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轴重秤的结构与工作原理

式轴重秤有两种结构形式。其一是弯板式轴重秤,它由弯板弹性元件、承载框架、端部压板、紧固螺钉等构成。其核心部件弯板弹性元件是在一块长条形合金钢板上,靠近两个长边的一定宽度(实为端部支撑)处对称的加工出两条长槽,从纵向形成两端固支中心承受集中载荷的弯曲梁。沿纵向在两个槽内的多个截面上,粘贴单轴电阻应变计,经串联后与固定电阻组成惠斯通半桥电路。每个粘贴电阻应变计的截面都形成一个承受集中载荷的弯曲梁,即整个弯板弹性元件可看作是由 n 根平行排列的弯曲梁构成。

其二是剪板式轴重秤,其核心部件是剪板弹性元件,它的毛坯为冷拉加工固熔热处理人工时效状态的2A12硬铝合金板,在板的底面沿长度方向加工出中间凹陷区,则在长度方向的两边自然形成了有足够面积的承力支撑区,使硬铝合金板成为板桥形秤体。再在靠近两个支撑的凹陷区域内,平行于支撑对称的加工出一定长度的若干个长槽,使其在纵向形成若干根与支撑相垂直的剪切梁,共同承受车轮停在或驶过测量区产生的静态或动态载荷,整个剪板弹性元件的力学模型就可以看作是由n 根平行排列的剪切梁构成。在剪切梁的两个侧面(即槽的边缘)粘贴两组单剪切型电阻应变计,分别测量正、负主应变。将各剪切梁两边应变方向相同的电阻应变计串联在一起,按相对桥臂应变方向相同、相邻桥臂应变方向相反的原则组成惠斯通全桥电路,即可完成车辆轴轴质量检测任务。其剪板弹性元件结构与单剪切电阻应变计粘贴位置如图2 所示。

弯板弹性元件测量的是车轮压在各弯曲梁上的弯曲应力,从对一根弯曲梁2片电阻应变计到多根梁同一长槽内n 片电阻应变计的分析,均得出在弯板弹性元件测量区间内任何位置加载,总输出基本保持不变,即加载点变化对输出灵敏度无影响。当载重车辆的车轮移动到弯板弹性元件测量区的任何截面(例如X1 截面)时,弯曲梁的弯矩 Mx1达到最大值,其截面系数、弯曲应力、弯曲应变为:
剪板弹性元件测量的是车轮压在应变区时,板体顶部与底部之间当时的剪应力引起的拉、压成双的主应力,不对同一时刻产生的弯曲应力作出反应,与弯板弹性元件相同,其加载点变化对输出灵敏度也无影响。由材料力学知在纯剪切应力状态下,与中性轴成450 方向的拉压成双的主应力等于最大剪应力,主应变等于最大剪应变的一半,只有中性轴处的应力单元是纯剪切状态才有此关系,即单剪切型电阻应变计

由于结构设计与制造工艺水平的提高,使弯板和剪板式轴重秤的计量准确度、允许车辆行驶速度和工作寿命都有较大提高,因此能在公路车辆轴载质量超限检测监督系统中独领风骚,得到较普遍的应用。

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