基於（yú）電子汽車衡秤台的設計（jì）研究：

水泥倉下的空間非常有限（xiàn），以分段式秤台組合而成的全電子（zǐ）式汽車衡成為水（shuǐ）泥企業的選擇。內部結構采用U型鋼對秤台麵板的支撐筋板數量，相對槽鋼（gāng）秤台增加了75%，當麵板承載時，原來*部由1根筋板支撐的麵板變成了1.75根，筋板對麵板的有效支撐麵積擴大了75%，這樣水泥罐車後軸（zhóu）每個雙胎承壓麵板下的支撐筋板至少有3根，使麵板*部承壓能（néng）力明（míng）顯提*。采用*方（fāng）法確定主梁型（xíng）材、麵板厚度以及對組建好的模型進（jìn）行有（yǒu）限元分析，可確保汽車衡的效費比。

0引言

國外（wài）許多水泥廠項目都在水泥倉下配置了汽車衡這*稱重設備以稱量其水泥（ní）罐車的（de）重量，再（zài）把由汽車衡獲得的重（chóng）量信號傳給水泥灌裝係（xì）統以達（dá）到控製汽車灌裝量的目的。由汽車衡及灌裝設備共同組成水泥倉下（xià）的槽車灌裝係（xì）統，在此係統中，由於汽車衡秤體部分屬（shǔ）於體積、重量較大的結構組件，又是車輛的主承載體（tǐ），需要*機具進（jìn）行吊裝的，但水泥倉下的空（kōng）間非常有限，*旦汽車衡的（de）秤體（tǐ）部分在現場發生損壞則非常不易更換和維護。本（běn）文結合在多個項目中的實際情況，對汽車衡秤（chèng）台（tái）的設計進（jìn）行論述（shù），試圖從適應性設計（jì）角度對該設備進行分析。

1秤台的組（zǔ）合方式

目前汽車衡多為全電子式汽車（chē）衡，采用電阻應（yīng）變片式傳感器獲取重量值，以分段（duàn）式秤台組合方式替代了原來（lái）的機械式（shì）整體秤（chèng）台。分段式模塊秤台的組合方式在*大程度上避免了機械整體秤台因重量大、自變形量大而引起較大的計量誤差。電子式汽車（chē）衡秤台下部支點增（zēng）多，模塊單元的（de）有效支撐長（zhǎng）度（dù）縮短（duǎn），秤體（tǐ）厚度大幅降低就（jiù）可以達到衡器的許用單位撓度要求。這樣的模塊（kuài）組合方式既能降低整體秤台（tái）因自重產生的內部變形因素影響，又能削弱因外部溫（wēn）度變化對秤體產生的外（wài）部變（biàn）形因（yīn）素影響，這也是電（diàn）子汽（qì）車衡與機械汽車衡相（xiàng）比的*個明顯優勢。因為電子（zǐ）汽車衡秤台具備了模塊化組合這樣的特點，*以它的安裝及調試相對於機械汽車衡更加簡易和方便，秤台對（duì）整秤的*度影（yǐng）響更（gèng）小（xiǎo），調校（xiào）周期也更長，使用穩定性更好，秤（chèng）台的製造材料也更加節省，更方便運輸和安（ān）裝。

*質量的電子汽車衡秤台應是在相同（tóng）規格的秤台單元間可具（jù）互換性的，且秤台間的搭（dā）接完全應是自由搭接，而（ér）不再需要螺栓等剛性措施（shī）輔（fǔ）助聯（lián）接，這樣也才能充分發揮電子汽車衡的特點和優勢，這*點也是*電子汽車衡秤台必須具（jù）備的*個基本要（yào）素。秤台在相同規格條件下的互換性（xìng）要（yào）求其實對大多數衡器製造廠商都是*個挑戰，這（zhè）要求製造（zào）廠要具備（bèi）*強的工序（xù）間質量控製能力，有（yǒu）相當的產品製造規模和完整的（de）內（nèi）部工序糾錯（cuò）體係，能進行流水線（xiàn）生產，把秤台上的各種部件（jiàn）做成標準件進行（háng）統*組裝，而不是對某種規格的秤（chèng）體進行直線式*體化製造，采用這種直線式製造的秤台在相同（tóng）規格條件下肯定是不能進行互換的，因為這樣（yàng）生產出來的秤台單元隻（zhī）是（shì）*個獨立的產品，而不是標準件式的模塊。模塊拚裝（zhuāng）式結構則完全不同，*先模塊（kuài）的（de）製造來自多條並行生產線（xiàn），*後（hòu）把按既定工（gōng）藝條件生（shēng）產的各個模塊整體組裝到*起，形成*個有條不紊的並（bìng）行製造工藝體係，這種生產（chǎn）模（mó）式適用於（yú）大規模量產，還可以保證出廠產品質量的穩定性（xìng）和產品（pǐn）可追溯性。

而直線式製造隻是串行生產由始（shǐ）至（zhì）終的*個過程（chéng），這種生產模式實質上還處於工業（yè）化製造的初級階段，雖然也可以生產出較大（dà）數（shù）量的產品，但整個生產過程顯得（dé）非常無序，既不（bú）便保證（zhèng）整體產品的（de）質量穩定，也不能實現出廠（chǎng）產品的可追溯性（xìng），當然也更不能（néng）做到相（xiàng）同規格條件下的秤台互換。從大量的現場使用中得出的結論是*台汽車衡（héng）的多個秤台不會同時損壞（除非是（shì）選購（gòu）到了質量非常惡劣的產（chǎn）品），那麽當其中*個秤台損壞時，隻需要更換那個（gè）損壞的（de）秤台就可以了，而不必消耗更（gèng）多的費用更（gèng）換整秤。*以，在初期選擇汽車衡的時候總體價格固然重要，但還是得綜合（hé）評（píng）估和計算效費比。另外，關於*個秤台單（dān）元的（de）工作長（zhǎng）度，目（mù）前接觸到的（de）各生產商也（yě）不盡相同，以3.4m×21m、80t汽車衡為例，有的廠商做（zuò）成3節，有的做成4節。就大量現場使用情況分析，4節組合（hé）的使用壽命更長，從簡支梁受力的（de）角度分析，支點間距越小，綜合受力狀況越（yuè）好，秤體也越輕巧（qiǎo），不足是要（yào）增加2隻傳（chuán）感器，這（zhè）對於可自製（zhì）傳感器的廠商並不是問題（tí），但對於傳感器需要外購的廠商則增加了成本和維護壓（yā）力，選擇低性能（néng）傳感器保證不（bú）了汽車衡使用壽命，選擇*性能傳感器又無法控（kòng）製製造成本。但對（duì）使用者而言，選擇能統*製（zhì）造設備元器件的廠商，因為這樣無論從使用還是維護角度分析，性價比都是**的。

2秤台的內部結構

現在（zài）有（yǒu）許多使用者在選擇汽車衡的時候還會考慮到生產（chǎn）商提供的秤台重量，並把這（zhè）個數據作為*個招標的要（yào）求。結合實（shí）際使用分析，秤台確實需要*定的重量以維持作業穩定性，但並不是越重越好，因為從計量（liàng）的角度來看，需要的效果是（shì）合適的量程（chéng）和（hé）皮重配合，如果*台（tái）80t的秤在計量範圍以外就要承受（shòu）70t的非計量結構件重量，而需要稱（chēng）量的物體隻有1t的話，那麽（me）*後的計量結果（guǒ）將非常不*。

隨（suí）著（zhe）各種加工方式的不斷改進，製造設備的不斷更新，設計理念的不斷優化，現在*的汽車衡秤體已經非常成熟地引（yǐn）入了橋梁設（shè）計理論，其實這兩者是有共性的，橋梁的作用也是承重，把秤台兩端的傳感器簡化為橋墩，秤台也就成為了（le）*個簡易橋梁，橋墩（dūn）中間的橋梁（liáng）是由中空的U型鋼混結構梁組成的*個正交各向異性結構平台，這種結構*般用於大（dà）跨度（dù）橋梁，其自身同時具（jù）備*負載和跨度重量輕的特（tè）點，同理，秤台（tái）結構的演化方（fāng）向也是如此，在充分保證*度（dù）*要求的單（dān）位撓（náo）度前提下，盡（jìn）量降低（dī）自身重量，確保秤台（tái）整體剛（gāng）性和*部強度也（yě）就（jiù）成為了（le）各（gè）衡（héng）器製造商追（zhuī）逐（zhú）的目標（biāo）。但要兼顧這些並不容易，除了（le）需要（yào）製造（zào）商（shāng）配置特殊加工設備外，更需要製造商（shāng）要有與之相（xiàng）匹配的設計能力。

這些特殊設備的購置需（xū）要占用大量流動資金，這對製造商的產業規模是*個考驗，而設計能力則要求製造商（shāng）具備深厚的行業開發經驗和人力資（zī）源儲備。秤台實際上（shàng）比采用了8根槽鋼主梁的秤台（tái）在秤台橫向上的支撐筋板增（zēng）加了6根，由於槽鋼上下翼板的寬（kuān）度與秤台寬度相比是非常有限的，對於秤（chèng）台麵板的支撐隻能等效成*塊比鋼板略厚的支撐筋板，當罐車或車輛車輪輾壓到槽鋼秤（chèng）台上時，車輪與秤台麵板的接觸為*個麵，因受槽鋼截麵特性限製，車輪與秤台橫向接觸的大部分麵板下部是（shì）沒（méi）有支撐筋板的（de），當車（chē）輪內壓較大時，這個問題更加突出（chū），因為秤台（tái）麵板的*部壓（yā）強會因車輪與麵（miàn）板的接觸麵積減小而增大，在這（zhè）種情況下，秤台麵板再厚也無法在沒有下部筋板支撐的工況（kuàng）中長（zhǎng）期（qī）堅持，對麵板進行（háng）*部修複的諸多方法*後的效果都（dōu）不（bú）好，主要原因是麵（miàn）板母材在使用中產生的內應力製約了施焊修補效果。再（zài）來分析U型鋼對秤台麵板的支撐，因為麵板下部的支撐筋板數量相對槽鋼秤台增加了75%，當麵（miàn）板承載時，原來*部由1根筋板支撐的（de）麵板變成了（le）1.75根，筋板對麵板的有效支撐麵積擴大了75%，這樣水泥罐車後軸（zhóu）每個雙胎（tāi）承壓麵板下（xià）的支撐筋板至（zhì）少有3根（8根槽鋼主梁的秤台隻有（yǒu）2根，如果（guǒ）布*不合理，2根都達不到），使麵（miàn）板*部承壓能力明顯提*，這種結構（gòu）是橋梁（liáng）建造工藝在秤台設計中的*個典型應用。

再來看秤台整體剛性的問題（tí），秤台沿行車方向的長度與兩端的傳感器支點可在二維平麵的撓度線計算中（zhōng）被簡化為*個簡支梁進行，其慣性矩參數取（qǔ）自秤台橫截麵計算的結果，通過這兩步（bù）計算可以確立定長秤台*需要的*度（dù）（秤台厚度）範圍（wéi）。材料力學的平（píng）麵計算隻是*個初步估算，它可以選定主梁型材的*度（dù），但不能直接確定麵板的（de）厚度和模擬水泥罐車軸載的變化範圍，計算時初選的軸載參數來（lái）自車輛的設計數據表和現場實測數據，這就對製造商的行業開（kāi）發經驗和設計人員提出了較*要求，使用者在選擇製造商的（de）時（shí）候要求他們提供這些初始計算數（shù）據應該是個不錯的選擇（zé）。

3秤台的定型（xíng）

上述提到的秤台主梁型材的設計（jì）確（què）定，可以通過手工計（jì）算的（de）方法得到，也可以使用AutoCADMechanical軟（ruǎn）件更快地（dì）得到（圖5為計算截圖）。主梁型材確定後，接下來須確定秤台的麵板（bǎn）厚度。先根據罐車（chē）的*大設（shè）計軸重設定*個麵板的厚度，與已選好的主梁型材進行組合（hé），將組建好的模型進行（háng）有限元分析，ANSYS是*款不錯的三維仿真（zhēn）分（fèn）析軟件，可以模擬罐車軸載的變化（huà）範圍及不同載荷對秤台的影（yǐng）響，用它提供的結構動力學（xué）分析類型來分析秤台的單位撓度、*大應力值、承壓及（jí）聯接（jiē）構件強度等（děng）指標，再（zài）用得出的結（jié）果比對初始設計目標要求，對不滿足或超（chāo）出指標參數的部分要進行修正。

通過上述設計分析，經過修正的秤（chèng）台結構設計已經成（chéng）形，可以直接進入定型（xíng）製造流程。但（dàn）現場很多時候工況是複雜的，而且製造出來的產品也需要進*步檢驗（yàn）其（qí）製作工藝質量，在這樣的情（qíng）況下需要*台疲勞試驗機來對秤台進行（háng）耐久性檢測，目的是為了更加*地掌握秤台*貼近真實工況時的使用壽命。類似的工廠內檢測看似多餘，其實不然，這正好從（cóng）*個側（cè）麵反饋出*個製造商對（duì）待其（qí）產品的態度，選擇其產品自然（rán）也能得到（dào）更多的*回報。疲勞試驗主要是利用試驗機上（shàng）的液壓頭模擬車輪（lún）反（fǎn）複對秤台不同部位加載，加載力參照車輛實際的*大輪載重量，液壓頭的壓力值可調，目前已有製造商做到（dào）了加載百萬次以上而秤台不發生損壞，這就從實（shí）用角度驗證了設計的可靠性。

4結束語

汽車衡秤台是該計量（liàng）設（shè）備的三大主要部（bù）件*，又時刻處於*惡劣的工作環境中，因此它的耐受性非常關鍵，隻（zhī）有在設計中盡量多地考慮（lǜ）實際使（shǐ）用狀況，積累更多現場經驗（yàn），爭取創（chuàng）造（zào）條件做更多的廠內分析測試，*終出廠的產品才能勝任不（bú）同使用者的工作需求。

基於電（diàn）子汽車衡秤台的設計研究