本文介紹了動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)與秤臺(tái)、限位及傳感器壓 頭的設(shè)計(jì)思路及方法，對(duì)國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式作了簡(jiǎn)單的分析與比 較，并結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)提出了一些個(gè)人的觀點(diǎn)。

一、引言

動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅一般是指動(dòng)態(tài)下對(duì)汽車單軸 稱重，再累加求出總重的專用衡器。它主要由機(jī)械 部分(基礎(chǔ)、秤臺(tái)及傳感器）、車輛識(shí)別裝置(光幕與 輪胎識(shí)別器）、電器控制部分（電器控制柜與計(jì)算機(jī)） 幾部分構(gòu)成。以上各部分功能在相關(guān)論文中有詳細(xì) 論述，這里就不再介紹了。動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅在國(guó) 家計(jì)重收費(fèi)項(xiàng)目中占有相當(dāng)重要的地位，也在全國(guó) 的許多高速公路收費(fèi)站得到廣泛應(yīng)用，為計(jì)重收費(fèi) 快捷方便地提供了有效依據(jù)，極好地限制了超重行 駛現(xiàn)象的發(fā)生。本人曾實(shí)地考察過(guò)河南、江蘇、山東 等地高速公路收廢站，也參與了動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅的研發(fā)工作，在秤體的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面有一定程度的 認(rèn)識(shí)，現(xiàn)從機(jī)械結(jié)構(gòu)的角度，對(duì)動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅的 設(shè)計(jì)過(guò)程作一下簡(jiǎn)單論述。

二、基礎(chǔ)與秤臺(tái)

1.基礎(chǔ)施工

由于動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅基礎(chǔ)施工環(huán)境惡劣，時(shí) 間要求緊迫，所以與一般地磅基礎(chǔ)施工不同，要盡 可能避免二次灌漿，以縮短施工周期。基礎(chǔ)宜采用 框架結(jié)構(gòu)，這種框架結(jié)構(gòu)是將基礎(chǔ)板、底座、護(hù)邊框 焊接成一體，整體安放在基礎(chǔ)坑內(nèi)，調(diào)平后一次灌漿 即可?？蚣芙Y(jié)構(gòu)可采用工鋼焊接的形式，并在水泥灌 漿處焊接適當(dāng)數(shù)量的拉筋，以增強(qiáng)框架的牢固性。為 了防止水泥在凝固過(guò)程中使框架變形，可在適當(dāng)位 置焊接支撐。另外，可在底座上均勻分布的四個(gè)點(diǎn)上 鉆孔并焊接螺母，使用較長(zhǎng)的螺栓與螺母配合用以 底座調(diào)平，這種方法十分方便快捷并且加工難度也 不大。

2.秤臺(tái)結(jié)構(gòu)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外普通車型的輪距與軸距，決定了動(dòng) 態(tài)軸計(jì)量地磅秤臺(tái)的長(zhǎng)度一般在3米左右，秤臺(tái) 的寬度一般不超過(guò)0.8米。其結(jié)構(gòu)按使用材料分為 全鋼板焊接式和鋼板與型材焊接式兩種。根據(jù)動(dòng)態(tài) 軸計(jì)量地磅所使用的傳感器形式的不同，秤臺(tái)結(jié) 構(gòu)也有較大區(qū)別。目前，國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅常采 用的傳感器有柱式傳感器、橋式傳感器、輪輻式傳感 器及懸臂梁傳感器。以上前三種傳感器安裝于秤臺(tái) 下方，而懸臂梁傳感器大多安裝于秤臺(tái)臺(tái)面上方。下 面以采用柱式傳感器的秤臺(tái)為例，談?wù)勂浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 要點(diǎn)。由于動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅秤臺(tái)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于寬 度，易導(dǎo)致橫向支點(diǎn)距離過(guò)近，所以秤臺(tái)在動(dòng)態(tài)稱重過(guò)程中極易傾覆。如果將橫向支點(diǎn)分別朝秤臺(tái)兩側(cè) 延伸，遠(yuǎn)超過(guò)秤臺(tái)寬度，雖然消除了傾覆力矩，勢(shì)必 會(huì)增加基礎(chǔ)施工以及安裝秤臺(tái)的難度，結(jié)構(gòu)繁瑣且 不美觀。綜合以上兩點(diǎn)考慮，可將傳感器支點(diǎn)設(shè)置 在秤體兩側(cè)的邊緣線的正下方，基礎(chǔ)框兩側(cè)采用工 鋼或向內(nèi)扣的槽鋼，為傳感器留出適當(dāng)空間，這樣 既能保證傾覆力矩為零，又便于安裝秤臺(tái)及傳感器， 秤臺(tái)整體結(jié)構(gòu)也很緊湊美觀。如圖1所示：

其次，由于整個(gè)秤臺(tái)縱向跨度大，縱向支點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，在稱重過(guò)程中，秤臺(tái)中心附近在縱方向易產(chǎn)生 較大的變形量。如果這個(gè)變形量超出合理范圍，就 說(shuō)明秤臺(tái)剛性不足，在稱重過(guò)程中產(chǎn)生較大的震動(dòng)， 嚴(yán)重影響傳感器感應(yīng)力的準(zhǔn)確性，同時(shí)也會(huì)減少秤 臺(tái)與傳感器的使用壽命。為了提高秤臺(tái)剛性，有效 抵抗縱向變形，秤體結(jié)構(gòu)可采用多條型鋼縱向排列 再與臺(tái)面焊接的形式。假設(shè)所設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)軸計(jì)量汽 車衡的最大軸載為30噸，秤臺(tái)長(zhǎng)度為3.2米，寬度 為0.8米，臺(tái)面采用20mm厚的）235鋼板，稱體為 四根長(zhǎng)度3.4米的25b工字鋼排列而成。以最大載 荷情況考慮，即所稱車輛的最大軸重為30噸，每輪 重15噸，兩輪距為1.9米。如圖2、所示其橫截面 結(jié)構(gòu)與受力簡(jiǎn)圖：

根據(jù)以上結(jié)果可以得出：d1/L=2.178766/3400= 0.00064<1/1500

即其最大變形量d1與秤臺(tái)總長(zhǎng)度的比值小于 一千五百分之一；安全系數(shù)為3.6711?？梢?jiàn)該秤臺(tái)結(jié) 構(gòu)力學(xué)指標(biāo)完全能夠達(dá)到在極限載荷情況下正常使 用的要求。同時(shí)，考慮到進(jìn)一步提高秤體在動(dòng)態(tài)稱重 時(shí)的穩(wěn)定性與傳感器信號(hào)采樣的準(zhǔn)確性，可在秤體 內(nèi)部梁之間焊接一定數(shù)量的腹板，以增加秤體的整 體重量。當(dāng)然，秤臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式可靈活多樣，這里僅 以此例作為參考，也算拋磚引玉吧。

下面再簡(jiǎn)要地介紹一下使用懸臂梁式傳感器的 秤臺(tái)結(jié)構(gòu)。在這種秤臺(tái)結(jié)構(gòu)中，懸臂梁式傳感器安裝 在秤臺(tái)兩端的基座上，高于地平面，秤臺(tái)通過(guò)吊掛結(jié) 構(gòu)作用在傳感器上，秤臺(tái)臺(tái)面為螺釘緊固的蓋板形 式，限位結(jié)構(gòu)在蓋板下方。這種秤臺(tái)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于 傳感器的安裝與維護(hù)比較方便，但是缺點(diǎn)也顯而易 見(jiàn):首先是它的結(jié)構(gòu)由于采用吊掛式，其支撐點(diǎn)與受 力點(diǎn)即秤臺(tái)臺(tái)面距離較大，所以造成擺動(dòng)力矩過(guò)大， 在上車過(guò)程中會(huì)使秤臺(tái)劇烈晃動(dòng)，嚴(yán)重影響傳感器稱 重;其次，這種結(jié)構(gòu)采用了過(guò)多的螺釘，在惡劣環(huán)境中 螺釘生銹會(huì)直接影響秤臺(tái)的維護(hù);最后，這種繁瑣的結(jié) 構(gòu)會(huì)導(dǎo)致加工成本的提高，經(jīng)濟(jì)性差。另外需要指出的 是傳感器安裝于秤臺(tái)臺(tái)面以上，很容易被通過(guò)的車輛 撞擊而損壞，這也無(wú)疑是該結(jié)構(gòu)的一大弊病。

三、限位結(jié)構(gòu)

對(duì)于動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅來(lái)說(shuō)，在動(dòng)態(tài)稱重時(shí)保持秤體的穩(wěn)定是至關(guān)重要的。因此，限位結(jié)構(gòu)與秤 體之間不宜留有間隙，否則動(dòng)態(tài)稱重時(shí)，汽車對(duì)秤臺(tái) 的沖擊力會(huì)使秤臺(tái)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，嚴(yán)重影響傳感 器信號(hào)采集的準(zhǔn)確性，縮短傳感器的使用壽命。因 此，限位結(jié)構(gòu)可采用拉桿式或鋼球撞頂式限位。拉 桿式限位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，但是要使拉桿松緊必 須適度。拉桿過(guò)松則影響限位效果甚至不起限位作 用，拉桿過(guò)緊則影響稱重的準(zhǔn)確性。鋼球撞頂式限 位結(jié)構(gòu)可分為撞頂與撞板兩部分。撞頂是在螺桿端 部加工出容納鋼球的空間，其底部墊以聚四氟乙烯 薄片以減小與鋼球的摩擦阻力，放入淬火鋼球后，再 將特制的環(huán)形螺帽旋合在螺桿端部，既可露出局部 鋼球面，又可防止鋼球脫落。而撞板是一圓形的淬 火鋼板，固定在秤體上。安裝時(shí)，將撞頂旋合在基礎(chǔ) 的限位板上，使鋼球頂在撞板的中心位置。這種結(jié) 構(gòu)可極好地限制秤臺(tái)水平方向運(yùn)動(dòng)的自由度，抵消 對(duì)秤臺(tái)的附加力，同時(shí)又不限制秤臺(tái)垂直方向運(yùn)動(dòng) 的自由度，所以不會(huì)影響稱重結(jié)果。鋼球撞頂式限 位雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜但克服了拉桿式限位的結(jié)構(gòu)弱 點(diǎn)，安裝維護(hù)都很方便，可以說(shuō)是一種效果比較理想 的限位結(jié)構(gòu)。

四、對(duì)柱式傳感器壓頭型式的改進(jìn)

由于柱式傳感器具有體積小，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)， 被廣泛應(yīng)用在動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅上。但是在產(chǎn)品試 制后的安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)柱式傳感器很容易偏斜，通 過(guò)分析得出的結(jié)論:這是柱式傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造 成的。柱式傳感器的底面是一圓弧面而并非平面， 在柱式傳感器的一側(cè)有一個(gè)線路盒，這就使傳感器 重心向一側(cè)偏移，導(dǎo)致傳感器偏斜。如果在傳感器 線路盒的另一側(cè)配重，勢(shì)必會(huì)增加傳感器的體積也 會(huì)影響外形的美觀，所以另辟蹊徑改變傳感器上下 壓頭的結(jié)構(gòu)型式。原來(lái)的傳感器上下壓頭的配合形 式為下壓頭的弧形凸面與上壓頭的弧形凹面接觸， 由于接觸面周圍沒(méi)有任何限制，上下壓頭的中心線 很容易偏移。所以，將下壓頭改造為一頂部為弧面的 圓柱體，而上壓頭改造為帶盲孔的形式，下壓頭的圓 柱體與上壓頭的盲孔為間隙配合，而下壓頭圓柱體 的弧面與上壓頭盲孔的底面接觸，這樣就在一定范 圍內(nèi)限制了上下壓頭中心線的偏移。通過(guò)實(shí)踐證明 這種結(jié)構(gòu)有效克服了柱式傳感器易偏斜的問(wèn)題。需 要注意的是上下壓頭的配合面不宜過(guò)長(zhǎng)，否則，外力 容易使上下壓頭扣合過(guò)緊影響稱重。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代高速公路的迅猛發(fā)展以及公路保養(yǎng)維 護(hù)意識(shí)的提高，動(dòng)態(tài)軸計(jì)量地磅在計(jì)重收費(fèi)項(xiàng)目 中的廣泛應(yīng)用使其需求量也日益增多。由于動(dòng)態(tài)軸 計(jì)量地磅的研制與開(kāi)發(fā)是近幾年的事情，所以在 這方面積累的經(jīng)驗(yàn)也相對(duì)較少，而作為其關(guān)鍵部件 的機(jī)械部件，還需要不斷地改進(jìn)與完善以更好地適 應(yīng)在惡劣環(huán)境下頻繁超負(fù)荷地動(dòng)態(tài)稱重。以上所述 是本人在實(shí)際工作中總結(jié)的一些觀點(diǎn)與設(shè)計(jì)方法， 僅作參考供同行借鑒與切磋，不妥之處請(qǐng)見(jiàn)諒。