本文介紹了動態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，對國內常見的動態軸計量地磅的機械結構形式作了簡單的分析與比 較，并結合自己的工作經驗提出了一些個人的觀點。

一、引言

動態軸計量地磅一般是指動態下對汽車單軸 稱重，再累加求出總重的專用衡器。它主要由機械 部分(基礎、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） 幾部分構成。以上各部分功能在相關論文中有詳細 論述，這里就不再介紹了。動態軸計量地磅在國 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，也參與了動態軸計量地磅的研發工作，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，對動態軸計量地磅的 設計過程作一下簡單論述。

二、基礎與秤臺

1.基礎施工

由于動態軸計量地磅基礎施工環境惡劣，時 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。基礎宜采用 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。框架結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

根據國內外普通車型的輪距與軸距，決定了動 態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。根據動態 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，國內動態軸計量地磅常采 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，談談其結構設計 要點。由于動態軸計量地磅秤臺的長度遠大于寬 度，易導致橫向支點距離過近，所以秤臺在動態稱重過程中極易傾覆。如果將橫向支點分別朝秤臺兩側 延伸，遠超過秤臺寬度，雖然消除了傾覆力矩，勢必 會增加基礎施工以及安裝秤臺的難度，結構繁瑣且 不美觀。綜合以上兩點考慮，可將傳感器支點設置 在秤體兩側的邊緣線的正下方，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。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，在稱重過程中產生較大的震動， 嚴重影響傳感器感應力的準確性，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。假設所設計的動態軸計量汽 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 結構與受力簡圖：

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與秤臺總長度的比值小于 一千五百分之一；安全系數為3.6711。可見該秤臺結 構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稱重 時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:首先是它的結構由于采用吊掛式，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，這種結構采用了過多的螺釘，在惡劣環境中 螺釘生銹會直接影響秤臺的維護;最后，這種繁瑣的結 構會導致加工成本的提高，經濟性差。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，這也無疑是該結構的一大弊病。

三、限位結構

對于動態軸計量地磅來說，在動態稱重時保持秤體的穩定是至關重要的。因此，限位結構與秤 體之間不宜留有間隙，否則動態稱重時，汽車對秤臺 的沖擊力會使秤臺產生強烈的震動，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，限位結構可采用拉桿式或鋼球撞頂式限位。拉 桿式限位結構簡單，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 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，安裝維護都很方便，可以說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

由于柱式傳感器具有體積小，安裝方便等優點， 被廣泛應用在動態軸計量地磅上。但是在產品試 制后的安裝過程中發現柱式傳感器很容易偏斜，通 過分析得出的結論:這是柱式傳感器的結構特點造 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有一個線路盒，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 線路盒的另一側配重，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 壓頭的結構型式。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 圍內限制了上下壓頭中心線的偏移。通過實踐證明 這種結構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、結束語

隨著現代高速公路的迅猛發展以及公路保養維 護意識的提高，動態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。由于動態軸 計量地磅的研制與開發是近幾年的事情，所以在 這方面積累的經驗也相對較少，而作為其關鍵部件 的機械部件，還需要不斷地改進與完善以更好地適 應在惡劣環境下頻繁超負荷地動態稱重。以上所述 是本人在實際工作中總結的一些觀點與設計方法， 僅作參考供同行借鑒與切磋，不妥之處請見諒。