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》國家標準中，明確規(guī)定車輛大允許總質(zhì)量的大限值為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零點
當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。
(三）重載時稱量誤差增大
一個大型地磅（一般是指100t以上，當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，求解一個彈性力學問題，就是設(shè)法確定彈性體中各點的位移、應變和應力共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。對于力學問題的求解，我們根據(jù)15個方程來求解那是相當麻煩的，但是經(jīng)過研究，得到滿足符合條件的應力邊界或是位移邊界，會更有利于我們問題的求解，所以，我們解題時就相應的可以根據(jù)實際情況來應用應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標準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，除了應注意各部位的焊接強度外，還應注意到與其相關(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)生變形。位移變形可能會影響的性能誤差，而變形則是會影響稱重傳感器的恢復力矩，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)生的加工應力不太重視，由于機械地磅主要是裝配結(jié)構(gòu)，對加工應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，焊接應力對承載器整體結(jié)構(gòu)的影響比較小；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》國家標準中，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?，F(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
有限元法初被用來研究復雜的飛機結(jié)構(gòu)中的應力，它是將彈性理論、計算機學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，它在許多學科領(lǐng)域和實際工程問題中得到廣泛的應用，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復雜的幾何形狀、復雜的材料特性和復雜的邊界條件，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、焊接應力及變形的產(chǎn)生原因、防止和減少焊接應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 應力的。三是，減少焊接應力及變形，應該從設(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、全程打印；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。