概述
公路车辆轴载质量超重已成为世界难题，当公路车辆轴载质量超过经济平衡点后，公路的建设和养护费用急剧增加。美国各州公路工作者协会（aahso）经试验研究提出车辆轴载质量对公路路面 破坏的“4 次方法则”即 式中：d—相对于标准轴载质量，车辆实际轴载质量对公路的破坏作用系数； w—车辆的实际轴载质量； w 0—车辆的标准轴载质量。 如果公路车辆设计轴载质量 w0 ＝ 10t，当行驶车辆的实际轴载质量 w ＝ 20t 时，对公路破坏作 用系数 d ＝ 16，其破坏作用是非常严重的，将使公路的路面出现龟裂、车辙、塌陷，较大幅度的增 加建设、养护、维修费用。对此世界各国都是通过限制公路车辆的轴载质量来控制。
英国、德国、荷兰、巴西等国限定轴载质量为10t，法国、西班牙、伊朗等国限定轴载质量为 13t，我国限定轴载质量为 10t。公路车辆轴载质量限制研究已成为一项倍受世界各国和地区以及一些国际组织普遍关注的技术性和政策性问题。规定车辆轴载质量的大小，检测监督轴载质量限制水平的高低，将对一个国家的交通运输乃至整个国民经济产生重大影响。我国是公路和高速公路里程均居世界第一的国家，由于公路和高速公路行驶的一些车辆轴载质量超重，特别是私自改装车辆严重超重，每年用于公路和高速公路的维修费用高达数亿元，因此必须有效的监督和控制行驶在公路和高速公路上车辆的轴载质量。与世界各国相同，我国也是采用轴计4 0 w d2 量方式检测监督公路车辆的轴载质量。
在公路车辆轴载质量检测监督装备的研制过程中，国内外工程技术人员一致认为传统的零部件组装式承载器结构，已满足不了动态轴重秤的要求，必须寻求另外一种发展方向，走出一条新路，这就是变零部件组装式承载器结构为集成化整体式承载器结构。近年来，我国许多电子衡器制造企业投入大量人力、物力研究设计出高度低、重量轻、刚度大、响应快的集成化剪切式或弯曲式轴重秤。关于集成化剪切式轴重秤，笔者在“集成化电子衡器的结构设计与理论计算”（“衡器”杂志 2002 年增刊）中，对剪切板弹性元件的结构、特点、力学模型、应变区max剪应力与max弯曲应力、应变截面上拉应力与压应力的合力等都进行了分析与计算。本文重点介绍集成化弯板式轴重秤的结构、特点与力学原理，在受力分析的基础上确立数学模型，推导弯板弹性元件的理论计算公式。
全桥弯板式轴重秤
集成化全桥弯板式轴重秤是由弯板弹性元件、承载框架、端部压板、紧固螺钉等构成。其核心部件弯板弹性元件，是在一块长条形合金钢板上靠近两个长边缘处，对称的加工出四条应变槽，从纵向形成两端固支中心承受集中载荷的弯曲梁。单轴型电阻应变计以每四片为一组，沿纵向分别粘贴在四个槽内的多个截面上。每个粘贴电阻应变计的截面都形成一个两端固支中心承受集中载荷的弯曲梁，即整个弯板弹性元件可看作是n 根平行排列的弯曲梁。公路车辆行驶在弯板弹性元件测量区 域内任意弯曲截面，检测的轮载质量不变，其力学原理是每个弯曲梁上的四片电阻应变计的总应变 值(∑εi ) 在测量区域内保持不变。
力学模型
由于弯板弹性元件的两个端部支撑通过压板用螺钉紧固在框架上，当框架放入公路基础坑内时，要求严格调整框架的位置和水平度（保证框架上表面与车道路面在同一水平面上），再用水泥堵好框架内侧的缝隙，接着将按一定比例调好的环氧树脂填充料灌满框架底部的缝隙。因此可将弯板弹性元件看成是由n 根平行排列的中心承受集中载荷、两端固支的弯曲梁组成。为便于分析和简化计算， 取出其中一根弯曲梁进行分析，它的受力形式为中间受一集中载荷 p1 ＝ p/n 的双端固支梁。其力学 模型如图 2 所示。
半桥弯板式轴重秤
1.半桥弯板式轴重秤结构特点半桥弯板式轴重秤与全桥一样，其核心部件依然是弯板弹性元件，配以定位及固定框架、上部两侧压板和紧固螺钉。半桥弯板弹性元件结构与全桥弯板弹性元件结构基本相同，只是减少了两个应变槽。其特点是结构简单紧凑，高度低、重量轻；弯曲应变梁的宽度小，弯板的整体刚度大，固有频率高，动态响应快；抗冲击耐疲劳性能好，使用寿命长；无机械传动和相互摩擦部件，工作可靠性高、稳定性好；多层密封，除在长盲槽内用聚氨酯灌封胶密封外，还将整个弯板弹性元件进行硫化橡胶密封，具有极高的防潮、防水、防盐雾、防腐蚀、防冻能力；路面基础浅，施工简便、快捷、成本较低，安装时只需在原有的路面上挖10 ～ 12cm 深槽即可。
半桥弯板弹性元件的设计与计算半桥弯板弹性元件是在全桥弯板弹性元件的基础上，在两个支撑处各减少一个应变槽而形成的。其目的是减少弯曲应变梁的长度，增大弯板弹性元件的整体刚度，以提高固有频率和动态响应速度。其半桥弯板弹性元件结构简图和电阻应变计粘贴位置如图5 所示
结束语
20 世纪 90 年代初期，德国衡器专家认为在一些小型化、特种用途的电子衡器结构设计中，零部 件组装式承载器结构已经走进了死胡同，几乎走到了尽头，必须创新设计理念才有出路。面对新的 应用领域，要求设计人员在一些小型化、特种用途电子衡器的结构设计中，大胆寻求另外一种发展 方向，即向着减小尺寸、减少零部件、节省空间、便于生产、降低成本的方向发展。
实现上述要求必须走出一条新路，即变零部件组装式承载器结构为集成化、整体式承载器结构。这种新的设计理念，首先在公路车辆静、动态电子轴重秤的研发与应用中得到充分体现。便携式静、动态公路车辆轴重秤结构改进与创新的发展历程，充分展示了这种新的设计理念：20 世纪 60、70 年代为零部件组装式承载器结构； 80 年代为承载器与称重传感器一体化结构；90 年代为承载器、称重传感器、支撑集成为一块剪切或弯曲板的整体式结构； 21 世纪将集成化剪切、弯曲型称重板用于公路车辆超限智能检测系统中。 其中，弯板式轴重秤虽然测量的是车轮压在弯板弹性元件上的弯曲应力，但在结构原理和组桥方 法上保证了电阻应变计的总输出为一常数。
由于结构设计技术的进步、制造工艺水平的提高，使弯板式轴重秤的计量准确度、允许车辆行驶速度和工作寿命都有较大提高，因此能在公路车辆轴重超限高、低速检测监督系统中得到较普遍的应用。