公路衡器的结构及选型

公路衡器的结构及选型一、衡器的发展史时间、长度、质量（重量）是三个基本的物理量，也是计量学的三个基本量。计量时光流逝、日月交替的时间和计量路程的远近、物体大小的长度是人类最早认识和关心的两个物理量。在进入了商品交换时期后，物体的重量（质量）就越来越受到人们的关心，衡器就是用来测量重量的工具。最早使用最简单的天平来比较两个物体的轻重。为了保证商品交换的公平和一致，出现了质量标准器——砝码，并由当权者进行统一管理。我国在夏朝就已经开始使用权衡（天平）称量物体重量，到秦朝已完成了对全国衡器的统一。最早的机械衡器是基于力学平衡或力矩平衡的原理，利用已知重量（质量）的标准器对物体的重量（质量）进行比较，从而测量物体的重量（质量）。这就是最早出现的衡器——简单的等臂天平。随着人们对杠杆原理、力矩平衡原理的深入认识，出现了不等臂天平，大大扩大了测量质量的范围，特别是游砣秤的发明，具有划时代的意义。游砣秤只需要一个游砣，根据改变杠杆比例大小，就可以准确称量比秤砣重几十倍甚至几百倍的重量，而无须像使用等臂天平和不等臂天平，为了改变称量范围，需配备许多砝码。游砣秤的出现，可以说将杠杆秤的原理发展到了完备的程度。但是，随着经济的发展，大宗货物不断增多，传统的悬挂式杆秤就不能满足需求了，为此，人们使用金属材料制作“刀承”代替悬挂绳索，将杠杆（横梁）一道承载器（秤盘）下方，通过连杆机构平行的引导至承载器，并可用多级杠杆连接来扩大量程，使量程扩大到几十吨，甚至上百吨。这种秤也叫罗伯威尔天平，它是由法国巴黎大学罗伯威尔教授发明的。在此基础上，经过不断改进，形成了至今仍然广泛使用的机械式台秤、案秤、地秤。机械式台秤主要存在以下几个问题：一、在加载和卸载过程中，会产生冲击力，容易损坏刀口和刀承；二、四角误差调整很困难；三、与现在的电子衡器相比，称量效率低，不易实现自动化。上世纪后半叶，随着电子技术的发展，电子秤在欧美国家诞生。中国的电子秤是70年代后半期首先在宝鸡诞生。二、电子秤电子秤是通过将力转化成电信号而进行称量的装置。电子秤的主要优点：称量精度高、称重迅速、易于实现自动化、结构简单、设计制造容易、维修方便、使用寿命长等。2.1电子秤的主要结构电子秤主要由承载器（秤台）、限位装置、称重单元（传感器）、称重显示控制器等组成。2.1.1承载器：在小型衡器里，通常被称为秤盘。它是在称量过程中衡器承载被称量物体部件。我们今天主要讨论大型衡器（汽车衡）的加载器，也就是秤体。汽车衡的秤体宽度一般为3m~3.6m，长度一般为6m~24m。对于长度7m以下的秤体，一般做成一节。长度超过10m的秤体通常由2~4节组合而成。通常情况下，以每节长度5~6m为宜。秤体结构目前主要有槽钢结构和U型梁结构两种。槽钢结构的秤体，生产时不需要太多的设备，以手工作业为主，工艺简单，投资少，上马容易，但不易提高产量，质量受工人技能水平影响较大。U型梁秤体生产需要大型折弯机、剪板机、多头自动焊机、反变形压力机等，投资大，生产线复杂，但生产效率高，质量受工人技能水平影响小，质量控制容易。2.1.2限位装置：限位装置是用来保护承载器，防止承载器受到外力冲击时，倾倒或超过设计位移，不能恢复正常工作状态。下图是«中国衡器实用技术手册»中列举的几种常见的、典型的限位装置。2.1.3称重单元（传感器）关于称重传感器，目前汽车衡上普遍采用桥式传感器、柱式传感器和悬臂梁传感器。桥式传感器和柱式传感器应用越来越广泛，悬臂梁传感器目前主要应用在小吨位秤以及轴重仪中，其应用面有缩小的趋势。今天我们主要了解一下桥式传感器和柱式传感器。«中国衡器实用技术手册»对柱式传感器作了以下描述：桥式传感器属于剪应力传感器，该书对桥式传感器是这样描述的：«中国衡器实用技术手册»对两种传感器都作了详细的介绍，这两种传感器都能达到国家标准规定的精度，都能满足汽车衡的使用要求。在大型衡器中有着广泛的使用。我再给大家简要的介绍一下全世界的传感器生产格局。目前，中国是全世界第一大传感器生产国和出口国，全世界80%以上的传感器是中国生产的。中国的传感器生产厂家纷纷走出国门，在欧美国家建立分厂，抢占国际市场。许多国际知名品牌纷纷将采取合作、贴牌等方法，将生产基地移到中国。2.1.4称重显示器（仪表）静态仪表，国内有不少有规模的生产厂家，其产量也占全世界的一大半。而动态仪表，全世界尚没有能够统领的品牌。国内有实力的生产动态秤的厂家大都自行生产。三、公路衡器3.1、几种常见的公路车辆自动衡器3.1.1秤台式轴重检测仪在实施计重收费初期，主要使用的是秤台式轴重检测仪。由于实施计重收费模式后通行费显著增加，治超效果明显，各省公路管理部门很快对已建收费站进行计重收费改造。3.1.2弯板式动态汽车衡2007年开始，市场上推出了第二代动态称重设备——弯板式动态轴重衡，这种设备与第一代动态称重设备相比，具有体积小巧、安装方便、占地面积小、施工工期短的特点。3.1.3、石英式动态检测设备2009年，市场上又推出了石英式动态检测设备，该类设备施工安装更简单、周期更短，但计量性能存在着缺陷。3.1.4、整车式动态称重设备2009年陕西四维衡器公司率先研制出国内第一台整车式公路自动衡器，创造性的将整车称重运用于轴重计量技术，利用整车称量的准确性计量轴重。突破了轴计量的技术瓶颈，保证了整车计重准确度，设备的计量准确度实现了质的飞跃。3.2各种称重设备称重原理及误差分析3.2.1秤台式轴重检测仪称重方法与误差产生的原因分析秤台式轴重仪是将通过秤台的车辆每个轴的重量分别称量，然后通过仪表再进行累加而得到车辆的总重。这种称量方法产生误差的原因主要有以下几个方面：A、秤台太短，通常在700~1000mm之间，因此采样时间短，所以会产生称量误差；B、秤台安装与路面存在高度差，如下图所示：图1图2在图1中车辆每个轴的称量重量都高于实际重量，因此整车重量会大于实际重量。而图2中每个轴的称量结果都小于实际重量，因此整车重量会小于实际重量。当车轮进入秤台时，秤台会发生变形，会影响秤台与路面的相对高度，同样会带来称量误差。C、车辆行驶速度变化、路面平整度的变化会导致车辆各轴载荷（特别是液体罐车）不断变化，会带来称量误差。换句话说，我们在用一个不变的秤去称量一个变化的车轮，所以肯定会产生误差。3.2.2弯板式称重设备误差分析弯板式称重设备与秤台式轴重仪一样，也是对车辆每个轴的重量分别称量，然后通过仪表再进行累加而得到车辆的总重。因此秤台式轴重仪的缺点它都具备。另外，它的台面更短，通常只有350～500mm，因此采样时间更短，误差更大。3.2.3石英式称重设备的称重原理及误差分析石英式称重设备也是轴重称量设备。石英式称重设备是利用压电石英晶体在受到变化载荷作用时，其表面会产生电荷（压电效应）的原理进行称量的。它要求载荷必须是变化的，换句话说，当车辆静止于其上时，就没有信号输出，就不能称量。压电石英输出信号的强弱除了与载荷大小有关外，还与载荷变化的剧烈程度有关，同时，由于石英传感器较窄（一般只有50-60mm），而轮胎与地面的接触长度通常在200-300mm，因此石英式称重设备是对车轮进行部分称重，所以车辆行驶的速度、轮胎充气的饱满程度都会影响称量结果。这种设备的称量结果误差最大。下图所示，为轮胎充气的饱满程度对传感器载荷的影响。同样，对于重量相同的轴，轮胎直径大小不同时，也会造成称量结果不同。3.2.4整车式称重设备称量精度高整车式称重设备的称重台面具有足够的长度，可以对整个车辆一次称量，因此它完全排除了轴计量误差的影响，同时由于台面长，数据采样多，所以称量精度很高。3.2.5常见称重设备的优缺点比较秤台式公路轴重衡弯板式公路轴重衡石英式衡器整车式称重衡器静态称量精度0.02%3%不能静态称量0.02%动态称量精度＞2.5%＞5%＞5%＜1‰通行效率一般一般一般一般计量结果争议多多多无非正常行驶对计量精度的影响（冲秤、跳秤）很大很大很大无维护费用较小较大小小使用寿命5年3年10年10年以上基础建筑工程量较小小小大3.3公路称重设备的选型3.3.1通过前面的分析，我们可以看到：整车式称重设备称量精度最高，可以达到Ⅲ级精度，而其他几种设备精度较低。公路计重收费是一种贸易行为，既然是一种贸易行为，就应做到公平、公正。国家规定用于贸易行为的秤应该达到Ⅲ级精度。如果达不到精度要求，贸易就失去了公平与公正，就会有一方的合法权益不能保障，贸易的合法性就会收到质疑。因此公路计重收费应尽量选用整车式称重设备。3.3.2当收费站有弯道，安装整车式称重设备位置不够时，可选择一种由整车式称重设备派生出来的称重设备——轴组秤。这种秤台面长度达到6m~12m，它对联轴可以一次称重，因此误差很小，精度接近于整车式。其建设费用大为降低。3.3.3由于收费站受限制，没有安装整车式称重设备的空间,或者基础开挖深度不能满足整车式称重设备要求，但能达到秤台式轴重衡的要求深度（约500mm~600mm）时，选用秤台式轴重衡。3.3.4在用于超限检测、桥梁保护、统计分析时，可选用石英式（或弯板式）称重设备。四、总结用公路称重设备时应该根据以下几点综合分析：1、使用的目的2、现场的安装环境3、计划投资额度以上是我对称重设备选用的一点浅显认识，仅供参考，不足之处，欢迎批评指正。