介紹了汽車衡秤體的受力分析和計算方法,為汽車衡生產企業提供了秤體的設計依據。
1.引 言
汽車衡也被稱為地磅,是廠礦、商家等用于大宗貨物計量的主要稱重設備。汽車衡標準配置主要由承重傳力機構(秤體)、高精度稱重傳感器、稱重顯示儀表三大主件組成。汽車衡作為稱重設備需要稱量大宗貨物,重量從幾十噸到幾百噸不等,因此必須選擇質量可靠的秤體。
2.U 型梁秤體的結構
一般來說,汽車衡秤體按制造材料可分為:全鋼結構秤體、鋼架水泥結構、鋼筋水泥結構和不銹鋼砼水泥結構秤體等形式。
全鋼結構的秤臺是我國目前應用最多的結構形式,可以細分為槽鋼、工字鋼和 U 型鋼秤體。槽鋼是截面為凹槽形的長條鋼材,由于槽鋼的中部是空的,底部僅有兩道承重梁,所以承重性能較差。因此 U 型鋼在承重性能上比槽鋼更好些。U 型鋼是一種橫截面像英文字母“U”的鋼鐵。U 型鋼的底部是采用橋梁結構設計,結構較為合理。
本市某儀表衡器有限公司是一家專業生產電子汽車衡的民營企業,其原有系列產品 1-200t 電子汽車衡秤體結構的橫向剖面如圖 1 所示。
從圖 1 可以看出,這種采用槽鋼結構的秤臺,由于梁與梁之間的距離較大(約為面板寬度的 1/5),當秤臺面板受到汽車輪胎施壓時,局部剛度不足,因此需要焊接橫向筋板來提高面板的局部剛度,還需要焊接底板來提高秤體的整體剛度。這種結構的秤體,鋼材消耗比較大,另外由于有橫向筋板,槽鋼的縱向焊接就不能采取自動焊接方式,工藝性較差,只能靠工人手工焊接,工人勞動強度大,對焊工的技術水平要求比較高。
為此,公司吸取了國內外同行的先進經驗,開發了 U型梁結構秤體,這種秤體結構的橫向剖面如圖 2 所示。與圖 1 的結構相比,圖 2 結構的秤臺,梁與梁之間的距離較小,約為面板寬度的 1/11,面板的局部承載能力得到很大的提高。因此,不需設置橫向筋板;由于 U 型鋼的兩側板都是承載主梁,在使用相同梁數的秤臺上,U 型梁秤體的實際承載梁數較槽鋼秤體的承載梁數增加了一倍,這就大大提高了秤體臺面的局部承載能力和秤體的整體剛度。U 型鋼、面板、端板梁組焊在一起,由于沒有橫向筋板和不封底板,全部采用連續焊接,便于采用自動焊,大大降低了工人的勞動強度,提高了制造工藝性和生產效率。
3.秤體的選取與計算參數的設定
雖然 U 型鋼結構秤體有很多優點,但由于 U 型鋼并非標準型鋼,其截面慣性矩、抗彎截面模量等參數都無法在設計手冊中查到,這就給秤體的整體剛度計算帶來不便。因此受該衡器公司委托,對 U 型鋼結構秤體作力學分析計算,希望能找出一種簡便快捷、準確實用的秤臺剛度計算方法。
為了便于分析研究,我們選取了該公司典型的秤體(3m×16m、150t、4 節 10 支點、六梁結構組合秤體)中的一節作為研究對象,并作以下設定:秤體中所有鋼為結構鋼,材料均為普通碳素鋼 Q235,秤體臺面鋼板厚度為12mm,秤體主梁用 6mm 鋼板加工成 U 形狀,上口寬274mm,下部寬 148mm,U 型梁高 300mm,在秤體橫截面上布設六根 U 型梁。
根據 GB/T7723-2008 《固定式電子汽車衡》國家標準,對承載器最大相對變形量的規定,最大稱量為 120~ 150t 的汽車衡。在秤體中部 3m 長區域范圍內,加載50t 的均布載荷,并假設單節秤體自重為 2.5t 也加載到秤體中部的限定區域內,即秤體中部所受最大集中載荷值為 52.5t,均布載荷 q=525000/3=175000N/m,設定秤體為一簡支梁,縱長方向兩個支點的距離與單節秤體長度一致,即 4000mm。其它參數的設定:材料許用應力[σc]為130MPa,材料彈性模數:E=200GPa,秤體許用剛度 fmax/l≤1/800。
3.1秤體截面 性矩及抗彎截面模量的計算
單根 U 型梁截面面積 Su,形心軸位置 Yu,慣性矩 Ju 的計算
經過上述受力分析,秤體的最大拉應力 σ 拉 = 130.4MPa 雖然略大于許用應力[σc]=130MPa,但由于大的不多,且秤體的剛度 1/90.9 遠大于許用剛度 1/80,綜合考慮,秤體還是合格的。
4.結 語
通過上述方法,可以很容易地對秤體進行受力分析和計算,該衡器公司的工程技術人員,在其后的秤體生產設計中采用這種方法對秤體進行計算分析、調整結構,對合理利用材料和節約材料,起了良好的指導作用,滿足了設計產品的需求。該創新項目取得了本市中小企業發展專項資金技術支持,在采用了 U 型梁結構秤體以來,降低了鋼材消耗,減少了勞動工時和勞動強度,提高了企業的產品競爭力,產生了良好的環保和社會效益。