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两台面计重设备治理货车冲磅刹车逃费的原理及效果

两台面计重设备治理货车冲磅刹车逃费的原理及效果

分类:
技术交流
来源:
2012/12/13 13:47
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货车司机根据车辆车型和运载货物的特点,采取的逃费方式是不同的,刹车冲秤是常见的一种逃费方式,这种逃费方式不仅造成通行费流失,而且对秤台的危害也较大。单台面计重设备的秤台台面较窄,当车辆高速冲秤时,轮胎行驶在秤台上的时间缩短,称重设备采集轮胎过秤重量数据的时间相应缩短,采集不到足够的称重数据,供称重软件分析车辆的过秤行走方式,来修正刹车冲秤车辆的称重重量,而且单台面计重设备一般将秤台的四只称重传感器通过接线盒接在一起,只做一路模拟信号到数字信号的转换,采用了静态汽车衡的称重测量方式,相当于先将信号合成再做数字装换,不适合车辆的动态称重,丢失了过秤车辆的大量动态信息,不利于软件分析识别车辆的过秤行走方式,也就不能根据车辆的逃费方式修正车辆的称重结果。因此,单台面计重设备受硬件条件限制,采集不到软件分析识别所必要的车辆过秤数据信息,仅仅通过改进软件也就达不到效果,所以刹车冲称的逃费现象也就得不到很好治理。

刹车冲秤逃费原理

动态称重是车辆在运动之中各轴依次通过秤台完成的,货车司机针对单秤台实施刹车冲秤逃费的根本原因是秤台称重区域的宽度太小。当车辆通过秤台时,采用加减速在过秤瞬间改变整车重量在各轴上的分配,致使秤台只能测量到车辆的部分重量,而不能得到车辆的全部重量。车辆过秤瞬间加减车速改变整车重量在各轴上分配的原理是:车辆在加、减速过程中,轮胎与路面作用产生滚动或滑动摩擦力,由于车辆重心高于路面1米左右,在摩擦力的作用下,产生力矩使车辆有围绕车辆重量轮胎支点旋转的趋势,就使各轴分担的整车重量发生了变化,同时,由于货物惯性的作用,使得车辆的重心发生反向偏移,也改变了整车重量在各轴上的分配,运输散装、液体货物的车辆由于惯性的作用这一变化尤其明显。

摩擦力和惯性力是引起刹车冲秤车辆整车重量在各轴上分配变化的根本原因,除了与车辆加减速的加速度大小直接有关外,还与车辆结构(半挂、全挂、整体等)、货物种类(整体、散装、液体等)、重心位置、驾驶水平、车道状况、秤台宽度等因素有关,以上因素中可以有效控制的是后两项,在车道状况一定的情况下,就只有秤台宽度可以控制。通过观察测量发现,车辆的加速度越大、秤台的宽度越小,称到的整车重量越轻。这是因为:车辆的加速度越大,产生的摩擦力和惯性力越大,使得车辆整车重量在各轴上分配的变化也越大;秤台的宽度越小,对车辆轮胎重力的测量时间越短,采集到不真实重量数据的占比也越高,从而影响软件对车辆整车重量计算的结果。因此,这两种力变化的大小、在秤台上坚持时间的长短都会影响到软件对称重结果的修正,这就为彻底消除刹车冲秤逃费现象带来很大困难,只能有针对性地在一定程度上解决这一问题。

刹车冲秤逃费解决思路

刹车冲秤现象细分为刹车滑秤和刹车急停两类:刹车滑秤是车辆猛加速前轴过秤后急刹,后轴抱死滑过秤台;刹车急停是车辆前轴过秤后急刹,后轴几乎停在秤台上,然后再松开刹车依靠惯性通过秤台。这两种方式都是通过刹车来减少车辆称重重量,只不过前者减速度较恒定,后者减速度是变化的。下面以两轴车为例分析车辆刹车冲秤的受力情况:

说明:O是前轮轴重支点 , h是轮胎半径,L=l1+l2是车轴间距,F1是路面支撑力,F2是秤台支撑力,f1、f2是摩擦力,W是重力。

车辆不刹车与刹车时,都存在力的平衡和力矩的平衡,具体如下:

1、不刹车时:力平衡方程F1+F2=W;力矩平衡方程F2* L-W*l2=0 

2、刹车时:力平衡方程F1+(F2-△F2)=W;力矩平衡方程(f1+f2)*h+(F2-△F2)*L-W*l2=0

以上最终得到:△F2=(f1+f2)*h/L

由于f1+f2=f=ma,△F2是刹车时秤台支撑力的变化量,也就是重量减轻值△W,所以△W=△F2=ma*h/L。

在车辆实际过秤中,车辆加速度并不恒定,重量减轻值△W是随时间变化的变量,要求准确测量到有关实时参数v、a、车型、W测才能得到较为准确的△W(t),进一步积分车轴通过秤台的整个过程才得到准确的重量修正值△W。所以当车辆刹车冲秤时:如果车辆一定,称重重量减轻的大小取决于车辆过秤时的加速度;如果车辆过秤加速度一定,称重重量减轻的大小取决于车型。因此可以得到从计重设备上解决刹车冲秤逃费的思路:在硬件上要增加车辆过秤的数据采集量,在软件上要根据车辆过秤加速度和车辆类型修正称重结果。

两台面计重设备使用效果

两台面计重设备增加了秤台行车方向的宽度,首先增加了车辆保持长时间刹车冲秤行驶的难度,同时可以采集到更多的车辆过秤状态数据和更多的数据量,有利于称重软件精确修正称重结果,对刹车冲秤逃费的治理效果远远好于单台面。

山东德鲁泰计量科技公司生产的具有专利技术的ZCS系列两台面计重设备,秤台的两个台面在空间上紧密相连,行车方向的称台宽度较单台面增加了一倍,能够完整采集车辆过秤的行驶状态信息,以及足够软件分析识别车辆行驶状态的数据量;在力学上结构上相互独立,独立测量车辆的过秤数据信息,使软件能够分析对比车辆在两个台面上的行驶状态变化;在测量方式上八只传感器独立采样,能够得到较其他测量方式更多的、更准确的车辆动态称重的实时信息,从而为软件最大程度地准确修正称重结果提供必要的测量数据。该设备获得加速度的方式如下图所示:

T11与T12,T13与T14,T21与T22,T23与T24各形成一条横线,轮轴所处位置为lij,由于每只传感器分别采样,之后数字合成,每对传感器的fij=f (Tij,lij,t)包含每个轮轴通过lij时的受力Tij、时刻和距离都可以准确得到,这样就可以得到每个轴的瞬时速度v和瞬时加速度a,从而推导出理想状态下的修正重量:W=W测/(1-a/g*h/L)。

假如重量是40t的货车从20km/h的车速刹车滑过1.6m宽的两台面秤台停下,系统可以检测4个时间点,3个时段的速度,h/L约为0.1,则该轴减轻的重量约为3t。由于刹车冲秤车辆的车型不同、过秤速度和加速度不同,对于刹车冲秤车辆称重重量的实际修正是不一样的。

宁夏石炭井收费站位于S301运煤专用线,采用了山东德鲁泰的ZCS两台面计重设备,行驶该线路的车辆绝大多数为煤炭运输车辆,车辆装载的重量比较固定,而且频繁过往。该设备投入运行后,随机抽测了150辆过秤货车,其中刹车冲秤车100辆:刹车滑秤车40辆,设备有效修正称重重量40辆;刹车急停车60辆,设备有效修正称重重量59辆,综合修正率为99.0%,下表是部分记录:

 

序号

逃费方式

车轴总数

真实重量(磅单)

修正后重量

1

刹车急停

4

53.4T

52.3T

2

刹车急停

4

53.4T

54.9T

3

刹车急停

5

55.3T

57.0T

4

刹车急停

5

54.8T

54.6T

……

40

刹车急停

4

48.9T

47.9T

41

刹车滑秤

5

56.2T

57.3T

42

刹车滑秤

4

53.9T

54.6T

43

刹车滑秤

5

57.7T

58.2T

44

刹车滑秤

5

58.6T

59.4T

45

刹车滑秤

4

53.9T

55.2T

46

刹车滑秤

5

56.4T

56.7T

47

刹车滑秤

5

55.4T

56.6T

48

刹车滑秤

4

49.9T

49.7T

……

99

刹车滑秤

4

47.4T

46.8T

石炭井收费站刚开始运行时,司机误认为安装的两台面计重设备与单台面没有什么区别,大部分车辆继续采取以往的逃费过秤方式,却发现称重重量没有减轻,一段时间后,车辆都自动按照过秤标志过秤,取得了车辆过秤秩序恢复正常的良好效果。

结束语

货车刹车冲秤减轻称重重量的现象通过力矩平衡分析找到了原因,经过分析推导得到了理想状态下,刹车冲秤车辆称重重量减轻值的关系式。两台面计重设备增加了秤台行车方向的宽度,每只称重传感器独立测量,采集车辆动态过秤信息全面、数据量大,能够较精确测量车辆过秤行驶状态的实时信息,进而准确修正车辆的称重测量结果,从宁夏石炭井收费站应用两台面计重设备治理刹车冲秤的效果来看,有效杜绝了车辆的逃费行为,车辆过秤秩序显著好转,安全隐患明显降低,单车计重费额大幅提高。

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