动态车辆称重物理模型及提高称重准确度研究

　　0　引　言

　　我国高速公路为了遏制超限运输,普遍采用动态车辆自动衡进行计重收费。静态衡对车辆称重准确度为±0·5% ~±0. 1%,而动态衡进行轴称重累加求得整车总重量,准确度甚至达不到±3%。文献[1, 2]研究了车辆驶过秤台震动对称重的影响及其消除方法。文献[3]研究了车辆自身振动的影响及消除方法。本文提出了当重车通过长方形秤台时,长方向挠曲振动强烈(在一定车速范围内产生共振)影响动态称重准确度。对秤台长方向挠曲振动的影响及消除方法进行了研究。

　　1　三种振动干扰动态称重理论轴称重曲线见图1。

　　研究发现汽车驶过秤台存在3种振动:第一种是频率较高的机械振动(频率<200Hz):若称重传感器对它有响应,则在轴称重曲线上叠加着振动干扰,见图2。

　　第二种是车辆自身振动:轴质量与减震弹簧组合振动。重车轴质量大于10 ,t振动频率小于2. 5Hz,周期大于0. 4 s,车过秤台有效称重时间大多小于0. 4 s,这种振动影响很难消除。车辆快速或非匀速驶过不平路面时,振动强烈对称重影响很大;而车辆低速匀速驶过平整路面时对称重影响不大。第三种是秤台长方向挠曲变形振动:由于动态衡长>3m、宽0. 8 m。重车通过时,秤台中部挠度达到3~4mm。这种振动频率很低,低通滤波不能消除,对动态称重准确度影响很大,本文着重研究这种振动的影响和消除方法。

　　2　动态车辆称重的物理模型

　　长方形秤台称重时车辆垂直秤台长边通过(图3),秤台长方向发生挠曲变形为主要振动形式。秤台弹性变形等效刚度为k,见图4。秤台振动时,秤台等效质量m和车轴质量M等效于质量块,驶上秤台的轴重施加的力W=Mg产生阶跃载荷,破坏系统平衡引起振动,其主频率(基频)与车速有关,周期约等于轴通过秤台时间的2倍。当车速加快阶跃载荷主频率接近秤台挠曲振动固有频率时将引起强烈振动(共振)。设主谐波振幅为rMg, r为谐波系数(小于1),其圆频率为ω=2π/T,T为周期。若秤台还受到阻尼力(-a.y),则称重系统的物理模型见图4。质量块(m+M)受力图见图5。

　　3　分析讨论

　　3·1　质量块振动对称重的影响

　　由式(6),质量块振动对称重影响:第一阶段:车轴驶上称台,等同阶跃载荷Mg施

　　第二阶段:秤台挠曲到它对车轴的向上弹力大于Mg,质量块先向下作减速运动至速度为零,然后向上作加速运动到速度最大,此阶段¨y<0,W>Mg;第三阶段:从速度最大,向上作减速运动到速度为零,再向下作加速运动到速度最大,此阶段¨y>0,W

　　3·2　阻尼对称重的影响