一种运用杠杆原理自动限制车辆运载重量的方法

符玄 符原菁

（1.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007；2.吉首大学湖南西部综合开发研究会，湖南 吉首 416000）

目前，我国车辆限重的主要措施是地磅称重、电子监控、信号提示、执法队巡查、超载超限检测站值守等，成本高、管理繁杂。基于此，笔者提出一种新的限制车辆运载重量的方法，以期为行业提供参考。

一、基本部件及其勾连

（一）车辆承载机构：沟槽及沟槽口承重板

沟槽为T字形结构，其头部为一横沟，设为车辆出端。其尾部设为车辆入端，尾部两角各设一个安装车辆承重板的支撑孔，其底面从入端到出端由浅入深向下倾斜，并平铺减震材料，入端深度为承重板厚度加减震材料厚度，出端比入端深10cm左右，如图1、图2所示。

图1 沟槽

图2 承重板

（二）车辆限重机构

车辆限重机构，是在沟槽头部两侧路面对称设置两套完全相同的，由直立承重柱、限重杠杆、悬挂连杆和限重块构成的杠杆系统。杠杆穿过立柱顶端孔洞，其伸出立柱的前侧部分为车重作用力臂，顶端通过悬挂连杆与承重板头部横梁两端的悬挂短柱相连；其伸出立柱的后侧部分为限重作用力臂，顶端悬挂限重块，如图3所示。

图3 车辆限重机构

（三）车辆限行装置

限行装置包括承重板出端的限行档杆、两侧的限行导轨和入端的减速带，如图4所示。

图4 车辆限行装置

（四）整体结构

承载机构、限重机构和限行装置如图5所示构成整体结构。

图5 整体结构

二、设定车辆限重标准

如图7、图8所示，依据杠杆原理，设定车货总重量为48吨，当车的重心到达承重板正中时，承重板的4个承重短柱A、B、C、D承受的重量各为12t。此时，A、B两个悬挂短柱承受的重力通过悬挂连杆传导至车重作用力臂。依据杠杆原理，要保持此时限重机构的平衡，必须使四分之一车货总重量（12吨）与车重作用力臂长度的乘积等于限重作用力臂长度与限重块重量的乘积。

图6 左右两个限重机构带金属罩的立体图

图7 设定车辆限重标准

图8 杠杆原理

以此为基准，设定车重作用力臂与限重作用力臂的长度比例和限重块的重量。当超过48t的车辆通过时，A、B两个悬挂短柱承受的重量超过12t，即会打破限重机构的平衡，从而导致限重杠杆翘起，承重板出端下移，如图9所示。

图9 限行挡杆

三、工作原理及效果

如图10所示，非超重车辆通过时，车重未达到限重标准，不会打破路面限重机构的平衡，车辆可在承重板上顺畅通过；超重车辆的重心到达承重板正中时，依据杠杆原理，超重车自重加运载货物重量的总重量平均分散在承重板四角的支点上，承重板出端横梁两端的悬挂短柱所承受的超重车总重量四分之一的重量，通过悬挂连杆传导至路面限重机构。因其超过路面限重机构预设的承重限度，打破路面限重机构的平衡，使得限重杠杆将限重块翘起离开地面。此时，承重板出端下移，带动沟槽出端限行档杆翘起，使超重车辆无法通行，当超重车辆倒车退出承重板后，限重机构在限重块的重力作用下复位、承重板重新与路面齐平。

图10 车辆经过装置时

当超重车辆通过时，承重板出端下移，沟槽底部铺设减震材料，同时有限重块的重力通过杠杆系统对超重车重量反控，加之超重车受控下落不超过10cm，不会造成大的震动，不会对车辆和沟槽造成损坏。

该方法的承重板顶面的防滑齿条能有效防止轮胎打滑，保证车辆正常驶过及超重车从倾斜的承重板上顺利倒车退出；超重车倒车退出时，限重块下落受车重作用力反控，大大减少限重块下落势能，加之限重块底部路面铺设减震材料，不会对路面造成冲击损坏；限重机构外设金属罩，防雨防尘，不受外力破坏，延长限重机构使用寿命。

四、安装要点

限重车外侧轮胎的外侧边距一般为2.5m，因而沟槽的宽度应为3m左右，这样能确保承重板宽度在比沟槽窄0.02米的情况下，能比限重车外侧轮胎外侧边距宽0.48m左右，从而确保限重车轮胎全部压在承重板上；沟槽长度应长于限重车的总长，因考虑超重车重心一般在车的中部偏后，所以要确保超重车车头抵近承重板出端前，超重车重心到达承重板正中，从而激发限重机构改变平衡状态，限行档杆翘起。我国现有的6轴拖挂车一般为16.5m，只有少数车辆超过这个长度，据此，在多轴拖挂车通行的路桥上安装本装置，沟槽长度以18m左右为宜；非拖挂载重车的长度一般为11.5m，所以在其他路面安装本装置，沟槽长度以13m左右为宜。

五、安装位置的确定及其相关设施

在路旁建有减载卸载场的空间，例如高速公路入口附近和超限超载检测站附近。不能让超重车长时间卡在限重装置上，从而造成交通拥堵。因此，必须在紧靠限重装置右侧设置减载卸载场。并通过路牌提示，如图11所示，让超重车驾驶员提前注意到前方有限重装置，必须在限重装置入口右转进入减载卸载场，从而确保道路畅通。同时，减载卸载场入口必须与限重装置入口齐平，尽量缩短限重装置上的超重车倒车退出进入减载卸载场的距离和时间，尽量避免造成交通堵塞。

图11 路牌提示

在路旁无建减载卸载场的空间，主要是桥头和城市高架桥入口。为了不让超重车长时间卡在限重装置上造成交通堵塞，必须把限重装置安装在离桥头最近的岔路口。通过路牌提示，让超重车驾驶员提前注意到前方的限重装置，无法上桥，自觉改走地面岔道，从而避免造成交通拥堵，如图12所示。

图12 桥头或城市高架桥入口的情况