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1、固定式动态轴重衡结构设计 摘 要 影响轴重衡动态称重精度的因素很多，其中称重台面系统设计的好坏，是影响动态称重精度重要因素之一，本文就其称重台面系统结构设计方面进行探讨。一、引言固定式动态轴重衡越来越多的应用于高速公路的收费系统中，它的应用对于遏制超限超载运输车辆毁坏公路，延长公路使用寿命，保护国家公路路产、路权不受侵害起到有效的作用，同时也有效的减少收费人员与驾驶员因车型判别引起的争议，维护守法运输经营者的合法利益，保证车辆的行驶安全，实现公路收费效益与治理公路超载超限运输的双赢。本文就固定式动态轴重衡的结构设计作如下介绍。二、轴重台面系统的组成固定式动态轴重衡的轴重台面系统主要由轴重台、底
2、架、称重传感器组件和限位器装置等部分组成。如图 1 所示。三、轴重台面系统设计的要求固定式动态轴重衡的轴重台面系统，它是用来承受车辆及装载货物重量的承重装置，并要求将所承受重量准确、集中的传递给称重传感器，因此，它应满足如下要求:(1) 轴重台面应有足够的机械强度和刚度，能承受车辆动载荷长期频繁的冲击，保证行车安全;(2) 与称重传感器连接的部件应能准确将承受的重量传递给称重传感器;(3) 轴重台面安装系统稳定性要好，自振频率应高一些，以避免车辆通过台面产生共振。四、轴重台面的结构设计(一) 轴重台面的尺寸确定轴计量方法是称量车辆一个轮对 (即一根轴)驶过轴重台面的单轴重量，然后将所称量轴重数
3、量累加起来，从而得出整车的重量。采用轴计量方式时，为了满足称重控制仪表的动态称重时间，本轴重台面长度定为 900mm，而宽度定为 3200mm，宽度也可根据实际而定。(二) 台面的强度和刚度要求1. 台面的强度要求为使台面有足够的机械强度，并能承受车辆动载荷长期频繁的冲击条件下使用和安全过载时不致损坏，因此，计算台面在自重和外载荷作用下，产生的应力 和总弯矩 m应满足以下要求:(1) 台面的应力 的要求为:式中：- 为材料的许用应力(2) 台面总弯矩 m为:m=m1+m2式中：m1- 为台面在自重产生的弯矩m2- 为台面在外载荷产生的弯矩(3) 台面截面抗弯模数 w为:因：=m/w则：w/m/
4、注：台面材料的许用应力一般取a=150mpa，并按稍大于 w值选取台面截面尺寸。2. 台面的刚度要求要求台面应有足够的刚度，则在外载荷作用下产生的变形量要小，否则会影响称重的准确度。其刚度条件是:(1) 最大挠度 fmax应小于许用挠度f，即:fmaxf一般取f=1/1000l(2) 台面的最大挠度 fmaxfmax=f1+f2式中：f1- 为台面在自重产生的挠度f2- 为台面在外载荷产生的挠度(三) 台面的结构设计在本台面设计成为上翻式结构，即称重传感器安装高于秤台的位置，由于传感器安装在地面以上，不容易受水的浸泡，同时更换传感器及维护较为方便。但这种结构两头有突起，必须将突起部分加以保护以
5、免被压坏。台面采用钢板及普通工字钢焊接成整体钢结构形式，如图 2 所示。其主梁和横梁采用工字钢，在钢梁上铺以适当厚度的普通钢板作为面板。采用这样的焊接整体结构，台面具有较高的机械强度和整体刚度，加工方便、简单。缺点是易变形，不易保证加工精度和公差。五、限位装置的设计当车辆轮对进入和离开台面时，车轮对台面的冲击，车轮和台面之间的动摩擦以及车辆驶行等因素，使台面除了由于车辆重量作用于台面的垂直外，还有沿着台面纵向和横向的力，这两个附加水平力将会引起台面沿着水平方向摆动，为了抵消水平力的作用，保证台面的正确位置和垂直状态，限制其摆动幅度，需在台面纵向两侧面分别安装两对限位装置，如图 3 所示。它的一
6、端固定在底架上，另外带钢球一端通过调整，使台面限定在一定的游离间隙范围内，这样既能防止台面在纵向水平方向的移动，又不影响它在垂直方向上的位移。六、称重传感器组件设计称重传感器组件包括：称重传感器及上下安装部件等，如图 4 所示。称重传感器组件选择和设计的好坏，直接影响到动态轴重衡的计量准确性。(一) 称重传感器选择如何选择和考虑称重传感器的精度、容量以及它各种技术性能是一个十分重要的问题。首先， 称重传感器的精度需要根据用途、使用场合和综合精度全面加以考虑，而外形结构和额定量程需要根据称量范围、使用称重传感器数目、及安装部位、以及受载方式等因素加以考虑。综上所述，在本装置中，称重传感器选用柱式
7、，而传感器额定量程按以下公式计算确定:pn=qt/4+m.n.qz/4公式中:qt- - - 为秤台自重qz- - - 为秤的额定载荷m- - - 为动载荷系数，(一般取 m=1.2)n- - - 为偏载系数柱式称重传感器具有以下优点：(1) 柱式称重传感器具有抗震动和冲击能力强，重复性误差及滞后误差小，加工方便;(2) 弹性体刚度大、固有频率高、动态响应快且有利于进行动态测量。(3) 结构简单、体积小、重量轻，便于安装。(二) 称重传感器安装部件设计由于弹性体上下设计成双球面，而上压座设计成带r 球面座，下压座为平面座，这样传感器与上下压座组装后，形成摇杆结构形式，它具有自动复位和自动对中等功能，从而有效提高称重准确性。七、结束语轴重台面系统的设计从上述要求出发，重点放在保持轴重台面系统的稳定性，减少称重传感器可能承受的侧向力和水平分力方面，至于轴重台面的机械强度和刚度一般容易保证。作者简介：蔡德新，东莞华兰海电子有限公司，高级工程师，从事电子秤开发设计及应用二十多年。龙福密，工程师，从事动态称重开发设计三年。(作者通讯地址：广东省东莞市麻涌镇大盛工业园邮 政 编 码：523136收 稿 日 期：2009- 07- 31)
