Как выбрать датчики нагрузки на ось для грузовика с рессорной подвеской

Для транспортной техники с рессорной подвеской известно 3 принципиальных решения для статического взвешивания и определения нагрузок на оси с помощью весов, установленных непосредственно на автомобиле:

1. По деформации элементов автомобиля (мостов, рессор)
2. По изменению расстояния между рамой и мостом (проседанию автомобиля)
3. Непосредственное измерение веса рамы, кузова и груза в нем, путем установки весовых ячеек (англ. Load cell) под раму.

Последний способ является наиболее точным, погрешность измерения составляет не более 1% при условии остановки автомобиля на горизонтальной поверхности. Однако, имеют место существенные недостатки такой конструкции:

1. Очень высокая сложность установки и необходимость внесения изменений в конструкцию крепежных элементов рамы и надрамника
2. Высокая ответственность и возможность разрушения элементов крепления и датчиков в процессе перевозок. Для внесения таких изменений требуется наличие квалифицированных инженеров-конструкторов для расчета прочности и, по-хорошему, такие изменения должны быть внесены изготовителем самосвальной установки.
3. Высокая стоимость как самой системы, так и соответствующих изменений (от 300 000 рублей за 1 комплект)
4. Невозможность измерения осевых нагрузок

В литературе и патентах можно обнаружить различные вариации этого метода с установкой тензодатчиков в ось опрокидывания кузова, под рессоры, а так же измерения давления в гидроцилиндре подъема кузова. Да, это точные методы измерения, но все они имеют те же недостатки.

Второй способ лишен указанных недостатков. Стоимость решения не высока (30-40 тысяч рублей на один автомобиль), монтаж значительно проще. Однако, здесь появляются свои недостатки:

1. Низкий ресурс из-за наличия механически подвижных частей
2. Значительно более высокая погрешность – до 15%, вызванная тем, что между листами рессоры присутствует большое трение и при одной и той же нагрузке прогиб рессоры будет различным.
3. Необходимость регулярной перекалибровки из-за усталости рессор.
4. Невозможность измерения на шахтных самосвалах, в которых отсутствует упругий элемент подвески и соответственно проседание автомобиля.

А вот первый способ при низкой стоимости и простоте установки имеет довольно невысокую погрешность (1-3%) и куда более высокую надежность и ресурс. Для сравнения этот метод необходимо разделить на 2 вида: по деформации рессор и по деформации мостов. В первом случае датчик приклеивается к рессоре и соответственно в зависимости от прогиба измеряет нагрузку на ось. Во втором случае датчик деформации либо приклеивается, либо приваривается к мостам.

Для первого вида с наклеиванием датчиков на рессоры выявлена проблема высокой погрешности измерения при установке на отечественных и китайских самосвалах ввиду того, что на них применяются традиционные многолистовые рессоры, соответственно, проявляется та же причина, что и при способе измерения по расстоянию. А вот на современных европейских самосвалах система вполне работоспособна и надежна при соблюдении условий установки.

Наиболее оптимальным и универсальным способом оказалось измерение нагрузок на оси и веса груза по деформации мостов и осей. Это решение подходит для всех видов техники, при этом датчик не имеет подвижных частей, а измерение производится по его растяжению/сжатию под нагрузкой. Опять же небольшой размер и универсальность позволяют устанавливать его в удобное место сверху и снизу мостов. Главное, соблюдать технологию монтажа. Фактическая погрешность измерения составляет 0,5-2,5%.

Оценив весь зарубежный и отечественный опыт за последние десятилетия, мы пришли к выводу о применении в своих разработках именно первого метода измерения по деформации мостов. За полтора года установки и эксплуатации нашей системы мы столкнулись только с одним случаем, где не смогли обеспечить заявляемую погрешность. На трехосном автомобиле МАЗ с рессорной подвеской, который перевозил металлолом, погрешность составила 7%. Причина оказалась в большой изношенности подвески (реактивных штанг и осей балансиров), мосты гуляли влево и вправо до 12 см. при поворотах.

А в целом система оказалась точной и надежной.