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電子汽車衡大型電子磅秤承載器承力傳力定位限位結(jié)構(gòu)分析
【摘 要】 汽車駛上電子汽車衡承載器后，承載器與汽車有共同的速度而產(chǎn)生一個(gè)水平力，
此力使承載器產(chǎn)生縱向移動(dòng)，因此需要對(duì)承載器采取定位限位措施抑制水平力的影響。本文根據(jù)國(guó)
內(nèi)外電子汽車衡承載器、稱重傳感器、水平力抑制方法、定位限位裝置結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，遵循在電子汽
車衡使用期限內(nèi)承載器受力分配系數(shù)恒定不變的原則，介紹了承載器與稱重傳感器的連接形式及水
平力抑制方法，重點(diǎn)討論了點(diǎn)接觸的鋼球、雙球面搖柱支撐、自動(dòng)定心稱重傳感器組件和線接觸的
鏈環(huán)、馬鞍環(huán)承力傳力定位限位結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、工作特點(diǎn)和應(yīng)用情況，以澄清zui普通又極容易被
誤解的承載器水平力抑制裝置設(shè)計(jì)、計(jì)算和應(yīng)用中的一些問題。
概述
汽車駛上電子汽車衡承載器后，承載器與汽車有共同的速度而產(chǎn)生一個(gè)較大的水平力，以zui大
秤量為 30 噸的電子汽車衡為例，其水平力可達(dá) 8000kgf 以上。此力使承載器產(chǎn)生較大的縱向運(yùn)動(dòng)
和較小的橫向移動(dòng)，為使承載器盡快復(fù)位以保證稱量的準(zhǔn)確性，必須為承載器設(shè)計(jì)較理想的水平力
抑制裝置，對(duì)承載器進(jìn)行定位、限位。上將電子汽車衡承載器的水平力抑制裝置稱其為水平力
抑制器，國(guó)內(nèi)稱為定位限位裝置。根據(jù)電子汽車衡的zui大秤量、承載器的結(jié)構(gòu)、稱重傳感器的承力
傳力方式有不同的結(jié)構(gòu)形式。國(guó)內(nèi)不論是單個(gè)承載器還是兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)承載器組合的電子汽車
衡，較多采用 3 英寸鋼球傳遞載荷的雙剪梁（橋式）型稱重傳感器，較少采用雙球面搖柱型支撐或
自動(dòng)定心的圓柱式稱重傳感器組件，基本不采用線接觸鏈環(huán)、馬鞍環(huán)承力傳力定位限位組件。雙剪
梁（橋式）型稱重傳感器為 3 英寸鋼球承受并傳遞載荷，因鋼球只感受軸向載荷，而對(duì)側(cè)向和偏心
載荷不敏感，即只傳遞軸向載荷不傳遞側(cè)向載荷，并且安裝調(diào)試極為方便，因而得到較為廣泛的應(yīng)
用。但其缺點(diǎn)也很突出，主要是當(dāng)承載器出現(xiàn)受載和溫度變形時(shí)，對(duì)水平位移的調(diào)節(jié)能力差，致使
鋼球爬坡不在稱重傳感器球碗的中心，直接影響承載器復(fù)位和測(cè)量準(zhǔn)確性。雙球面搖柱支撐和自動(dòng)
定心稱重傳感器組件，使稱重傳感器本身具有承力傳力和自動(dòng)定心功能，只要搖柱或稱重傳感器的
擺動(dòng)量選擇合理即可達(dá)到定位限位的目的，但其自動(dòng)定心的擺動(dòng)角和偏心量不能太大，因而存在應(yīng)
用的局限性。
采用鋼球承力傳力的水平力抑制方法
采用雙剪梁型稱重傳感器頂球式支撐的承載器，其水平力抑制方法就是通過 3 英寸鋼球引入傳
遞外載荷，利用安裝在承載器兩端的縱向和橫向限位裝置的預(yù)調(diào)間隙，抑制承載器的縱向、橫向運(yùn)
動(dòng)。此水平力抑制方法的優(yōu)點(diǎn)是鋼球與球座接觸傳遞載荷，為點(diǎn)接觸屬于無摩擦設(shè)計(jì)；鋼球只感受
和傳遞垂直于承載器方向的載荷，而對(duì)橫向載荷和橫向力矩不敏感，即不傳遞橫向載荷和橫向力矩；
承載器與稱重傳感器安裝調(diào)試方便，只需要用千斤頂將稱重傳感器與鋼球上端的承載器頂起落下，
反復(fù)幾次調(diào)整稱重傳感器位置，待鋼球不動(dòng)時(shí)即為承載器加力線與稱重傳感器承力軸線重合，固定
稱重傳感器即完成了對(duì)中調(diào)試任務(wù)。此方案的缺點(diǎn)也非常突出，主要是雙剪梁型稱重傳感器的彈性
組件不是整體結(jié)構(gòu)，為雙剪切應(yīng)變梁、底座、螺釘、鋼球、壓頭等受力件組合的裝配式受力結(jié)構(gòu)，
這些組合件制造和裝配的不一致性，連接件之間的摩擦和位移都可以引起非線性和離散性；并聯(lián)組
秤的實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，在外載荷比較小時(shí)為正線性，當(dāng)載荷較高時(shí)負(fù)線性增大很多，準(zhǔn)確度很難
達(dá)到Ⅲ級(jí)秤的要求；由于鋼球傳遞載荷平移和旋轉(zhuǎn)的自由度小，當(dāng)承載器上稱重傳感器支撐點(diǎn)跨度
較大時(shí)，承載器受載和熱脹冷縮變形也較大，使鋼球沿球碗爬坡，離開對(duì)中準(zhǔn)確的中心點(diǎn)而產(chǎn)生稱
量誤差，并影響承載器回零；鋼球只具備引入和傳遞載荷功能，不能同時(shí)對(duì)承載器進(jìn)行定位限位，
因此必須另外設(shè)計(jì)縱向、橫向限位裝置，即增加了調(diào)試難度又提高了成本?；谏鲜鲈驓W美國(guó)家
的電子汽車衡制造企業(yè)不采用此種方案。
采用自動(dòng)定心承力傳力定位限位裝置的水平力抑制方法
自動(dòng)定心承力傳力定位限位裝置可視為將鋼球拉長(zhǎng)形成的一根雙球面搖擺支柱組件，它由雙球
面搖柱 1，O 形橡膠密封圈 2，圓筒形底座 3，聚四氟乙烯板 4 組成。各部分的作用是：
雙球面搖柱——一端與稱重傳感器彈性組件接觸，另一端通過圓筒形底座與承載器接觸，是自
動(dòng)定心承力傳力定位限位裝置的主要承力件，可在圓筒形底座內(nèi)自由擺動(dòng)。
O 形橡膠密封圈——使搖柱兩端球面即保持較好的清潔度又不限制其自由擺動(dòng)；同時(shí)還能起到
緩沖作用，避免雙球面搖柱與圓筒形底座直接碰撞，提高了搖柱工作的可靠性。
圓筒形底座——它與雙球面搖柱和 O 形橡膠密封圈組成密封腔，主要作用是定位，同時(shí)把垂直
力傳遞給稱重傳感器。
聚四氟乙烯板——主要作用是減小基礎(chǔ)底板和承載器之間的摩擦系數(shù)，保證自動(dòng)定心承力傳力
定位限位裝置自動(dòng)調(diào)位移動(dòng)的靈活性。該板還具有優(yōu)良的耐磨性、耐腐蝕性和絕緣性，從而也提高
了工作可靠性和使用壽命。