一种球轴式称重传感器和高速动态轴组秤及其称量方法

技术领域

本发明涉及称重装置技术领域，特别涉及一种球轴式称重传感器和高速动态轴组秤及其称量方法。

背景技术

传统轴组秤使用的称重传感器主要有以下三种结构：1、传感器弹性体一端固定，另一端自由受力的悬臂梁式结构；2、传感器弹性体两端固定，中间自由受力的桥式结构；3、垂直受力的摇柱式不倒翁结构。这三种结构的称重传感器受力端都是通过上、下球头或钢球进行力传递，秤体为浮动式自复位结构与基础框架的周边留有活动间隙，秤体下方设置撞顶或拉杆式水平限位装置，适合车辆静态或低速动态称重领域。

现有技术中的这三种结构的称重传感器运用到车辆高速动态称重时，车辆高速行驶通过秤体时产生很大的水平冲击力，秤体与传感器之间的活动力传递环节较多，造成秤体上下剧烈震动，促使秤体及传感器产生偏移，严重影响传感器的重量传递，达不到高速行驶的车辆载荷动态称重检测的精度要求，传感器及水平限位装置在频繁车辆的冲击下受损严重，使用寿命短，维护工作量大，从而使得这三种结构的称重传感器无法胜任高速行驶车辆称重检测的需要。

目前钢结构秤体，由于载货汽车频繁冲击或恶意冲磅引起的传感器预埋钢板松动、位移，以及钢结构秤体因季节气温变化，热胀冷缩产生很大的应力，导致很多硬性连接结构的称重传感器无法胜任称重要求，这些难题一直困扰着衡器行业内很多厂家而目前无法解决的难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中称重传感器及秤体存在的传力结构复杂，在高速车辆通过秤体时，容易导致秤台横向、纵向挠度变形，秤体偏移、振动产生的分力在，严重影响高速动态计量的精度，维修率高，使用寿命短等问题，而提供一种球轴式称重传感器和高速动态轴组秤及其称量方法。传感器的传力结构简单，无需另行设置秤体的水平限位装置，不会因为季节气温变化，热胀冷缩产生大的应力，能够有效克服秤台横向、纵向挠度变形，减小或避免秤体偏移、振动产生的分力和热胀冷缩产生的应力，有效提高了高速动态计量精度，设计合理，运行可靠，维修率低，使用寿命长。

本发明实现其第一个发明目的所采用的技术方案是：一种球轴式称重传感器，包括：

轴式弹性体，整体呈长轴结构设置；

传力球面，设置在轴式弹性体的中间位置，用于承载受力；所述的传力球面所在区域为承载受力区；

应变计，内贴在传力球面两侧的轴式弹性体内部，用于感应形变并传递输出形变信号，所述的应变计所在的区域为应变区。

该球轴式传感器，弹性体采用轴式弹性体，在轴式弹性体的中间位置设置有传力球面，传力球面用于承载受力产生形变，并通过设置在传力球面两侧的应变计感应形变进行信号输出。该球轴式传感器上的承载受力区可以直接传力，大大简化了球轴式称重传感器的传力结构，无需另行设置秤体的水平限位装置，特别适合高速车辆动态称重，高速车辆通过秤体时，有效克服了秤台横向、纵向挠度变形，减小了秤体偏移、振动产生的分力，有利于提高车辆的高速动态计量精度，设计合理，运行可靠，维修率低，使用寿命长。

作为优选，所述的轴式弹性体两端设置为固定支撑区，所述的固定支撑区所在的轴式弹性体上设置有轴支承平面，所述的轴支承平面上设置有固定连接孔。在固定支撑区设置轴支承平面用于实现对球轴式传感器的固定支撑，以实现通过承载受力区将秤体受到的力传递到应变区，并通过应变区的应变计感应信号，传递形变信号，实现精准计量。

作为优选，所述的传力球面的球直径大于轴式弹性体的轴径。传力球面的球直径大于轴式弹性体的轴径设计是为了方便力的有效传递以及在轴式弹性体上进行形变，实现精准计量。

作为优选，所述的轴式弹性体的端部设置有与应变计信号连接的信号出线。信号出线的设置方便将应变计感应的到形变及时输出。

作为优选，该球轴式称重传感器采用优质合金结构钢一体式制作而成。为了实现球轴式传感器的精准称量，减小称量误差，球轴式称重传感器优先采用优质合金结构钢一体式制作，当然分体式加工制作在满足精准称量要求的前提下也可以使用。

本发明实现其第二个发明目的所采用的技术方案是：一种高速动态轴组秤，采用所述的球轴式称重传感器。

该高速动态轴组秤，采用球轴式称重传感器，球轴式称重传感器的弹性体为轴式结构，两端轴支撑平面支承中间的传力球面，传力球面承载受力产生形变并通过应变区的应变计感应形变进行信号输出，实现直接快速传力计量；传感器承载受力区与秤体支承点直接承载受力，相互之间无活动间隙，大大简化了传感器的传力结构，无需另行设置秤体的水平限位装置，特别适合高速车辆动态称重，高速车辆通过秤体时，有效克服了秤台横向、纵向挠度变形，可有效减小秤体偏移、振动产生的分力，有利于提高车辆的高速动态计量精度，设计合理，运行可靠，维修率低，使用寿命长。

作为优选，还包括预埋在混凝土基础里的整体式钢结构框架底座、设置在整体式钢结构框架底座上的轴组秤体以及设置在轴组秤体下方的传感器安装传力组件。基础采用整体式钢结构框架底座预埋件，施工方便，可有效解决载货汽车频繁冲击或恶意冲磅引起的传感器预埋钢板松动、位移。轴组秤体采用球轴式传感器直接支承称重，球轴式传感器采用传感器安装传力组件进行固定并支承承载受力，解决了一直困扰着衡器行业内很多厂家的难题，不会因钢结构秤体因季节气温变化、热胀冷缩而导致很多硬性连接结构的称重传感器无法胜任称重的要求。

作为优选，所述的传感器安装传力组件包括传感器底座和用于力传递的秤体传力支座，所述的球轴式称重传感器呈梁式结构固定在传感器底座上并通过传力球面与秤体传力支座支承式连接。传感器安装传力组件主要包括用于固定球轴式传感器的传感器固定座和用于将轴组秤体受到的力直接传递给传力球面的秤体传力支座，使用时传感器固定座成对固定在整体式钢结构框架底座的钢板上，将球轴式传感器两端的轴支承平面进行固定，从而使得整个球轴式传感器呈梁式结构固定，从而使得从轴组秤体传递到传力球面上的力直接在轴式弹性体进行形变，从而实现快速传力应变感应。

作为优选，所述的秤体传力支座包括秤体固定点传力支座和秤体极限变位传力支座。设置秤体固定点传力支座是为了实现轴组秤体能够将力直接定点传递到传力球面上，而设置秤体极限变位传力支座是为了适应秤体热胀冷缩过程中力传递位置变化的需要，以确保不同季节不同温度都能够实现精准计量。

作为优选，所述的秤体固定点传力支座设置在轴组秤体的进秤端或出秤端，所述的秤体极限变位传力支座设置在轴组秤体的出秤端或进秤端。为了解决钢结构秤体因季节气温变化、热胀冷缩产生应力，导致很多硬性连接结构的称重传感器无法胜任称重要求的问题，在采用球轴式称重传感器的基础上，在轴组秤体的进秤端和出秤端分别采用不同结构的秤体传力支座。也就是说在轴组秤体的进秤端和出秤端分别采用不同的秤体传力支座，以避免秤体热胀冷缩产生的应力对计量的影响。

作为优选，所述的秤体固定点传力支座上设置有用于与球轴式称重传感器上的传力球面外球面配合的圆柱形传力轴孔，所述的圆柱形传力轴孔与传力球面形成秤体固定传力点。实现定点传力时，采用圆柱形传力轴孔与传力球面配合，使力的传递位置不发生变化，既实现了精准传力，也保证了秤体无需使用限位机构也不会产生位移。

作为优选，所述的秤体极限变位传力支座上设置有用于与球轴式称重传感器上的传力球面外球面配合的长腰形传力轴孔，所述的长腰形传力轴孔与传力球面形成适应秤体高低温极限长度变化范围调整传力点位置变化式传力。由于受气温变化，轴组秤体产生热胀冷缩变化，因此，为了减小或避免因热胀冷缩变化带来的计量误差，设计不同结构的秤体传力支座，秤体极限变位传力支座上采用长腰形传力轴孔进行传力，轴组秤体热胀冷缩引起的延长或缩短可在长腰形传力轴孔内线性移动，不会产生重力外的分力，能够有效提高计量精度。

作为优选，所述的传感器的传力球面分别与秤体固定点传力支座上的圆柱形传力轴孔和秤体极限变位传力支座上的长腰形传力轴孔配合传力，致使秤体垂直方向活动范围受限可有效减小载货车辆通过秤台面称重时产生的振动分力，进一步提高计量精度。

作为优选，所述的传感器底座成对设置且与球轴式称重传感器上的固定支撑区固定连接，使得球轴式称重传感器呈梁式结构设置。

本发明实现其第三个发明目的所采用的技术方案是：一种利用高速动态轴组秤的称量方法，包括以下步骤：

步骤 1：高速动态载货车辆从进秤端驶入轴组秤体；

步骤 2：车辆轴重载荷在进秤端通过与轴组秤体连接的圆柱形传力轴孔或长腰形传力轴孔传力给进秤端的球轴式称重传感器，传力球面承载受力，球轴式称重传感器产生形变，粘贴在轴式弹性体内部的电阻应变计阻值产生变化通过信号出线14输出信号并转换为与承载力大小成比例的电信号输出；

步骤 3：车辆轴重载荷在出秤端通过与轴组秤体3连接的长腰形传力轴孔或圆柱形传力轴孔传力给出秤端的球轴式称重传感器，传力球面承载受力，球轴式称重传感器产生形变，粘贴在轴式弹性体内部的电阻应变计阻值产生变化通过信号出线输出信号并转换为与承载力大小成比例的电信号输出；

步骤 4：进秤端和出秤端的输出的电信号在终端设备处理后以数字形式显示，得到精准称量值。

该高速动态轴组秤的称量方法，由于轴组秤体的两端至少有一端存在长腰形传力轴孔传力，因此，有效克服了秤体热胀冷缩产生的应力，秤台横向、纵向挠度变形对计量的影响。

减小秤体偏移、振动产生的分力，使得称量更加准确，运行更加可靠。

本发明的有益效果是：该球轴式传感器，弹性体采用轴式弹性体，在轴式弹性体的中间位置设置有传力球面，传力球面用于承载受力产生形变，并通过设置在传力球面两侧的应变计感应形变进行信号输出，大大简化了球轴式称重传感器的传力结构。该高速动态轴组秤，采用球轴式称重传感器，传感器承载受力区与秤体支承点直接承载受力，相互之间无活动间隙，大大简化了传感器的传力结构，无需另行设置秤体的水平限位装置，特别适合高速车辆动态称重，高速车辆通过秤体时，有效克服了秤台横向、纵向挠度变形，可有效减小秤体偏移、振动产生的分力，有利于提高车辆的高速动态计量精度，设计合理，运行可靠，维修率低，使用寿命长。基础采用整体式钢结构框架底座预埋件，施工方便，可有效解决载货汽车频繁冲击或恶意冲磅引起的传感器预埋钢板松动、位移。

附图说明

图1是本发明中球轴式称重传感器的一种结构示意图；

图2是本发明中球轴式称重传感器的俯视图；

图3 是本发明中球轴式称重传感器的一种左视图；

图4是本发明中高速动态轴组秤的一种俯视图；

图5是图4中A-A剖视图；

图6是图4中B-B剖视图；

图7是图6中C处放大图；

图8是图5中D处放大图；

图9是图6中E处放大图；

图10是本发明中传感器底座的一种结构示意图；

图11是本发明中传感器底座一种俯视图；

图12是本发明中传感器底座的左视图；

图13是本发明中螺母防转卡板的一种结构示意图；

图14是本发明中秤体固定点传力支座的一种结构示意图；

图15是本发明中秤体固定点传力支座的一种剖视图；

图16是本发明中秤体固定点传力支座的一种仰视图；

图17是本发明中秤体极限变位传力支座的一种结构示意图；

图18是本发明中秤体极限变位传力支座的一种剖视图；

图19是本发明中秤体极限变位传力支座的一种仰视图；

图20是本发明实施例3中高速动态轴组秤的一种结构示意图；

图中：1、球轴式称重传感器，11、轴式弹性体，12、传力球面，13、应变计，14、信号出线，15、承载受力区，16、应变区，17、固定支撑区，18、轴支承平面，19、固定连接孔；

2、整体式钢结构框架底座，

3、轴组秤体，31、进秤端，32、出秤端，

4、传感器安装传力组件，5、检修盖板，6、秤体钢管护边，7、混凝土基础，

8、传感器底座，81、传感器底座座体，82、螺母防转卡板，83、座体连接孔，

9、秤体传力支座，91、秤体固定点传力支座，91-1、固定点传力支座连接板，91-2、固定点传力支座座体，91-3、圆柱形传力轴孔，91-4、固定秤体连接孔；

92、秤体极限变位传力支座，92-1、极限变位传力支座连接板，92-2、极限变位传力支座座体，92-3、长腰形传力轴孔，92-4、变力秤体连接孔；

10、称重传感器固定螺栓，

20、秤体螺栓；F、秤体固定传力点位置，L、秤体高低温极限长度变化范围，a、低温称台长度缩短时传力位置，b、高温称台长度延长时传力位置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。本申请所说的前后、左右、两侧是根据车辆运行方向而描述的。

实施例1：

在图1、图2所示的实施例中，一种球轴式称重传感器，所述的球轴式称重传感器1整体呈轴式结构，优选采用优质合金结构钢一体式制作而成，包括整体呈长轴结构设置的轴式弹性体11、设置在轴式弹性体11中间位置的传力球面12，设置在传力球面12两侧的轴式弹性体11内部的内贴应变计13，本实施例中，应变计13采用电阻式应变计。所述的应变计13通过信号出线14引出信号。所述的传力球面12的球直径大于轴式弹性体11的轴径，以方便力的传递形变。

传力球面12所在的区域设定为承载受力区15，应变计13所在的区域设定为应变区16，而轴式弹性体11的两端分别设置为固定支撑区17。如图3所示，所述的固定支撑区17沿垂直方向的上下两轴面设置有轴支承平面18，在轴支承平面18上分别设置有垂直于轴式弹性体11轴线的固定连接孔19，用于实现球轴称重传感器的固定，方便将其应用到各种称量装置。

实施例2：

在图4、图5图6所示，一种高速动态轴组秤，其采用实施例1中所述的球轴式称重传感器1实现高速动态称量。

所述的高速动态轴组秤包括预埋在混凝土基础7里的整体式钢结构框架底座2、设置在整体式钢结构框架底座2上的轴组秤体3，以及设置在轴组秤体3下方的传感器安装传力组件4和安装在传感器安装传力组件4上的球轴式称重传感器1。在所述的传感器安装传力组件4上方与轴组秤体3平齐设置有可以打开的检修盖板5，在轴组秤体行驶方向两侧还设置有秤体钢管护边6。

所述的轴组秤体3呈水平方向设置在整体式钢结构框架底座2上，所述的轴组秤体3包括进秤端31和出秤端32，所述的传感器安装传力组件4沿行车方向设置在轴组秤体3的进秤端31和出秤端32，每端分别设置有两组传感器安装传力组件4，四组传感器安装传力组件4分别设置在轴组秤体3的四个角的下方。

每组传感器安装传力组件4分别包括传感器底座8和用于力传递的秤体传力支座9。所述的球轴式称重传感器1呈梁式结构固定在传感器底座8上并与秤体传力支座9支承式连接。

如图10、图11、图12、图13所示，所述的传感器底座8包括呈U字型倒置设置的传感器底座座体81和设置在传感器底座座体81下方的螺母防转卡板82，所述的传感器底座座体81的U型开口端与整体式钢结构框架底座2固定连接为一体。

在所述的传感器底座座体81上的沿垂直方向设置有座体连接孔83，每组传感器安装传力组件4中设置有两个传感器底座8，使得球轴式称重传感器1呈梁式结构固定。

传感器底座1与球轴式称重传感器1上的轴支承平面18对应设置，座体连接孔83用于与轴支承平面18上的固定连接孔19配合实现对球轴式称重传感器1的安装固定。每个球轴式称重传感器1通过四个称重传感器固定螺栓10进行固定，每个传感器底座座体81的下方均设置有螺母防转卡板82，用于实现对称重传感器固定螺栓10上的螺母防转限位，保证传感器使用的精准性。

所述的秤体传力支座9包括秤体固定点传力支座91和秤体极限变位传力支座92。所述的秤体固定点传力支座91设置在进秤端或出秤端，所述的秤体极限变位传力支座92设置在出秤端或进秤端。本实施例中，所述的秤体固定点传力支座91设置在进秤端，所述的秤体极限变位传力支座92设置在出秤端。在轴组秤体3的两端设置不同的结构的秤体传力支座，能够有效避免车辆行驶过程中由于水平力作用下秤体向另一端产生位移，影响称量精度的问题。

如图14、图15、图16所示，所述的秤体固定点传力支座91包括固定点传力支座连接板91-1和固定点传力支座座体91-2，所述的固定点传力支座座体91-2上设置有用于与球轴式称重传感器1上的传力球面12外球面配合的圆柱形传力轴孔91-3。在圆柱形传力轴孔91-3的垂直方向与传力球面12接触处形成秤体固定传力点位置F，在秤体固定传力点位置F处传力球面12与圆柱形传力轴孔91-3紧配合，实现定点传力。在固定点传力支座连接板91-1上设置有用于与轴组秤体3连接的固定秤体连接孔91-4。固定秤体连接孔91-4通过秤体螺栓20与轴组秤体3固定连接。

如图17、图18、图19所示，所述的秤体极限变位传力支座92包括极限变位传力支座连接板92-1和极限变位传力支座座体92-2，所述的极限变位传力支座座体92-2上设置有用于与球轴式称重传感器1上的传力球面12外球面配合的长腰形传力轴孔92-3。传力球面12与长腰形传力轴孔92-3配合，实现适应秤体高低温极限长度变化范围L调整变化式传力，当秤体在热胀冷缩过程中，传力球面12能够适时与低温称台长度缩短时传力位置a和高温称台长度延长时传力位置b配合，解决了秤台热胀冷缩时产生的应力对计量的影响，而且采用传力球面进行传力，传感器球面传力能克服秤台受力后挠度变形产生的应力，进行精准传力，实现精准称量。极限变位传力支座连接板92-1上设置有用于与轴组秤体3连接的变力秤体连接孔92-4。

如图7、图8、图9所示，使用时，轴式弹性体11的两端轴支承平面18固定在传感器底座8，而中间的传力球面12与秤体传力支座9支承连接，当车辆行驶过轴组秤体3时，传力球面12承载受力产生形变进行信号输出；球轴式称重传感器1上的承载受力区15通过与轴组秤体3连接的秤体传力支座9上的圆柱形传力轴孔91-3和长腰形传力轴孔92-3传力，球轴式称重传感器1的两端固定支撑区17各通过2只称重传感器固定螺栓10与焊接在基础预埋整体式钢结构框架底座2上的传感器底座8固定连接，球轴式称重传感器1与轴组秤体3在固定受力点和秤体高低温极限长度变化范围L内受力，相互之间无活动间隙，大大简化了球轴式称重传感器1的传力结构，无需另行设置秤体的水平限位装置，特别适合高速车辆动态称重，高速车辆通过秤体时，有效克服了秤台横向、纵向挠度变形，可有效减小秤体偏移、振动产生的分力，有利于提高车辆的高速动态计量精度，设计合理，运行可靠，维修率低，使用寿命长。

实施例3：

在图20所示的实施例中，一种高速动态轴组秤，其技术方案与实施例2基本相同，不同之处在于：所述的秤体固定点传力支座91设置在出秤端，所述的秤体极限变位传力支座92设置在进秤端。在轴组秤体3的两端设置不同的结构的秤体传力支座，能够有效避免行驶车辆过程中由于水平力作用下秤台向另一端产生位移，影响称量精度的问题。

实施例4：

一种利用高速动态轴组秤的称量方法，包括以下步骤：

步骤 1：高速动态载货车辆从进秤端31驶入轴组秤体3；

步骤 2：车辆轴重载荷在进秤端31通过与轴组秤体3连接的圆柱形传力轴孔或长腰形传力轴孔传力给进秤端31的球轴式称重传感器，传力球面11承载受力，球轴式称重传感器1产生形变，粘贴在轴式弹性体11内部的电阻应变计13阻值产生变化通过信号出线14输出信号并转换为与承载力大小成比例的电信号输出；

步骤 3：车辆轴重载荷在出秤端32通过与轴组秤体3连接的长腰形传力轴孔或圆柱形传力轴孔传力给出秤端32的球轴式称重传感器，传力球面11承载受力，球轴式称重传感器1产生形变，粘贴在轴式弹性体11内部的电阻应变计13阻值产生变化通过信号出线14输出信号并转换为与承载力大小成比例的电信号输出；

步骤 4：进秤端和出秤端的输出的电信号在终端设备处理后以数字形式显示，得到精准称量值。

该高速动态轴组秤的称量方法，由于轴组秤体的两端至少有一端存在长腰形传力轴孔传力，因此，有效克服了秤体热胀冷缩产生的应力，秤台横向、纵向挠度变形对计量的影响。

减小秤体偏移、振动产生的分力，使得称量更加准确，运行更加可靠。

上述实施例所述的球轴式传感器的弹性体为轴式结构，两端轴支承平面支承中间传力球面，传力球面承载受力产生形变进行信号输出；传感器上的承载受力区通过与轴组秤体连接的圆柱形传力轴孔或长腰形传力轴孔传力，大大简化了球轴式称重传感器1的传力结构，无需另行设置秤体的水平限位装置，特别适合高速车辆动态称重，高速车辆通过秤体时，有效克服了秤台横向、纵向挠度变形，可有效减小秤体偏移、振动产生的分力，有利于提高车辆的高速动态计量精度，设计合理，运行可靠，维修率低，使用寿命长。

上述实施例所述的高速动态轴组秤，轴组秤体3采用四只全新设计的球轴式传感器1支承称重，轴组秤体3进秤端31或出秤端32方向分别采用不同的秤体传力支座9，不同的秤体传力支座上分别设置的圆柱形传力轴孔91-3和长腰形传力轴孔92-3，采用不同的传力轴孔进行传力，轴组秤体3热胀冷缩引起的延长或缩短可在长腰形传力轴孔92-3内线性移动，移动距离为L，不会产生重力外的分力，有效提高计量精度。解决了一直困扰着衡器行业内很多厂家的难题：钢结构秤体因季节气温变化，热胀冷缩产生无穷大的应力，导致很多硬性连接结构的称重传感器无法胜任称重要求。基础采用整体式钢结构框架底座预埋件，施工方便，可有效解决载货汽车频繁冲击或恶意冲磅引起的传感器预埋钢板松动、位移。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本申请作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。