一種運用杠桿原理自動限制車輛運載重量的方法

符玄 符原菁

（1.株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007；2.吉首大學湖南西部綜合開發研究會，湖南 吉首 416000）

目前，我國車輛限重的主要措施是地磅稱重、電子監控、信號提示、執法隊巡查、超載超限檢測站值守等，成本高、管理繁雜。基于此，筆者提出一種新的限制車輛運載重量的方法，以期為行業提供參考。

一、基本部件及其勾連

（一）車輛承載機構：溝槽及溝槽口承重板

溝槽為T字形結構，其頭部為一橫溝，設為車輛出端。其尾部設為車輛入端，尾部兩角各設一個安裝車輛承重板的支撐孔，其底面從入端到出端由淺入深向下傾斜，并平鋪減震材料，入端深度為承重板厚度加減震材料厚度，出端比入端深10cm左右，如圖1、圖2所示。

圖1 溝槽

圖2 承重板

（二）車輛限重機構

車輛限重機構，是在溝槽頭部兩側路面對稱設置兩套完全相同的，由直立承重柱、限重杠桿、懸掛連桿和限重塊構成的杠桿系統。杠桿穿過立柱頂端孔洞，其伸出立柱的前側部分為車重作用力臂，頂端通過懸掛連桿與承重板頭部橫梁兩端的懸掛短柱相連；其伸出立柱的后側部分為限重作用力臂，頂端懸掛限重塊，如圖3所示。

圖3 車輛限重機構

（三）車輛限行裝置

限行裝置包括承重板出端的限行檔桿、兩側的限行導軌和入端的減速帶，如圖4所示。

圖4 車輛限行裝置

（四）整體結構

承載機構、限重機構和限行裝置如圖5所示構成整體結構。

圖5 整體結構

二、設定車輛限重標準

如圖7、圖8所示，依據杠桿原理，設定車貨總重量為48噸，當車的重心到達承重板正中時，承重板的4個承重短柱A、B、C、D承受的重量各為12t。此時，A、B兩個懸掛短柱承受的重力通過懸掛連桿傳導至車重作用力臂。依據杠桿原理，要保持此時限重機構的平衡，必須使四分之一車貨總重量（12噸）與車重作用力臂長度的乘積等于限重作用力臂長度與限重塊重量的乘積。

圖6 左右兩個限重機構帶金屬罩的立體圖

圖7 設定車輛限重標準

圖8 杠桿原理

以此為基準，設定車重作用力臂與限重作用力臂的長度比例和限重塊的重量。當超過48t的車輛通過時，A、B兩個懸掛短柱承受的重量超過12t，即會打破限重機構的平衡，從而導致限重杠桿翹起，承重板出端下移，如圖9所示。

圖9 限行擋桿

三、工作原理及效果

如圖10所示，非超重車輛通過時，車重未達到限重標準，不會打破路面限重機構的平衡，車輛可在承重板上順暢通過；超重車輛的重心到達承重板正中時，依據杠桿原理，超重車自重加運載貨物重量的總重量平均分散在承重板四角的支點上，承重板出端橫梁兩端的懸掛短柱所承受的超重車總重量四分之一的重量，通過懸掛連桿傳導至路面限重機構。因其超過路面限重機構預設的承重限度，打破路面限重機構的平衡，使得限重杠桿將限重塊翹起離開地面。此時，承重板出端下移，帶動溝槽出端限行檔桿翹起，使超重車輛無法通行，當超重車輛倒車退出承重板后，限重機構在限重塊的重力作用下復位、承重板重新與路面齊平。

圖10 車輛經過裝置時

當超重車輛通過時，承重板出端下移，溝槽底部鋪設減震材料，同時有限重塊的重力通過杠桿系統對超重車重量反控，加之超重車受控下落不超過10cm，不會造成大的震動，不會對車輛和溝槽造成損壞。

該方法的承重板頂面的防滑齒條能有效防止輪胎打滑，保證車輛正常駛過及超重車從傾斜的承重板上順利倒車退出；超重車倒車退出時，限重塊下落受車重作用力反控，大大減少限重塊下落勢能，加之限重塊底部路面鋪設減震材料，不會對路面造成沖擊損壞；限重機構外設金屬罩，防雨防塵，不受外力破壞，延長限重機構使用壽命。

四、安裝要點

限重車外側輪胎的外側邊距一般為2.5m，因而溝槽的寬度應為3m左右，這樣能確保承重板寬度在比溝槽窄0.02米的情況下，能比限重車外側輪胎外側邊距寬0.48m左右，從而確保限重車輪胎全部壓在承重板上；溝槽長度應長于限重車的總長，因考慮超重車重心一般在車的中部偏后，所以要確保超重車車頭抵近承重板出端前，超重車重心到達承重板正中，從而激發限重機構改變平衡狀態，限行檔桿翹起。我國現有的6軸拖掛車一般為16.5m，只有少數車輛超過這個長度，據此，在多軸拖掛車通行的路橋上安裝本裝置，溝槽長度以18m左右為宜；非拖掛載重車的長度一般為11.5m，所以在其他路面安裝本裝置，溝槽長度以13m左右為宜。

五、安裝位置的確定及其相關設施

在路旁建有減載卸載場的空間，例如高速公路入口附近和超限超載檢測站附近。不能讓超重車長時間卡在限重裝置上，從而造成交通擁堵。因此，必須在緊靠限重裝置右側設置減載卸載場。并通過路牌提示，如圖11所示，讓超重車駕駛員提前注意到前方有限重裝置，必須在限重裝置入口右轉進入減載卸載場，從而確保道路暢通。同時，減載卸載場入口必須與限重裝置入口齊平，盡量縮短限重裝置上的超重車倒車退出進入減載卸載場的距離和時間，盡量避免造成交通堵塞。

圖11 路牌提示

在路旁無建減載卸載場的空間，主要是橋頭和城市高架橋入口。為了不讓超重車長時間卡在限重裝置上造成交通堵塞，必須把限重裝置安裝在離橋頭最近的岔路口。通過路牌提示，讓超重車駕駛員提前注意到前方的限重裝置，無法上橋，自覺改走地面岔道，從而避免造成交通擁堵，如圖12所示。

圖12 橋頭或城市高架橋入口的情況