國內(nèi)外電子衡器結(jié)構創(chuàng)新與應用分析（中）
三、集成化電子衡器
1．集成化稱重軌 20 世紀 80 年代，歐美一些電子測量公司和電子衡器制造企業(yè)，為滿足鐵路運輸、鋼鐵冶金、煤礦電廠、港口碼頭等部門物料及轉(zhuǎn)運貨物的稱量、超載、欠載、偏載檢查、制動力測量等需要，開發(fā)出稱重軌（Weigh Rail），即取下線路的一小段鋼軌并在其上粘貼電阻應變計，使稱重傳感器、鋼軌承載器一體化，具備動態(tài)電子軌道衡的功能，達到快速稱量的目的。以美國工程師 Ned Sneed 發(fā)明的集成化彎曲型稱重軌最具代表性，他在深入分析兩個軌枕之間的鋼軌受力變形機理后，得出在稱量段鋼軌底部粘貼四片單軸電阻應變計，當車輪通過時，四片電阻應變計輸出的總和等于內(nèi)側(cè) 2 片電阻應變計輸出之和減去外側(cè) 2 片電阻應變計輸出之和，也就是說當車輪行駛過鋼軌稱量段時，4 片電阻應變計的輸出總和為一常數(shù)，只要測出此輸出值，就可以準確的轉(zhuǎn)換出車輛的載重量。盡管稱重軌可以用冷焊方法或用魚尾板與線路連接為一體，減少了車輛振動，可提高稱量準確度，但稱量段的跨度較大，撓度也較大，安全性有所降低。鋼軌底面只能打磨不能加工，因而彎曲型稱重軌輸出靈敏度較低，以輪重 15t 為例，靈敏度只有 0.25mV ／V。 20 世紀 90 年代以來，集成化稱重軌動態(tài)電子軌道衡的研究在彎曲型結(jié)構的基礎上發(fā)展為剪切型結(jié)構。它是在與線路鋼軌完全一樣的一段鋼軌的腹板上，直接加工出與雙剪梁型稱重傳感器基本相同的應變區(qū)，并在盲孔內(nèi)粘貼雙剪切電阻應變計，完全按稱重傳感器制造工藝進行布線、組橋、電路補償、防護密封、性能檢測，使此段鋼軌與稱重傳感器一體化，形成剪切型稱重軌。美國 KILO－WATE 公司，德國 PFISTER 公司、GTM 公司均有 1.8m 長的剪切型稱重軌，稱量準確度均優(yōu)于 0.5 級。
稱重軌的力學模型及剪力圖我國北京傲邦達技術開發(fā)中心針對 1.8m 稱重軌只有一個稱量段的不足，經(jīng)過理論分析和反復試驗研制出 7.5m 長的稱重軌動態(tài)電子軌道衡。獨創(chuàng)以數(shù)字求和方法為基礎的單軸、雙軸、多軸多次稱重計量的數(shù)學模型，克服車輛行駛過程中軸間重量轉(zhuǎn)移帶入的誤差。將單次軸計量改為 6 次軸計量，并適當延長有效單軸計量長度，同樣通過冷焊技術或用魚尾板與兩端的線路連接，實現(xiàn)鋼軌與稱重傳感器一體化，形成不斷軌動態(tài)電子軌道衡，其動態(tài)稱量準確度優(yōu)于 0.5 級。稱重軌動態(tài)電子軌道衡一般都附帶一臺靜態(tài)自校裝置，便于初次安裝或使用中檢查。靜態(tài)自校裝置是利用龍門架結(jié)構的自身平衡原理，通過安裝在龍門架上的油壓加載系統(tǒng)和標準稱重傳感器實現(xiàn)對稱重軌進行各級加載。
2．集成化稱重板早在 20 世紀 60 年代末期，美國各州公路工作者協(xié)會（AASHO）經(jīng)試驗研究提出了車輛軸重對公路路面破壞的“四次方法則”，式中：D—相對于標準載荷，車輛實際軸載質(zhì)量對公路的破壞作用系數(shù)； W—車輛的實際軸載質(zhì)量； W0—車輛的標準軸載質(zhì)量。例如一高速公路設計的標準軸載質(zhì)量為 W0=10t，車輛按此標準行駛，即 W=W0=10t，則 D=1，對公路無破壞作用。當車輛的實際軸載質(zhì)量 W=12t 時，D=2.0736；當 W=16t 時， D=6.5536。當車輛的實際軸載質(zhì)量增加一倍時，即 W=20t 時，D=16，可見公路車輛軸載質(zhì)量超限時，對公路破壞作用的嚴重性。因此，世界各國都對行駛在公路上車輛的軸載質(zhì)量進行限制和檢查，對此世界各國都是通過限制軸重來控制和治理公路車輛軸載超限，我國、英國、德國、荷蘭、巴西等國限定公路車輛標準軸載質(zhì)量為 10t，法國、西班牙、伊朗等國限定標準軸載質(zhì)量為 13t。這種檢測車輛軸載質(zhì)量的設備就是公路車輛動態(tài)軸重秤。目前，世界各國應用較多的是集成化結(jié)構的稱重板（Weighpad）型軸重秤。美國 Amcells 公司、Intercomp 公司，英國 Trevor Deakin，德國 Mikros Systems 公司、GTM 公司、Pfister 公司，加拿大 Mass Load 公司等都先后研發(fā)出稱重板型動態(tài)軸重秤。以英國 Trevor Deakin 公司的剪切型稱重板和德國 PAT 公司的彎曲型稱重板最具代表性。
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