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

1.汽車(chē)衡的定義、 結(jié)構(gòu)、 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(jì)量器具， 是計(jì)量器具的一個(gè)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(lèi)， 目前汽車(chē)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(chē)衡的靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)方法及存在 的問(wèn)題

大型汽車(chē)衡的靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)主要采用砝碼 法， 即使用砝碼檢測(cè)被檢汽車(chē)衡的靜態(tài)計(jì)量性能，使用的砝碼的誤差必須是被檢汽車(chē)衡相應(yīng)秤量值最大允許誤差的 1/3。 在對(duì)大型汽車(chē)衡進(jìn)行檢測(cè)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(shè)備多， 檢測(cè)成本高采用砝碼法對(duì)大型汽車(chē)衡進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)時(shí)，需要運(yùn)送一定數(shù)量的砝碼到檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)， 通常為幾十噸甚至上百?lài)崳?/span> 在檢測(cè)過(guò)程中還要配備起吊設(shè)備， 用于起吊、 移動(dòng)砝碼到指定位置； 檢測(cè)結(jié)束后， 再由車(chē)輛將砝碼運(yùn)送回存放地點(diǎn)。 檢測(cè)過(guò)程中需要砝碼運(yùn)輸車(chē)輛、 起吊設(shè)備配合， 檢測(cè)成本很高。

2.2 配合人員多， 工作效率低。

為保障檢測(cè)工作的順利進(jìn)行， 檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)除了檢測(cè)人員，  還要配備一定數(shù)量的車(chē)輛駕駛?cè)藛T、起吊設(shè)備操作人員、 現(xiàn)場(chǎng)安全維護(hù)人員。 檢測(cè)過(guò)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(cè)工作， 工作效率較低。

2.3 檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、 與實(shí)際使用情況差異大。

對(duì)一臺(tái) 30t汽車(chē)衡進(jìn)行檢定時(shí)， 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(xiàng)試驗(yàn)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(tái)上進(jìn)行稱(chēng)重， 然后駛離秤臺(tái)的整個(gè)稱(chēng)量過(guò)程不會(huì)超過(guò)三分鐘。 由于檢測(cè)過(guò)程中需要頻繁起吊裝卸砝碼， 導(dǎo)致整個(gè)檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)太長(zhǎng)， 檢測(cè)過(guò)程與實(shí)際使用情況相差較大， 無(wú)法準(zhǔn)確客觀的評(píng)價(jià)被檢汽車(chē)衡的靜態(tài)計(jì)量性能。工作強(qiáng)度大、 危險(xiǎn)性高。

檢測(cè)過(guò)程中需要長(zhǎng)時(shí)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(cè)工作強(qiáng)度大、 危險(xiǎn)性高， 極易出現(xiàn)安全事故。

3.用于汽車(chē)衡靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)的液壓加載裝置

液壓加卸載檢測(cè)裝置是一種基于疊加機(jī)原理的檢測(cè)裝置， 能夠用于對(duì)大型汽車(chē)衡進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)， 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(duì)大型衡器進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)， 還能夠有效解決使用砝碼法檢測(cè)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(jì)量中對(duì)力傳感器、 測(cè)力儀等進(jìn)行檢測(cè)的計(jì)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(cè)力儀準(zhǔn)確度高的測(cè)力儀作為標(biāo)準(zhǔn)， 與被檢測(cè)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(cè)量， 來(lái)確定被檢測(cè)力儀計(jì)量特性的力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。 疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)工作時(shí)， 力發(fā)生器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出確定， 當(dāng)輸出達(dá)到用高一級(jí)測(cè)力儀或測(cè)力機(jī)標(biāo)定的定度值時(shí)， 所施加的載荷為標(biāo)準(zhǔn)力值， 穩(wěn)定該力值， 記錄下被測(cè)力儀的輸出。 逐級(jí)加載和卸載， 完成對(duì)被檢測(cè)力儀的檢測(cè)。

液壓加卸載檢測(cè)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(cè)汽車(chē)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(guò)控制系統(tǒng)對(duì)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(cè)

汽車(chē)衡上的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)載荷， 施加于被測(cè)地磅上的載荷與液壓加卸載檢測(cè)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(guò)示值比較可直接對(duì)被測(cè)地磅進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)。

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(duì)液壓加卸載檢測(cè)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(duì)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(huì)發(fā)生大幅度變化；持續(xù)慢速加 / 卸載時(shí)， 由于機(jī)械摩擦和壓力傳遞滯后， 會(huì)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(duì)流、 地面及設(shè)備的震動(dòng)對(duì)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(wú)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(lái)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(duì)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(gè)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(cè)對(duì)象， 其剛度和額定變形量差別很大。 不同型號(hào)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(duì)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(duì)具有不同剛度和變形量的被測(cè)對(duì)象的適應(yīng)性，就必須考慮被測(cè)對(duì)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(duì)控制參數(shù)具有自修正能力， 以減小時(shí)滯， 使系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)， 避免加載載荷在某一非被測(cè)點(diǎn)停滯不動(dòng)。

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(dòng)控制系統(tǒng)， 是由信號(hào)正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動(dòng)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(guò)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(cè)裝置利用串聯(lián)在加載液壓缸和被測(cè)汽車(chē)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(hào)， 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)載荷實(shí)現(xiàn)閉環(huán)動(dòng)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(cè)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(cè)裝置要滿(mǎn)足檢測(cè)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(xiàn)。 常用的方法是利用液壓系統(tǒng)中的壓力控制閥直接對(duì)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(cè)裝置中增加一個(gè)微動(dòng)伺服缸， 通過(guò)高精度伺服電機(jī)和大速比減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)微動(dòng)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(dòng)伺服缸的位移， 實(shí)現(xiàn)對(duì)加載缸的高精度微流量控制， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)加載缸的高精度加載控制。

4 .應(yīng)用實(shí)例

江蘇省計(jì)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(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)。 該裝置采用了靜壓力產(chǎn)生裝置、 高精度伺服控制、 信號(hào)反饋閉環(huán)控制、 PLC 可編程控制器等多項(xiàng)技術(shù)， 由檢衡車(chē)、 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(dòng)加卸載、 載荷穩(wěn)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(cè)工作的安全， 裝置具有過(guò)載保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)力傳感器和伺服微動(dòng)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(chē)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(chǎng)檢測(cè)， 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(tái)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)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)?nèi)。

 該裝置自 2006 年投入使用以來(lái)， 已累計(jì)對(duì)約4000 臺(tái)次動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)， 不僅在準(zhǔn)確度、 穩(wěn)定性、 功能等方面達(dá)到了設(shè)計(jì)要求， 而且較好地適應(yīng)了動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫濕度變化大、 震動(dòng)和氣流影響因素多、 工作強(qiáng)度大等實(shí)際情況， 完全滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作的需求。 有效的解決了使用砝碼法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)工作強(qiáng)度高、效率低、 安全隱患大的問(wèn)題， 極大地減輕了檢測(cè)工作強(qiáng)度， 提高了工作效率， 能夠更加快捷、 有效、 安全地對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量性能檢測(cè)， 有效的保證了動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的靜態(tài)計(jì)量性能。