國(guó)內(nèi)外電子衡器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與應(yīng)用分析（上）
一、概述承載器、稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重儀表是電子衡器的三大基礎(chǔ)部件，其中承載器結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、合理性是電子衡器準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性的重要保證。在電子衡器市場(chǎng)日益國(guó)際化的今天，電子衡器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與創(chuàng)新，必然以用戶(hù)的需要和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)為導(dǎo)向，受新技術(shù)、新材料、新工藝的強(qiáng)力牽引。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化、智能化水平的提高，各行業(yè)對(duì)所用電子衡器的結(jié)構(gòu)、功能和性能提出了許多新要求，其中對(duì)承載器最主要的要求就是小型化、輕型化、模塊化和集成化。如果設(shè)計(jì)電子衡器還是按照傳統(tǒng)的承載器、稱(chēng)重傳感器、承力傳力構(gòu)件、定位限位裝置等零部件組裝式結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，不但滿足不了用戶(hù)的新需求，而且自身的發(fā)展也會(huì)越來(lái)越困難。在現(xiàn)有承載器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為了提高技術(shù)性能和滿足用戶(hù)的某些新要求，就是進(jìn)行一些小小的改進(jìn)，也要用比較高的代價(jià)才能實(shí)現(xiàn)。正如 20 世紀(jì) 90 年代德國(guó)衡器專(zhuān)家所評(píng)述的“這種零部件組裝式承載器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾乎走到了盡頭”。因?yàn)榱悴考M裝式承載器結(jié)構(gòu)一般都有高大笨重、零部件多、活動(dòng)環(huán)節(jié)多、安裝調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)、穩(wěn)定性和可靠性差、 2 生產(chǎn)效率低和成本高等缺點(diǎn)。因此德國(guó)衡器專(zhuān)家提出：“在進(jìn)行承載器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量脫離傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的束縛，大膽尋求另外一種發(fā)展方向，即向著減小尺寸，減少零部件，節(jié)省空間，有利于實(shí)現(xiàn)最佳化生產(chǎn)，提高效率，降低成本等方向發(fā)展”?；谶@種認(rèn)識(shí)，國(guó)內(nèi)外一些電子衡器制造公司對(duì)承載器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多研究工作，其共同的研發(fā)方向和創(chuàng)新點(diǎn)就是變零部件組裝式承載器結(jié)構(gòu)，為模塊化、部分集成化和集成化承載器結(jié)構(gòu)。先后研發(fā)出模塊化電子汽車(chē)衡、便于運(yùn)輸?shù)男∧K拼裝型電子汽車(chē)衡；部分集成化的承力傳力、定位限位裝置一體化電子汽車(chē)衡、電子吊秤；集成化稱(chēng)重軌動(dòng)態(tài)電子軌道衡、集成化剪切、彎曲板型動(dòng)態(tài)公路車(chē)輛軸重秤、集成化電子稱(chēng)重環(huán)；空心閉合截面薄壁型鋼結(jié)構(gòu)電子稱(chēng)重梁、“竹排”式薄壁型鋼結(jié)構(gòu)電子平臺(tái)秤；特種用途的承載器可伸縮型電子秤、分體式滾動(dòng)圓捆紙張電子秤等。
二、模塊化電子衡器
1．模塊化電子汽車(chē)衡早在 20 世紀(jì) 90 年代，梅特勒—托利多（常州）稱(chēng)重設(shè)備系統(tǒng)有限公司，在國(guó)內(nèi)首先實(shí)現(xiàn)了模塊化電子汽車(chē)衡設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。設(shè)計(jì)人員將正交各向異性橋梁設(shè)計(jì)理論應(yīng)用在模塊化承載器設(shè)計(jì)中，并對(duì)其進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化，將縱梁和主梁合二為一，成為封閉結(jié)構(gòu)的“U“型鋼，再將底梁簡(jiǎn)化成端板，在端板上完成模塊間的搭接和稱(chēng)重傳感器的過(guò)渡支撐，整個(gè)承載器模塊僅由”U“型鋼、面板和端板組成。所謂模塊化承載器，就是根據(jù)載重汽車(chē)及拖車(chē)長(zhǎng)度和額定承載量，設(shè)計(jì)制造出幾種標(biāo)準(zhǔn)的模塊化承載器，根據(jù)用戶(hù)對(duì)承載器尺寸要求，將兩塊或兩塊以上模塊任意搭接而組成各種規(guī)格的電子汽車(chē)衡。例如根據(jù)載重汽車(chē)長(zhǎng)度≤12m，牽引車(chē)、拖半掛車(chē)長(zhǎng)度≤ 16m，汽車(chē)拖掛車(chē)長(zhǎng)度≤20m，選擇模塊化承載器的單元長(zhǎng)度系列為 5m、6m 和 7m，優(yōu)選寬度系列為 3m 和 3.3m。每種不同寬度和不同長(zhǎng)度系列的單塊、2 塊、3 塊和 4 塊模塊，可組合成 5～28m 長(zhǎng)的 22 種尺寸規(guī)格的承載器，從其中選出十幾種常用的承載器長(zhǎng)度作為優(yōu)選的標(biāo)準(zhǔn)系列即可。這種模塊化電子汽車(chē)衡不但增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用性和互換性，而且也較大的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，特別適合規(guī)?；妥詣?dòng)化生產(chǎn)。
2．承載器為小模塊拼裝型電子汽車(chē)衡電子汽車(chē)衡承載器結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，既有利于規(guī)?；?、自動(dòng)化生產(chǎn)，又便于移動(dòng)和運(yùn)輸。美國(guó) FIRST 衡器制造公司研發(fā)出小模塊拼裝型承載器的大型電子汽車(chē)衡。與模塊化電子汽車(chē)衡不同之處是：前者單節(jié)承載器模塊為一整體結(jié)構(gòu)，后者為方 3 便運(yùn)輸將單節(jié)承載器模塊一分為二，由兩個(gè)小模塊并聯(lián)組裝而成，再根據(jù)不同的尺寸要求將并聯(lián)而成的單節(jié)模塊串聯(lián)成電子汽車(chē)衡的承載器。小模塊之間的連接是通過(guò)模塊上具有足夠強(qiáng)度的若干個(gè)支腳相互吻合后用螺釘固緊。一般小承載模塊由 4 根“U“型鋼或槽鋼做縱向主梁，在端部橫梁上焊接有 5 個(gè)串聯(lián)支腳，一個(gè)定位支板，在側(cè)面主梁上焊接有并聯(lián)支腳。因受力不同，兩種支腳的結(jié)構(gòu)也不相同。
3．模塊化工業(yè)軸重秤為滿足工礦企業(yè)物料轉(zhuǎn)運(yùn)，內(nèi)部結(jié)算等需要，美國(guó) SI／Allegany 公司研發(fā)出可稱(chēng)量不同車(chē)型軸重、軸組重進(jìn)而給出整車(chē)重量的模塊化工業(yè)軸重秤。其承載器的寬度與集成化稱(chēng)重板相同，為雙輪胎寬度的 1.5 倍（750mm 左右），長(zhǎng)度為車(chē)型的三連軸長(zhǎng)度和稱(chēng)重儀表采樣時(shí)間內(nèi)車(chē)輛行駛距離之和，一般為 1600mm 左右。選擇不同長(zhǎng)度的模塊化承載板與安裝有懸臂梁型稱(chēng)重傳感器的盒段式稱(chēng)重梁搭接，就形成了可以稱(chēng)量軸重、軸組重和整車(chē)重量的工業(yè)軸重秤。因?yàn)槟K化軸重秤承載器較長(zhǎng)，為使其具有足夠的剛度和較低的外形尺寸，在設(shè)計(jì)中多采用兩節(jié)模塊化承載板搭接在低外形盒段式稱(chēng)重梁上的結(jié)構(gòu)，模塊化承載板為帶筋條加強(qiáng)的花紋鋼板，連接在承載器兩端的斜面引橋也由花紋鋼板焊接而成。美國(guó) SI／Allegany 公司模塊化工業(yè)軸重秤的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 所示。此種模塊化工業(yè)軸重秤的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高度低，重量輕，便于安裝攜帶；承載模板與稱(chēng)重梁搭接，活動(dòng)環(huán)節(jié)少，剛度大，稱(chēng)量準(zhǔn)確度高；承載模板、盒段式稱(chēng)重梁、斜面引橋均可按模塊化設(shè)計(jì)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)。
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