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

1.汽車(chē)衡的定義、 結構、 用途

汽車(chē)衡是一種通過(guò)作用于物體上的重力來(lái)確定 該物體質(zhì)量的計量器具， 是計量器具的一個(gè)重要 組成部分， 主要由承載器、 機械傳力裝置和示值 指示裝置三部分組成， 按結構原理可分為機械衡器、 電子衡器、 機電結合衡器三大類(lèi)， 目前汽車(chē)衡應用最為廣泛， 主要用于工業(yè)、 農業(yè)、 商業(yè)、科研、 醫療衛生等行業(yè)。

2大型汽車(chē)衡的靜態(tài)計量性能檢測方法及存在 的問(wèn)題

大型汽車(chē)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(chē)衡的靜態(tài)計量性能，使用的砝碼的誤差必須是被檢汽車(chē)衡相應秤量值最大允許誤差的 1/3。 在對大型汽車(chē)衡進(jìn)行檢測時(shí)， 要使用幾十噸， 甚至上百?lài)嵉捻来a， 這種方法存在以下缺點(diǎn)：

2.1 需要設備多， 檢測成本高采用砝碼法對大型汽車(chē)衡進(jìn)行靜態(tài)計量性能檢測時(shí)，需要運送一定數量的砝碼到檢測現場(chǎng)， 通常為幾十噸甚至上百?lài)崳?/span> 在檢測過(guò)程中還要配備起吊設備， 用于起吊、 移動(dòng)砝碼到指定位置； 檢測結束后， 再由車(chē)輛將砝碼運送回存放地點(diǎn)。 檢測過(guò)程中需要砝碼運輸車(chē)輛、 起吊設備配合， 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， 檢測現場(chǎng)除了檢測人員，  還要配備一定數量的車(chē)輛駕駛人員、起吊設備操作人員、 現場(chǎng)安全維護人員。 檢測過(guò)程需要協(xié)調不同單位、 不同職責的人員共同完成檢測工作， 工作效率較低。

2.3 檢測時(shí)間長(cháng)、 與實(shí)際使用情況差異大。

對一臺 30t汽車(chē)衡進(jìn)行檢定時(shí)， 按照規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(shí)約三個(gè)小時(shí)。而實(shí)際使用時(shí)， 汽車(chē)行駛到秤臺上進(jìn)行稱(chēng)重， 然后駛離秤臺的整個(gè)稱(chēng)量過(guò)程不會(huì )超過(guò)三分鐘。 由于檢測過(guò)程中需要頻繁起吊裝卸砝碼， 導致整個(gè)檢測過(guò)程耗時(shí)太長(cháng)， 檢測過(guò)程與實(shí)際使用情況相差較大， 無(wú)法準確客觀(guān)的評價(jià)被檢汽車(chē)衡的靜態(tài)計量性能。工作強度大、 危險性高。

檢測過(guò)程中需要長(cháng)時(shí)間起吊裝卸砝碼， 并將砝碼堆疊在承載器上的指定區域， 檢測工作強度大、 危險性高， 極易出現安全事故。

3.用于汽車(chē)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原理的檢測裝置， 能夠用于對大型汽車(chē)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、 標準力傳感器、 壓力變送及顯示儀表、 導力支架等幾部分組成。 該裝置不僅能夠按照規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)， 具有準確高效、 安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

3.1工作原理

力標準機是力學(xué)計量中對力傳感器、 測力儀等進(jìn)行檢測的計量設備， 疊加式力標準機是應用最廣泛一種力標準機。 疊加式力標準機是用比被檢測力儀準確度高的測力儀作為標準， 與被檢測力儀串聯(lián)， 以液壓方式或機械方式施加負荷， 進(jìn)行比較測量， 來(lái)確定被檢測力儀計量特性的力標準機。 疊加式力標準機工作時(shí)， 力發(fā)生器對標準傳感器和被檢測力儀 （ 或傳感器） 同時(shí)加載， 由于兩者采用串聯(lián)聯(lián)接， 承受同一載荷。 載荷大小由標準傳感器的輸出確定， 當輸出達到用高一級測力儀或測力機標定的定度值時(shí)， 所施加的載荷為標準力值， 穩定該力值， 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準機的原理， 在液壓加載缸和被測汽車(chē)衡之間串聯(lián)標準傳感器， 形成疊加式力標準機結構。 通過(guò)控制系統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(chē)衡上的穩定標準載荷， 施加于被測地磅上的載荷與液壓加卸載檢測裝置的標準傳感器所受載荷完全相同。 該標準傳感器即為標準輸出， 通過(guò)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)

為了獲得穩定的標準載荷， 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準機常用的加載控制方式， 尤其對大載荷力標準機。然而， 由于液壓系統的固有特性和加載系統的各環(huán)節影響， 單純依靠液壓控制實(shí)現高精度加載并非易事： 在液壓系統密封良好情況下， 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， 系統內的壓力還會(huì )發(fā)生大幅度變化；持續慢速加 / 卸載時(shí)， 由于機械摩擦和壓力傳遞滯后， 會(huì )出現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、 空氣的強烈對流、 地面及設備的震動(dòng)對液壓系統的工作穩定性的影響都不可忽視。這些環(huán)境因素的變化是不可預估的， 而且影響程度尚無(wú)可利用的量化指標。 因此， 要單純依靠液壓控制達到較高的加載精度和載荷穩定度， 其難點(diǎn)很多， 歸納起來(lái)主要有：

1）  控制系統的數學(xué)模型難以建立。 由于影響壓系統的因素有許多， 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、壓系統微泄漏的影響， 還有機械摩擦的影響等等， 而且壓力系統遲滯較大， 這些都不利于建立一個(gè)有效的數學(xué)模型。

2） 不同壓力下， 液壓介質(zhì)壓縮系數不同， 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(guò)程中， 加載油缸活塞要有不同的位移量， 從而對加載準確度和穩定性必須進(jìn)行調節。 因此， 要保證控制系統對具有不同剛度和變形量的被測對象的適應性，就必須考慮被測對象的剛度和傳感器的變形量的影響。

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

3.3  技術(shù)方案

閉環(huán)控制系統是基于反饋原理建立的自動(dòng)控制系統， 是由信號正向通路和反饋通路構成閉合回路的自動(dòng)控制系統。 該系統能夠根據系統輸出的變化進(jìn)行控制， 即通過(guò)比較系統輸出與設定值之間的偏差， 并消除偏差以獲得預期的系統性能。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(chē)衡之間的標準傳感器作為反饋元件， 將傳感器的輸出作為液壓系統產(chǎn)生高精度、 高穩定性的加載載荷閉環(huán)控制信號， 對標準載荷實(shí)現閉環(huán)動(dòng)態(tài)控制。 這樣便可利用閉環(huán)控制系統的控制特性抑制閉環(huán)內的各種干擾因素， 如液壓油粘度的影響、 可壓縮性的影響、 液壓系統微泄漏、 測量系統的剛度變化等， 大大提高加載的穩定性。

液壓加卸載檢測裝置要滿(mǎn)足檢測汽車(chē)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。 常用的方法是利用液壓系統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(jià)格昂貴， 而且控制精度距難以滿(mǎn)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(gè)微動(dòng)伺服缸， 通過(guò)高精度伺服電機和大速比減速機構帶動(dòng)微動(dòng)伺服缸工作， 由控制系統根據加載壓力誤差精確控制微動(dòng)伺服缸的位移， 實(shí)現對加載缸的高精度微流量控制， 進(jìn)而實(shí)現對加載缸的高精度加載控制。

4 .應用實(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(chē)專(zhuān)用靜態(tài)液壓加載裝置， 主要用于對動(dòng)態(tài)汽車(chē)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(chē)、 標準砝碼、 液壓加載壓力源、加載控制裝置、 主加載缸、 標準傳感器、 壓力變送及顯示儀表、 導力支架等組成。 該裝置能夠實(shí)現最大加載載荷 30t、 完成0t~30t 的任意載荷點(diǎn)自動(dòng)加卸載、 載荷穩定時(shí)間大于 20s、 任意載荷點(diǎn)的加卸載時(shí)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(guò)載保護功能和異常情況下的手動(dòng)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、 高精度標準力傳感器和伺服微動(dòng)依據疊加式力標準機的工作原理，  加載迅速；缸相結合組成的閉環(huán)液壓加載控制系統， 克服了常用液壓加載疊加式力標準機力標準機的缺點(diǎn)， 實(shí)現了加載的高精度和高穩定性；（ 3） 采用車(chē)載結構形式， 便于快速、 方便地達到指定的收費站進(jìn)行現場(chǎng)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(dòng)態(tài)汽車(chē)衡靜態(tài)計量性能檢測的時(shí)間從原來(lái)的 4 小時(shí) ~5 小時(shí)縮短為 30 分鐘以?xún)取?/span>

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