| 解讀《裝載機(jī)電子秤》檢定規(guī)程中衡器的工作原理及單次稱量誤差的確定 | | ||
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裝載機(jī)電子秤 |
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解讀《裝載機(jī)電子秤》檢定規(guī)程中 衡器的工作原理及單次稱量誤差的確定 [ 摘 要 ] 本文介紹了前置輪式裝載機(jī)電子秤的工作原理及單次稱量誤差的確定。對(duì)稱量結(jié)果的有效性進(jìn)行了說(shuō)明。 [ 關(guān)鍵詞 ] 檢定規(guī)程；工作原理；單次稱量誤差；稱量結(jié)果的有效性。 一、裝載機(jī)電子秤工作原理 輪式裝載機(jī)是通過(guò)安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支承結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝卸或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的輪胎機(jī)械。輪式裝載機(jī)見(jiàn)圖 1-1。
圖 1-1 輪式裝載機(jī) 輪式裝載機(jī)是在行進(jìn)中鏟裝、運(yùn)送、卸載的自走式工程機(jī)械 。裝載機(jī)自重大 , 軸距短 , 且始終處于流動(dòng)作業(yè)狀態(tài) , 難以用固定位置的衡器對(duì)它所載貨物進(jìn)行稱量。以裝載機(jī)的部分部件作為力傳遞機(jī)構(gòu)，在提升臂舉升時(shí)連通傳感器，并通過(guò)智能顯示終端將裝載機(jī)的自動(dòng)稱量過(guò)程用圖形（或數(shù)據(jù)）顯示出來(lái)，確定鏟斗（承載器）內(nèi)散料的裝入量，可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)累計(jì)并打印，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或GPS 定位系統(tǒng)進(jìn)行稱重?cái)?shù)據(jù)傳輸。這種即有車輛結(jié)構(gòu)又融合了電子秤結(jié)構(gòu)的工程機(jī)械車輛組合秤是自動(dòng)分檢衡器中車輛組合衡器的一種型式。前置輪式裝載機(jī)電子秤是車輛組合衡器的典型應(yīng)用。歐洲在上個(gè)世紀(jì)七十年代就有了裝載機(jī)電子秤。裝載機(jī)電子秤在我國(guó)的使用越來(lái)越廣泛，國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程 JJG 1123-2016《裝載機(jī)電子秤》的發(fā)布和實(shí)施。對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和計(jì)量部門開展檢定提供了技術(shù)依據(jù)。規(guī)程包含了引言、范圍、引用文件、術(shù)語(yǔ)和計(jì)量單位、概述、計(jì)量性能要求、通用技術(shù)要求以及計(jì)量器具控制部分。計(jì)量性能要求中的單次稱量、偏載測(cè)試、傾斜測(cè)試、交替變換運(yùn)行速度測(cè)試參考了 OIML R51《自動(dòng)分檢衡器 (2006 年版 )》(Automatic catchweighing instruments（2006E）) 國(guó) 際建議中 Y 類車輛組合自動(dòng)衡器中有關(guān)內(nèi)容。 裝載機(jī)電子秤稱重模式目前主要是壓力測(cè)量模式。 輪式裝載機(jī)在作業(yè)時(shí)，鏟斗的提升是通過(guò)液壓系統(tǒng)中的動(dòng)臂油缸驅(qū)動(dòng)提升臂，鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)液壓系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)油缸，兩者共同作用從而實(shí)現(xiàn)了鏟斗的提升和轉(zhuǎn)動(dòng)。 而油缸中的壓力與鏟斗中的散料重量之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)裝載機(jī)處于水平位置狀態(tài)，由力矩平衡原理得出，裝載機(jī)的提升臂長(zhǎng)度 L, 散料重量 W，它們的乘積 W×L等于提升臂缸內(nèi)的壓力 P, 與提升活塞橫截面積 S、提升臂作用點(diǎn)距離的乘積，簡(jiǎn)化后，散料重量 W與提升缸的壓力為正比 W=（k）×P （1） 式中 k 為系數(shù) 從（1）式中得知，只要測(cè)得提升臂在某一水平位置或在水平位置附近的一段位置提升缸中的壓力，便可以知道鏟斗中散料重量 W。 以上是靜態(tài)條件下的受力分析，當(dāng)提升臂在勻速時(shí)，提升臂長(zhǎng)度為 L 時(shí)的重量 W1 為 W1=W×V×T （2） 式中：W—散料重量 V—提升臂速度 T—工作時(shí)間 但在實(shí)際工作中，提升臂是不均速的，速度可能波動(dòng)變化，因此單位時(shí)間 dt 內(nèi)的提升臂長(zhǎng)度為L 時(shí)的重量 W1（t）為 W1（t）=W（t）×V（t）×dt （3） 因此一段時(shí)間 t 內(nèi)總重量為
式中：W（t）—瞬時(shí)重量 V（t）—提升臂速度 W1（t）—單位瞬時(shí)總重量 為了準(zhǔn)確知道提升臂的位置，還需要有一套測(cè)量提升臂位置的位置傳感器（或角度傳感器）來(lái)測(cè)量提升臂的位置，即提升臂在一段時(shí)間內(nèi)的重量。除測(cè)量重量外，還要對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量，從而準(zhǔn)確地得出提升臂在接近水平位置的時(shí)間時(shí)的總重量。由于提升臂位置較難知道何時(shí)是水平位置，因此可以采用一個(gè)相對(duì)應(yīng)位置來(lái)確定一段區(qū)間，依此區(qū)間的相對(duì)位置的時(shí)間來(lái)確定提升臂的某一個(gè)位置并通過(guò)數(shù)學(xué)模型用智能儀器內(nèi)的計(jì)算器計(jì)算出準(zhǔn)確重量。
圖 1-2 為裝載機(jī)電子秤稱重結(jié)構(gòu)示意圖
圖 1-2 裝載機(jī)電子秤稱重結(jié)構(gòu)示意圖 二、單次稱量的示值誤差 裝載機(jī)電子秤在自動(dòng)運(yùn)行中，對(duì)于任意大于或等于最小秤量（Min）和小于或等于最大秤量（Max）載荷的單次最大允許誤差應(yīng)符合表 1-1 的要求。 表 1-1 所列內(nèi)容和非自動(dòng)衡器的最大允許誤差要求類似，但是在判定方法上和非自動(dòng)衡器是有區(qū)別的。 表 1-1 單次稱量的最大允許誤差
規(guī)程對(duì)單次稱量示值誤差的確定根據(jù)不同的狀態(tài)有如下規(guī)定： 1. 如果裝載機(jī)電子秤有一個(gè)用于顯示實(shí)際分度值 d ≤ 0.2e 示值裝置（擴(kuò)展指示裝置），那么這一裝置就可用來(lái)確定誤差。如果使用擴(kuò)展指示裝置，應(yīng)在檢定證書中注明。 2. 如果裝載機(jī)電子秤實(shí)際分度值大于 0.2e 且不具備擴(kuò)展指示裝置，為消除數(shù)字示值的化整誤差，其載荷的質(zhì)量值應(yīng)滿足以下條件： 2.1 如果最大允許誤差絕對(duì)值為1.5e（或0.5e，2.5e），選擇載荷的質(zhì)量值應(yīng)為檢定分度值的整數(shù)倍。載荷的質(zhì)量值是載荷的約定真值。例如： 例 1，實(shí)際分度值 d = 檢定分度值 e 且 d ＞ 0.2e Max =5t；d =e =50kg；準(zhǔn)確度：Y（b）的裝載機(jī)電子秤。 最大秤量點(diǎn) 5t 的最大允許誤差為 ±1.5e =±75kg，檢定該稱量點(diǎn)時(shí)，鏟斗所加載荷應(yīng)是檢定分度值的整數(shù)倍。選擇載荷的質(zhì)量為 5t，符合化整誤差的要求。 載荷質(zhì)量值為 5t，可能出現(xiàn)的顯示值為 4950kg、5000kg、5050kg，判定誤差值范圍見(jiàn)表 1-2。 表 1-2 判定誤差值范圍
從表 1-2 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5000kg，d=50kg 時(shí)，稱重儀表的顯示值可以顯示為 4950kg，也可以顯示為 5000kg、5050kg，在這個(gè)范圍內(nèi)，實(shí)際（真正）誤差可能是 -50kg、也可能是 0kg、50kg，這些值只能確定在 ±1.5e=±75kg 誤差范圍內(nèi)，但是無(wú)法確定具體的誤差值。 例 2，實(shí)際分度值 d ≠檢定分度值 e 且 d ＞ 0.2e Max =5t；d =20kg； e =50kg；準(zhǔn)確度：Y（b）的裝載機(jī)電子秤。 最大秤量點(diǎn) 5t 的最大允許誤差為 ±1.5e =±75kg，檢定該稱量點(diǎn)時(shí)，鏟斗所加載荷應(yīng)是檢定分度值的整數(shù)倍。選擇載荷的質(zhì)量為 5t，符合化整誤差的要求。 載 荷 質(zhì) 量 為 5t， 可 能 出 現(xiàn) 的 顯 示 值 為 4940kg、4960kg、4980kg、5000kg、5020kg、5040kg、5060kg，判定誤差值范圍見(jiàn)表 1-3。 表 1-3 判定誤差值范圍
從表 1-3 可以看出，載荷質(zhì)量為 5000kg，d =20kg 時(shí)，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4940kg、4960kg、4980kg、5000kg、5020kg、5040kg、5060kg， 在這個(gè)范圍內(nèi)， 實(shí)際（真正）誤差可能是 -60kg、-40kg、-20kg、0kg、20kg、40kg、60kg，這些值只能確定在 ±1.5e=±75kg 誤差范圍內(nèi)，但是無(wú)法確定具體的誤差值。 從表 1-2、表 1-3 看出，如果最大允許誤差絕對(duì)值為 1.5e（或 0.5e，2.5e），選擇載荷的質(zhì)量值為檢定分度值的整數(shù)倍，可以實(shí)現(xiàn)消除化整誤差。如果采用以上步驟進(jìn)行檢定，就不能記錄單次稱量誤差。但可以說(shuō)明裝載機(jī)電子秤單次稱量的示值誤差滿足單次稱量最大允許誤差的要求。 2.2 如果最大允許誤差絕對(duì)值為 1.0e（或 2.0e，3.0e），選擇載荷的質(zhì)量值應(yīng)為檢定分度值的整數(shù)倍加（或減）0.5e。質(zhì)量值也是指載荷的約定真值。示例如下： 例 1，實(shí)際分度值 d= 檢定分度值 e ，且 d ＞ 0.2e。 Max =5t；d =e =20kg；準(zhǔn)確度：Y（b）的裝載機(jī)電子秤。 最大秤量點(diǎn) 5t 的最大允許誤差的絕對(duì)值為 2.0e =40kg，檢定該稱量點(diǎn)時(shí)，鏟斗所加載荷質(zhì)量為5010kg，符合化整誤差的要求。 載荷質(zhì)量值為 5010kg，稱重儀表顯示值可能為 4980kg、5000kg、5020kg、5040kg，判定誤差值范圍見(jiàn)表 1-4。 表 1-4 判定誤差值范圍
從表 1-4 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5010kg，d=20kg 時(shí)，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4980kg、5000kg、5020kg、5040kg，在這個(gè)范圍內(nèi)，實(shí)際（真正）誤差可能是 -30kg、-10kg、10kg、30kg，這些值只能確定在 ±2.0e=±40kg 誤差范圍內(nèi)，但是無(wú)法確定具體的誤差值。 例 2，實(shí)際分度值 d ≠檢定分度值 e ， 且 d ＞ 0.2e。 Max =5t；d =10kg；e =20kg；準(zhǔn)確度：Y（b）的裝載機(jī)電子秤。 最大秤量點(diǎn) 5t 的最大允許誤差的絕對(duì)值為 2.0e =40kg，檢定該稱量點(diǎn)時(shí)，鏟斗所加載荷質(zhì)量為5010kg，符合化整誤差的要求。載荷質(zhì)量為 5010kg，稱重儀表顯示值可能為 4970kg、4980kg、4990kg、5000kg、5010kgkg、5020kg、5030kg、5040kg，判定誤差值范圍見(jiàn)表 1-5。 表 1-5 判定誤差值范圍
從表 1-5 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5010kg，d=10kg 時(shí)，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4970kg、4980kg、4990kg、5000kg、5010kg、5020kg、5030kg、5040kg， 在這個(gè)范圍內(nèi)，實(shí)際（真正） 誤差 可 能 是 -40kg、-30kg、-20kg、-10kg、0kg、10kg、20kg、30kg、40kg， 這 些 值 只 能 確 定 在±2.0e=±40kg 誤差范圍內(nèi)，但是無(wú)法確定具體的誤差值。 從表 1-4、表 1-5 看出，如果最大允許誤差絕對(duì)值為 2.0e（或 1.0e，3.0e），選擇載荷的質(zhì)量值為檢定分度值的整數(shù)倍加上 0.5e，可以實(shí)現(xiàn)消除化整誤差。如果采用以上步驟進(jìn)行檢定。就不能記錄單次稱量誤差。但可以說(shuō)明裝載機(jī)電子單次稱量的示值誤差滿足單次稱量最大允許誤差的要求。 2.3 如果無(wú)法按上面的規(guī)定選擇載荷的質(zhì)量，可以在表 1-1 中規(guī)定要求最大允許誤差上再增加0.5e ，以便將數(shù)字指示裝置的化整誤差包括進(jìn)去。 這是一種很特殊的現(xiàn)場(chǎng)檢定狀況。載荷是固定值但不是 JJG99-2006《砝碼》規(guī)程中標(biāo)準(zhǔn)砝碼的數(shù)值，無(wú)法實(shí)現(xiàn)檢定分度值的整數(shù)倍，為了判定是否在誤差范圍內(nèi)，可以在該稱量點(diǎn)允許的最大誤差上再增加 0.5e，將數(shù)字指示裝置的化整誤差包含進(jìn)去。 三、稱量結(jié)果的有效性 裝載機(jī)電子秤工作或現(xiàn)場(chǎng)檢定中，經(jīng)常會(huì)遇到路面的凸凹（超出傾斜度的要求）、起升臂進(jìn)入稱重區(qū)油門忽大忽小、起升臂經(jīng)過(guò)稱重區(qū)時(shí)（無(wú)論起升或下降）突然停頓等，這些現(xiàn)象對(duì)稱量結(jié)果都有影響。能夠判斷裝載機(jī)電子秤稱重結(jié)果是否有效即稱量結(jié)果的有效性在工作狀態(tài)或現(xiàn)場(chǎng)檢定測(cè)試很重要。稱量結(jié)果有效性（Weighing result validity）是判別裝載機(jī)電子秤是否能按要求識(shí)別和拒絕“錯(cuò)誤稱重結(jié)果”。如非動(dòng)態(tài)稱重（起重臂提升或下降到稱重位置忽然停止，相當(dāng)于靜態(tài)裝載機(jī)電子秤的稱重過(guò)程）；或不符合裝載機(jī)電子秤的正常動(dòng)態(tài)稱重操作（突然加速減速）。這些都造成了稱量結(jié)果都超出了檢定規(guī)程允許的誤差范圍。稱量結(jié)果的有效性是在現(xiàn)場(chǎng)檢定測(cè)試時(shí)才能看出，檢定規(guī)程中不涉及稱量結(jié)果有效性識(shí)別的相關(guān)內(nèi)容。如果裝載機(jī)電子秤能夠識(shí)別，并且以顯示和報(bào)警方式提示操作者其稱重結(jié)果不合格，那么會(huì)對(duì)裝載機(jī)電子秤在工作或現(xiàn)場(chǎng)檢定測(cè)試有很大的幫助。 轉(zhuǎn)自張樹芳 河北省計(jì)量檢測(cè)技術(shù)中心 |
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