本文介紹了動(dòng)態(tài)軸計量地磅的機械結構，包括基礎與秤臺、限位及傳感器壓 頭的設計思路及方法，對國內常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)軸計量地磅的機械結構形式作了簡(jiǎn)單的分析與比 較，并結合自己的工作經(jīng)驗提出了一些個(gè)人的觀(guān)點(diǎn)。

一、引言

動(dòng)態(tài)軸計量地磅一般是指動(dòng)態(tài)下對汽車(chē)單軸 稱(chēng)重，再累加求出總重的專(zhuān)用衡器。它主要由機械 部分(基礎、秤臺及傳感器）、車(chē)輛識別裝置(光幕與 輪胎識別器）、電器控制部分（電器控制柜與計算機） 幾部分構成。以上各部分功能在相關(guān)論文中有詳細 論述，這里就不再介紹了。動(dòng)態(tài)軸計量地磅在國 家計重收費項目中占有相當重要的地位，也在全國 的許多高速公路收費站得到廣泛應用，為計重收費 快捷方便地提供了有效依據，極好地限制了超重行 駛現象的發(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)軸計量地磅的研發(fā)工作，在秤體的機械結構方面有一定程度的 認識，現從機械結構的角度，對動(dòng)態(tài)軸計量地磅的 設計過(guò)程作一下簡(jiǎn)單論述。

二、基礎與秤臺

1.基礎施工

由于動(dòng)態(tài)軸計量地磅基礎施工環(huán)境惡劣，時(shí) 間要求緊迫，所以與一般地磅基礎施工不同，要盡 可能避免二次灌漿，以縮短施工周期?；A宜采用 框架結構，這種框架結構是將基礎板、底座、護邊框 焊接成一體，整體安放在基礎坑內，調平后一次灌漿 即可?？蚣芙Y構可采用工鋼焊接的形式，并在水泥灌 漿處焊接適當數量的拉筋，以增強框架的牢固性。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(cháng)的螺栓與螺母配合用以 底座調平，這種方法十分方便快捷并且加工難度也 不大。

2.秤臺結構

根據國內外普通車(chē)型的輪距與軸距，決定了動(dòng) 態(tài)軸計量地磅秤臺的長(cháng)度一般在3米左右，秤臺 的寬度一般不超過(guò)0.8米。其結構按使用材料分為 全鋼板焊接式和鋼板與型材焊接式兩種。根據動(dòng)態(tài) 軸計量地磅所使用的傳感器形式的不同，秤臺結 構也有較大區別。目前，國內動(dòng)態(tài)軸計量地磅常采 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 下方，而懸臂梁傳感器大多安裝于秤臺臺面上方。下 面以采用柱式傳感器的秤臺為例，談?wù)勂浣Y構設計 要點(diǎn)。由于動(dòng)態(tài)軸計量地磅秤臺的長(cháng)度遠大于寬 度，易導致橫向支點(diǎn)距離過(guò)近，所以秤臺在動(dòng)態(tài)稱(chēng)重過(guò)程中極易傾覆。如果將橫向支點(diǎn)分別朝秤臺兩側 延伸，遠超過(guò)秤臺寬度，雖然消除了傾覆力矩，勢必 會(huì )增加基礎施工以及安裝秤臺的難度，結構繁瑣且 不美觀(guān)。綜合以上兩點(diǎn)考慮，可將傳感器支點(diǎn)設置 在秤體兩側的邊緣線(xiàn)的正下方，基礎框兩側采用工 鋼或向內扣的槽鋼，為傳感器留出適當空間，這樣 既能保證傾覆力矩為零，又便于安裝秤臺及傳感器， 秤臺整體結構也很緊湊美觀(guān)。如圖1所示：

其次，由于整個(gè)秤臺縱向跨度大，縱向支點(diǎn)距離較遠，在稱(chēng)重過(guò)程中，秤臺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)明秤臺剛性不足，在稱(chēng)重過(guò)程中產(chǎn)生較大的震動(dòng)， 嚴重影響傳感器感應力的準確性，同時(shí)也會(huì )減少秤 臺與傳感器的使用壽命。為了提高秤臺剛性，有效 抵抗縱向變形，秤體結構可采用多條型鋼縱向排列 再與臺面焊接的形式。假設所設計的動(dòng)態(tài)軸計量汽 車(chē)衡的最大軸載為30噸，秤臺長(cháng)度為3.2米，寬度 為0.8米，臺面采用20mm厚的）235鋼板，稱(chēng)體為 四根長(cháng)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(chēng)車(chē)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 結構與受力簡(jiǎn)圖：

根據以上結果可以得出：d1/L=2.178766/3400= 0.00064<1/1500

即其最大變形量d1與秤臺總長(cháng)度的比值小于 一千五百分之一；安全系數為3.6711?？梢?jiàn)該秤臺結 構力學(xué)指標完全能夠達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(chēng)重 時(shí)的穩定性與傳感器信號采樣的準確性，可在秤體 內部梁之間焊接一定數量的腹板，以增加秤體的整 體重量。當然，秤臺的結構形式可靈活多樣，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 秤臺結構。在這種秤臺結構中，懸臂梁式傳感器安裝 在秤臺兩端的基座上，高于地平面，秤臺通過(guò)吊掛結 構作用在傳感器上，秤臺臺面為螺釘緊固的蓋板形 式，限位結構在蓋板下方。這種秤臺結構的優(yōu)點(diǎn)在于 傳感器的安裝與維護比較方便，但是缺點(diǎn)也顯而易 見(jiàn):首先是它的結構由于采用吊掛式，其支撐點(diǎn)與受 力點(diǎn)即秤臺臺面距離較大，所以造成擺動(dòng)力矩過(guò)大， 在上車(chē)過(guò)程中會(huì )使秤臺劇烈晃動(dòng)，嚴重影響傳感器稱(chēng) 重;其次，這種結構采用了過(guò)多的螺釘，在惡劣環(huán)境中 螺釘生銹會(huì )直接影響秤臺的維護;最后，這種繁瑣的結 構會(huì )導致加工成本的提高，經(jīng)濟性差。另外需要指出的 是傳感器安裝于秤臺臺面以上，很容易被通過(guò)的車(chē)輛 撞擊而損壞，這也無(wú)疑是該結構的一大弊病。

三、限位結構

對于動(dòng)態(tài)軸計量地磅來(lái)說(shuō)，在動(dòng)態(tài)稱(chēng)重時(shí)保持秤體的穩定是至關(guān)重要的。因此，限位結構與秤 體之間不宜留有間隙，否則動(dòng)態(tài)稱(chēng)重時(shí)，汽車(chē)對秤臺 的沖擊力會(huì )使秤臺產(chǎn)生強烈的震動(dòng)，嚴重影響傳感 器信號采集的準確性，縮短傳感器的使用壽命。因 此，限位結構可采用拉桿式或鋼球撞頂式限位。拉 桿式限位結構簡(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(chēng)重的準確性。鋼球撞頂式限 位結構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 的限位板上，使鋼球頂在撞板的中心位置。這種結 構可極好地限制秤臺水平方向運動(dòng)的自由度，抵消 對秤臺的附加力，同時(shí)又不限制秤臺垂直方向運動(dòng) 的自由度，所以不會(huì )影響稱(chēng)重結果。鋼球撞頂式限 位雖然結構較復雜但克服了拉桿式限位的結構弱 點(diǎn)，安裝維護都很方便，可以說(shuō)是一種效果比較理想 的限位結構。

四、對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)， 被廣泛應用在動(dòng)態(tài)軸計量地磅上。但是在產(chǎn)品試 制后的安裝過(guò)程中發(fā)現柱式傳感器很容易偏斜，通 過(guò)分析得出的結論:這是柱式傳感器的結構特點(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有一個(gè)線(xiàn)路盒，這就使傳感器 重心向一側偏移，導致傳感器偏斜。如果在傳感器 線(xiàn)路盒的另一側配重，勢必會(huì )增加傳感器的體積也 會(huì )影響外形的美觀(guān)，所以另辟蹊徑改變傳感器上下 壓頭的結構型式。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?chē)鷽](méi)有任何限制，上下壓頭的中心線(xiàn) 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 圍內限制了上下壓頭中心線(xiàn)的偏移。通過(guò)實(shí)踐證明 這種結構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(cháng)，否則，外力 容易使上下壓頭扣合過(guò)緊影響稱(chēng)重。

五、結束語(yǔ)

隨著(zhù)現代高速公路的迅猛發(fā)展以及公路保養維 護意識的提高，動(dòng)態(tài)軸計量地磅在計重收費項目 中的廣泛應用使其需求量也日益增多。由于動(dòng)態(tài)軸 計量地磅的研制與開(kāi)發(fā)是近幾年的事情，所以在 這方面積累的經(jīng)驗也相對較少，而作為其關(guān)鍵部件 的機械部件，還需要不斷地改進(jìn)與完善以更好地適 應在惡劣環(huán)境下頻繁超負荷地動(dòng)態(tài)稱(chēng)重。以上所述 是本人在實(shí)際工作中總結的一些觀(guān)點(diǎn)與設計方法， 僅作參考供同行借鑒與切磋，不妥之處請見(jiàn)諒。