本文介绍了动态轴计量地磅的机械结构，包括基础与秤台、限位及传感器压 头的设计思路及方法，对国内常见的动态轴计量地磅的机械结构形式作了简单的分析与比 较，并结合自己的工作经验提出了一些个人的观点。

一、引言

动态轴计量地磅一般是指动态下对汽车单轴 称重，再累加求出总重的专用衡器。它主要由机械 部分(基础、秤台及传感器）、车辆识别装置(光幕与 轮胎识别器）、电器控制部分（电器控制柜与计算机） 几部分构成。以上各部分功能在相关论文中有详细 论述，这里就不再介绍了。动态轴计量地磅在国 家计重收费项目中占有相当重要的地位，也在全国 的许多高速公路收费站得到广泛应用，为计重收费 快捷方便地提供了有效依据，极好地限制了超重行 驶现象的发生。本人曾实地考察过河南、江苏、山东 等地高速公路收废站，也参与了动态轴计量地磅的研发工作，在秤体的机械结构方面有一定程度的 认识，现从机械结构的角度，对动态轴计量地磅的 设计过程作一下简单论述。

二、基础与秤台

1.基础施工

由于动态轴计量地磅基础施工环境恶劣，时 间要求紧迫，所以与一般地磅基础施工不同，要尽 可能避免二次灌浆，以缩短施工周期。基础宜采用 框架结构，这种框架结构是将基础板、底座、护边框 焊接成一体，整体安放在基础坑内，调平后一次灌浆 即可。框架结构可采用工钢焊接的形式，并在水泥灌 浆处焊接适当数量的拉筋，以增强框架的牢固性。为 了防止水泥在凝固过程中使框架变形，可在适当位 置焊接支撑。另外，可在底座上均匀分布的四个点上 钻孔并焊接螺母，使用较长的螺栓与螺母配合用以 底座调平，这种方法十分方便快捷并且加工难度也 不大。

2.秤台结构

根据国内外普通车型的轮距与轴距，决定了动 态轴计量地磅秤台的长度一般在3米左右，秤台 的宽度一般不超过0.8米。其结构按使用材料分为 全钢板焊接式和钢板与型材焊接式两种。根据动态 轴计量地磅所使用的传感器形式的不同，秤台结 构也有较大区别。目前，国内动态轴计量地磅常采 用的传感器有柱式传感器、桥式传感器、轮辐式传感 器及悬臂梁传感器。以上前三种传感器安装于秤台 下方，而悬臂梁传感器大多安装于秤台台面上方。下 面以采用柱式传感器的秤台为例，谈谈其结构设计 要点。由于动态轴计量地磅秤台的长度远大于宽 度，易导致横向支点距离过近，所以秤台在动态称重过程中极易倾覆。如果将横向支点分别朝秤台两侧 延伸，远超过秤台宽度，虽然消除了倾覆力矩，势必 会增加基础施工以及安装秤台的难度，结构繁琐且 不美观。综合以上两点考虑，可将传感器支点设置 在秤体两侧的边缘线的正下方，基础框两侧采用工 钢或向内扣的槽钢，为传感器留出适当空间，这样 既能保证倾覆力矩为零，又便于安装秤台及传感器， 秤台整体结构也很紧凑美观。如图1所示：

其次，由于整个秤台纵向跨度大，纵向支点距离较远，在称重过程中，秤台中心附近在纵方向易产生 较大的变形量。如果这个变形量超出合理范围，就 说明秤台刚性不足，在称重过程中产生较大的震动， 严重影响传感器感应力的准确性，同时也会减少秤 台与传感器的使用寿命。为了提高秤台刚性，有效 抵抗纵向变形，秤体结构可采用多条型钢纵向排列 再与台面焊接的形式。假设所设计的动态轴计量汽 车衡的最大轴载为30吨，秤台长度为3.2米，宽度 为0.8米，台面采用20mm厚的）235钢板，称体为 四根长度3.4米的25b工字钢排列而成。以最大载 荷情况考虑，即所称车辆的最大轴重为30吨，每轮 重15吨，两轮距为1.9米。如图2、所示其横截面 结构与受力简图：

根据以上结果可以得出：d1/L=2.178766/3400= 0.00064<1/1500

即其最大变形量d1与秤台总长度的比值小于 一千五百分之一；安全系数为3.6711。可见该秤台结 构力学指标完全能够达到在极限载荷情况下正常使 用的要求。同时，考虑到进一步提高秤体在动态称重 时的稳定性与传感器信号采样的准确性，可在秤体 内部梁之间焊接一定数量的腹板，以增加秤体的整 体重量。当然，秤台的结构形式可灵活多样，这里仅 以此例作为参考，也算抛砖引玉吧。

下面再简要地介绍一下使用悬臂梁式传感器的 秤台结构。在这种秤台结构中，悬臂梁式传感器安装 在秤台两端的基座上，高于地平面，秤台通过吊挂结 构作用在传感器上，秤台台面为螺钉紧固的盖板形 式，限位结构在盖板下方。这种秤台结构的优点在于 传感器的安装与维护比较方便，但是缺点也显而易 见:首先是它的结构由于采用吊挂式，其支撑点与受 力点即秤台台面距离较大，所以造成摆动力矩过大， 在上车过程中会使秤台剧烈晃动，严重影响传感器称 重;其次，这种结构采用了过多的螺钉，在恶劣环境中 螺钉生锈会直接影响秤台的维护;最后，这种繁琐的结 构会导致加工成本的提高，经济性差。另外需要指出的 是传感器安装于秤台台面以上，很容易被通过的车辆 撞击而损坏，这也无疑是该结构的一大弊病。

三、限位结构

对于动态轴计量地磅来说，在动态称重时保持秤体的稳定是至关重要的。因此，限位结构与秤 体之间不宜留有间隙，否则动态称重时，汽车对秤台 的冲击力会使秤台产生强烈的震动，严重影响传感 器信号采集的准确性，缩短传感器的使用寿命。因 此，限位结构可采用拉杆式或钢球撞顶式限位。拉 杆式限位结构简单，安装方便，但是要使拉杆松紧必 须适度。拉杆过松则影响限位效果甚至不起限位作 用，拉杆过紧则影响称重的准确性。钢球撞顶式限 位结构可分为撞顶与撞板两部分。撞顶是在螺杆端 部加工出容纳钢球的空间，其底部垫以聚四氟乙烯 薄片以减小与钢球的摩擦阻力，放入淬火钢球后，再 将特制的环形螺帽旋合在螺杆端部，既可露出局部 钢球面，又可防止钢球脱落。而撞板是一圆形的淬 火钢板，固定在秤体上。安装时，将撞顶旋合在基础 的限位板上，使钢球顶在撞板的中心位置。这种结 构可极好地限制秤台水平方向运动的自由度，抵消 对秤台的附加力，同时又不限制秤台垂直方向运动 的自由度，所以不会影响称重结果。钢球撞顶式限 位虽然结构较复杂但克服了拉杆式限位的结构弱 点，安装维护都很方便，可以说是一种效果比较理想 的限位结构。

四、对柱式传感器压头型式的改进

由于柱式传感器具有体积小，安装方便等优点， 被广泛应用在动态轴计量地磅上。但是在产品试 制后的安装过程中发现柱式传感器很容易偏斜，通 过分析得出的结论:这是柱式传感器的结构特点造 成的。柱式传感器的底面是一圆弧面而并非平面， 在柱式传感器的一侧有一个线路盒，这就使传感器 重心向一侧偏移，导致传感器偏斜。如果在传感器 线路盒的另一侧配重，势必会增加传感器的体积也 会影响外形的美观，所以另辟蹊径改变传感器上下 压头的结构型式。原来的传感器上下压头的配合形 式为下压头的弧形凸面与上压头的弧形凹面接触， 由于接触面周围没有任何限制，上下压头的中心线 很容易偏移。所以，将下压头改造为一顶部为弧面的 圆柱体，而上压头改造为带盲孔的形式，下压头的圆 柱体与上压头的盲孔为间隙配合，而下压头圆柱体 的弧面与上压头盲孔的底面接触，这样就在一定范 围内限制了上下压头中心线的偏移。通过实践证明 这种结构有效克服了柱式传感器易偏斜的问题。需 要注意的是上下压头的配合面不宜过长，否则，外力 容易使上下压头扣合过紧影响称重。

五、结束语

随着现代高速公路的迅猛发展以及公路保养维 护意识的提高，动态轴计量地磅在计重收费项目 中的广泛应用使其需求量也日益增多。由于动态轴 计量地磅的研制与开发是近几年的事情，所以在 这方面积累的经验也相对较少，而作为其关键部件 的机械部件，还需要不断地改进与完善以更好地适 应在恶劣环境下频繁超负荷地动态称重。以上所述 是本人在实际工作中总结的一些观点与设计方法， 仅作参考供同行借鉴与切磋，不妥之处请见谅。