介紹了汽車衡秤體的受力分析和計(jì)算方法，為汽車衡生產(chǎn)企業(yè)提供了秤體的設(shè)計(jì)依據(jù)。

1.引 言

汽車衡也被稱為地磅，是廠礦、商家等用于大宗貨物計(jì)量的主要稱重設(shè)備。汽車衡標(biāo)準(zhǔn)配置主要由承重傳力機(jī)構(gòu)（秤體）、高精度稱重傳感器、稱重顯示儀表三大主件組成。汽車衡作為稱重設(shè)備需要稱量大宗貨物，重量從幾十噸到幾百噸不等，因此必須選擇質(zhì)量可靠的秤體。

2.U 型梁秤體的結(jié)構(gòu)

一般來說，汽車衡秤體按制造材料可分為：全鋼結(jié)構(gòu)秤體、鋼架水泥結(jié)構(gòu)、鋼筋水泥結(jié)構(gòu)和不銹鋼砼水泥結(jié)構(gòu)秤體等形式。

全鋼結(jié)構(gòu)的秤臺(tái)是我國目前應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)形式，可以細(xì)分為槽鋼、工字鋼和 U 型鋼秤體。槽鋼是截面為凹槽形的長條鋼材，由于槽鋼的中部是空的，底部僅有兩道承重梁，所以承重性能較差。因此 U 型鋼在承重性能上比槽鋼更好些。U 型鋼是一種橫截面像英文字母“U”的鋼鐵。U 型鋼的底部是采用橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)較為合理。

本市某儀表衡器有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)電子汽車衡的民營企業(yè)，其原有系列產(chǎn)品 1-200t 電子汽車衡秤體結(jié)構(gòu)的橫向剖面如圖 1 所示。

從圖 1 可以看出，這種采用槽鋼結(jié)構(gòu)的秤臺(tái)，由于梁與梁之間的距離較大（約為面板寬度的 1/5），當(dāng)秤臺(tái)面板受到汽車輪胎施壓時(shí)，局部剛度不足，因此需要焊接橫向筋板來提高面板的局部剛度，還需要焊接底板來提高秤體的整體剛度。這種結(jié)構(gòu)的秤體，鋼材消耗比較大，另外由于有橫向筋板，槽鋼的縱向焊接就不能采取自動(dòng)焊接方式，工藝性較差，只能靠工人手工焊接，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)焊工的技術(shù)水平要求比較高。

為此，公司吸取了國內(nèi)外同行的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了 U型梁結(jié)構(gòu)秤體，這種秤體結(jié)構(gòu)的橫向剖面如圖 2 所示。與圖 1 的結(jié)構(gòu)相比，圖 2 結(jié)構(gòu)的秤臺(tái)，梁與梁之間的距離較小，約為面板寬度的 1/11，面板的局部承載能力得到很大的提高。因此，不需設(shè)置橫向筋板；由于 U 型鋼的兩側(cè)板都是承載主梁，在使用相同梁數(shù)的秤臺(tái)上，U 型梁秤體的實(shí)際承載梁數(shù)較槽鋼秤體的承載梁數(shù)增加了一倍，這就大大提高了秤體臺(tái)面的局部承載能力和秤體的整體剛度。U 型鋼、面板、端板梁組焊在一起，由于沒有橫向筋板和不封底板，全部采用連續(xù)焊接，便于采用自動(dòng)焊，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了制造工藝性和生產(chǎn)效率。

3.秤體的選取與計(jì)算參數(shù)的設(shè)定

雖然 U 型鋼結(jié)構(gòu)秤體有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于 U 型鋼并非標(biāo)準(zhǔn)型鋼，其截面慣性矩、抗彎截面模量等參數(shù)都無法在設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到，這就給秤體的整體剛度計(jì)算帶來不便。因此受該衡器公司委托，對(duì) U 型鋼結(jié)構(gòu)秤體作力學(xué)分析計(jì)算，希望能找出一種簡便快捷、準(zhǔn)確實(shí)用的秤臺(tái)剛度計(jì)算方法。

為了便于分析研究，我們選取了該公司典型的秤體（3m×16m、150t、4 節(jié) 10 支點(diǎn)、六梁結(jié)構(gòu)組合秤體）中的一節(jié)作為研究對(duì)象，并作以下設(shè)定：秤體中所有鋼為結(jié)構(gòu)鋼，材料均為普通碳素鋼 Q235，秤體臺(tái)面鋼板厚度為12mm，秤體主梁用 6mm 鋼板加工成 U 形狀，上口寬274mm，下部寬 148mm，U 型梁高 300mm，在秤體橫截面上布設(shè)六根 U 型梁。

根據(jù) GB/T7723-2008 《固定式電子汽車衡》國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)承載器最大相對(duì)變形量的規(guī)定，最大稱量為 120～ 150t 的汽車衡。在秤體中部 3m 長區(qū)域范圍內(nèi)，加載50t 的均布載荷，并假設(shè)單節(jié)秤體自重為 2.5t 也加載到秤體中部的限定區(qū)域內(nèi)，即秤體中部所受最大集中載荷值為 52.5t，均布載荷 q=525000/3=175000N/m，設(shè)定秤體為一簡支梁，縱長方向兩個(gè)支點(diǎn)的距離與單節(jié)秤體長度一致，即 4000mm。其它參數(shù)的設(shè)定：材料許用應(yīng)力［σc］為130MPa，材料彈性模數(shù)：E=200GPa，秤體許用剛度 fmax/l≤1/800。

3.1秤體截面 性矩及抗彎截面模量的計(jì)算

單根 U 型梁截面面積 Su，形心軸位置 Yu，慣性矩 Ju 的計(jì)算

經(jīng)過上述受力分析，秤體的最大拉應(yīng)力 σ 拉 = 130.4MPa 雖然略大于許用應(yīng)力［σc］=130MPa，但由于大的不多，且秤體的剛度 1/90.9 遠(yuǎn)大于許用剛度 1/80，綜合考慮，秤體還是合格的。

4.結(jié) 語

通過上述方法，可以很容易地對(duì)秤體進(jìn)行受力分析和計(jì)算，該衡器公司的工程技術(shù)人員，在其后的秤體生產(chǎn)設(shè)計(jì)中采用這種方法對(duì)秤體進(jìn)行計(jì)算分析、調(diào)整結(jié)構(gòu)，對(duì)合理利用材料和節(jié)約材料，起了良好的指導(dǎo)作用，滿足了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的需求。該創(chuàng)新項(xiàng)目取得了本市中小企業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金技術(shù)支持，在采用了 U 型梁結(jié)構(gòu)秤體以來，降低了鋼材消耗，減少了勞動(dòng)工時(shí)和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，產(chǎn)生了良好的環(huán)保和社會(huì)效益。