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介绍边界条件对地磅性能的五个影响

发布时间:2019-08-01 15:56人气:

本篇文章介绍了边界条件对电子地磅性能的五个影响,为什么会出现衡器偏载误差比较大、卸载后地磅不能回复零点、重载时称量误差增大等现象?经过近几年的观察和大量试验,认为原因主要是由于制造者忽视了边界条件影响所造成的。边界条件分别为位移边界条件和应力边界条件。比如,基础板太薄、基础高度差大、混凝土强度不足、混凝土充填不足、压头结构、结构刚度等都是属于位移边界条件影响;而承载器焊接变形、承载器连接处焊接变形等属于应力边界条件影响。五个影响如下所示:
图为地磅调试现场
一、位移边界条件影响
 
以前常规产品18m的承载器是三节台板,自从GB/T7723-2008标准对承载器相对变形量的控制要求之后,由于称重传感器销售价格与钢材价格的悬殊,不少制造商改为四节台板予以应对。这样就单块台板来讲,其刚度是提高了,变形量缩小了。这种设计,从表面上看是一种优秀的设计,但是其忽略了另一个方面的问题,即可靠性。当一个设备所采用的零部件越多,那么相对可靠性就会下降。这里同时增加了一对搭接结构、一对基础板、一对称重传感器,如果其中有一个部件没有被注意到,就有可能影响衡器的计量性能。
 
(1)对于由多块台板组成的承载器,其之间的连接方法,也是设计者应该注意的问题。为什么一些产品在现场出现塌台问题,就是因为该生产单位在设计和制造过程中,没有重视承载器搭接板的技术。
 
一类搭接板的形式,靠钢板先将承载器连接起来,再将称重传感器支撑在钢板的中间,如图1所示。
 
图为承载器搭接板
 
一类搭接头的形式,是将主台板由称重传感器支承起来,靠搭接头将副台板支撑住。目前有许多结构采用这种方式,如图2所示。
 
图为承载器接头
 
这些结构设计时,除了应注意各部位的焊接强度外,还应注意到与其相关联结构的强度。
 
在两块台板之间搭接板的数量,一般采用两块,因为如果连接的位置超过了两处,就会出现超静定现象。超静定现象的表现形式,就是汽车衡在称量过程中,称量示值数据总是在不断变化,重复性很难保证。也就是说,由于衡器边界条件的不断改变,其初始零点也在不停的改变,而初始零点的改变就直接影响到地磅回零的问题。
 
(2)基础板刚度不足或基础板底部混凝土充填不足等,也是产生位移边界条件影响的原因。当重载车辆的重载轴压到那个刚度差的基础板上方时,此点的称量性能必然会产生较大误差。
 
(3)称重传感器和压头的硬度不足时,一是会产生一定的位移变形;二是会产生永久变形。位移变形可能会影响的性能误差,而永久变形则是会影响称重传感器的恢复力矩,使地磅卸载后不能尽快回到零点。
 
(4)结构刚度是主要指大型地磅承载器的刚度。对于使用砝码测试时的均布载荷来讲,可能1/300左右的承载器也能通过称量性能的检定。但是此类结构的承载器不能满足实际使用时的要求,在很多情况下会被车辆压塌;即使不被压塌,也会因为变形量较大影响到地磅的称量性能。
 
二、应力边界条件影响
 
我们行业从生产机械地磅时代,就对铸件、焊接件、机加工件时产生的加工应力不太重视,由于机械地磅主要是装配结构,对加工应力所造成的计量性能影响不明显。进入电子地磅时代后,大型衡器的承载器大都是焊接结构件,开始采用型钢结构的大型地磅,采用的是断续焊接工艺,焊接应力对承载器整体结构的影响比较小;近年来U型梁结构的大型地磅承载器,由于采用连续焊接工艺,其焊接应力对承载器的影响就比较大。一些与之关联的部件(如搭接板、称重传感器垫板等)也由于应力产生结构变形,不但影响到产品的安装质量,而且直接影响到产品的计量性能。
 
三、承载器结构的设计

(一)提高支撑部位的刚度和强度承载器的刚度与强度要求,我们在GB/T7723-2008《固定式电子衡器》国家标准中,已经对其有了明确的规定。而一些支撑部位的部件结构,如基础板、搭接板、称重传感器垫板等也不能忽视,从上述“当70t以上车辆称量时,在中间位置称量的量值明显大于两端位置称量。而且,轴载越接近搭接处,称量误差越大”的情况,基本上可以判定为是由于这些部件设计或安装不当造成的。
 
(二)关于超静定问题影响除超静定是维持平衡所必需的约束之外,再增加一个或几个约束,也是一种边界条件。也正是由于GB/T7723规定了刚度要求,一些企业为了确保承载器的变形量小于1/800,将本来是三段的承载器改为四段,这样既保证了承载器的刚度要求,还减少了钢材的用量。但是,工程力学中的超静定问题随之出现。超静定在工程实践中是经常遇到的,本来汽车衡承载器就是一个超静定结构,我们在设计时是努力减少支撑点,以减少超静定问题对计量性能的影响。现在一些制造单位为了提高承载器的刚度,增加了承载器的支撑点,增加了边界条件的影响,反而更加影响衡器的计量性能。
 
(三)提高搭接板的强度从上述两个示意图表示的结构,我们可以很清楚地看出,搭接板的设计应该注意到与承载器整体性问题。搭接板不能仅仅焊接在承载器的端部横梁上,一定要与承载器的纵梁和横梁有效结合为一体。
 
四、焊缝强度的影响
 
在纵梁与面板之间的焊缝方面,因为焊缝比较长,焊脚的高度可以忽略。但是焊缝的结构必须严格控制,因为焊接电流过大,焊件间隙过大、焊接速度过慢造成的焊穿、焊漏不应该出现;咬边域称“咬肉”也是不能出现,咬肉不但减弱了基本金属的有效面积,还减弱了焊接接头强度,并且在咬边处形成应力集中,在承受载荷后有可能在咬边处产生裂缝。
 
五、用有限元法分析边界条件
 
有限元法最初被用来研究复杂的飞机结构中的应力,它是将弹性理论、计算机学和计算机软件有机地结合在一起的一种数值分析技术。目前,它在许多学科领域和实际工程问题中得到广泛的应用,因此,在工科院校和工业界受到普遍的重视。
 
由于单元可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸,所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件,再加上有成熟的大型软件系统的支持,它可以成为对多支撑点承载器结构数值计算方法。

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