CN101738244A - 公路车辆的车轮和/或车轴载荷的测量 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及公路车辆的车轮和/或车轴载荷的测量。具体地，本发明提供了一种改进的动态称重仪。稍微增加可柔性变形的薄板系统中的上部可柔性变形的金属板的厚度，连同改变载荷测量单元的横向位置，提供了改进的动态称重仪，与先前已知的动态称重仪相比，其能够称重基本上更重的载荷。在使用时，当重量施加至动态称重仪时，上部可柔性变形的金属板弹性弯曲。因此，应变计提供改变的电阻值，其与柔性元件的弯曲以及所施加的重量成比例，以产生信号至惠斯通电桥电路，此后，从该惠斯通电桥电路提供输出信号，所述输出信号与施加至上部可柔性变形的金属板的力成比例。
Description
技术领域
本发明涉及用于公路车辆的车轮和/或车轴载荷测量的动态称重仪(weigh-in-motion scale)。更特别地，本发明涉及利用载荷检测结构的动态称重仪，所述载荷检测结构用于产生指示动态称重仪上的载荷的电信号。
背景技术
车轮和/或车轴载荷测量板对于本领域而言是已知的，其利用一个或多个应变计，所述应变计与响应于测量板的变形的适当电路相连，用于发信号、指示、记录或存储车轮或车轴载荷。此外，使用固定至可偏转的测压仪的应变计传感器的轮重仪是已知的。然而，现有技术的称重仪中使用的测压仪的特定结构、测压仪在这些称重仪的壳体结构中的布置以及这些现有技术的称重仪装置的动作或非动作元件之间的协作，通常导致复杂且庞大的轮重仪，在许多使用条件下，这是不准确且不可重复的。
在一个已知的此类车轮载荷指示器中，在一对凹口的环形扩张部分之间形成幅板，并且应变计固定至这些扩张部分的相对的壁，即，固定至两个相对的幅板壁。凹口自身是封闭的。
在另一个已知的车轮载荷指示器中，在凹口之间形成幅板，凹口是槽状设计，其起始于板的侧边。在板的上表面的平面内，应变计固定至幅板。利用这样的装置，仅可以确定通过车轮加载至板的弯曲应力。
L Pietzach的于1978年7月4日颁布的美国专利US 4,098,365“用于道路车辆的车轮或车轴载荷的测量的装置”提供了一种用于测量道路车辆的车轮或车轴载荷的装置。所述装置包括一块板，所述板在选定的点处沿着其外围支承，或者是通过框架中的锋边支承。至少两对金属丝应变计沿着板的两条假想线设置，并且，它们在空间上隔开一定的距离，所述距离大于板上车轮的接触区的长度。各对金属丝应变计包括一个在车轮移动方向上即垂直于假想直线延伸的金属丝应变计；以及一个与之平行的金属丝应变计。
在此总体领域中的其他专利包括下列美国专利：
L Peitzsch的于1982年6月8日颁布的美国专利US 4,333,543“用于道路车辆的车轮或车轴载荷测量装置”；
Ing Ludwig Pietzacc GmbH&C0公司的于1986年10月14日颁布的美国专利US 4,616,723“车轮载荷指示器”；
W.P.Kroll等人的于1988年10月4日颁布的美国专利US4,775,018“载荷测量单元组件”；和
R.W.Hitchcock的于1989年7月18日颁布的美国专利US4,848,493“用于称重装置的载荷检测结构”。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种这样的动态称重仪，与以前已知的动态称重仪相比，该动态称重仪能够称重更重的载荷。
本发明是基于如下令人惊奇的发现：通过稍微增加弯曲板的厚度，连同改变测压仪的横向位置，可以提供改进的动态称重仪，与先前已知的动态称重仪相比，其能够精确地称重更重的载荷。
发明描述
因此，在一个宽广的方面，本发明提供了一种动态称重仪，其包括：用于安装在车道的路面中的长方体形框架，以及固定在所述框架内的可柔性变形的薄板系统。可柔性变形的薄板系统具有长方体形状，并且包括相关元件的组合。所述元件包括上部可柔性变形的金属板和底部或下部金属板，在两者之间具有一中空的容积。上部可柔性变形的金属板的厚度为大约0.604英寸至大约0.756英寸。底部或下部金属板包括至少两个平行的纵向延伸的应变计通道，各应变计通道与底部或下部金属板的中心线相隔一定距离，该距离为从底部或下部金属板的中心线至底部或下部金属板的相应的纵边之间的距离的大约52％至大约54％。一个或多个应变计以环境上相隔离的方式结合在与之相关的一个纵向延伸的应变计通道内，同时，所述应变计能够移动。在底部或下部金属板内还设置有至少两个横向延伸的交叉通道，该横向延伸的交叉通道提供导管。包括电力通信电线或电缆的一个或多个线束可操作地与一个或多个相关应变计相连，各线束固定在一个相关的横向延伸的交叉通道内，其固定方式使得隔离和保护所述电力通信电线或电缆使其免于环境作用。电力通信电线或电缆电气连接至电桥电路例如惠斯通桥电路中的一个或多个应变计，以提供输入信号至电桥电路。
本发明的特征
本发明的特征包括以下：
上部可柔性变形的金属板包括厚度为大约0.720英寸的钢板。
每个应变计通道与所述底部或下部金属板的中心线被隔开一定距离，所述距离是从底部或下部金属板的中心线至底部或下部金属板的相应的纵边的距离的大约53％。
底部或下部金属板包括薄钢板，其厚度大于上部可柔性变形的金属板的厚度。
各应变计被封装在橡胶腻子内，该橡胶腻子例如塑料腻子、丁基橡胶腻子、聚氨酯橡胶腻子、环氧橡胶腻子以及硅橡胶腻子，因此其以在环境上受到保护的方式被固定在与其相关联的纵向延伸通道内，优选地，其中一个或多个应变计进一步包括由适当的弹性材料制成的第一下层，所述第一下层叠置在各相关的应变计的上方；以及由适当的弹性材料制成的第二上层，所述第二上层封装各相关的应变计。
各线束封装在橡胶腻子内，该橡胶腻子例如，塑料腻子、丁基橡胶腻子、聚氨酯橡胶腻子、环氧橡胶腻子以及硅橡胶腻子，从而以在环境上受到保护的方式被固定在与其相关联的横向延伸通道内，优选地其中它的上表面包括橡胶腻子顶面，所述上表面被箔带覆盖，并且，在环绕位于各应变计通道上方的箔带的区域中，在底部或下部金属板的上方包括橡胶涂覆层，其中在环绕箔带的区域中，橡胶涂覆层位于金属板的上方，所述箔带位于横向延伸的交叉通道的上方，并且，优选地，其中一个或多个线束中的每个线束支承在由适当的弹性材料制成的第一下层上，并且，由适当的弹性材料制成的第二上层封装各相关的线束。
适当的弹性材料包括橡胶腻子，例如，塑料腻子、丁基橡胶腻子、聚氨酯橡胶腻子、环氧橡胶腻子以及硅橡胶腻子。
底部或下部金属板包括倾斜的通道，导电电线或电缆通过倾斜的通道电气连接至线束。
可柔性变形的薄板系统的横边垂直于上部板，优选地，其中可柔性变形的薄板系统的横边成斜角，以在所述底部或下部金属板处合并为平面纵向延伸的边。
通过本发明的另一个特征，可柔性变形的薄板系统通过弹性材料优选为由NeopreneTM制成的衬垫结合至基本上呈长方体形的框架，或者，可柔性变形的薄板系统被弹性材料优选为NeopreneTM封装。
在运行中，当重量施加至动态称重仪时，上部可柔性变形的金属板弯曲，其中弯曲程度指示所施加的重量，以及将力施加至应变计，该应变计因此产生改变的电阻值，该改变的电阻值指示柔性元件的弯曲以及所施加的重量。优选地，金属板的弯曲是弹性的，并且，改变的电阻值与弯曲程度以及所施加的重量成比例。这产生输入信号至惠斯通电桥电路，然后，从所述惠斯通电桥电路产生输出信号，所述输出信号指示施加至上部可柔性变形的金属板的力的大小，并且优选地，所述输出信号与之成比例。这提供所施加的重量的数值。
附图说明
在附图中：
图1是本发明的一个实施例的动态称重仪的立体分解图，其示出了框架和可柔性变形的薄板系统，板系统固定在框架内部；
图2是本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统的顶、右侧轴测图，该侧与电缆入口侧相对；
图3是本发明的一个实施例的电缆入口侧处的可柔性变形的薄板系统的顶、左侧轴测图；
图4是本发明的一个实施例的电缆入口侧处的可柔性变形的薄板系统的左、底轴测图；
图5是本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统的顶平面视图，其与电缆入口侧相对，示出了上部可柔性变形的金属板的结构；
图6是本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统的下部板的通过横向延伸的交叉通道的剖面图；
图7是本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统的下部板的通过纵向延伸的应变计通道的剖面图，示出了在纵向延伸的应变计通道和线束之间的结构关系；
图8是本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统的下部板的通过纵向延伸的应变计通道的剖面图，其示出了纵向延伸的应变计通道中电线束和应变计之间的结构关系；和
图9是惠斯通电桥电路的示意图，其形成本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统的一部分。
具体实施方式
图1的描述
如图1所示，本发明的一个实施例的动态称重仪10包括基本上呈长方体形的框架12，所述框架12包括这样的装置，例如垂直安装臂14，以将框架12固定在路面(未示出)内。本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统20(所谓的BENDING PLATETM SYSTEM)也是基本上呈长方体形。下文中将对其进行更详细的描述。此视图示出了上部可柔性变形的金属板16、下部或底部金属板24、导电电线或电缆58以及纵向延伸通道52。
图2、图3和图4的描述
如图2、图3和图4所示，本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统20嵌入基本上长方体形的板16、24中，在板16、24之间具有中空且窄的空间或容积15(如图1最好地所示)。因此，基本上长方体状的系统20包括上部可柔性变形的金属板16，(参见图2和图3)，所述板16可以被形成为薄钢板，例如，轧制薄板，或者是铝合金AlZnMgCu的板，其厚度“A”为大约0.604英寸至大约0.756英寸，优选地，为大约0.720英寸。其比现有技术的动态称重仪的上部可柔性变形的金属板更厚，后者的厚度一般为大约0.5英寸。此厚度差，连同应变计82(下文将对其进行描述)与本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统20的纵边23(下文将对其进行描述)之间的横向距离“B”，会导致本发明所提供的改进。此上部可柔性变形的金属板16包括至少两个纵向延伸的浅通道22，该浅通道22叠置在纵向延伸的应变计通道52(下文将对其进行描述)上。底部或下部金属板24(参见图4)也可以由形成上部可柔性变形的金属板16的相同的金属形成。此底部或下部金属板24包括至少两个纵向延伸的底通道23，所述底通道23设置在纵向延伸的应变计通道52(下文将对其进行描述)下方。可柔性变形的薄板系统20的横边26垂直于上部可柔性变形的金属板16，同时纵向延伸的边28在30处成斜角，以在底部或下部金属板24处合并为平面纵向延伸的边32。电气接头31设置在横边26和纵向延伸的边28之间的接合处，以允许连接至应变计82。
图5和图6的描述
如图5和图6所示，底部或下部金属板24包括至少两个纵向延伸的应变计通道52，应变计82固定在其内部(以如图8所示的方式)。
应变计通道52每个与底部或下部金属板24的中线″C″间隔开距离″B″，所述距离″B″为从底部或下部金属板24的中线″C″朝其纵边28之间的距离的大约52％至大约54％，优选为大约51％。换句话说，如果从中心线″C″至纵边28的距离是100％，那么从中心线″C″至应变计通道52的距离为从中心线″C″至纵边28的距离的大约52％至大约54％，优选为大约51％。
例如，对19.961英寸宽的下部金属板24，应变计通道52与底部或下部金属板24的中心线“C”之间相距5.316英寸。
图5还示出了斜向通道56，其将管59以及与其相连的电气接头31(参见图3)连接至纵向延伸的通道52。
通过比较本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统20的临界尺寸与现有技术的临界尺寸，得出如下结果：
本发明的实施例的可柔性变形的薄板系统的临界尺寸
下部金属板24的宽度是19.961英寸；
应变计通道与下部金属板的中心线″C″之间的间隔“B”是5.316英寸；以及
上部可柔性变形的金属板16的厚度是0.720英寸。
现有技术的可柔性变形的薄板系统的临界尺寸
下部金属板的宽度是19.961英寸；
应变计通道与下部金属板的中心线“C”之间的间隔“B”是4.941英寸；以及
上部可柔性变形的金属板的厚度是0.630英寸。
最大可测重量如下：
对于本发明的实施例的可柔性变形的薄板系统
15吨/车轴+10％
对于现有技术的可柔性变形的薄板系统
10吨/车轴+10％
因此，通过仅仅稍微增加弯板的厚度，同时对载荷测量单元的横向位置加以改变，本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统20提供了对现有技术料想不到的显著(即大约50％)的改进。
图7的描述
如图7所示，底部或下部板24的各纵向延伸通道52容纳相关的线束72。各纵向延伸通道52包括由适当弹性材料制成的第一下层74，该弹性材料例如橡胶腻子，例如NeopreneTM(Neoprene是DuPont公司关于其聚氯丁烯合成橡胶的商标)。各线束72支承在此由适当的弹性材料制成的第一下层74上，并且随后通过由适当的弹性材料比如橡胶腻子，例如NeopreneTM制成的第二上层76封装。底部或下部金属板24在纵向延伸通道52的区域中通过例如NeopreneTM的弹性材料层78保护。由适当的弹性材料制成的第二上层76被箔带79覆盖。环绕箔带79的区域通过由适当的弹性材料制成的层78覆盖，该弹性材料比如橡胶腻子，例如NeopreneTM。
本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统20通过弹性材料结合至基本上呈长方体形的框架12。例如，其可以通过由NeopreneTM橡胶制成的下衬垫74实现。可选地，本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统20可以通过NeopreneTM橡胶封装(未示出)。这两个弹性材料封装层74、76称为环境保护层73。其防止水分和灰尘的进入。
图8的描述
如图8所示，各纵向延伸的应变计通道52容纳应变计82以及导电的引线或电缆88，以及与其相关联的线束72。各纵向延伸的应变计通道52包括由适当的弹性材料制成的第一下层86，该弹性材料比如橡胶腻子，例如NeopreneTM。各应变计82支承在纵向延伸的应变计通道52的底部上，并且，被容纳在由适当的弹性材料制成的此第一下层86内，该弹性材料比如橡胶腻子，例如NeopreneTM。导电的引线或电缆88被容纳在此第一下层86内，并且，其可操作地与应变计82相连。各应变计82和与其相联的导电的引线或电缆88被由适当的弹性材料制成的第二上层90包围，该弹性材料例如橡胶腻子，例如NeopreneTM。下部金属板24在各纵向延伸通道52的区域中被例如NeopreneTM的弹性材料层78保护，同时，由适当的弹性材料例如NeopreneTM制成的第二上层76被箔带79覆盖。
这两个弹性材料封装层86、90称为环境保护层81。这防止水分和灰尘的进入。
因此，概括地说，应变计82结合至底部或下部金属板24的纵向延伸通道52的光面金属。应变计82封装在例如NeopreneTM的橡胶腻子86内，其不会防碍应变计82的运动。底部或下部金属板24还包括两个纵向延伸通道52，线束72固定在其内部。线束72也封装在例如NeopreneTM的橡胶腻子76内。此外，下部金属板24包括倾斜通道56(如图5所示)，来自电信号接收腔的导电引线或电缆58通过所述通道56连接至线束72。
图9的描述
如上所述，图9是惠斯通电桥电路100的示意图，其形成本发明的一个实施例的可柔性变形的薄板系统20的附属部分。此图中的电阻值如下：
R1-R14：12欧姆应变计；
R15-R18：33欧姆；
R19，R20：84欧姆；以及
R21，R22：阻性电线(零位)
根据本发明的一个实施例，测量的电桥电阻如下(单位为欧姆)：
-INPUT +INPUT -OUTPUT SHIELD BODY
+INPUT 9720+/-20 6960+/-20 6960+/-20 OL OL
-INPUT 6960+/20 6920+/20 OL OL
+OUTPUT 8400+/-10 OL OL
-OUTPUT OL OL
SHIELD OL
在使用时，当将重量施加至动态称重仪10时，可柔性变形的薄板系统的上部可柔性变形的金属板16弯曲，并其变形指示所施加的重力，优选地弹性弯曲，以致变形与所施加的重量成比例。应变计82提供变化的电阻值，所述电阻值与上部可柔性变形的金属板16的弯曲相关，优选地，其与弯曲程度成比例。通过由此检测的力，重量施加输入信号至惠斯通电桥电路。惠斯通电桥电路100然后产生输出信号，其指示施加至上部可柔性变形的金属板16的力，优选地，与其成比例，因此，提供对施加重量的测量。
惠斯通电桥电路是优选的实施方式，其他类型的电桥电路，例如，凯尔文双电桥电路，或者用于测量电阻的其他已知电路也是合适的。
虽然在本发明的实施例中NeopreneTM已经用作优选的弹性材料，但是，需要理解的是，还能够使用例如各种橡胶腻子的变体的其他弹性材料，比如，塑料腻子、丁基橡胶腻子、聚氨酯橡胶腻子、环氧橡胶腻子以及硅橡胶腻子。
Claims (8)
1.一种动态称重仪，包括：
长方体形框架，该长方体形框架用于安装在车道的路面中；以及可柔性变形的薄板系统，该可柔性变形的薄板系统被固定在所述框架内；
所述可柔性变形的薄板系统具有长方体形状，并且包括：
a)上部可柔性变形的金属板和底部或下部金属板，在所述上部可柔性变形的金属板和所述底部或下部金属板之间带有中空的容积，所述上部可柔性变形的金属板具有的厚度为大约0.604英寸至大约0.756英寸，优选地为大约0.720英寸；
b)所述底部或下部金属板包括至少两个平行的纵向延伸的应变计通道，所述纵向延伸的应变计通道中的每个与所述底部或下部金属板的中心线″C″间隔开距离“B”，该距离“B”是从所述底部或下部板的中心线“C”至所述底部或下部金属板的相应的纵边的距离的大约52％至54％，优选地为大约53％，优选其中所述下部或底部金属板包括薄钢板，该薄钢板比所述上部可柔性变形的金属板的厚度厚；
c)应变计，该应变计被结合在所述纵向延伸的通道中的一个相关的通道内，同时该应变计能够运动；
d)位于所述下部金属板中的至少两个横向延伸的交叉通道；
e)线束，该线束与相关的应变计可操作地相连，每个所述线束包括电力通信电线或电缆，并且以如下方式被固定在所述横向延伸的交叉通道中的一个相关的交叉通道内，所述方式使得隔离和保护所述电力通信电线或电缆使其免于环境暴露；以及
f)所述电力传导电线或电缆在所述线束和电桥电路中的相关的应变计之间延伸，并且被连接至所述应变计，以将输入信号提供至所述电桥电路；
由此，当重量被施加至所述动态称重仪时，所述上部可柔性变形的金属板弹性弯曲，并且将力施加至所述应变计，其指示所施加的重量，由此其提供变化的电阻值，该变化的电阻值指示所述薄的可柔性变形的金属板的弯曲以及所施加的重量，从而产生至所述电桥电路的输入信号，然后它从所述电桥电路产生输出信号，其指示施加至所述上部可柔性变形的金属板的力，并由此提供所施加的重量的数值。
2.如权利要求1所述的动态称重仪，其中每个所述应变计被封装在适当的弹性材料例如橡胶腻子中，以被固定在它的相关的纵向延伸的应变计通道内，优选其中所述适当的弹性材料例如橡胶腻子的上表面包括箔带，并且在环绕每个所述通道的所述箔带的区域中，橡胶覆盖在所述底部或下部金属板的上面。
3.如权利要求1至6中任意一项所述的动态称重仪，其中容纳所述应变计的每个所述纵向延伸的应变计通道还包括至线束的相关的电力传导引线或电缆，并且优选地还包括至线束的相关的电力传导引线或电缆，进一步包括适当的弹性材料例如橡胶腻子的第一下层，所述第一下层封装每个相关的应变计，以及适当的弹性材料例如橡胶腻子的第二上层，所述第二上层进一步封装每个被封装的相关的应变计。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的动态称重仪，其中每个所述横向延伸的交叉通道包括位于所述适当的弹性材料例如橡胶腻子的上表面上面的箔带，其中在所述横向延伸的交叉通道中，每个所述线束被封装在适当的弹性材料例如橡胶腻子、橡胶腻子中，并且，在环绕所述横向延伸的交叉通道的每个所述箔带的区域中，适当的弹性材料例如橡胶腻子覆盖在所述下部金属板的上面，优选其中每个所述线束被支承在适当的弹性材料例如橡胶腻子的第一下层上，并且其中适当的弹性材料例如橡胶腻子的第二上层封装每个所述被支承的相关线束。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的动态称重仪，其中所述可柔性变形的薄板系统的横边基本上垂直于所述上部板，优选其中所述可柔性变形的薄板系统的横边成斜角，以在所述底部或下部金属板处合并为平面纵向延伸的边。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的动态称重仪，其中所述下部金属板包括倾斜通道，电力传导引线或电缆通过该倾斜通道被连接至所述线束。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的动态称重仪，其中所述可柔性变形的薄板系统通过弹性材料例如通过NeopreneTM的衬垫被结合至所述基本上长方体形的框架，或者通过弹性材料被封装，其中，所述可柔性变形的薄板系统通过弹性材料例如通过NeopreneTM被封装。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的动态称重仪，其中所述电桥电路是惠斯顿电桥电路。
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