本文介紹了動態(tài)軸計量地磅的機械結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)與秤臺、限位及傳感器壓 頭的設(shè)計思路及方法，對國內(nèi)常見的動態(tài)軸計量地磅的機械結(jié)構(gòu)形式作了簡單的分析與比 較，并結(jié)合自己的工作經(jīng)驗提出了一些個人的觀點。

一、引言

動態(tài)軸計量地磅一般是指動態(tài)下對汽車單軸 稱重，再累加求出總重的專用衡器。它主要由機械 部分(基礎(chǔ)、秤臺及傳感器）、車輛識別裝置(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(gòu)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(yīng)用，為計重收費 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。本人曾實地考察過河南、江蘇、山東 等地高速公路收廢站，也參與了動態(tài)軸計量地磅的研發(fā)工作，在秤體的機械結(jié)構(gòu)方面有一定程度的 認識，現(xiàn)從機械結(jié)構(gòu)的角度，對動態(tài)軸計量地磅的 設(shè)計過程作一下簡單論述。

二、基礎(chǔ)與秤臺

1.基礎(chǔ)施工

由于動態(tài)軸計量地磅基礎(chǔ)施工環(huán)境惡劣，時 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?；A(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。框架結(jié)構(gòu)可采用工鋼焊接的形式，并在水泥灌 漿處焊接適當數(shù)量的拉筋，以增強框架的牢固性。為 了防止水泥在凝固過程中使框架變形，可在適當位 置焊接支撐。另外，可在底座上均勻分布的四個點上 鉆孔并焊接螺母，使用較長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.秤臺結(jié)構(gòu)

根據(jù)國內(nèi)外普通車型的輪距與軸距，決定了動 態(tài)軸計量地磅秤臺的長度一般在3米左右，秤臺 的寬度一般不超過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)動態(tài) 軸計量地磅所使用的傳感器形式的不同，秤臺結(jié) 構(gòu)也有較大區(qū)別。目前，國內(nèi)動態(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(jié)構(gòu)設(shè)計 要點。由于動態(tài)軸計量地磅秤臺的長度遠大于寬 度，易導(dǎo)致橫向支點距離過近，所以秤臺在動態(tài)稱重過程中極易傾覆。如果將橫向支點分別朝秤臺兩側(cè) 延伸，遠超過秤臺寬度，雖然消除了傾覆力矩，勢必 會增加基礎(chǔ)施工以及安裝秤臺的難度，結(jié)構(gòu)繁瑣且 不美觀。綜合以上兩點考慮，可將傳感器支點設(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(jié)構(gòu)也很緊湊美觀。如圖1所示：

其次，由于整個秤臺縱向跨度大，縱向支點距離較遠，在稱重過程中，秤臺中心附近在縱方向易產(chǎn)生 較大的變形量。如果這個變形量超出合理范圍，就 說明秤臺剛性不足，在稱重過程中產(chǎn)生較大的震動， 嚴重影響傳感器感應(yīng)力的準確性，同時也會減少秤 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(jié)構(gòu)可采用多條型鋼縱向排列 再與臺面焊接的形式。假設(shè)所設(shè)計的動態(tài)軸計量汽 車衡的最大軸載為30噸，秤臺長度為3.2米，寬度 為0.8米，臺面采用20mm厚的）235鋼板，稱體為 四根長度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與秤臺總長度的比值小于 一千五百分之一；安全系數(shù)為3.6711?？梢娫摮优_結(jié) 構(gòu)力學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，考慮到進一步提高秤體在動態(tài)稱重 時的穩(wěn)定性與傳感器信號采樣的準確性，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。當然，秤臺的結(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。

下面再簡要地介紹一下使用懸臂梁式傳感器的 秤臺結(jié)構(gòu)。在這種秤臺結(jié)構(gòu)中，懸臂梁式傳感器安裝 在秤臺兩端的基座上，高于地平面，秤臺通過吊掛結(jié) 構(gòu)作用在傳感器上，秤臺臺面為螺釘緊固的蓋板形 式，限位結(jié)構(gòu)在蓋板下方。這種秤臺結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于 傳感器的安裝與維護比較方便，但是缺點也顯而易 見:首先是它的結(jié)構(gòu)由于采用吊掛式，其支撐點與受 力點即秤臺臺面距離較大，所以造成擺動力矩過大， 在上車過程中會使秤臺劇烈晃動，嚴重影響傳感器稱 重;其次，這種結(jié)構(gòu)采用了過多的螺釘，在惡劣環(huán)境中 螺釘生銹會直接影響秤臺的維護;最后，這種繁瑣的結(jié) 構(gòu)會導(dǎo)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，很容易被通過的車輛 撞擊而損壞，這也無疑是該結(jié)構(gòu)的一大弊病。

三、限位結(jié)構(gòu)

對于動態(tài)軸計量地磅來說，在動態(tài)稱重時保持秤體的穩(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，否則動態(tài)稱重時，汽車對秤臺 的沖擊力會使秤臺產(chǎn)生強烈的震動，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(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)簡單，安裝方便，但是要使拉桿松緊必 須適度。拉桿過松則影響限位效果甚至不起限位作 用，拉桿過緊則影響稱重的準確性。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，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)可極好地限制秤臺水平方向運動的自由度，抵消 對秤臺的附加力，同時又不限制秤臺垂直方向運動 的自由度，所以不會影響稱重結(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，安裝維護都很方便，可以說是一種效果比較理想 的限位結(jié)構(gòu)。

四、對柱式傳感器壓頭型式的改進

由于柱式傳感器具有體積小，安裝方便等優(yōu)點， 被廣泛應(yīng)用在動態(tài)軸計量地磅上。但是在產(chǎn)品試 制后的安裝過程中發(fā)現(xiàn)柱式傳感器很容易偏斜，通 過分析得出的結(jié)論:這是柱式傳感器的結(jié)構(gòu)特點造 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，勢必會增加傳感器的體積也 會影響外形的美觀，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。通過實踐證明 這種結(jié)構(gòu)有效克服了柱式傳感器易偏斜的問題。需 要注意的是上下壓頭的配合面不宜過長，否則，外力 容易使上下壓頭扣合過緊影響稱重。

五、結(jié)束語

隨著現(xiàn)代高速公路的迅猛發(fā)展以及公路保養(yǎng)維 護意識的提高，動態(tài)軸計量地磅在計重收費項目 中的廣泛應(yīng)用使其需求量也日益增多。由于動態(tài)軸 計量地磅的研制與開發(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，還需要不斷地改進與完善以更好地適 應(yīng)在惡劣環(huán)境下頻繁超負荷地動態(tài)稱重。以上所述 是本人在實際工作中總結(jié)的一些觀點與設(shè)計方法， 僅作參考供同行借鑒與切磋，不妥之處請見諒。