无坑基地磅的称重平台设计小析
无坑基地磅具有技术稳定、投资省等优点，是目前国内应用较为广泛的工业用电子 衡器，本文以3*废钢秤为例对无坑基地磅在设计和应用中的技术难点，秤体受载时发生过大挠 度而影响使用精度及保证稳定性的问题进行总结和分析，对设计和安装过程中如何选择载荷点与 支座间的距离、秤体大梁材质选用等关键技术问题进行了分析。
1.引言
地磅是梅山公司大宗物料进出厂的主 要计量手段。梅山原有12台20?120 t的深 坑式地磅，在使用中，发现深坑式地磅虽 有检修比较方便、称重台面不易被垃圾卡住、 称重传感器不易受潮及称重台面和道路可以 设计成没有高度差等优点，但存在技术落后、 占地面积大、投资费用高等问题。为此逐步对 旧秤进行更新改造为无坑基地磅。新式无 坑基地磅与深坑式地磅相比具有设计、 施工、造价低及安装、检修方便等特点。其最 大优点在于对钢结构秤台从机械受力结构进 行优化设计，这样既确保了其秤台的刚度和 强度，又降低了秤台受力梁的有效髙度，使无 坑基地磅的综合性能更趋合理。由于综合 髙度降低可缩短引坡节约投资，减少占地面 积，可大大减少土建费用。现将梅山3号30 t 地磅为例介绍如下。
2.无坑基地磅的结构和设计
2.1电子平台秤结构
任何一台电子平台秤，均由土建基础、机 械结构、称重传感器和称重显示仪表四部分 组成。在冶金企业内，电子汽车秤和电子钢材 秤是较为典型的两种电子平台秤。其中地磅根据其基础形式的不同，可分为深坑 式、浅坑基和无坑基电子秤三种。电子平台秤 的机械结构一般包括称重台面、承载传力装 置、限位装置三部分。称重台面主要用来承受 载荷，并且通过承载传力装置把载荷重量传 递给称重传感器，它应有足够的刚度和强度 (下面详细介绍）。承载传力装置主要把载荷 准确地传递给称重传感器，正确、合理设计承 载传力装置，可以充分发挥称重传感器的精 度，对于不同类型的称重传感器，对承载传力 装置结构和要求也不同，下面就称重平台的 设计做一介绍。
2.2地磅称重平台设计
地磅通常有四只传感器支承着称重平 台（如果是双平台则由六只传感器支承）。由 于传感器对其受载荷的方向有着很高的要 求，所以对其传力机构即称重平台有着较高 的要求，不仅要求其有足够的强度，而且要有 足够的刚度，这样才可以减小称重台面在称 重传感器支承点上产生的转角。因为此转角 将造成载荷作用点位置的偏离和作用力方向 的改变，从而使称重传感器受到一个附加的 力矩和水平分力，这将影响称重传感器的工 作特性及计量准确度。为了确保称重量平台 在受载时不发生过大的挠度，根据电子平台 秤的实际应用，其刚度要求在最大载荷下产 生的挠度应小于称重台面两承重支点间距离的 1/1 000,即
可以看出，在载荷一定的条件下，挠度y与四 个参数有关，即材料的弹性模量￡,梁支座跨 度人，梁的惯性矩/,载荷点与支座间的距离6。
从C1)式可以看出，弹性模量E越大Y越 小；支座跨度即传感器两支承点间的距离入 越小则y越小；梁的惯性矩越大则Y越小，载 荷点与传感器间的距离6越小则y越小。弹 性模量￡取决于材料，弹性大的材料制作平 台，虽可降低挠度，但无疑会提高工程造价， 而且优质钢材的弹性模量与普通钢材的弹性 模量相差不大，因此采用提高弹性模量来降 低挠度是无意义的。
本文主要讨论通过减小载荷点#支座间 的距离来实现无坑基电子秤，减小载荷点与 支座间的距离6,可有效地减小梁的挠度y。
从地磅的受力分析可知，引起梁挠度 的载荷有两个：（1)梁本身的自重C为均匀分 布载荷）；（2)被称重物的重量（为集中分布的 载荷），通过对梁的受力分析可以看出，造成 挠度的主要因素是集中载荷即被称重物的重 量。集中载荷产生的挠度方程：
9 -/Tlei2 从（2 )式可看出，减小载荷点到支座间的 距离b可以有效地减小挠度Y。当6—0时，则 ^ax^0o此时梁仅有自重产生的挠度，因此 只需考虑梁的强度要求，从而可以设计成低 外形大梁，实现无坑基地磅。
如何实现载荷点与支点重合（6—0).可 利用双层梁的方案实现这一条件。其设计方 案是：在主梁下方设置一附梁（见图1)，主梁 支座即主梁与附梁间的连接点与传感器轴线 重合，对于附梁而言，载荷点与支点重合即6 —0，附梁仅承受自重，其挠度可以大大满足 电子秤的刚性要求，使用普通型材加工即可 满足。主梁因不与传感器直接接触.不用考虑 其刚性要求。设计时只需考虑其强a耍求。
下面根据上述理论设计一台30 t地磅 (以f废钢秤为例）。其中平台面积为3 m'，载荷h按130 %超载系数和1. 1倍的动 载荷系数。设计作为汽车秤使用。计算中前 后轮载荷按1 : 2分配。设计按图2所示。其 中人=10 000 mm ,b= 1 000 mm，其最大弯距 从_在1/2人处。计算如下：
最大载荷：尸2 = ^X1. 3X1. 1 = 42 900
kg;
主梁断面：/?>；/■/ = 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;
主梁惯性矩：/:，=(B//3—敁3)/12 =79 298 cm!；
抗弯断面模量：S= (/?/-厂一6/r’）/12 = 2 786
因主梁B较大，不考虑左右偏载问题。 前轮载荷：匕=1/2/3乂尸」：
后轮载荷：Ph = 1/2X2/3X/^;
代入已知数M2 = 385 649. 5 N ? m,
主梁的自重弯距（1/2 L t±)：M,v=l/8WL0 代入已知数Mu =40452, 4 N ? m, 则最大弯距：财max = M?+My = 426 098. 9 N ? m
主梁人/2处最大法向应力：amax = Mmax/S =152. 95 N/mm2
根据以上计算可以看出，使用一般的八3 钢材即可满足要求。另外根据挠度公式可求 出人/2处最大挠度：
max == ^qYy = 2- 43 cm0 验算在最大载荷下，主梁支座间距因梁
Q
烧度缩短为：厂= 2jOsin — = 999. 973 cm。
即主梁支座间距仅缩短了 0. 027 cm,附 梁载荷点仍可近视与支点重合，只受均勻分 布载荷，挠度仍可满足000要求。
从以上设计看出，一台30 t地磅，其主 梁高度仅为42 cm，至于附梁可按图1所示安 装在主梁下，即可实现无坑基地磅。
3.结语
无坑基电子秤目前已在梅山得到了广泛地应用，3#，4#8#9#10#地磅及1#，2#取样秤都是无坑基地磅。无坑基地磅在 梅山应用的近10年中，经多个周期的检定都 能达到三级贸易结算用秤的准确度，使用稳 定并保持原有精度，为梅山公司大宗物料进 出厂计量的准确性提供了可靠的保证。因为 用于贸易结算的电子秤精度的提高，直接影 响着公司的产品计量的准确性，以贏得更多 客户的信赖，维护公司在社会上的信誉。同 时，也大大地降低了投资和维修费用，降低了 生产成本。
