国内外电子衡器结构创新与应用分析（中）

三、集成化电子衡器
1．集成化称重轨 20 世纪 80 年代，欧美一些电子测量公司和电子衡器制造企业，为满足铁路运输、钢铁冶金、煤矿电厂、港口码头等部门物料及转运货物的称量、超载、欠载、偏载检查、制动力测量等需要，开发出称重轨（Weigh Rail），即取下线路的一小段钢轨并在其上粘贴电阻应变计，使称重传感器、钢轨承载器一体化，具备动态电子轨道衡的功能，达到快速称量的目的。以美国工程师 Ned Sneed 发明的集成化弯曲型称重轨最具代表性，他在深入分析两个轨枕之间的钢轨受力变形机理后，得出在称量段钢轨底部粘贴四片单轴电阻应变计，当车轮通过时，四片电阻应变计输出的总和等于内侧 2 片电阻应变计输出之和减去外侧 2 片电阻应变计输出之和，也就是说当车轮行驶过钢轨称量段时，4 片电阻应变计的输出总和为一常数，只要测出此输出值，就可以准确的转换出车辆的载重量。尽管称重轨可以用冷焊方法或用鱼尾板与线路连接为一体，减少了车辆振动，可提高称量准确度，但称量段的跨度较大，挠度也较大，安全性有所降低。钢轨底面只能打磨不能加工，因而弯曲型称重轨输出灵敏度较低，以轮重 15t 为例，灵敏度只有 0.25mV ／V。 20 世纪 90 年代以来，集成化称重轨动态电子轨道衡的研究在弯曲型结构的基础上发展为剪切型结构。它是在与线路钢轨完全一样的一段钢轨的腹板上，直接加工出与双剪梁型称重传感器基本相同的应变区，并在盲孔内粘贴双剪切电阻应变计，完全按称重传感器制造工艺进行布线、组桥、电路补偿、防护密封、性能检测，使此段钢轨与称重传感器一体化，形成剪切型称重轨。美国 KILO－WATE 公司，德国 PFISTER 公司、GTM 公司均有 1.8m 长的剪切型称重轨，称量准确度均优于 0.5 级。

称重轨的力学模型及剪力图我国北京傲邦达技术开发中心针对 1.8m 称重轨只有一个称量段的不足，经过理论分析和反复试验研制出 7.5m 长的称重轨动态电子轨道衡。独创以数字求和方法为基础的单轴、双轴、多轴多次称重计量的数学模型，克服车辆行驶过程中轴间重量转移带入的误差。将单次轴计量改为 6 次轴计量，并适当延长有效单轴计量长度，同样通过冷焊技术或用鱼尾板与两端的线路连接，实现钢轨与称重传感器一体化，形成不断轨动态电子轨道衡，其动态称量准确度优于 0.5 级。称重轨动态电子轨道衡一般都附带一台静态自校装置，便于初次安装或使用中检查。静态自校装置是利用龙门架结构的自身平衡原理，通过安装在龙门架上的油压加载系统和标准称重传感器实现对称重轨进行各级加载。

2．集成化称重板早在 20 世纪 60 年代末期，美国各州公路工作者协会（AASHO）经试验研究提出了车辆轴重对公路路面破坏的“四次方法则”，式中：D—相对于标准载荷，车辆实际轴载质量对公路的破坏作用系数； W—车辆的实际轴载质量； W0—车辆的标准轴载质量。例如一高速公路设计的标准轴载质量为 W0=10t，车辆按此标准行驶，即 W=W0=10t，则 D=1，对公路无破坏作用。当车辆的实际轴载质量 W=12t 时，D=2.0736；当 W=16t 时， D=6.5536。当车辆的实际轴载质量增加一倍时，即 W=20t 时，D=16，可见公路车辆轴载质量超限时，对公路破坏作用的严重性。因此，世界各国都对行驶在公路上车辆的轴载质量进行限制和检查，对此世界各国都是通过限制轴重来控制和治理公路车辆轴载超限，我国、英国、德国、荷兰、巴西等国限定公路车辆标准轴载质量为 10t，法国、西班牙、伊朗等国限定标准轴载质量为 13t。这种检测车辆轴载质量的设备就是公路车辆动态轴重秤。目前，世界各国应用较多的是集成化结构的称重板（Weighpad）型轴重秤。美国 Amcells 公司、Intercomp 公司，英国 Trevor Deakin，德国 Mikros Systems 公司、GTM 公司、Pfister 公司，加拿大 Mass Load 公司等都先后研发出称重板型动态轴重秤。以英国 Trevor Deakin 公司的剪切型称重板和德国 PAT 公司的弯曲型称重板最具代表性。

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