無坑基地磅具有技術(shù)穩(wěn)定、投資省等優(yōu)點，是目前國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的工業(yè)用電子 衡器，本文以3*廢鋼秤為例對無坑基地磅在設(shè)計和應(yīng)用中的技術(shù)難點，秤體受載時發(fā)生過大撓 度而影響使用精度及保證穩(wěn)定性的問題進行總結(jié)和分析，對設(shè)計和安裝過程中如何選擇載荷點與 支座間的距離、秤體大梁材質(zhì)選用等關(guān)鍵技術(shù)問題進行了分析。

1.引言

地磅是梅山公司大宗物料進出廠的主 要計量手段。梅山原有12臺20?120 t的深 坑式地磅，在使用中，發(fā)現(xiàn)深坑式地磅雖 有檢修比較方便、稱重臺面不易被垃圾卡住、 稱重傳感器不易受潮及稱重臺面和道路可以 設(shè)計成沒有高度差等優(yōu)點，但存在技術(shù)落后、 占地面積大、投資費用高等問題。為此逐步對 舊秤進行更新改造為無坑基地磅。新式無 坑基地磅與深坑式地磅相比具有設(shè)計、 施工、造價低及安裝、檢修方便等特點。其最 大優(yōu)點在于對鋼結(jié)構(gòu)秤臺從機械受力結(jié)構(gòu)進 行優(yōu)化設(shè)計，這樣既確保了其秤臺的剛度和 強度，又降低了秤臺受力梁的有效髙度，使無 坑基地磅的綜合性能更趨合理。由于綜合 髙度降低可縮短引坡節(jié)約投資，減少占地面 積，可大大減少土建費用。現(xiàn)將梅山3號30 t 地磅為例介紹如下。

2.無坑基地磅的結(jié)構(gòu)和設(shè)計

2.1電子平臺秤結(jié)構(gòu)

任何一臺電子平臺秤，均由土建基礎(chǔ)、機 械結(jié)構(gòu)、稱重傳感器和稱重顯示儀表四部分 組成。在冶金企業(yè)內(nèi)，電子汽車秤和電子鋼材 秤是較為典型的兩種電子平臺秤。其中地磅根據(jù)其基礎(chǔ)形式的不同，可分為深坑 式、淺坑基和無坑基電子秤三種。電子平臺秤 的機械結(jié)構(gòu)一般包括稱重臺面、承載傳力裝 置、限位裝置三部分。稱重臺面主要用來承受 載荷，并且通過承載傳力裝置把載荷重量傳 遞給稱重傳感器，它應(yīng)有足夠的剛度和強度 (下面詳細介紹）。承載傳力裝置主要把載荷 準(zhǔn)確地傳遞給稱重傳感器，正確、合理設(shè)計承 載傳力裝置，可以充分發(fā)揮稱重傳感器的精 度，對于不同類型的稱重傳感器，對承載傳力 裝置結(jié)構(gòu)和要求也不同，下面就稱重平臺的 設(shè)計做一介紹。

2.2地磅稱重平臺設(shè)計

地磅通常有四只傳感器支承著稱重平 臺（如果是雙平臺則由六只傳感器支承）。由 于傳感器對其受載荷的方向有著很高的要 求，所以對其傳力機構(gòu)即稱重平臺有著較高 的要求，不僅要求其有足夠的強度，而且要有 足夠的剛度，這樣才可以減小稱重臺面在稱 重傳感器支承點上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角。因為此轉(zhuǎn)角 將造成載荷作用點位置的偏離和作用力方向 的改變，從而使稱重傳感器受到一個附加的 力矩和水平分力，這將影響稱重傳感器的工 作特性及計量準(zhǔn)確度。為了確保稱重量平臺 在受載時不發(fā)生過大的撓度，根據(jù)電子平臺 秤的實際應(yīng)用，其剛度要求在最大載荷下產(chǎn) 生的撓度應(yīng)小于稱重臺面兩承重支點間距離的 1/1 000,即

可以看出，在載荷一定的條件下，撓度y與四 個參數(shù)有關(guān)，即材料的彈性模量￡,梁支座跨 度人，梁的慣性矩/,載荷點與支座間的距離6。

從C1)式可以看出，彈性模量E越大Y越 小；支座跨度即傳感器兩支承點間的距離入 越小則y越小；梁的慣性矩越大則Y越小，載 荷點與傳感器間的距離6越小則y越小。彈 性模量￡取決于材料，彈性大的材料制作平 臺，雖可降低撓度，但無疑會提高工程造價， 而且優(yōu)質(zhì)鋼材的彈性模量與普通鋼材的彈性 模量相差不大，因此采用提高彈性模量來降 低撓度是無意義的。

本文主要討論通過減小載荷點#支座間 的距離來實現(xiàn)無坑基電子秤，減小載荷點與 支座間的距離6,可有效地減小梁的撓度y。

從地磅的受力分析可知，引起梁撓度 的載荷有兩個：（1)梁本身的自重C為均勻分 布載荷）；（2)被稱重物的重量（為集中分布的 載荷），通過對梁的受力分析可以看出，造成 撓度的主要因素是集中載荷即被稱重物的重 量。集中載荷產(chǎn)生的撓度方程：

9 -/Tlei2 從（2 )式可看出，減小載荷點到支座間的 距離b可以有效地減小撓度Y。當(dāng)6—0時，則 ^ax^0o此時梁僅有自重產(chǎn)生的撓度，因此 只需考慮梁的強度要求，從而可以設(shè)計成低 外形大梁，實現(xiàn)無坑基地磅。

如何實現(xiàn)載荷點與支點重合（6—0).可 利用雙層梁的方案實現(xiàn)這一條件。其設(shè)計方 案是：在主梁下方設(shè)置一附梁（見圖1)，主梁 支座即主梁與附梁間的連接點與傳感器軸線 重合，對于附梁而言，載荷點與支點重合即6 —0，附梁僅承受自重，其撓度可以大大滿足 電子秤的剛性要求，使用普通型材加工即可 滿足。主梁因不與傳感器直接接觸.不用考慮 其剛性要求。設(shè)計時只需考慮其強a耍求。

下面根據(jù)上述理論設(shè)計一臺30 t地磅 (以f廢鋼秤為例）。其中平臺面積為3 m'，載荷h按130 %超載系數(shù)和1. 1倍的動 載荷系數(shù)。設(shè)計作為汽車秤使用。計算中前 后輪載荷按1 : 2分配。設(shè)計按圖2所示。其 中人=10 000 mm ,b= 1 000 mm，其最大彎距 從_在1/2人處。計算如下：

最大載荷：尸2 = ^X1. 3X1. 1 = 42 900

kg;

主梁斷面：/?>；/■/ = 0. 6 X 0. 42 = 0. 252

m2；

b X h = 0. 58 X 0. 392 = 0. 227 m2 ；

主梁自重：W = 3 OUU kg;

主梁慣性矩：/:，=(B//3—敁3)/12 =79 298 cm!；

抗彎斷面模量：S= (/?/-廠一6/r’）/12 = 2 786

 因主梁B較大，不考慮左右偏載問題。 前輪載荷：匕=1/2
/3乂尸」：

后輪載荷：Ph = 1/2X2/3X/^;

代入已知數(shù)M2 = 385 649. 5 N ? m,

主梁的自重彎距（1/2 L t±)：M,v=l/8WL0 代入已知數(shù)Mu =40452, 4 N ? m, 則最大彎距：財max = M?+My = 426 098. 9 N ? m

主梁人/2處最大法向應(yīng)力：amax = Mmax/S =152. 95 N/mm2

根據(jù)以上計算可以看出，使用一般的八3 鋼材即可滿足要求。另外根據(jù)撓度公式可求 出人/2處最大撓度：

max == ^qYy = 2- 43 cm0 驗算在最大載荷下，主梁支座間距因梁

Q

燒度縮短為：廠= 2jOsin — = 999. 973 cm。

即主梁支座間距僅縮短了 0. 027 cm,附 梁載荷點仍可近視與支點重合，只受均勻分 布載荷，撓度仍可滿足000要求。

從以上設(shè)計看出，一臺30 t地磅，其主 梁高度僅為42 cm，至于附梁可按圖1所示安 裝在主梁下，即可實現(xiàn)無坑基地磅。

3.結(jié)語

無坑基電子秤目前已在梅山得到了廣泛地應(yīng)用，3#，4#8#9#10#地磅及1#，2#取樣秤都是無坑基地磅。無坑基地磅在 梅山應(yīng)用的近10年中，經(jīng)多個周期的檢定都 能達到三級貿(mào)易結(jié)算用秤的準(zhǔn)確度，使用穩(wěn) 定并保持原有精度，為梅山公司大宗物料進 出廠計量的準(zhǔn)確性提供了可靠的保證。因為 用于貿(mào)易結(jié)算的電子秤精度的提高，直接影 響著公司的產(chǎn)品計量的準(zhǔn)確性，以贏得更多 客戶的信賴，維護公司在社會上的信譽。同 時，也大大地降低了投資和維修費用，降低了 生產(chǎn)成本。