一些問題隨著地磅載重量的增加，出現(xiàn)在大型地磅的使用中。劉九卿老師 在其編著的《電阻應(yīng)變式稱重傳感器》一書中，介紹了多種稱重傳感器的邊界條件問題。那 么，大型地磅是否也存在邊界條件的影響問題呢？這就是本文要探討的核心。

一、存在的問題

在GB1589-2004《道路車輛外廓尺寸、軸荷 及質(zhì)量限值》國家標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定車輛最大允 許總質(zhì)量的最大限值為49t。但是隨著市場運輸需 求不斷的提高，到目前為止，已經(jīng)有接近200t質(zhì) 量的車輛，隨之能夠稱量此類車輛的衡器也呼之 而出。這樣本來一些只有二三十噸載荷的支撐點， 也必須承擔(dān)近百噸的載荷。使得以往沒有什么問 題的結(jié)構(gòu)，也產(chǎn)生了匪夷所思的現(xiàn)象。

(一)偏載誤差比較大

按照JJG539-97《數(shù)字指示秤》計量檢定規(guī)程 所規(guī)定的偏載性能檢測方式，對于六個以上承載 點的衡器，使用Max/n-1的載荷依次對每個承載 點進行偏載測試時，每個點的偏載誤差在允許范 圍之內(nèi)，然而當(dāng)使用大噸位短軸距汽車分別停于 承載器不同位置上時，其作用力方式明顯不同于 目前通用的偏載方式，使之誤差也明顯增大。

(二）卸載后地磅不能回復(fù)零點

當(dāng)大噸位短軸距汽車稱量結(jié)束離開承載器時， 有一些地磅的示值不能較快地回到零點，其中有 可能是與稱重傳感器的恢復(fù)力矩比較小有關(guān)，也 有可能是承載器及其連接件的剛性達不到規(guī)定的 指標(biāo)。

(三） 重載時稱量誤差增大

一個大型地磅（一般是指100t以上，當(dāng)其 承載器為三段式時，中間一段由四只稱重傳感器支 承，兩端分別搭在中間段上。當(dāng)50t之內(nèi)載荷的短 軸距車輛分別停于中間和兩端位置稱量時，稱量值 基本沒有差異。但是當(dāng)70t以上載荷車輛稱量時， 在中間位置稱量的量值明顯大于兩端位置稱量值 而且，軸載越是接近搭接處時，稱量誤差越大。

二、邊界條件的影響

為什么目前會出現(xiàn)以上的種種現(xiàn)象呢？經(jīng)過 近幾年的觀察和大量試驗，認為原因主要是由于 制造者忽視了邊界條件影響所造成的。

彈性力學(xué)中，它研究彈性物體在外力和其他 外界因素作用下產(chǎn)生的變形和內(nèi)力，求解一個彈 性力學(xué)問題，就是設(shè)法確定彈性體中各點的位移、應(yīng)變和應(yīng)力共15個函數(shù)。從理論上講，只有15 個函數(shù)全部確定后，問題才算解決。對于力學(xué)問 題的求解，我們根據(jù)15個方程來求解那是相當(dāng)麻 煩的，但是經(jīng)過研究，得到滿足符合條件的應(yīng)力 邊界或是位移邊界，會更有利于我們問題的求解， 所以，我們解題時就相應(yīng)的可以根據(jù)實際情況來 應(yīng)用應(yīng)力解法或是位移解法來設(shè)定變量。邊界條 件分別為位移邊界條件和應(yīng)力邊界條件。比如， 基礎(chǔ)板太薄、基礎(chǔ)高度差大、混凝土強度不足、 混凝土充填不足、壓頭結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)剛度等都是屬 于位移邊界條件影響；而承載器焊接變形、承載 器連接處焊接變形等屬于應(yīng)力邊界條件影響。

(一）位移邊界條件影響

以前常規(guī)產(chǎn)品18m的承載器是三節(jié)臺板，自 從GB/T7723-2008標(biāo)準(zhǔn)對承載器相對變形量的控 制要求之后，由于稱重傳感器銷售價格與鋼材價 格的懸殊，不少制造商改為四節(jié)臺板予以應(yīng)對。 這樣就單塊臺板來講，其剛度是提高了，變形量 縮小了。這種設(shè)計，從表面上看是一種優(yōu)秀的設(shè) 計，但是其忽略了另一個方面的問題，即可靠性。 當(dāng)一個設(shè)備所采用的零部件越多，那么相對可靠 性就會下降。這里同時增加了一對搭接結(jié)構(gòu)、一 對基礎(chǔ)板、一對稱重傳感器，如果其中有一個部 件沒有被注意到，就有可能影響衡器的計量性能。

(1）對于由多塊臺板組成的承載器，其之間的 連接方法，也是設(shè)計者應(yīng)該注意的問題。為什么 一些產(chǎn)品在現(xiàn)場出現(xiàn)塌臺問題，就是因為該生產(chǎn) 單位在設(shè)計和制造過程中，沒有重視承載器搭接 板的技術(shù)。

一類搭接板的形式，靠鋼板先將承載器連接 起來，再將稱重傳感器支撐在鋼板的中間，如圖1 所示。

一類搭接頭的形式，是將主臺板由稱重傳感 器支承起來，靠搭接頭將副臺板支撐住。目前有 許多結(jié)構(gòu)采用這種方式，如圖2所示。

這些結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了應(yīng)注意各部位的焊接 強度外，還應(yīng)注意到與其相關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的強度。

在兩塊臺板之間搭接板的數(shù)量，一般采用兩 塊，因為如果連接的位置超過了兩處，就會出現(xiàn) 超靜定現(xiàn)象。超靜定現(xiàn)象的表現(xiàn)形式，就是汽車 衡在稱量過程中，稱量示值數(shù)據(jù)總是在不斷變化， 重復(fù)性很難保證。也就是說，由于衡器邊界條件 的不斷改變，其初始零點也在不停的改變，而初 始零點的改變就直接影響到地磅回零的問題。

(2）基礎(chǔ)板剛度不足或基礎(chǔ)板底部混凝土充填 不足等，也是產(chǎn)生位移邊界條件影響的原因。當(dāng) 重載車輛的重載軸壓到那個剛度差的基礎(chǔ)板上方 時，此點的稱量性能必然會產(chǎn)生較大誤差。

(3）稱重傳感器和壓頭的硬度不足時，一是會 產(chǎn)生一定的位移變形；二是會產(chǎn)生永久變形。位 移變形可能會影響的性能誤差，而永久變形則是 會影響稱重傳感器的恢復(fù)力矩，使地磅卸載后不 能盡快回到零點。

(4）結(jié)構(gòu)剛度是主要指大型地磅承載器的剛度。 對于使用砝碼測試時的均布載荷來講，可能1/300 左右的承載器也能通過稱量性能的檢定。但是此 類結(jié)構(gòu)的承載器不能滿足實際使用時的要求，在 很多情況下會被車輛壓塌；即使不被壓塌，也會 因為變形量較大影響到地磅的稱量性能。

(二） 應(yīng)力邊界條件影響

我們行業(yè)從生產(chǎn)機械地磅時代，就對鑄件、 焊接件、機加工件時產(chǎn)生的加工應(yīng)力不太重視， 由于機械地磅主要是裝配結(jié)構(gòu)，對加工應(yīng)力所造 成的計量性能影響不明顯。進入電子地磅時代后， 大型衡器的承載器大都是焊接結(jié)構(gòu)件，開始采用 型鋼結(jié)構(gòu)的大型地磅，采用的是斷續(xù)焊接工藝， 焊接應(yīng)力對承載器整體結(jié)構(gòu)的影響比較??；近年 來U型梁結(jié)構(gòu)的大型地磅承載器，由于采用連續(xù) 焊接工藝，其焊接應(yīng)力對承載器的影響就比較大。 一些與之關(guān)聯(lián)的部件（如搭接板、稱重傳感器墊 板等）也由于應(yīng)力產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，不但影響到產(chǎn)品的安裝質(zhì)量，而且直接影響到產(chǎn)品的計量性能。

三、承載器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 (一）提高支撐部位的剛度和強度 承載器的剛度與強度要求，我們在 GB/T7723- 2008《固定式電子衡器》國家標(biāo)準(zhǔn)中， 已經(jīng)對其有了明確的規(guī)定。而一些支撐部位的部 件結(jié)構(gòu)，如基礎(chǔ)板、搭接板、稱重傳感器墊板等 也不能忽視，從上述“當(dāng)70t以上車輛稱量時，在 中間位置稱量的量值明顯大于兩端位置稱量。而 且，軸載越接近搭接處，稱量誤差越大”的情況， 基本上可以判定為是由于這些部件設(shè)計或安裝不 當(dāng)造成的。

(二）關(guān)于超靜定問題影響 除超靜定是維持平衡所必需的約束之外，再 增加一個或幾個約束，也是一種邊界條件。也正 是由于GB/T7723規(guī)定了剛度要求，一些企業(yè)為了 確保承載器的變形量小于1/800，將本來是三段的 承載器改為四段，這樣既保證了承載器的剛度要 求，還減少了鋼材的用量。但是，工程力學(xué)中的 超靜定問題隨之出現(xiàn)。超靜定在工程實踐中是經(jīng) 常遇到的，本來汽車衡承載器就是一個超靜定結(jié) 構(gòu)，我們在設(shè)計時是努力減少支撐點，以減少超 靜定問題對計量性能的影響。現(xiàn)在一些制造單位 為了提高承載器的剛度，增加了承載器的支撐點， 增加了邊界條件的影響，反而更加影響衡器的計 量性能。

(三） 提高搭接板的強度 從上述兩個示意圖表示的結(jié)構(gòu)，我們可以很 清楚地看出，搭接板的設(shè)計應(yīng)該注意到與承載器 整體性問題。搭接板不能僅僅焊接在承載器的端 部橫梁上，一定要與承載器的縱梁和橫梁有效結(jié) 合為一體。

(四）焊縫強度的影響

在縱梁與面板之間的焊縫方面，因為焊縫比 較長，焊腳的高度可以忽略。但是焊縫的結(jié)構(gòu)必 須嚴(yán)格控制，因為焊接電流過大，焊件間隙過大、 焊接速度過慢造成的焊穿、焊漏不應(yīng)該出現(xiàn)；咬 邊域稱“咬肉”也是不能出現(xiàn)，咬肉不但減弱 了基本金屬的有效面積，還減弱了焊接接頭強度， 并且在咬邊處形成應(yīng)力集中，在承受載荷后有可 能在咬邊處產(chǎn)生裂縫。

(五）用有限元法分析邊界條件

有限元法最初被用來研究復(fù)雜的飛機結(jié)構(gòu)中 的應(yīng)力，它是將彈性理論、計算機學(xué)和計算機軟 件有機地結(jié)合在一起的一種數(shù)值分析技術(shù)。目前， 它在許多學(xué)科領(lǐng)域和實際工程問題中得到廣泛的 應(yīng)用，因此，在工科院校和工業(yè)界受到普遍的重 視。

由于單元可以被分割成各種形狀和大小不同 的尺寸，所以它能很好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀、 復(fù)雜的材料特性和復(fù)雜的邊界條件，再加上有成 熟的大型軟件系統(tǒng)的支持，它可以成為對多支撐 點承載器結(jié)構(gòu)數(shù)值計算方法。

四、制造安裝工藝

上述幾個問題都是強調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的，而 解決邊界條件的影響加強工藝控制，也是一條重 要的渠道。

(一）焊接工藝

一般在焊接工藝的各種教材中，對焊接裝配 的合理性、焊接應(yīng)力及變形的產(chǎn)生原因、防止和 減少焊接應(yīng)力及變形的措施等都進行了介紹。一 是，焊件材料線膨脹系數(shù)大的，焊后的焊縫縱向 收縮量也大；焊件是在夾具固定的條件下焊接， 其收縮量可減少40%?70%，但焊后將引起較大的 焊接應(yīng)力。斷續(xù)焊縫的收縮也較連續(xù)焊縫小得多。 二是，合理的焊接順序是可減少變形和減少焊接 應(yīng)力的。三是，減少焊接應(yīng)力及變形，應(yīng)該從設(shè) 計和工藝兩個方面著手解決。

(二）焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力及變形的消除和矯正方法

傳統(tǒng)的方法有：整體高溫回火法、機械矯正 法、氣體火焰矯正法、自然時效法、敲擊時效法 等。目前在機械行業(yè)通用的方法，主要是“振動 時效法”，這是國家“七五”、“八五”期間的重 點推廣項目，已經(jīng)在機械、化工、航天、冶金等 行業(yè)中廣泛使用。

振動時效與傳統(tǒng)的熱時效和自然時效方法相 比，具有節(jié)能高效、減少環(huán)境污染等諸多優(yōu)點。 相比熱時效節(jié)能95%，處理時間只需20min? 30min，不占場地、便于攜帶。

振動時效可以全程對部件的時效情況進行觀 察，振前在線全程掃描、全程打??；振中監(jiān)測時 效效果；振后在線局部打印、單峰值局部掃描。

但是，振動時效的最大缺點是噪音比較大。

(三）基礎(chǔ)施工

如前所述，大型衡器基礎(chǔ)的混凝土施工質(zhì)量 和基礎(chǔ)板澆灌質(zhì)量，也是引起邊界條件問題的因 素。一個穩(wěn)定牢固的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就是一臺大 型衡器的基礎(chǔ)，所以要選擇足夠承載力的地耐力， 足夠強度的鋼筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)質(zhì)的混凝土和嚴(yán)格 的澆筑工藝。

五、結(jié)束語

我們在談到大型地磅時，總是注意到“稱重 指示器”、“稱重傳感器”、“承載器”和“基礎(chǔ)” 四大部分，在很多情況下卻忽略了一些所謂的 “邊界條件”，本文根據(jù)多年的工作經(jīng)歷和近年來 大型地磅上發(fā)生的各種問題，來闡述邊界條件對 地磅性能的影響。所以在產(chǎn)品的設(shè)計、制造、安 裝和使用中，不可厚此薄彼。