Поосное взвешивание грузовиков: от чего зависит точность

Коротко

Масса транспортного средства при поосном взвешивании — косвенная величина, сумма осевых нагрузок; её погрешность складывается из систематической и случайной составляющих.
В движении весы фиксируют мгновенную, а не статическую нагрузку: машина колеблется на подвеске. Разницу между ними главный метролог «Тензора» предлагает называть отклонением, а не погрешностью.
При прочих равных двухосный автомобиль взвешивается с большей неопределённостью массы, чем пятиосный, а порожний — как правило, с большей, чем гружёный.
В классификации, предложенной ВНИИМС в 2018 году, погрешность нормируется отдельно для массы, группы осей и оси; при поверке пределы классов 1B–10F вдвое уже границ класса: для 1B — ±0,5 % по массе и ±1 % по оси.
СДК.Ам, по докладу 2017 года (свидетельство об утверждении типа № 51469), оценивает погрешность каждого проезда по осциллограмме, а проезд с ускорением или торможением вне рабочего диапазона считает оценочным. Нормированные пределы действующего типа задаёт описание типа № 71330-18.

Что измеряют при поосном взвешивании

Главный метролог «Тензора» В. А. Вдовин называет три цели взвешивания транспортных средств (ТС): определить массу, обеспечить безопасность эксплуатации ТС и сохранность дорог [2]. Для торговых и учётных операций достаточно массы. Для двух других нужно распределение нагрузки по осям: массу и осевые нагрузки сравнивают с максимально допустимыми значениями, установленными изготовителем ТС и нормативными документами [2].

Измеряемая величина — статическая вертикальная нагрузка, которую ось (группа осей) передаёт на опорную поверхность; на языке железнодорожников её определение называется развеской [2]. В классификации систем WIM (weigh-in-motion — взвешивание в движении), изложенной В. А. Вдовиным и специалистами ФГУП «ВНИИМС», нормируются три величины: масса ТС, нагрузка от группы осей и осевая нагрузка; одиночная ось рассматривается как группа из одной оси [1].

Масса ТС при поосном взвешивании — косвенное измерение: её получают сложением осевых нагрузок [2], и точность массы наследует точность каждой оси. Как сравнивать оси и массу с ограничениями при отгрузке, разобрано в статье «Как избежать штрафа за перегруз»; здесь речь о самом измерении.

Оборудование для развески по осям

Весы поосного взвешивания — грузоприёмное устройство (ГПУ) в полосе движения, через которое оси проходят по очереди; массу ТС определяют взвешиванием по частям [8]. В ГПУ системы СДК.А входят тензометрические датчики силы, тензоусилитель, блок аналого-цифрового преобразования и контроллер предварительной обработки, данные с которого поступают на измерительно-вычислительный комплекс [6]. Остальные подсистемы комплекса описаны в блоке «Как это работает» на странице автомобильных весов.

Для метрологии важна подвеска платформы: в СДК.А и СДК.Ам она подвешена внутри рамы на датчиках растяжения, что, по описанию «Тензора», делает систему нечувствительной к тангенциальным усилиям [3, 6] — продольным силам при торможении и разгоне [7]. У СДК.Ам, по докладу 2017 года, длина грузоприёмной площадки вдоль движения — 1 м, а эффективный участок, на котором пятно контакта колёс оси целиком находится на платформе, — около 0,8 м [3].

В движении и с остановкой каждой оси

Одни и те же весы работают в полосе движения на установленной скорости без ускорения и торможения и в статике с остановкой на каждой оси; так взвешивают порожние и гружёные ТС, в том числе автопоезда и автоцистерны с жидкими грузами [7]. В СДК.Ам для обоих режимов, по докладу 2017 года, применяются однотипные модули, различающиеся только наличием защитного полимерно-металлического настила [3]. Статический режим поосных весов используют и для контрольного взвешивания: платформенные весы, как отмечено в докладе «Поверка WIM» (2013), могут не подойти для особо тяжёлых многоосных ТС из-за ограничений грузоподъёмности и размеров платформы [5].

Физика измерения: мгновенная нагрузка вместо статической

Неподвижная ось давит на платформу постоянной силой, катящаяся — меняющейся: машина колеблется на подвеске. Результат измерения осевой нагрузки в движении — мгновенная реализация на момент проезда оси, а разброс при повторных проездах соответствует амплитуде колебаний осевой нагрузки [3]. Превышение динамической нагрузки над статической заложено и в дорожные расчёты: в приведённой в докладе [2] таблице из Инструкции по проектированию дорожных одежд нежёсткого типа ВСН 46-83 (прил. 1, табл. 1) для автомобилей группы А при номинальной статической нагрузке на ось 100 кН расчётная нагрузка от колеса неподвижного автомобиля — 50 кН, движущегося — 65 кН, то есть на 30 % больше.

Осциллограмма проезда

Весы записывают сигнал датчиков во времени — осциллограмму проезда. В ней отражаются скорость и неравномерность движения, состояние подъезда и съезда, качество сопряжения ГПУ с дорогой, тип и неисправности подвески, шумы аппаратуры [4]. В идеале на участке каждой оси сигнал горизонтален; на реальных осциллограммах видны колебания машины, удары при наезде на ГПУ и шумы [4].

К. Исаев описывает обработку участка, где ГПУ нагружено одной осью: сигнал пропускают через фильтр нижних частот в прямом и обратном направлениях (так устраняются фазовые искажения), а нагрузку берут как среднее отфильтрованного сигнала на интервале с целым числом полупериодов первой гармоники [4]. При скоростях до 10 км/ч эта гармоника отражает колебания машины на подвеске, которые вносят наибольший вклад — до 15 % — в погрешность определения осевых нагрузок [4]. Для скоростей до 20 км/ч и ГПУ длиной порядка 1 м автор считает достаточной частоту съёма данных около 500 Гц [4].

Точность растёт, если ось находится на платформе не меньше периода собственных колебаний ТС: при номинальной загрузке их частота, как правило, не превышает 2 Гц, то есть период — не меньше 0,5 с [3]. Расчёт «критической» скорости для площадки СДК.Ам приведён в статье о контроле перегруза до выезда; выше неё, по оценке автора доклада, нет оснований считать погрешность осевой нагрузки меньше 8 % [3].

Статическая и динамическая нагрузка — разные величины

В. А. Вдовин предлагает считать статические и динамические осевые нагрузки разными измеряемыми величинами, а разницу между ними называть отклонением: погрешность определяется только для одной и той же величины [2]. Осевые нагрузки, измеренные на одних весах в прямом и обратном направлении, в общем случае не совпадают — зона взвешивания может отклоняться от горизонта, влияет даже направление ветра; совпадать должна только масса ТС [2]. Задача взвешивания в движении в такой постановке — оценить статические осевые нагрузки с заданными пределами отклонений [2].

Систематическая и случайная составляющие погрешности

Погрешность косвенно измеренной массы ТС состоит из систематической и случайной составляющих; случайная зависит от неопределённости измерения осевых нагрузок [2]. Случайная составляющая меняется от проезда к проезду и в серии усредняется, систематическая повторяется. Поэтому среднее осевых нагрузок по многократным проездам в движении, по В. А. Вдовину, не может служить опорным значением — оно пригодно только для оценки неопределённости, а опорную массу контрольного ТС определяют на весах для статического взвешивания [2].

Соотношение составляющих зависит от режима. Для весов на основной полосе движения в докладе «Поверка WIM» отмечено: разброс осевых нагрузок одного и того же ТС настолько велик по сравнению с систематическим отклонением средних от значений статического поосного взвешивания, что систематической составляющей можно пренебречь; сказано это о СДК.Ам в роли предварительных весов [5]. При медленном проезде и в статике разброс меньше, и вес систематической составляющей растёт — её контролируют юстировкой и поверкой. СДК.Ам, по докладу 2017 года, юстируется на месте эксплуатации гирями, а поверяется с использованием гирь и контрольного ТС с числом осей больше двух [3].

Как СДК.Ам оценивает погрешность проезда

Для СДК.Ам по свидетельству об утверждении типа № 51469 от 17.07.2013 доклад 2017 года описывает оценку погрешности при каждом проезде [3]. Осевая нагрузка — среднее ряда отсчётов, полученных, пока ось катится по платформе. Доверительные границы погрешности оси и массы рассчитываются с коэффициентом охвата 2 при доверительной вероятности 0,95 (3 — при 0,99) с учётом неисключённой систематической погрешности каждой из N частей ТС и поправочного коэффициента 1,1 на систематические отклонения осевых нагрузок в движении. Затем назначается ближайший больший предел из ряда: для оси — 1, 2, 3, 4, 8 или 16 % (обозначения A–F по OIML R 134-1), для массы — 1, 2, 3, 7, 10 или 15 % [3].

Предел — граница, которую погрешность не превышает с заданной вероятностью, а не её типичное значение. По тому же докладу, у СДК.Ам с типом, утверждённым в 2001 году, при соблюдении требований к условиям измерений и скорости 3–5 км/ч неопределённость измерения массы была не более 0,2 % при заявленных минимальных пределах погрешности 1 % [3]. Эти значения описывают системы своего времени; нормированные метрологические характеристики действующего типа устанавливает описание типа № 71330-18 [9].

Пределы при поверке и число осей

В классификации ВНИИМС пределы при поверке для классов 1B, 2D, 5E и 10F вдвое уже границ класса: для 1B масса ТС — ±0,5 % вместо ±1 %, нагрузка от группы осей и осевая нагрузка — ±1 % вместо ±2 % [1]. Число осей входит в саму норму: при испытаниях и поверке 95 % результатов измерения массы, полученной суммированием осевых нагрузок, не должны превышать большего из двух значений — расчётной абсолютной допускаемой погрешности, округлённой до ближайшего большего значения цены деления, или d·N, где d — цена деления, N — число осей ТС (для нагрузки от группы осей — число осей в группе) [1]. Классы с рабочими скоростями сведены в таблицу в статье о контроле перегруза; авторы называют классификацию предварительной [1].

Двухосные и многоосные, порожние и гружёные

Как показывают теория и практика, пишет В. А. Вдовин, двухосный автомобиль при прочих равных условиях имеет бóльшую неопределённость измерения массы, чем, например, пятиосный [2]. Это согласуется с косвенным характером массы: при сложении осевых нагрузок независимые случайные отклонения отдельных осей частично компенсируют друг друга. Поэтому предел погрешности массы, установленный по испытаниям двухосного ТС, для многоосных неоправданно завышен. Пример из доклада — разные пределы погрешности массы в COST 323 и ASTM E1318 при сходных пределах для осевых нагрузок: в первом документе использовались двух- или трёхосные контрольные ТС, во втором — пятиосные [2].

Порожние ТС, как правило, взвешиваются с большей неопределённостью, чем гружёные, и автор допускает, что понадобятся разные пределы погрешности массы для порожних и гружёных машин [2]. На посту весового контроля в Ростовской области у порожнего тягача колебания нагрузки от осей на дорогу доходили до 50 % от среднего значения [2]. Пределы ±1 % для СДК.Ам в статическом режиме в докладе 2017 года тоже указаны с условием — для осевых нагрузок свыше 6 т и массы гружёных ТС [3]. Это важно, когда массу груза считают разностью брутто и тары: тару измеряют на порожней машине (см. статью о взвешивании мусоровозов).

Подвеска и сближенные оси

Пневматическая или эквивалентная ей подвеска (например, гидравлическая) демпфирует колебания, и неровности покрытия влияют на результат незначительно; рессорная или пружинная, особенно на сближенных осях, чрезвычайно чувствительна к неровностям опорной поверхности [2]. Неровности зоны взвешивания и просадка ГПУ под нагрузкой ведут к значительному перераспределению осевых нагрузок [2], а амплитуда колебаний ТС с механической подвеской без демпфирования, по докладу 2017 года, может достигать 25 % и более [3]. Поэтому при испытаниях автор предлагает брать много разных контрольных ТС (в ASTM E1318 — не менее 51) либо машины с наиболее неблагоприятной подвеской — рессорной без демпфирования, на сближенных осях — и определять конструктивные типы ТС, для которых установленные погрешности применимы [2].

Скорость, ускорение и класс каждого проезда

Скорость определяет время нахождения оси на платформе. Ускорение и торможение перераспределяют нагрузку между осями, поскольку центр масс ТС находится выше уровня дороги [4]; особенно сильно влияет крутящий момент ведущей оси [2]. Поэтому в классификации ВНИИМС система должна соответствовать требованиям в рабочем диапазоне скоростей — заданном в технической документации или определённом при испытаниях, — а диапазон может быть разбит на интервалы со своими классами точности [1]. Система, предназначенная для контроля ускорений, должна определять проезд с ускорением выше заданного порога и отмечать его результаты кодом нарушения с предупреждением о недостоверности [1]. Пример интервалов — система СДК.А (предыдущее поколение): пределы допускаемой погрешности нагрузки на ось в движении — 1 % при 1–6 км/ч, 4 % при 7–20 км/ч, 8 % свыше 20 км/ч [6]. Это характеристики СДК.А, на СДК.Ам они не переносятся.

Параметры качества проезда

К. Исаев предлагает приписывать класс точности каждому измерению по трём параметрам [4]:

Скорость. Для каждой оси — длина грузоприёмного модуля, делённая на время нахождения оси на нём.
Неравномерность проезда. Разность максимальной и минимальной скоростей осей, отнесённая к средней скорости.
Параметр неравномерности нагрузок. Амплитуда первой гармоники отфильтрованной осциллограммы; к первому классу относят только измерения, у которых обрабатываемый интервал содержит не меньше двух полупериодов.

Высшему классу соответствуют наименьшие значения всех трёх параметров; если хотя бы один выходит за границы, измерение проверяют на соответствие следующему классу [4]. При плохом обслуживании весов, несоблюдении режима движения, неровной подъездной дороге или неисправном ТС погрешность, по оценке автора, может достигать 15 % и более — её он предлагает учитывать в пользу перевозчика [4]. В системах «Тензора» автоматическое отнесение результата к одному из 5 нормированных пределов погрешности по осциллограмме появилось при модернизации СДК.А в 2000 году; в СДК.Ам по свидетельству № 51469 результат, полученный при ускорении, торможении или неравномерности осевой нагрузки вне рабочего диапазона, считается оценочным, и пределы погрешности ему не назначаются [3].

Что из этого следует для развески

Задача определяет величины. Для учёта груза достаточно массы; для контроля перегруза нужны осевые нагрузки и нагрузки от групп осей, а их пределы погрешности в классификации шире, чем для массы [1, 2].
Режим — по требуемой точности. Наименьшая погрешность — в статике с остановкой каждой оси или при медленном равномерном проезде [1, 3, 6].
Ровная зона взвешивания. Участок по требованиям прямолинейности и плоскостности руководства по эксплуатации [8], качественное сопряжение ГПУ с дорогой и ровный подъезд [4].
Оценочные результаты — перевзвешивать. Проезд с разгоном, торможением или большой неравномерностью не даёт результата с нормированной погрешностью [1, 3].
Сравнивать с учётом машины. У двухосных и порожних ТС неопределённость массы при прочих равных больше [2].
Поверять в срок. Тип СДК.Ам утверждён: Госреестр СИ № 71330-18, срок действия — до 1 июня 2028 года, поверка по методике МП 204-31-2017 с интервалом 1 год [9].

Рассчитаем СДК.Ам для развески по осям

Осевые нагрузки и общая масса, госномер и снимки, дата и время — в записи о каждом проезде. Тип средства измерений утверждён: Госреестр СИ № 71330-18, поверка с интервалом 1 год.

Рассчитать стоимость Как устроен комплекс

Источники

Вдовин В. А., Кывыржик В. П., Назаров В. Н., Степаненко А. И. Метрологические требования и классификация систем WIM // Мир измерений. 2018. № 3. С. 18–21. Статья, PDF: https://tenzor-rostov.ru/publish/vdovin-2018.pdf.
Вдовин В. А. Сложившаяся практика по весам поосного взвешивания. Внесение в реестр по ГОСТ 33242 или по ТУ? Доклад на семинаре в УНИИМ, Екатеринбург. PDF: https://tenzor-rostov.ru/publish/vdovin_150317.pdf.
Вдовин В. А. Новые разработки и метрологические подходы в области автомобильных весов на примере Систем дорожного контроля СДК.Ам. Доклад на семинаре в УНИИМ, Екатеринбург, 14.03.2017. PDF: https://tenzor-rostov.ru/publish/vdovin_new-sdkam.pdf.
Исаев К. Особенности метрологического обеспечения взвешивания транспортных средств в движении. Статья, PDF: https://tenzor-rostov.ru/publish/Isaev1.pdf.
Вдовин В. А. Поверка WIM. Доклад на круглом столе «Дороги-2013». PDF: https://tenzor-rostov.ru/publish/vdovin_pov-wim.pdf.
СДК.А — система весового дорожного контроля (весы автомобильные поосные): технические характеристики. Страница базы знаний ООО НИПВФ «Тензор»: https://tenzor-rostov.ru/sdk-a-cistema-vesovogo-dorozhnogo-kontrolya-vesy-avtomobilnye-poosnye (обращение 1 октября 2026).
Развеска большегрузных автомобилей перед выходом на маршрут следования — защита от штрафов за перегруз. Страница базы знаний ООО НИПВФ «Тензор» (система СДК.А): https://tenzor-rostov.ru/razveska-bolshegruznykh-avtomobilej-pered-vykhodom-na-marshrut-sledovaniya-zashchita-ot-shtrafov-za-peregruz (обращение 1 октября 2026).
АВГК — автоматический весогабаритный контроль. Страница базы знаний ООО НИПВФ «Тензор»: https://tenzor-rostov.ru/avgk-avtomaticheskij-vesogabaritnyj-kontrol (обращение 1 октября 2026).
Системы дорожного контроля СДК.Ам — утверждённый тип средств измерений, Госреестр СИ № 71330-18; срок продлён приказом Росстандарта от 16.03.2023 № 564 до 01.06.2028; методика поверки МП 204-31-2017, межповерочный интервал 1 год. Сканы документов: https://tenzor-rostov.ru/svidetelstva-litsenzii-i-patenty-tenzora, https://tenzor-rostov.ru/avgk-avtomaticheskij-vesogabaritnyj-kontrol/svidetelstvo-i-opisanie-tipa-sistemy-vesogabaritnogo-kontrolya-sdk-am.