高速公路計重設備現(xiàn)狀與選型探討

2000年在宣大高速、天津彩虹大橋試驗成功后，于2002年在江蘇等地大面積應用于公路計重收費，截至目前有1O多年時間了。計重收費設備是一種安裝在高速公路出入口收費車道或開放式收費站收費車道的稱重設備。它對通行車輛進行稱重，對載貨車輛按計重收費方式收取通行費。它是基于治理超載保護路面而研究產生的，是通過經濟手段治理超載運輸遏制對道路破壞性使用的嚴重超載運輸?shù)囊环N有效辦法。計重設備是計重收費系統(tǒng)的重要組成部分，其稱重系統(tǒng)的準確性和可靠性，直接關系到計重收費的公平和順利實施。隨著高速公路計重設備應用的深入，使用要求的提高，在與貨車司機不斷規(guī)避少交通行費的博弈中，計重設備也不斷發(fā)展。本文就目前高速公路使用的4種主要計重設備進行分析探討，為計重設備選型作參考。計重系統(tǒng)主要由稱重儀(含傳感器、稱重處理器)、車輛分離器、輪胎識別器、地感線圈、(1)計重傳感器：主要完成車軸的稱重、速度檢測、軸型判斷等工作。(2)車輛分離器：用來進行車輛的分離及提供開始、結束等信號。(3)輪胎識別器：主要用來檢測通過車輛每軸的輪胎數(shù)。(4)地感線圈：主要用來完成測速、倒車的檢測，并與紅外線分離器一起對車輛以外的物體或人通過時進行判斷，以減少對車輛判斷的出錯。(5)控制柜：處理計重傳感器和線圈送來的信息，經過分析和處理得出車輛的載荷信息。車輛駛入收費車道，其輪軸依次壓過鋪設在車道路面中的地感線圈、計重傳感器、車輛分離器、輪軸識別器，計重傳感器將檢測出每軸軸重、軸型(單軸、聯(lián)軸)，輪胎識別器將檢測出輪胎類型(單雙胎)信息，車輛分離器可準確判別車輛是否完全通過。當車輛完全離開后，控制處理器將稱重結果、車型判別結果等信息傳輸?shù)杰嚨朗召M計算機。車道收費計算機依據(jù)計重收費費率對車輛實行計重收費，并將車輛的載重信息和應交納的金額顯示在計重顯示屏上。從整個工作原理可以看出，計重傳感器是計重收費系統(tǒng)的關鍵設備，計重傳感器的稱重精度、穩(wěn)定性將直接影響到計重收費系統(tǒng)的稱重精度。動態(tài)稱重技術經過30多年的發(fā)展，各個不同的廠商開發(fā)了不同的技術來進行動態(tài)稱重，因而也出現(xiàn)了各種不同種類的傳感器，根據(jù)原理不同通常有：稱臺式傳感器、彎板式傳感器、石英式壓電傳感器、電容式傳感器、共聚化合物傳感器等。目前，高速公路動態(tài)計重(1)稱臺式傳感器。稱臺式傳感器(由稱重平臺、壓力傳感器組成，簡稱“稱臺式傳感器”)帶有獨立的壓力傳感器或剪切式壓力傳感器的平臺，是通過稱重平臺將軸載壓力傳遞到壓力傳感器上，進行稱量。這種稱重平臺形式在傳統(tǒng)的地磅中得到了廣泛應用，但由于有過多的機械結構，因而在動態(tài)稱量過程中，車輛的動態(tài)行駛產生的不均勻交變沖擊容易損壞平臺，目前在高速公路中的低速稱重中有廣泛應用。(2)彎板式傳感器。彎板式傳感器是一種應變式傳感器，利用集成在內部的應變片網，根據(jù)稱重板受壓后產生形變的原理進行測量。彎板傳感器是由在內部集成了應變片網的金屬板構成，為防止長期潮濕滲透和腐蝕，傳感器表面覆蓋一層高溫硫化橡膠。可以完整地紀錄輪胎的壓力信號，真實地測量輪載值。目前在高速公路中的高速、低速稱重中有廣泛應用。(3)石英式壓電傳感器。石英式傳感器是利用石英的壓電效應進行測量的。壓力使石英晶體產生變化，因而產生和壓力成對應關系的電勢。石英傳感器是一種新型的傳感器，也屬寬度為50mm，高度為44mm。石英傳感器不能一次完整地測量出輪載，而是通過積分累加進行計算的，石英傳感器的溫漂極小，沒有“鬼軸’’現(xiàn)象，低速、高速狀態(tài)下均可進行稱量，同時石英的物理特性穩(wěn)定，其靈敏度隨時間變化較小。目前在全國實行了計重收費的省份，計重傳感器主要用了稱臺式和彎板式、石英壓電傳感器3種，其對應的計重設備主要有傳統(tǒng)的稱臺式計重設備、新興的彎板式計重設備、石英式計重設備、薄板式計重設備(由彎板式傳感器發(fā)展而成)，其它傳感器的計重設備用于高速公路計重收費方面較少，下面從發(fā)展應用、計重準確度、安裝、處理復雜行駛能力、設備維護、設備價格等方面進行比較分析。稱臺式計重設備由傳統(tǒng)的汽車衡發(fā)展演變而來，是由靜態(tài)稱重發(fā)展為低速動態(tài)稱重。從高速公路得到了廣泛應用。計重設備作為計量器具，國際法規(guī)制計量組織和國家動態(tài)軸計量標準要求車輛勻速而平穩(wěn)通過，而在實際計重收費中，貨車為了減輕重量，少交通行費而采取不正常的行駛方法。為了杜絕這些不正常的行駛方法，隨著傳感器的發(fā)展引用，近功發(fā)展應用了彎板式計重設備、石英式計重設備、薄板式計重設備。這3種計重設備應用時間不長，但市場應用前景好。2．2計重設備的計重準確度從各個計重設備生產廠家對計重設備提供的鑒定技術指標上可知：(1)稱臺式計重設備，車輛勻速行駛速度在O-15km／h，采用直接測量方式，計重誤差在一％，長期穩(wěn)定性相對較差。(2)彎板式計重設備，車輛行駛速度在0-50km／h，采用直接測量方式，計重誤差在一(3)石英式計重設備，車輛行駛速度在5~50km／h，采用間接測量方式，計重誤差在一(4)薄板式計重設備，車輛行駛速度在0~40km／h，采用直接測量方式，計重誤差在一2．5％~2．5％，置信度100％，長期穩(wěn)定性好。條件及安裝方式(1)稱臺式計重設備稱重平臺，對路面的水平度要求高，平整度要求也高，同時因為稱臺式計重設備當較深的基坑灌水時，將影響稱重精度，要求其排水管道出口一般低于收費廣場排水溝底，還需及時排除基坑內積水。施工安裝時，對路面破壞大，在路面上必須開挖較深的基坑(深70~80cm)，挖方量達6m，多，并加固基礎，在將框架用混凝土固定在路面，對已通車收費的車道影響較大。(2)彎板式計重設備稱重平臺，對路面要求不高，本身有防水設計，加上是淺層安裝，因此對排水要求較低?？梢匝氐孛姘惭b，施工周期短，約1天。對路面破壞小，安裝時不需在路面切割寬60cm、深5~6cm的基坑，挖方量小于1m，，用專用膠將支撐一體，12h后專用膠即完全固化，將彎板安裝在支撐板上即可，t套稱直接埋入路面的方式，開挖深度僅50mm，寬度70mm，不破壞路面結構，開挖量小，施工(4)薄板式計重設備稱重平臺，對路面要求也不高，本身也有防水設計，加上是淺層安裝，因此對排水要求較低?？梢匝氐孛姘惭b，兩塊薄板交錯埋設，對路面破壞小，安裝時計重設備稱重標準要求，車輛在低速狀態(tài)下，應勻速平穩(wěn)通過，才能保證稱重精度。但車輛實際稱重情況下有各種不規(guī)則行駛行為減輕了稱重重量。(1)稱臺式計重設備。作為傳統(tǒng)的動態(tài)軸計重設備，對車輛以下不規(guī)則行駛行為的計重誤1)車輛快速通過時誤差大。因為稱臺的間隙、稱重時稱臺的變形等都是造成誤差的原因。2)點剎車／急加速稱重誤差大。由于稱臺受沖擊變形大，牽引力或剎車不能及時由限位抵消，產生翻轉力疊加在重力上產生誤差。S駛導致丟軸，特別是超寬車道。4)跳稱，利用車輛自身特點，使第一軸過稱時減輕重量。5)墊鋼板減輕重量。由于過秤地點與收費亭較遠，而墊鋼板又在夜間操作，第一軸不墊，從第二軸以后開始墊，不容易被發(fā)現(xiàn)。貨車從第二軸起車輪一側從鋼板上通過，重量流失6)沖稱。當車輛速度超過計重傳感器使用速度時，誤差必然會出現(xiàn)。(2)彎板式計重設備。彎板式計重設備的彎板式傳感器，承載寬度一般為50cm，能整體稱高速穩(wěn)定性好。個規(guī)格，可以根據(jù)車道寬度選擇傳感器長度組合方案，完全覆蓋整個車道寬度，系統(tǒng)能有效防止目前常見的快速通過計重平臺、穩(wěn)稱、不完全倒車、跳稱、墊鋼板和走“s”等逃費行為。但其傳感器承載寬度僅幾厘米，任何時刻的軸重都無法全部加在承載軸上，重量(4)薄板式計重設備。薄板式計重設備的傳感器，采用全密封防水、六向自由度限位設速精度較高，高速穩(wěn)定性也好。2．5稱重平臺(傳感器)的維護及維護成本(1)稱臺式計重設備稱重平臺維護。由于稱臺式傳感器連接著運動件，主稱臺和基礎之間必須留有不能密封的間隙，故其基坑內易堆積泥沙、雨水，影響稱重精度。特別是夏天，雨多，需定期排水清沙，將稱臺吊起清掃基坑后，須重新由法定機構標定秤重精度。稱臺式傳感器由于采用機械運動結構，抗沖擊能力差，運行一段時間后會造成稱臺變形，而稱重平臺表面一定要水平，否則影響承重精度，所以需常檢查承重平臺的平整度，發(fā)現(xiàn)問題需校正維修。同時稱臺式傳感器主要由鋼結構件組成，雖經一定的防腐處理，但仍難完全解決潮濕以及汽車尾氣等對設備的腐蝕。因此稱臺式計重設備稱重平臺每隔l~2年必須更換傳感器，每年維護成本高。維護頻繁煩瑣，總的成本大。(2)彎板式計重設備稱重平臺和石英式計重設備稱重平臺及傳感器均為一個整體，系統(tǒng)從設計原理上采用免維護結構，從而解決了稱臺式稱重平臺基坑易存沙和積水及平臺易腐蝕進行定期的排沙和排水等日常維護工作。當路面需要維修時，可方便地將計重傳感器拆年維護成本低。由于采取直接埋入路面的方式，因而也不可避免地受到路面形變的影響，若傳感器損壞，需要路面施工，整體更換，一次性維修成本大。(3)薄板式計重設備稱重平臺及傳感器，采用全密封防水設計，無須進行定期排沙和排水等日常清理和維護工作，即使傳感器損壞，也可單獨維修更換。維護成本較低。2．6設備價格及傳感器壽命稱臺式計重設備的價格低，在貨車日流量小的收費站使甩時性價比高。彎板式計重設備和石英式計重設備價格高，而薄板式計重設備價格適中。稱臺式計重設備傳感器由于有機械運動件，在無維修的情況下，其壓力傳感器一般使用1~2年則必須更換。彎板式傳感器件，因此在無維修的情況下，使用壽命將長達l0年。壓電石英