公路衡器的結(jié)構(gòu)及選型(1)

1、公路衡器的結(jié)構(gòu)及選型一、 衡器的發(fā)展史 時(shí)間、長(zhǎng)度、質(zhì)量（重量）是三個(gè)基本的物理量，也是計(jì)量學(xué)的三個(gè)基本量。計(jì)量時(shí)光流逝、日月交替的時(shí)間和計(jì)量路程的遠(yuǎn)近、物體大小的長(zhǎng)度是人類最早認(rèn)識(shí)和關(guān)心的兩個(gè)物理量。在進(jìn)入了商品交換時(shí)期后，物體的重量（質(zhì)量）就越來越受到人們的關(guān)心，衡器就是用來測(cè)量重量的工具。最早使用最簡(jiǎn)單的天平來比較兩個(gè)物體的輕重。為了保證商品交換的公平和一致，出現(xiàn)了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)器砝碼，并由當(dāng)權(quán)者進(jìn)行統(tǒng)一管理。我國(guó)在夏朝就已經(jīng)開始使用權(quán)衡（天平）稱量物體重量，到秦朝已完成了對(duì)全國(guó)衡器的統(tǒng)一。 最早的機(jī)械衡器是基于力學(xué)平衡或力矩平衡的原理，利用已知重量（質(zhì)量）的標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)物體的重量（質(zhì)量）進(jìn)行比較

2、，從而測(cè)量物體的重量（質(zhì)量）。這就是最早出現(xiàn)的衡器簡(jiǎn)單的等臂天平。 隨著人們對(duì)杠桿原理、力矩平衡原理的深入認(rèn)識(shí)，出現(xiàn)了不等臂天平，大大擴(kuò)大了測(cè)量質(zhì)量的范圍，特別是游砣秤的發(fā)明，具有劃時(shí)代的意義。游砣秤只需要一個(gè)游砣，根據(jù)改變杠桿比例大小，就可以準(zhǔn)確稱量比秤砣重幾十倍甚至幾百倍的重量，而無須像使用等臂天平和不等臂天平，為了改變稱量范圍，需配備許多砝碼。游砣秤的出現(xiàn)，可以說將杠桿秤的原理發(fā)展到了完備的程度。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大宗貨物不斷增多，傳統(tǒng)的懸掛式桿秤就不能滿足需求了，為此，人們使用金屬材料制作“刀承”代替懸掛繩索，將杠桿（橫梁）一道承載器（秤盤）下方，通過連桿機(jī)構(gòu)平行的引導(dǎo)至承載器，并

3、可用多級(jí)杠桿連接來擴(kuò)大量程，使量程擴(kuò)大到幾十噸，甚至上百噸。這種秤也叫羅伯威爾天平，它是由法國(guó)巴黎大學(xué)羅伯威爾教授發(fā)明的。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷改進(jìn)，形成了至今仍然廣泛使用的機(jī)械式臺(tái)秤、案秤、地秤。 機(jī)械式臺(tái)秤主要存在以下幾個(gè)問題：一、在加載和卸載過程中，會(huì)產(chǎn)生沖擊力，容易損壞刀口和刀承；二、 四角誤差調(diào)整很困難；三、與現(xiàn)在的電子衡器相比，稱量效率低，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 上世紀(jì)后半葉，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子秤在歐美國(guó)家誕生。中國(guó)的電子秤是70年代后半期首先在寶雞誕生。二、 電子秤 電子秤是通過將力轉(zhuǎn)化成電信號(hào)而進(jìn)行稱量的裝置。電子秤的主要優(yōu)點(diǎn)：稱量精度高、稱重迅速、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)

4、制造容易、維修方便、使用壽命長(zhǎng)等。2.1電子秤的主要結(jié)構(gòu)電子秤主要由承載器（秤臺(tái)）、限位裝置、稱重單元（傳感器）、稱重顯示控制器等組成。2.1.1承載器：在小型衡器里，通常被稱為秤盤。它是在稱量過程中衡器承載被稱量物體部件。我們今天主要討論大型衡器（汽車衡）的加載器，也就是秤體。汽車衡的秤體寬度一般為3m3.6m，長(zhǎng)度一般為6m24m。對(duì)于長(zhǎng)度7m以下的秤體，一般做成一節(jié)。長(zhǎng)度超過10m的秤體通常由24節(jié)組合而成。通常情況下，以每節(jié)長(zhǎng)度56m為宜。秤體結(jié)構(gòu)目前主要有槽鋼結(jié)構(gòu)和U型梁結(jié)構(gòu)兩種。槽鋼結(jié)構(gòu)的秤體，生產(chǎn)時(shí)不需要太多的設(shè)備，以手工作業(yè)為主，工藝簡(jiǎn)單，投資少，上馬容易，但不易提高產(chǎn)量，質(zhì)量

5、受工人技能水平影響較大。U型梁秤體生產(chǎn)需要大型折彎?rùn)C(jī)、剪板機(jī)、多頭自動(dòng)焊機(jī)、反變形壓力機(jī)等，投資大，生產(chǎn)線復(fù)雜，但生產(chǎn)效率高，質(zhì)量受工人技能水平影響小，質(zhì)量控制容易。2.1.2限位裝置：限位裝置是用來保護(hù)承載器，防止承載器受到外力沖擊時(shí)，傾倒或超過設(shè)計(jì)位移，不能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。下圖是中國(guó)衡器實(shí)用技術(shù)手冊(cè)中列舉的幾種常見的、典型的限位裝置。2.1.3稱重單元（傳感器）關(guān)于稱重傳感器，目前汽車衡上普遍采用橋式傳感器、柱式傳感器和懸臂梁傳感器。橋式傳感器和柱式傳感器應(yīng)用越來越廣泛，懸臂梁傳感器目前主要應(yīng)用在小噸位秤以及軸重儀中，其應(yīng)用面有縮小的趨勢(shì)。今天我們主要了解一下橋式傳感器和柱式傳感器。中國(guó)

6、衡器實(shí)用技術(shù)手冊(cè)對(duì)柱式傳感器作了以下描述： 橋式傳感器屬于剪應(yīng)力傳感器，該書對(duì)橋式傳感器是這樣描述的：中國(guó)衡器實(shí)用技術(shù)手冊(cè)對(duì)兩種傳感器都作了詳細(xì)的介紹，這兩種傳感器都能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度，都能滿足汽車衡的使用要求。在大型衡器中有著廣泛的使用。我再給大家簡(jiǎn)要的介紹一下全世界的傳感器生產(chǎn)格局。目前，中國(guó)是全世界第一大傳感器生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，全世界80%以上的傳感器是中國(guó)生產(chǎn)的。中國(guó)的傳感器生產(chǎn)廠家紛紛走出國(guó)門，在歐美國(guó)家建立分廠，搶占國(guó)際市場(chǎng)。許多國(guó)際知名品牌紛紛將采取合作、貼牌等方法，將生產(chǎn)基地移到中國(guó)。2.1.4稱重顯示器（儀表）靜態(tài)儀表，國(guó)內(nèi)有不少有規(guī)模的生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)量也占全世界的一大半

7、。而動(dòng)態(tài)儀表，全世界尚沒有能夠統(tǒng)領(lǐng)的品牌。國(guó)內(nèi)有實(shí)力的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)秤的廠家大都自行生產(chǎn)。三、公路衡器3.1、幾種常見的公路車輛自動(dòng)衡器 3.1.1 秤臺(tái)式軸重檢測(cè)儀 在實(shí)施計(jì)重收費(fèi)初期，主要使用的是秤臺(tái)式軸重檢測(cè)儀。由于實(shí)施計(jì)重收費(fèi)模式后通行費(fèi)顯著增加，治超效果明顯，各省公路管理部門很快對(duì)已建收費(fèi)站進(jìn)行計(jì)重收費(fèi)改造。 3.1.2彎板式動(dòng)態(tài)汽車衡 2007年開始，市場(chǎng)上推出了第二代動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備彎板式動(dòng)態(tài)軸重衡，這種設(shè)備與第一代動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備相比，具有體積小巧、安裝方便、占地面積小、施工工期短的特點(diǎn)。 3.1.3、石英式動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備2009年，市場(chǎng)上又推出了石英式動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備，該類設(shè)備施工安裝更簡(jiǎn)單、周

8、期更短，但計(jì)量性能存在著缺陷。 3.1.4、整車式動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備 2009年陜西四維衡器公司率先研制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)整車式公路自動(dòng)衡器，創(chuàng)造性的將整車稱重運(yùn)用于軸重計(jì)量技術(shù)，利用整車稱量的準(zhǔn)確性計(jì)量軸重。突破了軸計(jì)量的技術(shù)瓶頸，保證了整車計(jì)重準(zhǔn)確度，設(shè)備的計(jì)量準(zhǔn)確度實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。3.2各種稱重設(shè)備稱重原理及誤差分析3.2.1秤臺(tái)式軸重檢測(cè)儀稱重方法與誤差產(chǎn)生的原因分析秤臺(tái)式軸重儀是將通過秤臺(tái)的車輛每個(gè)軸的重量分別稱量，然后通過儀表再進(jìn)行累加而得到車輛的總重。這種稱量方法產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾個(gè)方面： A、秤臺(tái)太短，通常在7001000mm之間，因此采樣時(shí)間短，所以會(huì)產(chǎn)生稱量誤差； B、秤臺(tái)安裝

9、與路面存在高度差，如下圖所示： 圖1 圖2在圖1中車輛每個(gè)軸的稱量重量都高于實(shí)際重量，因此整車重量會(huì)大于實(shí)際重量。而圖2中每個(gè)軸的稱量結(jié)果都小于實(shí)際重量，因此整車重量會(huì)小于實(shí)際重量。 當(dāng)車輪進(jìn)入秤臺(tái)時(shí)，秤臺(tái)會(huì)發(fā)生變形，會(huì)影響秤臺(tái)與路面的相對(duì)高度，同樣會(huì)帶來稱量誤差。C、車輛行駛速度變化、路面平整度的變化會(huì)導(dǎo)致車輛各軸載荷（特別是液體罐車）不斷變化，會(huì)帶來稱量誤差。換句話說，我們?cè)谟靡粋€(gè)不變的秤去稱量一個(gè)變化的車輪，所以肯定會(huì)產(chǎn)生誤差。3.2.2彎板式稱重設(shè)備誤差分析彎板式稱重設(shè)備與秤臺(tái)式軸重儀一樣，也是對(duì)車輛每個(gè)軸的重量分別稱量，然后通過儀表再進(jìn)行累加而得到車輛的總重。因此秤臺(tái)式軸重儀的缺點(diǎn)它

10、都具備。另外，它的臺(tái)面更短，通常只有350500mm，因此采樣時(shí)間更短，誤差更大。3.2.3石英式稱重設(shè)備的稱重原理及誤差分析石英式稱重設(shè)備也是軸重稱量設(shè)備。石英式稱重設(shè)備是利用壓電石英晶體在受到變化載荷作用時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生電荷（壓電效應(yīng)）的原理進(jìn)行稱量的。它要求載荷必須是變化的，換句話說，當(dāng)車輛靜止于其上時(shí)，就沒有信號(hào)輸出，就不能稱量。壓電石英輸出信號(hào)的強(qiáng)弱除了與載荷大小有關(guān)外，還與載荷變化的劇烈程度有關(guān)，同時(shí)，由于石英傳感器較窄（一般只有50-60mm），而輪胎與地面的接觸長(zhǎng)度通常在200-300mm，因此石英式稱重設(shè)備是對(duì)車輪進(jìn)行部分稱重，所以車輛行駛的速度、輪胎充氣的飽滿程度都會(huì)影響稱

11、量結(jié)果。這種設(shè)備的稱量結(jié)果誤差最大。下圖所示，為輪胎充氣的飽滿程度對(duì)傳感器載荷的影響。同樣，對(duì)于重量相同的軸，輪胎直徑大小不同時(shí)，也會(huì)造成稱量結(jié)果不同。3.2.4整車式稱重設(shè)備稱量精度高整車式稱重設(shè)備的稱重臺(tái)面具有足夠的長(zhǎng)度，可以對(duì)整個(gè)車輛一次稱量，因此它完全排除了軸計(jì)量誤差的影響，同時(shí)由于臺(tái)面長(zhǎng)，數(shù)據(jù)采樣多，所以稱量精度很高。3.2.5常見稱重設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)比較秤臺(tái)式公路軸重衡彎板式公路軸重衡石英式衡器整車式稱重衡器靜態(tài)稱量精度0.02%3%不能靜態(tài)稱量0.02%動(dòng)態(tài)稱量精度2.5%5%5%1 通行效率一般一般一般一般計(jì)量結(jié)果爭(zhēng)議多多多無非正常行駛對(duì)計(jì)量精度的影響（沖秤、跳秤）很大很大很大無維

12、護(hù)費(fèi)用較小較大小小使用壽命5年3年10年10年以上基礎(chǔ)建筑工程量較小小小大3.3公路稱重設(shè)備的選型3.3.1通過前面的分析，我們可以看到：整車式稱重設(shè)備稱量精度最高，可以達(dá)到 級(jí)精度，而其他幾種設(shè)備精度較低。公路計(jì)重收費(fèi)是一種貿(mào)易行為，既然是一種貿(mào)易行為，就應(yīng)做到公平、公正。國(guó)家規(guī)定用于貿(mào)易行為的秤應(yīng)該達(dá)到 級(jí)精度。如果達(dá)不到精度要求，貿(mào)易就失去了公平與公正，就會(huì)有一方的合法權(quán)益不能保障，貿(mào)易的合法性就會(huì)收到質(zhì)疑。因此公路計(jì)重收費(fèi)應(yīng)盡量選用整車式稱重設(shè)備。3.3.2當(dāng)收費(fèi)站有彎道，安裝整車式稱重設(shè)備位置不夠時(shí)，可選擇一種由整車式稱重設(shè)備派生出來的稱重設(shè)備軸組秤。這種秤臺(tái)面長(zhǎng)度達(dá)到6m12m，它對(duì)聯(lián)軸可以一次稱重，因此誤差很小，精度接近于整車式。其建設(shè)費(fèi)用大為降低。3.3.3由于收費(fèi)站受限制，沒有安裝整車式稱重設(shè)備的空