本文提出了對(duì)地磅承載能力的評(píng)估設(shè)想。

地磅是用來(lái)稱量載貨車輛的，大多用于貿(mào) 易結(jié)算，因此，我國(guó)明文規(guī)定地磅是受強(qiáng)制管 制的計(jì)量設(shè)備，必須由法定計(jì)量行政管理部門按 有關(guān)檢定規(guī)程進(jìn)行檢定。有二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與地磅直 接關(guān)?GB/T7t23- 2002 “固定式電子秤”和 JJG539- 1997 “數(shù)字指示秤”檢定規(guī)程。在這二個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)中與地磅承載能力相關(guān)的參數(shù)只由一 個(gè)?“最大秤量”。地磅的承載能力似乎只要 載貨車輛總重量不超過(guò)最大秤量即可。實(shí)際上并 非如此簡(jiǎn)單。

地磅的承載器目前在我國(guó)大多是鋼結(jié) 構(gòu)平臺(tái)。有采用4只稱重傳感器的單臺(tái)面結(jié)構(gòu)的 秤臺(tái)，也有采用6只或8只甚至更多傳感器的多 臺(tái)面組合結(jié)構(gòu)秤臺(tái)。這個(gè)秤臺(tái)要承受載貨車輛的 全部重量，而車輛的重量是通過(guò)汽車輪胎加載到 秤臺(tái)上的，并且汽車輪胎是要運(yùn)動(dòng)通過(guò)秤臺(tái)的，也就是說(shuō)，地磅秤臺(tái)既要承受車輛靜態(tài)荷載，也要承受汽車移動(dòng)荷載。

對(duì)于載重車輛，它的型號(hào)、規(guī)格有很多。各 種車型的輪軸數(shù)、軸間距各不相同，即車輛的負(fù) 荷分配到每根輪軸上的情況是各不相同的。一臺(tái) 地磅要能夠稱量多種車型并經(jīng)受這些車型載貨 通過(guò)。地磅的秤臺(tái)作為承載器就要能夠承受這些車輛上秤臺(tái)，并保證秤臺(tái)不應(yīng)變形而影響計(jì)量 性能。這就要求秤臺(tái)有足夠的剛度和強(qiáng)度。此外， 對(duì)于某一種負(fù)荷的車型通過(guò)秤臺(tái)，秤臺(tái)的受力狀 況又與秤臺(tái)本身的結(jié)構(gòu)特性?秤臺(tái)長(zhǎng)度、寬 度、截面幾何參數(shù)等有關(guān)。

下面舉例說(shuō)明。

一臺(tái)最大秤量為60t,臺(tái)面尺寸為3m X 18m (分3節(jié)秤體）的電子汽車衡，選用容量為20t的 傳感器8只，承受一輛五軸車輛（這是我國(guó)公路 橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中公路-I級(jí)車輛荷載）通過(guò)和稱重, 車輛各軸負(fù)荷和軸距，見圖1。

從圖1中我們討論以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）車輛的總載荷與最大秤量

車輛的總載荷ΣP=P1+P2+P3+P4+P5=550kN(折算 為質(zhì)量值55t)。車輛的總裝載質(zhì)量小于地磅最大 秤量（MAX=60)。

2）秤臺(tái)的變形

這輛負(fù)荷的車輛行駛通過(guò)秤臺(tái)，秤臺(tái)的變形 何時(shí)最大呢？用經(jīng)典力學(xué)的方法可以看出前三軸 或后二軸荷載可能壓在單節(jié)秤體上，單節(jié)秤體受 力可達(dá)270kN或280kN,此荷載位于秤體中間時(shí) 秤體變形最大，見圖2。這個(gè)雙軸荷載或多軸荷載 被稱為“軸組，載荷”。

從經(jīng)典力學(xué)知，秤體的變形與軸組載荷的大小、二軸間距和傳感器支點(diǎn)距離有關(guān)。當(dāng)是一 個(gè)集中載荷時(shí)，梁的變形與支點(diǎn)距離的立方成比。

3)傳感器受力情況

在秤臺(tái)的橫截面方向有4組傳感器，在每個(gè) 橫截面上有二只傳感器承受車輛負(fù)荷。本例中汽 車盾軸位于秤臺(tái)端部時(shí)，端部橫截面上二只傳感 器受力最大（艮即是支反力）；當(dāng)汽車后軸位于二節(jié)秤體中間搭接位置時(shí)，中間橫截面上二只傳感 器受力最大（R2也是支反力），見圖3。此處的支 反力稱為截面載荷，車輛通過(guò)秤臺(tái)求出支點(diǎn)的最 大支反力---最大截面載荷，此載荷應(yīng)該小于橫 截面上二只傳感器的容量之和。

上例說(shuō)明一臺(tái)地磅的承載能力不能只 講最大秤量。對(duì)于汽車衡的設(shè)計(jì),制造者必須保 證地磅秤臺(tái)的強(qiáng)度和剛度,保證傳感器的穩(wěn)定 工作。因此,衡器制造商應(yīng)該明示提供給用戶的地磅的承載能力的相關(guān)參數(shù)。用戶就可以據(jù)此 選擇購(gòu)買自己適用的地磅。但目前我國(guó)的相關(guān)衡器標(biāo)準(zhǔn)中沒有提出這方面的技術(shù)性要求。以至 同樣最大秤量、同樣臺(tái)面尺寸的地磅所用材料 差異卻很大，自然價(jià)格差異也就比較懸殊。

美國(guó)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局的NIST- 44號(hào)手冊(cè)提出 了軸組載荷（亦有稱軸載的）和集中載荷的概念。 該手冊(cè)指出衡器制造商可以用車輛的軸組載荷作為汽車衡秤臺(tái)的設(shè)計(jì)載荷（移動(dòng)載荷）,并明確此 雙軸的軸間距為4英尺（約1.2m),軸上輪寬度不 小于8英尺（約2.4m)。此軸組載荷是多少由設(shè)計(jì) 者選擇，可以是34000磅力或55000磅力。這個(gè) 雙軸組載荷是衡器設(shè)計(jì)者選定的，可以參考美國(guó) 聯(lián)邦法規(guī)一橋梁承載公式來(lái)選擇。以此種移動(dòng) 載荷施加在秤臺(tái)上，求出最危險(xiǎn)截面位置，計(jì)算 秤臺(tái)強(qiáng)度和剛度。

這個(gè)軸組載荷是模仿汽車軸載形式的，作為設(shè)計(jì)載荷對(duì)承載器進(jìn)行理論上的計(jì)算是十分適用 的。但無(wú)論是衡器制造者還是法定計(jì)量管理部門 都難以實(shí)際測(cè)試。在美國(guó)就提出了一個(gè)應(yīng)用于實(shí)際測(cè)試的荷載 集中載荷（concentrated loadcapacity一CLC)。此載荷加載到秤臺(tái)上的位置、方 式有明確的規(guī)定，見圖4。其定義，以一定的方式 放在衡器承載器任意部位，衡器所能承受的最大 負(fù)荷。這個(gè)“試驗(yàn)載荷”衡器制造商應(yīng)該明示給 衡器購(gòu)買者。

實(shí)際使用中是一輛多軸車輛通過(guò)秤臺(tái)，并不是 僅僅2軸或3軸車過(guò)秤。所以，秤臺(tái)的承載能力還 與單節(jié)秤臺(tái)的長(zhǎng)度和寬度相關(guān)。一定的載荷下，秤 臺(tái)越長(zhǎng)其變形就越大。再則，車輛的前后輪軸距的大小又對(duì)秤臺(tái)變形有關(guān)。上例中如果將車輛換成如 圖5的車型，則汽車衡秤臺(tái)的受力情況就有變化了。

從圖5中可以看出，車輛總的軸組荷載只有 510kN(質(zhì)量值51),比圖一所示荷載??；但單節(jié) 秤體受力達(dá)360kN;橫截面上的最大荷載達(dá) 276kN,比圖1所示情況大。

如果將圖一所示三節(jié)秤臺(tái)改為雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)的 秤臺(tái)，如圖6。此時(shí)傳感器的受力、秤臺(tái)的承載情 況又會(huì)發(fā)生變化了。此種情況下汽車后三軸的荷 重都會(huì)施加在端頭截面上，其截面載荷Ri=265kN。

上述討論說(shuō)明要評(píng)估一臺(tái)地磅的承載能力, 必須考慮秤臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸、車輛的軸組荷載，要 能夠比較確切地評(píng)估地磅秤臺(tái)的承載能力。以 下幾個(gè)概念需要明確。

1) 最大秤量

按GB/T14250- 1993 “衡器術(shù)語(yǔ)”的定義：非自動(dòng)衡器中，指不加皮重時(shí)衡器可稱量的最大載 荷的值。這里雖然提出了衡器所能允許的最大負(fù)荷,但沒有明確此負(fù)荷如何放置在秤臺(tái)上。一臺(tái) 最大秤量為100t的地磅，如果將每只1t的砝碼 100只分?jǐn)傇谡麄€(gè)臺(tái)面上，與一輛總裝載質(zhì)量100t 的重型卡車過(guò)秤相比，秤臺(tái)的受力狀況的差別是 很大的。因此，最大秤量的定義既要規(guī)定允許的 最大負(fù)荷，又要明確負(fù)荷的布置方式。如果把最 大秤量只作為計(jì)量學(xué)上的一個(gè)參數(shù)，用于建立最 大秤量、分度值和分度數(shù)的關(guān)系，進(jìn)而確定這臺(tái) 衡器的誤差帶。不妨再確定一個(gè)額定載荷的參數(shù)。

2)額定載荷

其定義應(yīng)該是指能置于秤臺(tái)上的最大動(dòng)載荷， 并且此載荷必須分布于整個(gè)秤臺(tái)長(zhǎng)度上，而不‘ 集中在秤臺(tái)上的局部位置。

3)軸組載荷

以車輛的軸組形式施加在秤臺(tái)上任何部位而 不引起秤臺(tái)太大變形和局部損壞的滾動(dòng)載荷。如 何確定軸組載荷的軸間距、橫向輪間距等參數(shù)可 能需要通過(guò)一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)才能確定。我國(guó)公路 橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中只有車輛荷載的規(guī)定，沒有軸組 載荷的定義。

4)截面載荷

是指衡器橫截面上一組傳感器（通常是2只) 上所承受的最大荷載，此荷載主要是判別選擇的 傳感器容量是否合適。

5)試驗(yàn)載荷

以一定的方式施加在秤臺(tái)上的任意部位，衡 器所能承受的最大載荷。這是用于判別衡器承載 能力的一個(gè)重要參數(shù)。是衡器制造商對(duì)用戶承諾 的指標(biāo)。這個(gè)試驗(yàn)載荷既可以在制造商工廠內(nèi)進(jìn) 行測(cè)試，也可以在使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一計(jì)量行政管 理部門來(lái)進(jìn)行。在此試驗(yàn)載荷作用下，秤臺(tái)的承 載能力又如何評(píng)估呢？實(shí)質(zhì)就是如何確定秤臺(tái)的 剛度、強(qiáng)度指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)如何確定是個(gè)難題， 或許應(yīng)該通過(guò)一定數(shù)量的試驗(yàn)才能得出，特別是秤臺(tái)的變形對(duì)計(jì)量性能的影響。

那么，地磅秤臺(tái)的剛度、強(qiáng)度指標(biāo)如何確 定呢？允許多大變形量？材質(zhì)的安全系數(shù)取多大 值？筆者接觸過(guò)的地磅最低的秤臺(tái)剛度只有500 (最大變形量達(dá)L/500—L是秤體長(zhǎng)度），最高的達(dá) 到2000，這樣的秤臺(tái)也能稱量。但剛度太低，秤 的計(jì)量性能會(huì)受到影響（這里還與傳感器結(jié)構(gòu)形 式和傳感器安裝結(jié)構(gòu)有關(guān)），秤臺(tái)的使用壽命也不 會(huì)長(zhǎng)。應(yīng)該說(shuō)秤臺(tái)的剛度、強(qiáng)度、使用壽命與使 用狀況密切相關(guān)。使用頻率高、車型復(fù)雜其剛度、 強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)該要求高點(diǎn)。我們不妨借助起重機(jī)的 工作制等級(jí)把地磅也分成幾級(jí)工作制，分別要 求剛度、強(qiáng)度等指標(biāo)。這些指標(biāo)在我國(guó)目前的相 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程中沒有明確。用戶也無(wú)法明確買什 么樣的地磅能適用于自己。衡器制造商為了降 低成本就盡可能地少用材料。地磅秤臺(tái)損壞的 事故時(shí)有所聞，因此，有必要盡快制訂個(gè)指導(dǎo)性 規(guī)程來(lái)明確評(píng)估汽車衡的承載能力。

在此順便說(shuō)一下，我國(guó)現(xiàn)在的衡器分類還沒 有將地磅作為獨(dú)立的一類衡器。在我國(guó)地磅 的使用量很大，大多數(shù)用于貿(mào)易結(jié)算，在經(jīng)濟(jì)活 動(dòng)中非常重要；就地磅本身的結(jié)構(gòu)和使用特 點(diǎn)一稱量載貨汽車與其它衡器相對(duì)來(lái)說(shuō)有其特 殊性；應(yīng)該將地磅作為獨(dú)立的一類衡器來(lái)進(jìn)行 分類，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和配套的檢定規(guī)程，這有 利于這類衡器的技術(shù)發(fā)展和行政管理。

本文只是筆者對(duì)地磅承載問(wèn)題的粗淺認(rèn)識(shí)， 供感興趣同行參考，并歡迎指正。