一、概述
承载器、称重传感器、称重仪表是电子地磅的三大基础部件，其中承载器结构的科 学性、合理性是电子地磅准确度、稳定性和可靠性的重要保证。在电子地磅市场日益国 际化的今天，电子地磅结构的改进与创新，必然以用户的需要和市场竞争为导向，受新 技术、新材料、新工艺的强力牵引。进入 21 世纪以来，随着科学技术的进步，工业过 程自动化、智能化水平的提高，各行业对所用电子地磅的结构、功能和性能提出了许多 新要求，其中对承载器主要的要求就是小型化、轻型化、模块化和集成化。如果设计 电子地磅还是按照传统的承载器、称重传感器、承力传力构件、定位限位装置等零部件 组装式结构方向发展，不但满足不了用户的新需求，而且自身的发展也会越来越困难。 在现有承载器结构的基础上，为了提高技术性能和满足用户的某些新要求，就是进行一 些小小的改进，也要用比较高的代价才能实现。正如 20 世纪 90 年代德国电子地磅专家所评 述的“这种零部件组装式承载器结构设计几乎走到了尽头”。因为零部件组装式承载器 结构一般都有高大笨重、零部件多、活动环节多、安装调试时间长、稳定性和可靠性差、 2 生产效率低和成本高等缺点。因此德国电子地磅专家提出：“在进行承载器结构设计时，尽 量脱离传统结构的束缚，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，有利于实现生产，提高效率，降低成本等方向发展”。基于这种认识， 国内外一些电子地磅制造公司对承载器结构进行了许多研究工作，其共同的研发方向和 创新点就是变零部件组装式承载器结构，为模块化、部分集成化和集成化承载器结构。 先后研发出模块化电子汽车衡、便于运输的小模块拼装型电子汽车衡；部分集成化的承 力传力、定位限位装置一体化电子汽车衡、电子吊秤；集成化称重轨动态电子轨道衡、 集成化剪切、弯曲板型动态公路车辆轴重秤、集成化电子称重环；空心闭合截面薄壁型 钢结构电子称重梁、“竹排”式薄壁型钢结构电子平台秤；特种用途的承载器可伸缩型 电子秤、分体式滚动圆捆纸张电子秤等。
二、模块化电子地磅
1．模块化电子汽车衡
早在 20 世纪 90 年代，梅特勒—托利多（常州）称重设备系统有限公司，在国内首 先实现了模块化电子汽车衡设计与生产。设计人员将正交各向异性桥梁设计理论应用在 模块化承载器设计中，并对其进行了适当简化，将纵梁和主梁合二为一，成为封闭结构 的“u“型钢，再将底梁简化成端板，在端板上完成模块间的搭接和称重传感器的过渡 支撑，整个承载器模块仅由”u“型钢、面板和端板组成。所谓模块化承载器，就是根据载重汽车及拖车长度和额定承载量，设计制造出几种 标准的模块化承载器，根据用户对承载器尺寸要求，将两块或两块以上模块任意搭接而 组成各种规格的电子汽车衡。例如根据载重汽车长度≤12m，牵引车、拖半挂车长度≤ 16m，汽车拖挂车长度≤20m，选择模块化承载器的单元长度系列为 5m、6m 和 7m，优选 宽度系列为 3m 和 3.3m。每种不同宽度和不同长度系列的单块、2 块、3 块和 4 块模块， 可组合成 5～28m 长的 22 种尺寸规格的承载器，从其中选出十几种常用的承载器长度作 为优选的标准系列即可。这种模块化电子汽车衡不但增强了产品的通用性和互换性，而 且也较大的提高了生产效率和产品质量，特别适合规模化和自动化生产。
2．承载器为小模块拼装型电子汽车衡
电子汽车衡承载器结构的模块化、标准化和系列化，既有利于规模化、自动化生产， 又便于移动和运输。美国 first 电子地磅制造公司研发出小模块拼装型承载器的大型电子汽 车衡。与模块化电子汽车衡不同之处是：前者单节承载器模块为一整体结构，后者为方 3 便运输将单节承载器模块一分为二，由两个小模块并联组装而成，再根据不同的尺寸要 求将并联而成的单节模块串联成电子汽车衡的承载器。小模块之间的连接是通过模块上 具有足够强度的若干个支脚相互吻合后用螺钉固紧。一般小承载模块由 4 根“u“型钢 或槽钢做纵向主梁，在端部横梁上焊接有 5 个串联支脚，一个定位支板，在侧面主梁上 焊接有并联支脚。因受力不同，两种支脚的结构也不相同。其小模块承载器结构示意图 如图 1 所示
3．模块化工业轴重秤
为满足工矿企业物料转运，内部结算等需要，美国 si／allegany 公司研发出可称 量不同车型轴重、轴组重进而给出整车重量的模块化工业轴重秤。其承载器的宽度与集 成化称重板相同，为双轮胎宽度的 1.5 倍（750mm 左右），长度为车型的三连轴长度和称 重仪表采样时间内车辆行驶距离之和，一般为 1600mm 左右。选择不同长度的模块化承 载板与安装有悬臂梁型称重传感器的盒段式称重梁搭接，就形成了可以称量轴重、轴组 重和整车重量的工业轴重秤。因为模块化轴重秤承载器较长，为使其具有足够的刚度和 较低的外形尺寸，在设计中多采用两节模块化承载板搭接在低外形盒段式称重梁上的结 构，模块化承载板为带筋条加强的花纹钢板，连接在承载器两端的斜面引桥也由花纹钢 板焊接而成。美国 si／allegany 公司模块化工业轴重秤的结构示意图所示。此种模块化工业轴重秤的特点是：结构简单，高度低，重量轻，便于安装携带；承 载模板与称重梁搭接，活动环节少，刚度大，称量准确度高；承载模板、盒段式称重梁、 斜面引桥均可按模块化设计，进行标准化、系列化生产。
三、集成化电子地磅
1．集成化称重轨
20 世纪 80 年代，欧美一些电子测量公司和电子地磅制造企业，为满足铁路运输、 钢铁冶金、煤矿电厂、港口码头等部门物料及转运货物的称量、超载、欠载、偏载检查、 制动力测量等需要，开发出称重轨（weigh rail），即取下线路的一小段钢轨并在其上 粘贴电阻应变计，使称重传感器、钢轨承载器一体化，具备动态电子轨道衡的功能，达 到快速称量的目的。以美国工程师 ned sneed 发明的集成化弯曲型称重轨具有代表性， 他在深入分析两个轨枕之间的钢轨受力变形机理后，得出在称量段钢轨底部粘贴四片单 轴电阻应变计，当车轮通过时，四片电阻应变计输出的总和等于内侧 2 片电阻应变计输 出之和减去外侧 2 片电阻应变计输出之和，也就是说当车轮行驶过钢轨称量段时，4 片 电阻应变计的输出总和为一常数，只要测出此输出值，就可以准确的转换出车辆的载重 量。尽管称重轨可以用冷焊方法或用鱼尾板与线路连接为一体，减少了车辆振动，可提 高称量准确度，但称量段的跨度较大，挠度也较大，安全性有所降低。钢轨底面只能打 磨不能加工，因而弯曲型称重轨输出灵敏度较低，以轮重 15t 为例，灵敏度只有 0.25mv ／v。20 世纪 90 年代以来，集成化称重轨动态电子轨道衡的研究在弯曲型结构的基础上 发展为剪切型结构。它是在与线路钢轨完全一样的一段钢轨的腹板上，直接加工出与双 剪梁型称重传感器基本相同的应变区，并在盲孔内粘贴双剪切电阻应变计，完全按称重 传感器制造工艺进行布线、组桥、电路补偿、防护密封、性能检测，使此段钢轨与称重 传感器一体化，形成剪切型称重轨。美国 kilo－wate 公司，德国 pfister 公司、gtm 公司均有 1.8m 长的剪切型称重轨，称量准确度均优于 0.5 级。剪切型称重轨的力学模 型及剪力图。我国北京傲邦达技术开发中心针对 1.8m 称重轨只有一个称量段的不足，经过理论 分析和反复试验研制出 7.5m 长的称重轨动态电子轨道衡。以数字求和方法为基础 的单轴、双轴、多轴多次称重计量的数学模型，克服车辆行驶过程中轴间重量转移带入 的误差。将单次轴计量改为 6 次轴计量，并适当延长有效单轴计量长度，同样通过冷焊 技术或用鱼尾板与两端的线路连接，实现钢轨与称重传感器一体化，形成不断轨动态电 子轨道衡，其动态称量准确度优于 0.5 级。称重轨动态电子轨道衡一般都附带一台静态自校装置，便于初次安装或使用中检查。 静态自校装置是利用龙门架结构的自身平衡原理，通过安装在龙门架上的油压加载系统 和标准称重传感器实现对称重轨进行各级加载。称重轨电子轨道衡静态自校装置结构示意