络传输***传输到计算机中进行处理，监测所述橡胶弹性元件的受力大小，从而分析得出弹性元件的刚度。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶弹性元件监测的技术领域，尤其涉及一种橡胶弹性元件刚度特性的监测装置和方法。
背景技术
橡胶弹性元件是轨道结构中的重要部件，主要是利用橡胶材料的高弹特性，为轨道结构提供缓冲、减振、绝缘等功能，在降低轨道刚度、提高线路弹性、改善轮轨相互动力作用和降低动态效应方面起着重要的作用。橡胶弹性元件在结构中的主要作用是提供合理刚度和阻尼，其中刚度为核心指标。特别是对于无砟轨道，钢轨支承弹性几乎完全受轨下弹性元件刚度的支配。橡胶弹性元件刚度是钢轨整体刚度的重要组成部分，它对轨道各项动力参数的影响非常明显，为减少其对轨道各项动力参数的影响，减少对钢轨、部件的伤损及维修量，应重视研究橡胶弹性元件的刚度特性。目前橡胶弹性元件的刚度测试多是在实验室内进行，而且实验室测试只能对橡胶弹性元件小部分样品进行测试，无法掌握橡胶弹性元件在实际使用过程中的应力与应变特征，因此急需一种方便、易行、具有普遍意义的刚度特性监测方法。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种橡胶弹性元件刚度特性的监测装置和方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种橡胶弹性元件刚度特性的监测装置和方法，其能有效监测橡胶弹性元件在实际使用过程中的应力分布及大小，实现对橡胶弹性元件刚度特性的准确监测。
为实现上述目的，本发明公开了一种橡胶弹性元件刚度特性的监测装置，包括监测组件以及信号接收和处理***，其特征在于：所述监测组件设置于待测的橡胶弹性元件内；
所述监测组件包含耐高温应变片，所述信号接收和处理***包含计算机和Zigbee网络传输***，所述耐高温应变片的输出端与所述Zigbee网络传输***的输入端连接，Zigbee网络传输***的输出端通过无线网络与所述计算机的输入端连接。
其中：所述耐高温应变片在所述橡胶弹性元件硫化的过程中直接硫化于其内，且所述耐高温应变片的引线在橡胶弹性元件硫化时预留在弹性元件的边侧，并在露出边侧的引线设有防水防腐蚀保护层。
其中：所述Zigbee网络传输***的工作频段为2.4GHz，最高数据传输速率为250Kbps。
其中：所述耐高温应变片为中温电阻应变片或高温电阻应变片中的一种。
其中：所述耐高温应变片为矩形，具体尺寸为7*7*4mm。
其中：所述耐高温应变片包含基底和电阻，所述电阻粘合至所述基底中，所述基底的材料选用酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺或环氧玻璃纤维布，所述电阻的材料选用铜镍合金、卡玛合金、铁铬铝合金或铂钨合金，所述粘合剂选用酚醛类粘合剂或有机硅粘合剂。
其中：所述耐高温应变片的引出线选用镀镍紫铜、包不锈钢紫铜、镀镍银、镀铬合金或镍。
其中：所述橡胶弹性元件是锥体形橡胶弹性元件、沟槽形橡胶弹性元件、平面形橡胶弹性元件中的任意一种。
还公开了一种橡胶弹性元件刚度特性的监测方法，使用如上任一项所述的监测装置，其特征在于：所述方法将作为监测组件的耐高温应变片在橡胶弹性元件硫化的过程中直接硫化于所述弹性元件内，采集弹性元件所受压力，然后将采集到的信号传输到计算机中进行处理，从而分析得出橡胶弹性元件的刚度。
其中：所述耐高温应变片耐受温度低温达零下40℃，高温可达200℃，超过橡胶弹性元件成形的温度。
通过上述结构可知，本发明的橡胶弹性元件刚度特性的监测装置和方法具有如下效果：
1、采用耐高温的电阻应变片直接硫化于所述弹性元件内，通过应变片采集橡胶弹性元件所受到的压力，然后将采集到的信号通过Zigbee网络传输***传输到计算机中进行处理，监测所述橡胶弹性元件的受力大小，从而分析得出弹性元件的刚度。
2、通过耐高温应变片和能实现多点测试的Zigbee网络传输***，监测弹性元件在实际使用过程中的应力分布及大小，实现对橡胶弹性元件刚度特性的准确监测。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的橡胶弹性元件刚度特性的监测装置的结构示意图。
图2显示了本发明的橡胶弹性元件刚度特性的监测装置的另一实施例的结构示意图。
附图标记：1、计算机；2、Zigbee网络传输***；3、耐高温应变片；4、橡胶弹性元件。
具体实施方式
参见图1，显示了本发明的橡胶弹性元件刚度特性的监测装置。
所述橡胶弹性元件刚度特性的监测装置包括监测组件以及信号接收和处理***，为实现更好的监测效果，所述监测组件设置于待测的橡胶弹性元件内。
其中，所述监测组件可包含耐高温应变片3，所述信号接收和处理***可包含计算机1和Zigbee网络传输***2，其中，耐高温应变片3的输出端与所述Zigbee网络传输***2的输入端连接，Zigbee网络传输***2的输出端可通过无线网络与所述计算机1的输入端连接。
其中，为避免耐高温应变片3的嵌入对橡胶弹性元件4的性能影响，所述耐高温应变片3在所述橡胶弹性元件4硫化的过程中直接硫化于其内，且所述耐高温应变片3的引线在橡胶弹性元件4硫化时预留在弹性元件4的边侧，并在露出边侧的引线设有防水防腐蚀保护层，因此，在测试时，耐高温电阻应变片3可有效采集弹性元件4所受压力，然后将采集到的信号通过Zigbee网络传输***2传输到计算机1中进行处理，从而分析得出弹性元件4的刚度。
其中，所述Zigbee网络传输***的工作频段为2.4GHz，最高数据传输速率可达250Kbps。
其中，所述耐高温应变片3选用中温电阻应变片或高温电阻应变片中的一种。
其中，所述耐高温应变片为矩形，具体尺寸为7*7*4mm。
其中，所述耐高温应变片3包含基底和电阻，所述电阻粘合至所述基底中，所述基底的材料选用酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、环氧玻璃纤维布等材质，所述电阻的材料可选用铜镍合金、卡玛合金、铁铬铝合金、铂钨合金中的任意一种，所述粘合剂可选用酚醛类粘合剂、有机硅粘合剂等材料。
其中，所述耐高温应变片3的引出线可选用镀镍紫铜、包不锈钢紫铜、镀镍银、镀铬合金、镍等耐高温材质。
其中，所述耐高温应变片3的内部电路具备自校准和电阻测定的功能。
其中，所述橡胶弹性元件4可以是锥体形橡胶弹性元件、沟槽形橡胶弹性元件、平面形橡胶弹性元件中的任意一种。
其中，在监测前通过大量的测试和试验，确定所述耐高温应变片3在弹性元件4内部的位置分布，硫化部位确定为弹性元件受力和变形较大的部位，在本实施例中确定锥体形橡胶弹性元件的锥体上部为最佳硫化位置，保证应变片能够真实反应实际使用状态下弹性元件的受力情况。
其中，按照所述位置分布将耐高温应变片3在弹性元件硫化的过程中直接硫化在所述弹性元件4的锥体上部，并对弹性元件4本身的性能不产生影响。
其中，所述刚度特性监测***的Zigbee网络传输***2将所述电阻变化信号传输到计算机1中进行处理，从而监测所述弹性元件的受力大小，实现对弹性元件刚度特性的监测。
参见图2，其结构与图1中的类似，耐高温应变片3可横向或纵向的布置于弹性元件中，以对弹性元件4的横向和纵向受力进行全面的收集和分析，弹性元件4的结构可为两端圆柱、中间为从两端向中间渐缩的圆柱形结构。
以及一种橡胶弹性元件刚度特性的监测方法，本方法将作为监测组件的耐高温应变片在橡胶弹性元件硫化的过程中直接硫化于所述弹性元件内，采集弹性元件所受压力，然后将采集到的信号传输到计算机中进行处理，从而分析得出橡胶弹性元件的刚度。
其中，所述耐高温应变片选用中温电阻应变片或高温电阻应变片，耐受温度低温可达零下40℃，高温可达200℃，超过橡胶弹性元件成形的温度。
其中，所述方法在监测前通过大量的测试和试验，选出弹性元件受力和变形较大的部位，从而确定所述耐高温应变片在弹性元件内部的位置分布，保证应变片能够真实反应实际使用状态下弹性元件的受力情况。
其中，硫化于所述橡胶弹性元件内的所述电阻应变片，通过引出线与外部相连，并因弹性元件受力变形发生相应的形变，进而产生电阻变化信号。
其中，所述刚度特性监测***的Zigbee网络传输***将所述电阻变化信号传输到计算机中进行处理，监测所述弹性元件的受力大小，实现对橡胶弹性元件刚度特性的监测。
由此可见，本发明的优点在于：
1、采用耐高温的电阻应变片直接硫化于所述弹性元件内，通过应变片采集橡胶弹性元件所受到的压力，然后将采集到的信号通过Zigbee网络传输***传输到计算机中进行处理，监测所述橡胶弹性元件的受力大小，从而分析得出弹性元件的刚度。
2、通过耐高温应变片和能实现多点测试的Zigbee网络传输***，监测弹性元件在实际使用过程中的应力分布及大小，实现对橡胶弹性元件刚度特性的准确监测。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (10)
1.一种橡胶弹性元件刚度特性的监测装置，包括监测组件以及信号接收和处理***，其特征在于：所述监测组件内置于待测的橡胶弹性元件内；
所述监测组件包含耐高温应变片，所述信号接收和处理***包含计算机和Zigbee网络传输***，所述耐高温应变片的输出端与所述Zigbee网络传输***的输入端连接，Zigbee网络传输***的输出端通过无线网络与所述计算机的输入端连接。
2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述耐高温应变片在所述橡胶弹性元件硫化的过程中直接硫化于其内，且所述耐高温应变片的引线在橡胶弹性元件硫化时预留在弹性元件的边侧，并在露出边侧的引线设有防水防腐蚀保护层。
3.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述Zigbee网络传输***的工作频段为2.4GHz，最高数据传输速率为250Kbps。
4.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述耐高温应变片为中温电阻应变片或高温电阻应变片中的一种。
5.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述耐高温应变片为矩形，具体尺寸为7*7*4mm。
6.如权利要求2所述的监测装置，其特征在于：所述耐高温应变片包含基底和电阻，所述电阻粘合至所述基底中，所述基底的材料选用酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺或环氧玻璃纤维布，所述电阻的材料选用铜镍合金、卡玛合金、铁铬铝合金或铂钨合金，所述粘合剂选用酚醛类粘合剂或有机硅粘合剂。
7.如权利要求6所述的监测装置，其特征在于：所述耐高温应变片的引出线选用镀镍紫铜、包不锈钢紫铜、镀镍银、镀铬合金或镍。
8.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述橡胶弹性元件是锥体形橡胶弹性元件、沟槽形橡胶弹性元件、平面形橡胶弹性元件中的任意一种。
9.一种橡胶弹性元件刚度特性的监测方法，使用如权利要求1-8中任一项所述的监测装置，其特征在于：所述方法将作为监测组件的耐高温应变片在橡胶弹性元件硫化的过程中直接硫化于所述弹性元件内，采集弹性元件所受压力，然后将采集到的信号传输到计算机中进行处理，从而分析得出橡胶弹性元件的刚度。
10.如权利要求9所述的监测方法，其特征在于：所述耐高温应变片耐受温度低温达零下40℃，高温可达200℃，超过橡胶弹性元件成形的温度。
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Denomination of invention: Monitoring device and method for stiffness characteristics of rubber elastic components Effective date of registration: 20230707 Granted publication date: 20171226 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tiantai County branch Pledgor: ZHEJIANG TIANTIE INDUSTRY Co.,Ltd. Registration number: Y2023330001416 |