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分析电子地磅静态与动态两种计量技术

日期:2018/05/29 16:17
       本篇文章以静态电子地磅与动态秤两种计量方式进行了研究,首先全面分析了两者的技术指标、系统功能及技术特点,其次针对性的比较了静态电子地磅与动态秤产品,最后就静态电子地磅与动态秤的可行性进行了比较,并得出了动态称是现阶段计重领域最好选择的结论。 根椐相关数据分析:超载10%的货车对道路的损坏增加40%,一辆超载2倍的车辆行驶一次,对公路的损害相当于不超载车辆行使16次;一辆36吨的超载车辆对公路路面损坏程度相当于9600辆1.8吨的小汽车对道路造成的破坏。而且从车辆及驾驶员人身安全角度考虑,车辆超限超载运输处于超负荷状态,就会导致车辆的制动和操作等安全性能迅速下降,表现为轮胎变形爆胎、刹车失灵、转向器轻飘抖动,钢板弹簧折断、半轴断裂等、极易引发道路交通事故,同时也导致公路缩短路面使用年限。 分析详情如下所示:
地磅
       一、静态电子地磅分析
       1、静态电子地磅(或称静态秤、大板秤)技术指标 
       2、系统功能 
       3、技术特点 
       ① 静态称重与动态检测的完美集成 
       系统以在计重收费系统成熟应用多年的数据采集处理器为基础,集成了静态电子地磅称重仪表功能,车辆在完全驶上称重平台的同时,自动完成车辆称重、车型检测、数据上传等功能; 
       ② 应对车辆频繁冲击的解决方案 
       静态称重台采用分段设计,模块结构,由多个优质型钢组成的箱型梁结构的称重台板组合而成,全刚度设计,保证了车辆最大载荷的有效弹性变形,抵抗冲击、过载,确保了长期碾压得可靠使用。 
       传感器位置合理,搭接处传感器置中,消除了杠杆效应,保证偏载情况下传感器的均匀受力,增强了设备的防冲击能力。 
       称体连接采用半月板结构搭接,物理原理自动锁扣、调正。传感器上连接件(压板、球碗)与称体牢固焊接。 
       静态称重台每节称重台板都具有良好的拉杆限位装置,前固式安装,形成独特的防冲击结构,有效抵抗车辆对称重台的冲击。 
       ③ 应对车辆防滑的解决方案 
       静态称重系统的称重平台在称重平台上车辆左右轮胎碾轧的位置,各焊装有1米宽的纹饰钢板,有效防止车辆打滑或因称重平台表面结冰失去控制。 
       设备自身的防滑处理。称重平台引用成熟的喷砂防滑处理,去除氧化层,保证油漆附着力,采用有针对性的喷砂工艺,增加称重平台表面的摩擦力,使表面粗糙度(防滑)等级达到国标2.0级以上,并在喷砂处理的基础上涂防腐涂料防腐。 
       设备安装施工方面,由于安装称重检测设备而破损的路面恢复后,按照收费广场的规格,打较深的防滑线,起到较好的防滑效果。 
       ④ 应对超长车辆称量的解决方案 
       对于前后轴总长超过21米的车辆,采用以下方法进行静态称量,首先保证车辆前面几轴完全驶入称重平台后停下,车道计算机经授权操作后,主动向称重系统发送目前称重指令,称重系统将当前称重平台上的车轴数、总重检测数据发送给车道计算机,然后由现场管理人员引导车辆向前行驶,称过的轴全部驶出称重平台后,车道计算机再次主动向称重系统发送目前称重指令,系统能够将当前称重平台上车的轴数、总重检测数据发送给车道计算机,依次类推,直至称重系统上报的数据中含有车辆收尾信息,本次称重数据交换结束,车道计算机能够进行重量叠加和轴数叠加,对此车进行收费。 
       ⑤ 方便维护和清淤的解决方案 
       由于称重平台分段设计,每段称重平台的重量相对不是很重,不必用大型起吊工具,只用千斤顶等专用工具就能将称重平台吊起,利用设备自带专用传感器扳手,可方便拆卸传感器,和清淤,使设备的安装和日后的维护保养十分方便。 称重平台基础两侧预留有维修和清淤手孔,可方便人员进入对设备进行维护和清淤。 
 
       二、动态电子地磅秤分析
       1、动态称:(兼称动态称,不停车计重称) 
       针对收费车道特殊的使用环境,称重检测设备为上翻梁式称重台,内置高精度剪切梁式称重传感器,并采用专利结构设计,以满足系统长期可靠运行的要求。 
       ①主要技术指标 
       型号:DCS-30KⅡ 
       称重平台(宽度):普通车道3500 (mm) 
       超宽车道4200 (mm),可根据实际情况定做称重平台。 
       称重检测设备长度:1600mm 
       单轴额定载荷:30t; 
       最大过载能力:200%; 
       有效测量的速度范围为:0~30km/h,允许轮轴停在称重平台上; 
       静态精度: ○Ⅲ 级 
       静态总重量动态准确度等级:2级,误差≤±1% 
       单轴载荷和轴组载荷的准确度等级:D级 
       速度测量精度(没有明显加减速的前提下):车速在1~30km/h时,最大误差±5%。 
       轴间距测量精度(没有明显加减速的情况下):两轴:±0.30m。 
       工作环境: 
       温 度:-40℃~ +80℃ 
       相对湿度:0~ 95% 
       称重传感器防护等级:IP68 
       2、系统功能: 
       设备具有自诊断功能,发生故障时能通过软硬件发出故障信息; 
       系统随机提供起吊附件和液压千斤顶,不需要大型机械便可维修和清淤。 
       输出检测信息:轴型、胎型、轴距、联轴信息、轴重、联轴重量、总重、行驶状态代码等; 系统能够在无人值守状态下满足不间断全天候连续工作的需要; 
       系统在轮轴识别器故障情况下,可自动切换为称台识别轮轴程序; 
       单个车道计重系统的整体MTBF≥20000h; 
       单个车道计重系统的整体故障率<1% 
       设备准确度稳定性:设备标定周期≥1年 
       系统反应时间:≤5ms 
       系统的计量性能符合国家相关部门计量器具型式批准及制造许可规范要求。 
       3、技术特点 
       ① 搭接式动态化设计 
       动态秤台为两台面搭接式结构。搭接处采用35mm厚钢板弧面咬合方式。 
       在设计初期对动态秤台受力和车辆各种的行驶过程情况进行了大量实验与分析,搭接式设计使两台面达到面相互响应的效果,杜绝了由于路面不平、车辆刹车等情况对秤台造成冲击时相互挤压的情况发生,有效的保证了逻辑和精度的稳定性。 
       在动态秤及连接处的焊接处理上,采用了特殊的塞焊工艺,增加了秤体受力强度,提高了称台的使用寿命。 
       ② 高强度限位拉杆 
       动态秤采用了24cm大尺寸高强度的限位拉杆。 
       对动态秤进行了抗疲劳和抗冲击测试,为期8个月的测试结果证实,直径小于20cm的限位拉杆在重车冲击2~3个月后,会出现变形甚至断裂的现象,因此从设备的稳定性和安全性的方面考虑动态秤采用24cm的大尺寸限位拉杆。 
       ③先进的称重算法 
       针对动态秤台,确定了以小波变化和三角函数二次拟合的重量计算方法。大量实验数据证实该方法有效的减小了由于车辆振动和路面不平所产生的误差。 
       具体波形如图1所示。 
       根据动态秤台结构和连轴车结构特点,结合能量算法,开发出了连轴轴组重量计算方法。该方法在称量过程中无能量损失,并且加入了振动能量补偿,其轴组重精度优于单轴重量相加和得出的轴组总重的方法。 
       ④ 更高的精度 
       相对于单称台来讲,动态秤增加了数据采集通道(1600mm),传感器(6只)采集信号更丰富,经过数据采集器运算后,称重结果误差更小、准确度更高; 
       静态精度: ○Ⅲ 级 
       静态总重量动态准确度等级:2级,误差≤±1% 
       单轴载荷和轴组载荷的准确度等级:D级 
       动态称表现出了极好的精度与稳定性。 
 
       三、可行性分析总结 
       1、称量精度 
       静态电子地磅(或称静态秤、大秤)静态称重精度高,但在动态称重时,总重误差和轴重误差相对较差。 动态秤无论在静态称重、还是在动态称重上都具有较高的称重精度。 
       2、安装环境的适应性 
       云南省山区较多,公路收费站一般依地形而建,收费站车道一般都有一定坡度,由于静态电子地磅安装尺寸较大(长度可达21米,甚至更长),称重是在有坡度的设备上完成的,所以坡度对静态电子地磅的称重精度影响较大,而动态秤的设备相对较小,能适应收费站车道坡度的安装环境,所以坡度对动态秤的称重精度影响较小。 
       防作弊功能 
       静态电子地磅主要通过宽大的称重区域抵消非规范行驶对称量的影响,但车辆队列会对称重结果造成一定影响。 动态秤采用神经网络算法,结合动态称固有特性,能实现动态称重台所能实现的所有的防作弊功能,且防跳称、解决点刹车效果更好,试验证明,车俩在S型行驶时对称重没有任何影响; 
       设备成本、施工周期及施工成本 
       静态电子地磅不仅设备成本高、而且土建施工复杂,施工周期长,一般需20天左右,施工成本也很高。 动态秤设备不仅成本低,而且土建施工简单,施工周期短,一般需12天左右,施工成本相对较少。 
       系统稳定性 
       静态式计重收费系统在动态称重时容易G轴、车型容易判错,且无法处理车辆在车道内排队现象,需人工引导,一车一检,效率低。 
       动态式计重收费系统在动态称重时丢轴、丢车率很低,稳定性更高,能处理车道内排队现象,测量简单、快速,无需人为操作即可称重。 
       维护成本 
       静态电子地磅的称重区域扩大导致系统故障点增多,故障率相对较多,特别是静态电子地磅的本身故障率较高,故障维护时间长,维护成本高。 动态秤导致性能下降的故障点较少,故障率相对较少。维护时间短,维护成本低。 
 
       补充说明,通过以上分析可以看出,无论从称重精度、安装环境的适应性、防作弊功能、设备成本、施工工期、施工成本、系统稳定性及维护成本等等方面,动态称无疑是目前计重领域最好的选择方案。

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