本文在對大型汽車衡靜態(tài)計量性能檢測中采用液壓加卸載裝置用于汽車衡檢測的方法進(jìn)行探討。

1.汽車衡的定義、 結(jié)構(gòu)、 用途

汽車衡是一種通過作用于物體上的重力來確定 該物體質(zhì)量的計量器具， 是計量器具的一個重要 組成部分， 主要由承載器、 機(jī)械傳力裝置和示值 指示裝置三部分組成， 按結(jié)構(gòu)原理可分為機(jī)械衡器、 電子衡器、 機(jī)電結(jié)合衡器三大類， 目前汽車衡應(yīng)用最為廣泛， 主要用于工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、 商業(yè)、科研、 醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)。

2大型汽車衡的靜態(tài)計量性能檢測方法及存在 的問題

大型汽車衡的靜態(tài)計量性能檢測主要采用砝碼 法， 即使用砝碼檢測被檢汽車衡的靜態(tài)計量性能，使用的砝碼的誤差必須是被檢汽車衡相應(yīng)秤量值最大允許誤差的 1/3。 在對大型汽車衡進(jìn)行檢測時， 要使用幾十噸， 甚至上百噸的砝碼， 這種方法存在以下缺點(diǎn)：

2.1 需要設(shè)備多， 檢測成本高采用砝碼法對大型汽車衡進(jìn)行靜態(tài)計量性能檢測時，需要運(yùn)送一定數(shù)量的砝碼到檢測現(xiàn)場， 通常為幾十噸甚至上百噸； 在檢測過程中還要配備起吊設(shè)備， 用于起吊、 移動砝碼到指定位置； 檢測結(jié)束后， 再由車輛將砝碼運(yùn)送回存放地點(diǎn)。 檢測過程中需要砝碼運(yùn)輸車輛、 起吊設(shè)備配合， 檢測成本很高。

2.2 配合人員多， 工作效率低。

為保障檢測工作的順利進(jìn)行， 檢測現(xiàn)場除了檢測人員，  還要配備一定數(shù)量的車輛駕駛?cè)藛T、起吊設(shè)備操作人員、 現(xiàn)場安全維護(hù)人員。 檢測過程需要協(xié)調(diào)不同單位、 不同職責(zé)的人員共同完成檢測工作， 工作效率較低。

2.3 檢測時間長、 與實(shí)際使用情況差異大。

對一臺 30t汽車衡進(jìn)行檢定時， 按照規(guī)程的要求需要加載至最大秤量 30t 的砝碼， 然后在卸載至零點(diǎn)，  該項試驗至少需要耗時約三個小時。而實(shí)際使用時， 汽車行駛到秤臺上進(jìn)行稱重， 然后駛離秤臺的整個稱量過程不會超過三分鐘。 由于檢測過程中需要頻繁起吊裝卸砝碼， 導(dǎo)致整個檢測過程耗時太長， 檢測過程與實(shí)際使用情況相差較大， 無法準(zhǔn)確客觀的評價被檢汽車衡的靜態(tài)計量性能。工作強(qiáng)度大、 危險性高。

檢測過程中需要長時間起吊裝卸砝碼， 并將砝碼堆疊在承載器上的指定區(qū)域， 檢測工作強(qiáng)度大、 危險性高， 極易出現(xiàn)安全事故。

3.用于汽車衡靜態(tài)計量性能檢測的液壓加載裝置

液壓加卸載檢測裝置是一種基于疊加機(jī)原理的檢測裝置， 能夠用于對大型汽車衡進(jìn)行靜態(tài)計量性能檢測， 主要由液壓加載壓力源、 加載控制裝置、 主加載缸、 標(biāo)準(zhǔn)力傳感器、 壓力變送及顯示儀表、 導(dǎo)力支架等幾部分組成。 該裝置不僅能夠按照規(guī)程的要求對大型衡器進(jìn)行靜態(tài)計量性能檢測， 還能夠有效解決使用砝碼法檢測的缺點(diǎn)， 具有準(zhǔn)確高效、 安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

3.1工作原理

力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是力學(xué)計量中對力傳感器、 測力儀等進(jìn)行檢測的計量設(shè)備， 疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是應(yīng)用最廣泛一種力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。 疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是用比被檢測力儀準(zhǔn)確度高的測力儀作為標(biāo)準(zhǔn)， 與被檢測力儀串聯(lián)， 以液壓方式或機(jī)械方式施加負(fù)荷， 進(jìn)行比較測量， 來確定被檢測力儀計量特性的力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。 疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)工作時， 力發(fā)生器對標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被檢測力儀 （ 或傳感器） 同時加載， 由于兩者采用串聯(lián)聯(lián)接， 承受同一載荷。 載荷大小由標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出確定， 當(dāng)輸出達(dá)到用高一級測力儀或測力機(jī)標(biāo)定的定度值時， 所施加的載荷為標(biāo)準(zhǔn)力值， 穩(wěn)定該力值， 記錄下被測力儀的輸出。 逐級加載和卸載， 完成對被檢測力儀的檢測。

液壓加卸載檢測裝置基于疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的原理， 在液壓加載缸和被測汽車衡之間串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)傳感器， 形成疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)結(jié)構(gòu)。 通過控制系統(tǒng)對液壓加載缸的加載壓力進(jìn)行精確控制， 利用反力架或恒定載荷獲得反作用力， 產(chǎn)生施加于被測

汽車衡上的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)載荷， 施加于被測地磅上的載荷與液壓加卸載檢測裝置的標(biāo)準(zhǔn)傳感器所受載荷完全相同。 該標(biāo)準(zhǔn)傳感器即為標(biāo)準(zhǔn)輸出， 通過示值比較可直接對被測地磅進(jìn)行靜態(tài)計量性能檢測。

3.2技術(shù)難點(diǎn)

為了獲得穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)載荷， 必須對液壓加卸載檢測裝置中液壓加載缸的加載壓力進(jìn)行精確控制。 雖然采用液壓控制加載是目前疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)常用的加載控制方式， 尤其對大載荷力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。然而， 由于液壓系統(tǒng)的固有特性和加載系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)影響， 單純依靠液壓控制實(shí)現(xiàn)高精度加載并非易事： 在液壓系統(tǒng)密封良好情況下， 由于液壓介質(zhì)自身的粘性、 可壓縮性等特性影響， 停止加載或卸載后， 系統(tǒng)內(nèi)的壓力還會發(fā)生大幅度變化；持續(xù)慢速加 / 卸載時， 由于機(jī)械摩擦和壓力傳遞滯后， 會出現(xiàn)在停止瞬間壓力保持不變， 而后突然快速變化的特點(diǎn)； 此外， 環(huán)境條件的變化， 尤其是溫度的變化、 空氣的強(qiáng)烈對流、 地面及設(shè)備的震動對液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性的影響都不可忽視。這些環(huán)境因素的變化是不可預(yù)估的， 而且影響程度尚無可利用的量化指標(biāo)。 因此， 要單純依靠液壓控制達(dá)到較高的加載精度和載荷穩(wěn)定度， 其難點(diǎn)很多， 歸納起來主要有：

1）  控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型難以建立。 由于影響壓系統(tǒng)的因素有許多， 如溫度的影響、 空氣對流的影響、 粘度的影響、 液壓油可壓縮性的影響、壓系統(tǒng)微泄漏的影響， 還有機(jī)械摩擦的影響等等， 而且壓力系統(tǒng)遲滯較大， 這些都不利于建立一個有效的數(shù)學(xué)模型。

2） 不同壓力下， 液壓介質(zhì)壓縮系數(shù)不同， 致使同樣壓力值變化， 液壓介質(zhì)壓縮量不同。 壓力高， 壓縮量越小， 致使同樣的加載頻率在大載荷下引起的力值變化比小載荷下要快。

3） 不同的檢測對象， 其剛度和額定變形量差別很大。 不同型號傳感器， 在相同載荷點(diǎn)的變形量可能相差很大。 在施加同樣載荷的過程中， 加載油缸活塞要有不同的位移量， 從而對加載準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性必須進(jìn)行調(diào)節(jié)。 因此， 要保證控制系統(tǒng)對具有不同剛度和變形量的被測對象的適應(yīng)性，就必須考慮被測對象的剛度和傳感器的變形量的影響。

（ 4）  控制系統(tǒng)必須能適應(yīng)環(huán)境變化及油路輕微泄漏的影響。 即對控制參數(shù)具有自修正能力， 以減小時滯， 使系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)， 避免加載載荷在某一非被測點(diǎn)停滯不動。

3.3  技術(shù)方案

閉環(huán)控制系統(tǒng)是基于反饋原理建立的自動控制系統(tǒng)， 是由信號正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)能夠根據(jù)系統(tǒng)輸出的變化進(jìn)行控制， 即通過比較系統(tǒng)輸出與設(shè)定值之間的偏差， 并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。液壓加卸載檢測裝置利用串聯(lián)在加載液壓缸和被測汽車衡之間的標(biāo)準(zhǔn)傳感器作為反饋元件， 將傳感器的輸出作為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生高精度、 高穩(wěn)定性的加載載荷閉環(huán)控制信號， 對標(biāo)準(zhǔn)載荷實(shí)現(xiàn)閉環(huán)動態(tài)控制。 這樣便可利用閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制特性抑制閉環(huán)內(nèi)的各種干擾因素， 如液壓油粘度的影響、 可壓縮性的影響、 液壓系統(tǒng)微泄漏、 測量系統(tǒng)的剛度變化等， 大大提高加載的穩(wěn)定性。

液壓加卸載檢測裝置要滿足檢測汽車衡所需的加載精度， 僅有高精度的力傳感器還不夠， 還要有高分辨率的壓力控制手段才能實(shí)現(xiàn)。 常用的方法是利用液壓系統(tǒng)中的壓力控制閥直接對加載壓力進(jìn)行控制， 如采用高精度的電液比例閥或電液伺服閥。 然而， 一般商用的電液伺服控制閥不僅價格昂貴， 而且控制精度距難以滿足要求。 采用微流量間接控制加載壓力的閉環(huán)控制方法， 可以保證加載精度。 在液壓加卸載檢測裝置中增加一個微動伺服缸， 通過高精度伺服電機(jī)和大速比減速機(jī)構(gòu)帶動微動伺服缸工作， 由控制系統(tǒng)根據(jù)加載壓力誤差精確控制微動伺服缸的位移， 實(shí)現(xiàn)對加載缸的高精度微流量控制， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對加載缸的高精度加載控制。

4 .應(yīng)用實(shí)例

江蘇省計量科學(xué)研究院基于以上技術(shù)原理成功研制了檢衡車專用靜態(tài)液壓加載裝置， 主要用于對動態(tài)汽車衡進(jìn)行靜態(tài)計量性能檢測。 該裝置采用了靜壓力產(chǎn)生裝置、 高精度伺服控制、 信號反饋閉環(huán)控制、 PLC 可編程控制器等多項技術(shù)， 由檢衡車、 標(biāo)準(zhǔn)砝碼、 液壓加載壓力源、加載控制裝置、 主加載缸、 標(biāo)準(zhǔn)傳感器、 壓力變送及顯示儀表、 導(dǎo)力支架等組成。 該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)最大加載載荷 30t、 完成0t~30t 的任意載荷點(diǎn)自動加卸載、 載荷穩(wěn)定時間大于 20s、 任意載荷點(diǎn)的加卸載時間小于 5 分鐘等功能， 而且為了保證檢測工作的安全， 裝置具有過載保護(hù)功能和異常情況下的手動急停功能。

該裝置各部分布局如圖 1 所示。

裝置具有以下特點(diǎn)：  （ 1）  采用液壓技術(shù)，（ 2）  采用由 PLC、 高精度標(biāo)準(zhǔn)力傳感器和伺服微動依據(jù)疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的工作原理，  加載迅速；缸相結(jié)合組成的閉環(huán)液壓加載控制系統(tǒng)， 克服了常用液壓加載疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的缺點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)了加載的高精度和高穩(wěn)定性；（ 3） 采用車載結(jié)構(gòu)形式， 便于快速、 方便地達(dá)到指定的收費(fèi)站進(jìn)行現(xiàn)場檢測， 使用方便； （ 4） 工作效率高， 與常用的堆砝碼的檢定方法相比， 大大加快了檢定的效率，可將單臺動態(tài)汽車衡靜態(tài)計量性能檢測的時間從原來的 4 小時 ~5 小時縮短為 30 分鐘以內(nèi)。

 該裝置自 2006 年投入使用以來， 已累計對約4000 臺次動態(tài)汽車衡進(jìn)行靜態(tài)計量性能檢測， 不僅在準(zhǔn)確度、 穩(wěn)定性、 功能等方面達(dá)到了設(shè)計要求， 而且較好地適應(yīng)了動態(tài)汽車衡檢測現(xiàn)場溫濕度變化大、 震動和氣流影響因素多、 工作強(qiáng)度大等實(shí)際情況， 完全滿足動態(tài)汽車衡的現(xiàn)場檢測工作的需求。 有效的解決了使用砝碼法進(jìn)行檢測時工作強(qiáng)度高、效率低、 安全隱患大的問題， 極大地減輕了檢測工作強(qiáng)度， 提高了工作效率， 能夠更加快捷、 有效、 安全地對動態(tài)汽車衡進(jìn)行靜態(tài)計量性能檢測， 有效的保證了動態(tài)汽車衡的靜態(tài)計量性能。