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浅议地磅的秤台结构

时间:2017-07-17 14:55   来源:http://www.jrscale.com   访问量:

本文介绍地磅秤台横截面结构的特点和纵向组合的方式。

地磅的秤台目前基本有两类钢结 构焊接件和混凝土构件。本文只就钢结构地磅 秤台议论一番。

地磅的秤台是承受汽车负荷的承载器,大 多是一个平台形构件,有单个平台的,也有二、 三个甚至四、五个平台组合在一起形成一台汽车衡秤台的。从钢结构构件的形式来看,有主副梁 结构、箱形结构等多种结构形式。目前流行的是 箱形结构。

一、我们先从秤台的横截面结构形式来讨论 钢结构秤台的横截面几何形状常见的有如下 几种:

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1是比较早出现的地磅秤台的横截面结 用两根大型工字钢纵向布置作为承载主梁 在主梁的垂直方向布置若干根型钢称之为副梁, 在副梁上敷设一定厚度的钢板。这种结构件的刚 度、强度计算是将主梁、副梁分别计算的,比较 保守,费材料。现在已经很少用了。

2至图4是在目前常见的箱型结构。顾名 思义箱型结构是将秤台做成如桥式起重机大梁的 箱体形式。这种箱体结构从横截面看有全封闭型 腔和半封闭型腔。组成箱体的材料可以是多种板 材组合也可以是板材与型钢的组合。

2是由钢板纵横组合的箱体结构,它有上 层的台面板、下层的封底板及垂直放置的腹板以 及横向布置的端板,用焊接方法组合成整体式平 台型钢结构件。这种构造的最大特点是各构件的 板材厚度可以按结构的受力情况选择,使各部分 的材料分布合理科学获得最佳的截面结构。车 辆行驶在这种平台上上层面板是受压;下层底 板是受拉;中间的腹板主要是承受剪力是车 辆荷载的主要构件。截面中性层接近几何中心层。 设计计算时常常将此构件作为简支梁处理。而实 际上作为汽车衡秤台长度一般67米,宽度3 多,其长宽比较小当作简支梁计算不是十分合 适。因此,又有将这种平台从纵向一分为二,分 成两根梁计算因而横截面中部不封底成为半封 闭型腔结构。此时的计算载荷选择也一分为二, 但需要考虑车辆会走偏的情况,计算载荷还应该 乘一个偏载系数。这种构件受载后,上下钢板的 应力差比较小。这种构造的缺点是制造工艺性较 差,所有零件需切割下料拼装组合费时费工。 腹板作为承载主梁一般只有58条,其间距较 ,台面板受到汽车轮胎施压时局部刚度不足 因此,在腹板之间要增加横向筋板来提高面板的 局部刚度和强度。这样一来造成焊接不方便,腹 板与面板往往采用间断焊缝焊接,费时、费工、 效率低。

3是由钢板和热轧型钢艚钢、工字钢、 角钢等组合成的钢结构平台。这种构造与上一 ® 2构造类似。台面板、底板、腹板(梁一 般选用68根都可以按设计要求选择,使各部 分构件的几何尺寸最合理。并且型钢的上下一翼 缘板有一定的宽度,与台面板的接触可提高台面 板的局部刚度。封底板与翼缘板接触面大,焊接 方便,制造工艺较上一种图2构造有较大改 善。缺点是在型钢之间间距仍然较大,还是需要 设置横向加强筋板,降低了制造工艺性。再则, 用热轧型钢材料重量大,相对上一种钢板结构耗 用材料多了,成本高。通常的设计计算方法与上 一种构造类似。

4是一种新型结构,常常称谓形梁结 构。这种U形梁结构见图5来源于大型钢桥 结构。现代大跨度的悬索桥、斜拉桥大多采用这 种形梁型式的钢箱梁作为承载主梁。桥梁建 筑上称之为正交异性焊接桥面体系,梁称 之为梯形截面闭口肋。这种结构在20世纪50 年代由德国工程师发明。图6、图7、图8是钢桥 上用的一种扁平钢箱梁的截面结构。

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这种U形梁构造近几年为许多衡器制造商采 用。它有如下一些特点:

1横截面由面板和若干根U形梁组成,不用 封底板其抗弯刚度和抗扭刚度较高。实际上是 半封闭型腔。

2 U形梁的两侧立板是承载主梁选用67 U形梁,其承载主梁较图2、图3的钢板式箱 型、钢板加型钢结构多了一倍。U形梁之间间距 小,面板的局部承载能力大大提高,因此,在主 梁之间不设横向筋板。这给制造工艺带来了方便,可以用自动焊接机焊接,焊缝均匀连续,强度高 工作效力高。

3此种结构的U型梁一般选用厚度在8mm 以下常用6mm的钢板冷折弯成型,冷作硬化 提高了材料强度。而在材料消耗上相对于图2、图 3的钢板、型钢结构节省了材料。

4 U型梁与面板、横向布置的端板组焊在一 起,全部采用连续焊缝,使整个构件形成一个整 体钢构件,大大提高构件的整体刚度、抗扭性和 强度。在U型梁的内部形成封闭腔,因而U型梁 内部不需油漆。之所以能选用8mm6mm这么薄 的板作为承载主梁,正是这个组焊特点带来的好 处。但有的制造者在U型梁与台面板的焊接选用 间断焊缝,对于这种结构是非常不利的。既减低 了构件的强度又因为U型梁板厚小,与台面板 接触处没有焊接的地方油漆不易渗入,极易锈蚀, 这必将大大缩短秤台使用寿命。

以上是U型梁结构的优点,其中最被地磅 造商看好的是省材料。但是这种结构也有其弱点:

1这种以U型梁为承载主梁的钢结构平台是 引用现代悬索桥和斜拉桥的桥梁结构中的铺板构 造。在桥梁中称为梯形截面闭口肋”。现代悬索 桥和斜拉桥桥梁上采用U型梁与平钢板组焊的构件作为桥面铺板和底板(称为顶板U肋、底板U 肋)它们是对称分布的,是完全封闭的型腔见 7、图8。上下铺板与底板之间还有横梁连接。 桥面承载后上下应力差异不大。在地磅秤台上 仅仅是局部引用,仅有单方向U形梁与平板组焊 成的钢结构平台,是半封闭结构,往往面板的厚 度又大于U形梁板厚,台面承受压力是整个面板, 而秤台底部承受拉力的仅仅是几根U形梁的底板, 其总的截面积较台面板相差较大,这样截面中性 层偏向台面板一侧,致使上下应力分布不对称, 材料利用率低了。可以这么说,从钢结构设计原 理上看这种截面结构不是最佳、最合理的。

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2从制造工艺性看,这种结构的u形梁与台 面板的组焊位置在台面板底面一侧焊缝都在同 一个水平面内,焊接后极易出现台面下凹,必须 采取特殊措施专用的预反拱设备和工艺规程。 U形梁与台面板的焊接是单面焊缝,板厚又薄, 焊脚高度不能太大,这就要求焊缝连续、致密, 不允许存在气孔、焊瘤等缺陷。这就是说这种结 构制造上技术要求高、工艺比较复杂。

3 u形梁的板厚相对而言比较薄为了延长 构件的使用寿命,必须采取可靠的油漆工艺。这 就需要对秤台表面进行机械除锈等预处理清除表面油污、铁锈、氧化皮等表面污迹,然后再喷 涂防锈底漆和面漆。对于这么大的钢结构件就需 要有大型的拋丸威喷丸除锈设备。油漆涂装 要选择比较好的涂料。这必然提高了秤台的制造成本。

我国目前已有不少桥梁是采用这种U型梁全 封闭截面结构。表1列举几座国内外有名的桥梁 钢箱梁截面参数。

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据有关资料介绍,在桥梁上的这种U型截面 型材应该称梯形截面闭口肋”的截面参数推荐如图9所示。

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从以上讨论可看出U型截面结构的地磅秤台并不是最完美的结构。其实只要稍加改动 封底板就可以得到一个非常合理的截面结构。在 U型梁底部相邻两支U型梁之间用钢板将U型梁 连接起来,使整个横截面形成封闭腔如图10 示。这样,截面中性层接近几何中心闼面板比 U型梁底板厚,中性层与几何中心不重®,上下最大应力差小材料得到比较合理的利用。秤体的 抗弯刚度和抗扭性能也得到大的提高。在工艺上, 可以通过加焊封底板来控制秤体的纵向、横向的弯 曲变形。如图9所示的截面尺寸,加封底板后,材 料增加12%,其截面惯性矩提高15%。如果保持 相同的截面惯性矩则材料反而比不封底节省

下面用两个实例来分析全封闭型腔与半封闭
的力学特性上的区别。

11是一个标准的100t-3.4x 6m地磅秤台
尺寸,面板厚12mm, U型梁?6U360x
1U250X 6。图12是按上述讲的封底结构

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而新设计的100t-3.4x 6m全封闭型腔的地磅秤 台截面尺寸,面板厚12mm, U形梁?7 U340x 5,封底板厚5mm假设此秤台都承受相同 40t轴载双轴载计算各自受力后的力学特 性。计算结果如图11和图12及表2所示

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以上计算可以得出结论:地磅秤台采 用全封闭型腔截面结构,既可以节约材料,又能 提高刚度,是一个一举两得的好结构。

二、秤台的纵向组合

地磅的秤台可以是单节秤体或是多节秤体 组合。这主要取决于称量的车辆的载荷和最大轴 距。对于小秤量的地磅20t以下常常是选择 单节秤台,载重和自重在20吨以下的汽车其最外 的轴距一般不会太长。对于大秤量的地磅往往 选择多节秤体组合,整个秤台的长度也由被称量 的车辆最外挡的轴距决定。如最大秤量100t地磅大多设置为18m长。我们要讨论的秤台的纵 向组合是讨论用几节单元秤体、每节是多长的秤 体来组合成需要的秤台。

作为承受载货车辆的秤台需有足够的刚度和 强度。前者是秤台的抗变形能力,后者是秤体构 件的抗破坏能力。

先讨论单节秤体的长度的选择。目前大多数地磅制造商的秤体都是按567米等规格设计。 从理论上可以知道,钢结构秤台受载后的变形与 支撑点距离、秤台上的荷载、构件的截面惯性矩 有关。假设载荷如图13单轴载、简支梁所示, 则其变形的计算公式如下:

f=PL3/48EI

式中:

F-梁的变形量; p-集中载荷:

L-支点间距:

E-弹性模量;

I-截面轴惯性矩。

由公式可见,秤体的变形与支撑点距离的立 方成正比。缩短支撑点距离,秤台变形量会大大 减小。因此,我们可以将地磅的单节秤体长度 适当缩短,增加组合单元数量,达到降低秤体材 料的目的。这样自然要增加支撑的传感器数量 也就是用增加传感器来降低钢材消耗。当前,地磅的制造成本组成中钢材费用已成为主 要因素配套的称重传感器和称重仪表从十年前 的主要因素降为第二位了。经过计算和试验,这 是一个非常科学合理的方法。如果推出秤体单元 4米和4.5米两种规格,秤体的材料消耗会明显 降低。下面不妨计算一个实例。

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举例:

台最大秤量100t,台面宽3m,台面长度 18m,常规做成3节秤体。

设台面板厚度10mm,6U形梁,U形梁 340mm,板厚6mm,秤体截面结构如图14 示。其承受的荷载按双轴载40t(20tx2)计算如图 15。计算结果见表3

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如果将18m的秤台做成4,每节4.5m, 秤体用料、U形梁截面几何尺寸与上述设定一致, 载荷也按双轴载40t(20tx 2)计算,计算结果见表3

从表3中可以看出,秤体长度缩短秤体的 变形量减少很大。如果要做到变形量一样,则可以改变秤体的截面形状,使之少用材料。达到了 节约材料的目的。对于大秤量100t以上、长秤 台的地磅更为适宜。短台面的组合还可以提高 秤台承受短轴距车辆的范围。

本文讨论了地磅秤台的横截面结构,特别 推荐采用封底板的全封闭截面。也讨论了秤台的 长度方向的组合,特别介绍用多单元、短台面的 组合。这些供地磅设计、制造者参考。不当之处欢迎指正