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南京海天机械磅秤地磅遥控器有限公司

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大吨位汽车衡与机械磅秤遥控器设计与检测方法研究

文章出处: 大吨位汽车衡与机械磅秤遥控器设计与检测方法研究 作者:人气:-发表时间:2019年8月31日

大吨位汽车衡与机械磅秤遥控器设计与检测方法研究

 

南京海天机械磅秤遥控器有限公司:15161764290)李工

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一、目前现状 1.汽车衡的日趋大型化在 GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴载及质量限值》国家标准中,规定最大允许总质量最大限值为 49 吨,而实际上目前公路上已经出现了最大总质量为 200 吨的车辆。这样带来了许多后遗症,如公路的频频翻修,使高速公路不能高速行驶,桥涵的不断塌陷。为了称量这些超载车辆,衡器的最大秤量已从 80 吨扩大到 180 吨,有的地方已提出 200 吨的制作要求了。我们感到欣慰的是,2007 年底山西省出台了禁止 55 吨以上车辆在高速公路行驶的规定。而不是,单单靠计重收费的方法,变相进行增加高速公路的通行费。从而打破了车辆载荷不断恶性增加的怪圈。 2.汽车衡设计的随意性在八十年代末,有人曾经提出对电子汽车衡的承载器设计规范化,也同机械地中衡图纸一样,由中国衡器协会统一修订一套标准图纸。但是由于当时刚刚进入市场化,几家主要生产企业考虑到技术的扩散问题,没有支持这种设想。结果因为后来钢材价格的持续上升,和在市场竞争的压力下,各个企业八仙过海各显其能,拼命压缩制造成本,甚至有的企业直接根据使用单位的称量特点,设计出承载器重量极轻的产品。根本就谈不上刚度是几百分之几的问题了。二、汽车衡的设计对于一台汽车衡来讲,只要汽车的载重量不大于衡器的最大秤量值,就应允许其上衡称量。随着运输业的发展需求,大吨位的汽车越来越多,特别是单轴承载量很大的车型。这样,设计时应选择集中载荷量值较大的车型进行验算,同时选择承载器的型材规格及结构形式。下面特举 100t 汽 1 第八届全国称重技术研讨会车衡几种受载情况进行说明。结构特点:承载器尺寸为 18m×3.4m,,采用 8 只称重传感器,三段秤台,最大跨距为 6m。 ① 牵引汽车载重量:65t 自重:20t 牵引车重:14.5t 轴距:前中距 4000mm 中后距 7100mm 轴距 1300mm 轮胎数量:26 只轴荷分配:前轴 11t、中排两轴各为 19.5t、后排两轴各为 25t 按后排两轴分配,每轴荷重为 25t。考虑到一般车辆在一定速度下开到承载器上,可能会有一定的超载量。我们在计算时加上加上 130%的冲击载荷系数。 P =25t×130%=32.5t 刚度计算:当承重台的结构惯性矩J为 210504cm4 时,当后排两轴停留在一块承重台中部时,其变形量为: ( ) 2 2 max 43 24 −= α EJ Pal f 2 称重科技 2008·青岛其中: P ——轴载荷; α ——加载点距支撑点距离; l ——两支撑点间距; α —— 39.0 600 235 == cm cm l a ; E ——弹性模量; ——截面轴惯性矩; J ( ) ( ) ( ) cm cmkg cm cmt cm EJ Pal f 65.039.043 /100.224 210504 2355.32 600 43 24 2 6 2 4 2 2 2 max =×− ×× × ×× α =−= 刚度为: 923 1 600 max 65.0 == cm cm l f 当后排两轴停留在一块承重台中部时,安全系数n=2,截面模量W为 7425cm3 ,屈服极限σS= 2350kg/cm2 。弯矩 == × 2355.32 cmtPaM = 7637500 ⋅ cmkg 强度为: [ ] 2 2 2 3 /1175 2 /2350 /1029 7425 7637500 cmkg cmkg n cmkg cm cmkg W M s = == = ⋅ == σ σ p σ 能够满足要求。 ② 自卸汽车 载重量:62t 自重:38t 轴距:4350mm +1800mm 轮胎数:10 只 轴荷分配:前轴 16.4t 中后轴各 41.8t P =41.8 t×130%=54.34 t 3 第八届全国称重技术研讨会刚度计算:当承重台的结构惯性矩J为 210504cm4 时,当中后轴停留在某一块承重台中部时,其变形量为: ( ) 2 2 max 43 24 −= α EJ Pal f 其中: P ——轴载荷; a ——加载点距支撑点距离; l ——两支撑点间距; α —— 35.0 600 210 == cm cm l a ; E ——弹性模量; J ——截面轴惯性矩; ( ) ( ) ( ) cm cmkg cm cmt cm EJ Pal f 02.135.043 /100.224 210504 21034.54 600 43 24 2 6 2 4 2 2 2 max =×− ×× × ×× α =−= 刚度为: 588 1 600 max 02.1 == cm cm l f 强度计算:当后排两轴停留在一块承重台中部时,安全系数n=2,截面模量W为 7425cm3 ,屈服极限σS= 2350kg/cm2 。弯矩 = = × 21098.56 cmtPaM = 11965800 ⋅ cmkg 强度为: [ ] 2 2 2 3 /1175 2 /2350 /1611 7425 11965800 cmkg cmkg n cmkg cm cmkg W M s = == = ⋅ == σ σ f σ 由此可见,如果此类车辆频繁上衡称量,承载器的安全就比较难控制了。 ③ 均布载荷 4 称重科技 2008·青岛刚度计算:当将最大秤量 100 t 砝码均布放置在 18m 长,3.4m 宽,自重为 15.84 t 的三段承重台上时,单位长度上平均载荷 q =64.36kg/cm,承重台最大变形量为: EJ ql f 384 5 4 max = 其中: ——局部单位长度上的平均载荷; q l ——单节承载器两支撑点间距; E ——弹性模量 J ——截面轴惯性矩 ( ) cm cmkg cm cmcmkg EJ ql f 26.0 /100.2384 210504 600/36.645 384 5 6 2 4 4 4 max = ×× × × × == 刚度为: 2326 1 600 max 26.0 == cm cm l f 强度计算:截面模量W为 7425cm3 ,安全系数n=2,屈服极限σS=2350kg/cm2 。弯矩 ( ) cmkg ql cmcmkg M .2896200 8 600/36.64 8 2 2 max = × == 强度为: [ ] 2 2 2 3 /1175 2 /2350 /390 7425 .2896200 cmkg cmkg n cmkg cm cmkg W M s == = == = σ σ p σ 能够满足要求。 ④ 局部集中静载测试 每个承重板中部放置 40 t 砝码,分四排,每排五个。 5 第八届全国称重技术研讨会刚度计算:当将最大秤量 40 t 砝码集中放置在 2m 长,3.4m 宽的承载器中部,三段承载器自重为 15.84 t 时,局部单位长度上载荷 q =208.8kg/cm,变形量为 ( ) 32 3 max 48 384 = +− γγ EJ qcl f 其中: ——局部单位长度上的平均载荷; q c ——局部单位长度 l ——单节承载器两支撑点间距; γ —— 34.0 580 200 == cm cm l c E ——弹性模量 J ——截面轴惯性矩 ( ) ( ) cm cmkg cm cmcmcmkg f 38.034.034.048 /102384 210504 200/8.208 580 2 3 6 2 4 3 max =+×− ×× × ×× = 刚度为: 1534 1 580 38.0 = cm cm 强度计算:截面模量W为 7425cm3 ,安全系数n=2,屈服极限σS=2350kg/cm2 。弯矩 ( ) ( ) cmkg qcl cmcmcmkg M 34.02 .5025816 8 580200/8.208 2 8 max =− × × γ =−= 强度为: [ ] 2 2 2 3 /1175 2 /2350 /677 7425 .5025816 cmkg cmkg n cmkg cm cmkg W M s == = == = σ σ p σ 能够满足要求。 6 称重科技 2008·青岛 ⑤ 汇总列表项 目承载方式变 形 量 刚 度牵引汽车 0.65 cm 1/923 自卸汽车 1.02 cm 1/588 100 吨砝码均布 0.26cm 1/2326 40 吨砝码局部集中静载 0.38cm 1/1534 ⑥ 小结: a.从以上四种加载方式所得出结果来看,以自卸汽车的加载方式对承载器的影响最大。因为它是将 100t 的绝大部分载荷都作用在两根轴上了,且是以动载荷的方式作用在承载器上的; b.从以上四种加载方式所得出结果来看,以砝码均布的加载方式对承载器的影响最小。它不但是以静载荷的方式作用于承载器上,而且将砝码均匀的分布于承载器的整个面积上; c.第四种加载方式是最接近实际汽车在承载器上称量的情况。三、汽车衡的检测 1.传统的方法(1)偏载检测在国际建议 R76《非自动衡器》和 JJG555-96《非自动秤通用检定规程》中,对于汽车衡偏载检测都是按照“承载器支承点的数量多少,来确定施加的砝码数量;且砝码要施加在每个支承点的上方位置,注意不要在放置区域形成不必要的叠放,如果使用单一砝码,可以放在中心;如果使用多个小砝码,要均匀地分布在整个区域”。这种方法对于调试汽车衡的偏载来讲是能达到目的的。对于机械式衡器来讲是保证杠杆传力比的一致性,对于电子式衡器来讲是保证称重传感器输出电压信号的一致性。(2)称量检测传统的称量测试方法就是:从空载开始,逐步施加测试载荷至最大秤量,然后以相反次序逐级卸下测试载荷至零点。这里没有讲,施加测试载荷的位置?如果此台汽车衡是由一个承载器组成的,这里就没有什么可讨论的必要了;如果此台汽车衡是由三个承载器所组成的,这些测试载荷如何施加?就带来问题了。是在这三个承载器上均布摆放呢?还是集中摆放在一个承载器上呢? 2.建议采用的方法(1)按称量滚动载荷的方法我在《偏载测试在电子衡器中的应用——学习 R76 国际建议笔记之一》文章之中,对于现行的 7 第八届全国称重技术研讨会偏载测试方法进行质疑。认为在条件适合的时候,应采用滚动载荷对汽车衡的偏载进行测试。如同目前轨道衡的偏载测试方法一样。其方法是:在承载器起始端、中间和末端的不同位置,施加不大于 0.8 倍最大秤量的,相当于常用最大集中滚动测量载荷。采用滚动载荷对汽车衡的偏载进行测试,能达到一举两得的目的。一是能使称重传感器的输出电压信号大小的一致,虽然必须两只称重传感器一起调试;一是能模拟出承载器在实际使用状态下的刚度情况。(2)按集中施加载荷方法检测称量 ① 按传统方法检测称量将上述最大秤量 100t 砝码均布放置在 18m 长,3.4m 宽,自重为 15.84t 的三段承重台上时,单位长度上平均载荷 q =64.36kg/cm,承重台最大变形量为 0.26cm。 ② 按集中加载方法检测称量同上,将最大秤量 100t砝码放置在其中 6m的一段承载器上时,单位长度平均载荷q=167kg/cm,最大变形量为: ( ) cm cmkg cm cmkg cm EJ ql f 67.0 /100.2384 210504 600/1675 384 5 6 2 4 4 4 max = ×× × × × == ③ 小结这样,由三段承载器组成的汽车衡,将最大秤量的载荷,均布施加到其中一段的面积上,其效果与两轴分别以 32t 集中作用于承载器中部接近。问题是,如果要依次将最大秤量的载荷分别施加到三段承载器上,其工作量将增加两倍。(3)计算加测试的方法 ① 如果以第四种局部集中加载的方式,再加以 1.3 倍的冲击载荷的量值计算,是否接近第一种加载方式呢?刚度计算:当将最大秤量 50t 砝码(相当于两根轴的载荷)集中放置在 2m 长,3.4m 宽的承载器中部,再按 1.3 倍的冲击载荷,三段承载器自重为 15.84t 时,局部单位长度上载荷: cmkgcmkg cmkg cm t cm t q /8.333/8.8/325 1800 84.15 200 3.150 =+ + = × = 挠度为: ( ) 32 3 max 48 384 = +− γγ EJ qcl f 其中: q ——局部单位长度上的平均载荷; c ——局部单位长度 l ——单节承载器两支撑点间距; 8 称重科技 2008·青岛 γ —— 34.0 580 200 == cm cm l c E ——弹性模量 J ——截面轴惯性矩 ( ) ( ) cm cmkg cm cmcmkg cm f 6.034.034.048 /102384 210504 200/8.333 580 2 3 6 2 4 3 max =+×− ×× × ×× = 承重台最大变形量为 0.6cm。刚度为: 960 1 580 6.0 = cm cm 强度计算:截面模量W为 7425cm3 ,安全系数n=2,屈服极限σS=2350kg/cm2 。弯矩 ( ) ( ) cmkg qcl cmcmcmkg M 34.02 .8034566 8 580200/8.333 2 8 max =− × × γ =−= 强度为: [ ] 2 2 2 3 /1175 2 /2350 /1082 7425 .8034566 cmkg cmkg n cmkg cm cmkg W M s == = == = σ σ p σ ② 如果要想达到 100 吨砝码均布在承载器上的效果,且刚度只要 1/600,承载器的截面轴惯性矩应为多少呢?变形量计算: 600 1 600 = cm x , cm cm x 1 600 600 == 截面轴惯性矩计算: ( ) cm cmkg cm cmcmkg EJ ql f 1 /100.2384 210504 600/36.645 384 5 6 2 4 4 4 max = ×× × × × == 则: ( ) 4 6 2 4 4 54304 1/102384 600/36.645 384 5 cm cmcmkg cmkg cm Ex ql J = ×× × × × == ③ 如果要想模拟 100 吨砝码均布在承载器上的效果,所局部集中加载的砝码量是多少呢? ( ) 32 3 max 48 384 = +− γγ EJ qcl f 则: ( ) ( ) ( ) cmkg cmcm cmkg cm cl EJ q /129 200 34.034.048600 /102384 54304 48 384 3 2 3 6 2 4 3 32 = × +×−× ×× × = +− = γγ 减去承载器自重在单位长度上的平均载荷量值,在长度 2m、宽度 3.4m 的区域内砝码量为: == 200/120 cmcmkgqcW =× 24000kg 9 第八届全国称重技术研讨会 ④ 小结: a.这种方法只使用了 50%最大秤量的砝码,就得到了称量 100 吨载重汽车所看到的结果。而且,其检测时的严酷度远远高于使用 100%最大秤量砝码的效果。 b.如果要想达到 100 吨砝码均布在承载器上的效果,且刚度只要 1/600,承载器的截面轴惯性矩只有原截面轴惯性矩的近 1/4,可以少用不少钢材。 c.如果要想模拟 100 吨砝码均布在承载器上的效果,所局部集中加载的砝码量只要有 24 吨。 d.如果要想达到以上各种效果,这台长度为 18 米、宽度为 3.4 米的汽车衡承载器只需选用八根 25 号的槽钢和一块厚 10 毫米的钢板即可。加上其他的辅助材料,整台产品的重量也不会超过 6 吨,不到原设计重量的一半。当然一个承载器的刚度不是单纯靠增加重量来提高到,材料使用的合理,也是可以在一定程度上提高其刚度指标的。四、结 论 1.汽车衡承载器的设计工作不能只是考虑如何对付检测,而是要考虑到所有能上衡称量的车辆中,集中载荷量值最大的那种车辆的称量形式。虽然按照这种设计可能所消耗的钢材,可能要多出一倍有余。但是对于产品的可靠性来讲,其使用寿命可以大大提高。不但保证了用户的利益,也保住了自己的市场。 2.在多种偏载测试方法中,对于汽车衡来讲,采用滚动载荷进行偏载测试,一方面能考核承载器的机械刚度性能;另一方面又能测试出偏载误差的大小。在目前没有专用测试设备的情况下,我们可以采用局部集中加载砝码的办法。 3.为了考核承载器的设计质量,对于多个承载器组成的汽车衡,也可以考虑采用集中将最大秤量载荷,施加于其中一段承载器上的方法,从而了解其设计的刚度是否能够达到规定的量值。 4.从我们多年的实践经验来看,在目前我国称重指示器、称重传感器技术基本稳定的情况下,在稳定的基础上安装的汽车衡,只要承载器的刚度优于 1/1000 的前提下,只要对整台汽车衡前半段的称量性能进行测试,其全部性能指标还是能控制在允差范围之内的。

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