公路新型称重设备的技术特点与发展趋势

公路新型称重设备的技术特点与发展趋势技术<TECHNOLOGY公路新型称重设备的技术特点与发展趋势郑州恒科实业有限公司谷建斌引言自2003年河南省,江苏省在全国范围内率先实行计重收费以来,目前全国已有超过24个省市,自治区先后实施了收费公路计重收费.动态车辆称重设备的使用越来越广泛,系统技术得以长足发展,稳定陛和可靠性与最初相比都有了很大提高.设备f应用也经历了几个阶段的演变,类型也扩展为系列化,包括轴载称重式固定式轴重仪,轮载称重式f弯板式,小台面台秤式,石英式等适应于多种应用场合的设备类型,为计重收费的实施和发展提供了有力的技术支持.称重设备应用现状随着应用的逐步深入,受设备安装现场场地,工程造价,气候环境等条件和要求的影响,以及设备的固有属性等技术短板,尤其是设备使用者个别司乘人员不遵守设备使用要求,采用压秤边,蹲秤,跳秤,S形,高速冲秤等特殊行车,甚至是垫钢板,千斤顶,遥控光幕,私改车辆增加悬浮轴等违法舞弊行为,致使车辆称量结果与实际不符,造成通行费漏收,而相关政策法规又对类似特殊行车无明确的界定标准,对舞弊行为缺乏管理监督机制,造成了许多纠纷和社会不稳定因素.设备供应商和业主也无奈地在各种设备类型之间进行切换,实际情况总是在解决了一方面的问题,又带来新的问题,设备类型的频繁切换也在投资,改建方面造成了大量的人力,物力浪费.因而,切实依据特定的地域环境和实际的应用需求,合理地选择公路称重设备显得尤为重要.同时,探索创建一套流程简单,高效快捷且无争议的计重收费管理模式成为运输经营者,设备供应商,研究机构和公路收费管理部门共同面对的课题.针对计重收费现状,需要寻求更加合理,完善的新型计重收费设备和管理模式.新型计重设备要有更高的称重精度,规避车辆的不规范驾驶行为,也要有更人性化的操作流程和稳定的计量可靠性,还要有简化的计量检定操作,从而促进计重收费发展,提高设备投资收益的公平,公正,合法.新型公路称重设备技术特点及其应用自计重收费实施以来,计重设备的应用经历了不同发展阶段,76W中国W新型的公路称重设备,尤其是开始于2COOj整车称重式计重设备的出现,与早期计重收费实施初期相比,无论是在设备结构和工作原理,还是在处理算潜13Tf按秤台承载计量方式的不同,新型计重设备分为整车称重式,轴载称重式,轮载称重式等,按设备核心感应元件或原理分为电阻应变计式,压电石英晶体式,压电薄膜式,压电陶瓷式,电容式和光纤式等.各种承载方式,传感器类型的计重设备都是依据不同的地域应用要求,特定的投资预算和使用需求而研制和实施,特性不同,适用范围也不尽相同.实际中已应用的计重设备主要是电阻应变原理和压电原理的整车称重式汽车衡,轴载称重式固定式轴重仪,轮载称重式弯板式轮重仪,一体化轮重台和压电石英式.一,整车称重式整车称重式计重系统就是整辆车完全驶上秤台,对车辆进行称量的计重方式.专门为公路,桥梁及渡口等车辆计重收费和超载检测而设计,称重设备针对公路收费出口的特定工况环境和使用需求而专业设计.由加强型高强度动静态整车称重秤台承载器(汽车衡),轮胎识别器,红外线车辆分离器,数据采集处理器,称重控制计算机和控制柜等设备构成,实现自动称重检测.系统可额外配置功能性外部设备以组成完整的称重控制区,协同控制以实现处理倒车及异常称重,判别车型及行车方向,诊断外设故障等更为丰富的可连续过秤的自动检测功能.见图l.整车称重检测系统的称量机理是车辆的全部质量行驶或保持在秤台上一次性称取总重,设备称量精度高,标定简单,有明确的国家标准和检定规程,大大减少了常见的蹲秤,跳秤,S图j整车称重式计重系统责任编辑张大伟形,高速冲秤等特殊行车对称重精度的影响,避免了称重传感器f系统干扰,从设备的称重机理上有效解决恶意违规行驶对称重精度的影响.整车称重检测系统的应用特点如下:l,智能型称重控制区建立了完整的智能型称重控制区,可有效识别所有驶入,驶出该区域的复杂的车辆行驶状态,轴数和重量.2,称重准,完全解决恶意违规驾驶行为对称重精度的影响从称重机理上解决了恶意违规行车对称量精度的影响,称重准确度高,称量结果可信,可靠.3,不改变现行收费流程现有收费系统无需改造,收费软件无需升级,从收费员的操作到司机的i秤流程,速度等均无需作任何改变.4,防尘,防滑,耐腐蚀工艺处理适应所有车型的表面防滑设计,并严格按照水工金属防腐蚀工作管理办法要求进行防腐处理,以适应磨损,尾气,霜,雨雾,散落腐蚀物及沿海腐蚀陛环境.s,完美处理车辆排队,跟车过秤等复杂过情况能够处理跟车过秤,倒车,半倒车,倒轴,半倒轴等正常车辆排队和人为异常的复杂过秤情况,轴组,轴重检测时序不混乱,轴数,总重,轴重检测准确.实现收费站排队缴费车辆无打扰的连续跟车计重,车辆无需在称重平台前端等待前车完全驶下称重平台后再进行称重缴费,系统的应用提高了站点的通行速率和广场的使用效率,缓解了收费站的交通拥堵.6,一次称重通过,称重无争议,减少拥堵,总体通行效率显着提高在不改变现行计重收费流程的情况下,货车的轴数,称重计量精确,无争议,避免多次复称往返倒车造成的收费站拥堵,大大提高了收费站的实际通行效率.7,社会效益,经济效应显着提高精确的称重结果避免了因司机争议导致的收费站交通拥堵,也避免了由于车辆违规行车造成的通行费漏收,促进了计重收费的和谐,有序开展,获得了良好的社会效益和经济效益.二,轴载称重式轴载称重式设备就是以称量汽车单轴载荷并累加计算整车重量的计重方式,是目前计重收费系统中应用最多,技术研究和改进最成熟的产品之一.新一代轴载称重式检测系统有单台面计重设备和主辅式计重设备两种类型,由30El2型高强度整体式秤台(承载器),轮胎识别器,红外线车辆分离器,数据采集和称重处理器及控制柜等设备构成,实现自动称重检测,可选配室内外显示屏,报警灯等.见图2.新一代轴载称重式检测系统针对轴载称重式设备应用中所遇到的问题,采用搭载轴承限位的高刚度设计秤台和一体化浇注安装的方式,采用了先进的系统原理和工作流程,全新设计了30El2型新一代称重秤台和新型高速数据采集和称重处理器,采集了更为丰富的多路前端数据信息,建立了完善的异常行车数学模型,强大的多任务操作系统加快了数据处理能力,增强了系统的分析,诊断和学习能力,保证了检测系统在应对复杂多变的现场应用的适应能力.图2新一代轴载称重式检测系统新一代轴载称重式检测系统的应用特点如下:l,精度更高根据近4000台(套)设备验证的数学模型和动态升级的称重算法,结合新型的高速数据采集处理仪表和多路前端数据模型,采用强大的多任务操作系统,进行综合分析和补偿,数据计算可靠,精度高.2,稳定采用浅基坑安装的箱梁式秤台结构,高度高,搭载全新的轴承限位,长期稳定性好.3,防作弊采用新一代高刚度秤台设计,智工作原理和流程,归纳了不同地区,不同车型车辆不规范驾驶的数据规律,建立了完善的异常行车数学模型,增强分析,诊断乖口学习能力,可只别跳秤,冲秤,S形等作弊行为,并给予补偿.4,安装维护方便一体化浇注安装,无需反复调整,独有倒装双桥式传感器,无需清理,维护更换方便,易行.三,轮载称重式轮载称重式设备一般由左右两块(个)称重秤台交错布置安装,通过对动态通过的汽车单侧轮胎称量,计算轴载荷,并累加计算整车重量.轮载称重式检测系统因其安装简单,快捷和免维护而获得许多应用场合的青睐,其应用往往需要设备供应商具备足够的综合技术研究力量和应用经验,要求秤台(传感器)对环境,场地,温度,湿度等的耐候性和适应能力更强,也要求更为先进和复杂的动态称重算法的研究和实施能力.相对于整车称重式和轴载称重式设备,大多数的轮载称重式设备安装进一步大大简化,秤台几乎无需维护.常见的轮载式称重设备有弯板式轮重仪,一体化轮重台和压电石英式动态衡,其中弯板式有平行弯曲梁式,弯曲平板式和剪3c孽技术<TECHNOLOGY图3轮载式称重设备切梁式3种结构,小弯板则实际上是一种单峰输出型的正应力弯曲板,其设备安装,软件算法和应用特点雷同于压电石英式动态衡.见图3.l,弯板式轮重仪弯板式轮重仪的传感器有平行弯曲梁式,弯曲平板式和剪切梁式3种应变原理和结构,平行弯曲梁式和剪切梁式传感器不受侧向力影响,全桥惠斯通电路,灵敏度高,横向偏载小;弯曲平板式单应力半桥电路,灵敏度低,边界效应大,横向偏载大;剪切梁式边界应力集中较大,安全系数小与长期稳定性互为矛盾;平行弯曲梁式双向纯应力,应力集中小,便于密封.弯板式轮重仪检测系统的应用特点:(1)安装简单,建设陕弯板设备组成简单,路面开挖小(宽GOOmm,深65mm),安装建设决,无需大型施工机具,施工周期短.适用于要求封道周期短的已开通收费车道的快速安装.(2)全密封安装,免维护弯板式为整体传感器,无机械限位,采用全密封安装,适应于我国地域维度大,南方梅雨季节长,湿度大,北方冰雪时间长,昼夜温差大fj勺气候特征.日常使用无需清理,保养,大大减少了设备维护工作量和运营成本.(3)高疲劳强度设计,刚度大,寿命长国内货车超载严重,车流量大,对称重弯板的抗疲劳强度要求更高.两端固支的平行弯曲梁式弯板传感器采用惠斯通全桥电路,保证了高疲劳强度设计的高灵敏度输出,极限破坏轴载荷大于l2O吨.(4)称重处理器稳定可靠,算法模型先进,成熟弯板称重模块(数据采集处理器)采用多路高速采集单元和模块化设计,32位系统架构,实时多任务,系统可靠,响应快.称重处理仪表采用独立的可视化仪表式设计,仪表可独立完成车辆信息的处理,显示,传输,检测,校准等功能,可摆脱计算机独立实现单机计重收费,自带看门狗电路,摆脱了工控机易死机,启动时间长等缺陷.多通道波形同步高速采集,仿真车辆过秤模型,保证可靠的称重精度,对车辆波形和外设状态综合分析,识别车辆S形等异常过车,还原轴载真实模型,并进行有效处理.78中W国W交W;警2,石英动态衡石英晶体式动态汽车衡由称重测量传感器,红外车辆分离器,控制器和显示器等组成.称重测量传感器主要完成车辆轮,轴的称重,速度检测,轴型判断等工作;车辆分离器用来进行车辆的分隔及提供开始,结束等信号;控制器用来处理来自于各传感器的信号,计算数据,把相关数据通过通讯方式送给计算机;根据需要配置显示器,动态显示称量车辆信息.检测系统架构简单,应用模块标准化,传感器安装快捷简单,石英晶体传感器工作性能稳定,无信号漂移,基本上不受温度变化的影响,在正常的使用要求下,能在恶劣条件下稳定工作.石英动态衡轮载称重式检测系统的应用特点如下:(1)易安装:浅层基础安装,开挖少,路面伤害小,施工周期短.(2)免维护:与路面融为一体的秤台传感器,无需垃圾清理等日常维护.(3)称重精度稳定:耐候性好,无温度和时间漂移,横向偏载一致好,固有频率高,称重准确度长期稳定可靠.(4)操作简单:系统架构清晰,双秤交错布置,双通道多路称重,采用智能型数据采集处理器,称重流程简单.公路称重设备发展趋势我国高速公路的发展和信息化建设步伐日益迅猛,不停车收费和智能化交通也要求公路称重设备不断跟上新的形势,为计重收费系统提供可靠的称重计量结果,并不断适应高速公路发展的要求,为前瞻性的高速公路信息化做好准备,新型的公路称重设备必须满足和具备如下要求:l,更加准确的称量结果.轴数,轴重和总重准确检测,胎型,轴型准确识别.2,完全解决车辆不规范行驶对称