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高速公路用移動(dòng)地磅檢測(cè)車開發(fā)
本文闡述了種用于公路動(dòng)態(tài)地磅的移動(dòng)式壓力試驗(yàn)機(jī)的工作原理,、控制原理以及開發(fā) 程,。公路動(dòng)態(tài)地磅用檢測(cè)車由靜態(tài)壓力源、靜態(tài)壓力產(chǎn)生裝置,、高精度力傳感器、重量變送及顯示儀表、加 載板,、提升機(jī)構(gòu)、可編程控制器,、觸摸式人機(jī)界面組成,，共分為機(jī)械系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)兩大部分。使用該檢測(cè) 車對(duì)公路計(jì)重收費(fèi)用動(dòng)態(tài)地磅進(jìn)行,，效率高,，安全性好，在被檢衡器完好的情況下,，使用砝碼檢定完 成臺(tái)衡器至少需耗時(shí)6小時(shí),，而使用該系統(tǒng)檢定僅需40分鐘。
1.概述
隨著公路系統(tǒng)對(duì)貨運(yùn)車輛實(shí)行計(jì)重收費(fèi)方案的實(shí)施,，需要對(duì)安裝在收費(fèi)車道的計(jì)重設(shè)備進(jìn)行 或檢測(cè),。通常對(duì)計(jì)重設(shè)備的靜態(tài)檢定采用堆疊砝碼的方式或安裝反力架，使用千斤和高精度傳感器進(jìn)行 加壓的方式進(jìn)行,，但是由于公路收費(fèi)站車道的安裝,、檢定環(huán)境和計(jì)重設(shè)備的物理特性，使得在現(xiàn)場(chǎng)用堆疊 柱碼的方式檢定時(shí),，砝碼需堆疊得很高,，檢定安全無法得到保證且收費(fèi)車道不能提足夠的空間，而反力 架在現(xiàn)場(chǎng)根本無法安裝,，進(jìn)而嚴(yán)重影響收費(fèi)站道口的正常收費(fèi)工作,。
從2003年開始，江蘇省交通科學(xué)研究院就開始著手進(jìn)行公路車道計(jì)重設(shè)備檢測(cè)技術(shù)的研究,，公路動(dòng) 態(tài)地磅用檢測(cè)車正是針對(duì)安裝在收費(fèi)站道口的計(jì)重設(shè)備進(jìn)行檢定而開發(fā)的機(jī)電體化精密設(shè)備,。經(jīng)過 三年以來持續(xù)不斷的改進(jìn)，該技術(shù)已發(fā)展得相當(dāng)成熟,，*可以滿足對(duì)車道計(jì)重設(shè)備的要求,。
*，計(jì)量部門往往使用高精度的液壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)力傳感器進(jìn)行檢定,，但是高精度的液壓試驗(yàn)機(jī)往 往體積龐大,，并且對(duì)使用環(huán)境也有較高的要求,，公路動(dòng)態(tài)汽車衡用檢測(cè)車是可移動(dòng)的、高精度的,、對(duì)使 用環(huán)境幾乎沒有特殊要求的檢定設(shè)備,。
2.系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程
公路動(dòng)態(tài)地磅用檢測(cè)車由靜態(tài)壓力源、靜態(tài)壓力產(chǎn)生裝置,、高精度力傳感器,、重量變送及顯示儀 表、加載板,、提升機(jī)構(gòu).,、可編程控制器、觸摸式人機(jī)界面組成,，共分為機(jī)械系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)兩大部分,。
2.1機(jī)械系統(tǒng)
機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。
靜態(tài)壓力源由移動(dòng)式承載裝置如半掛車(含單軸,、雙軸及多軸),、全掛車、自行式單車及其它無需固 定在地面上的承重結(jié)構(gòu)(1)和安裝或放置在其上的配載塊(2)構(gòu)成,。靜態(tài)壓力產(chǎn)生裝置由電動(dòng)液壓泵站 (3)和主油缸(4)構(gòu)成,。高精度力傳感器(5)倒置安裝在主油缸活塞桿的末端。加載板(6)通過安裝 在承重結(jié)構(gòu)縱梁下的提升油缸(7)和鋼纜懸掛在主油缸正下方,。主油缸通過銷軸安裝在承重結(jié)構(gòu)縱梁下, 安裝在承重結(jié)構(gòu)縱梁下的提升油缸(8)和鋼纜可在主油缸不使用時(shí)將其提起收放在縱梁下.
2.2液壓伺服系統(tǒng)
液壓伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2,。
液壓伺服系統(tǒng)由可編程控制器(1)、主油泵(2),、電動(dòng)三位四通換向閥(3),、電動(dòng)微調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)、 力傳感器(5),、力變送器(6),、油缸(7)構(gòu)成。高精度力傳感器(5)連接力變送器(6),，可編程控制器 (1)的輸入端迕接力變送器(6)的輸出端,，可編程控制器(1)的*個(gè)輸出端連接主油泵(2),用于 控制土油泵(2)的啟動(dòng)和停止;可編程控制器(I)的第二個(gè)輸出端迮接電動(dòng)二位四通換向閥(3),用于 切換泵油的方向：可編程控制器(1)的第三個(gè)輸出端連接電動(dòng)微調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4),用于對(duì)輸山壓力的精 確調(diào)整。
2.3系統(tǒng)工作流程
當(dāng)進(jìn)行加載測(cè)試時(shí),，操作人員通過觸摸式人機(jī)界面設(shè)定需耍的輸出壓力并啟動(dòng)系統(tǒng),，可編程控制器將 電動(dòng)三位四通換向閥切換到向油缸的無桿腔進(jìn)油方向，同時(shí)啟動(dòng)主油泵,，并將來自力變送器的反饋信號(hào)與 設(shè)定值進(jìn)行比較,，當(dāng)反饋值接近設(shè)定值時(shí)，降低主油泵轉(zhuǎn)速，停止主油泵,，啟動(dòng)電動(dòng)微調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu),， 對(duì)輸出壓力進(jìn)行微調(diào)，使之逐漸趨近設(shè)定值,，達(dá)到平衡,。
當(dāng)進(jìn)行減載測(cè)試時(shí)，操作人員通過觸摸式人機(jī)界面設(shè)定需要的輸出壓力并啟動(dòng)系統(tǒng),，可編程控制器將 電動(dòng)三位四通換向閥切換到向油缸的有桿腔進(jìn)油方向,，同時(shí)啟動(dòng)主油泵，并將來自力變送器的反饋信號(hào)與 設(shè)定值進(jìn)行比較,，當(dāng)反饋值接近設(shè)定值時(shí)，降低主油泵轉(zhuǎn)速,，停止主油泵,，啟動(dòng)電動(dòng)微調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 對(duì)輸出壓力進(jìn)行微調(diào),，使之逐漸趨近設(shè)定值,，達(dá)到平衡。
無論是進(jìn)行加載或減載測(cè)試,，系統(tǒng)的輸出壓力都不會(huì)越過設(shè)定值,，只會(huì)無限趨近設(shè)定值并等于設(shè) 定值。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及難點(diǎn)
2.1承載結(jié)構(gòu)
公路動(dòng)態(tài)地磅用檢測(cè)車的承載結(jié)構(gòu)以YZT9260TDP型鵝&半掛車為基礎(chǔ)進(jìn)行改裝,，增加縱梁幅 板：在縱梁內(nèi)側(cè)以質(zhì)量重心為中心添加輔助縱梁;加大加載油缸與車架的支撐面積,，避免加載到較大量程 時(shí)由于荷載過于集中引起車架形變。承載結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需要考慮在加載過程中載荷在加載油缸與后橋間的 分布情況,，以避免加,、減載時(shí)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。
2.2加,、減載微調(diào)機(jī)構(gòu)
微調(diào)伺服機(jī)構(gòu)是系統(tǒng)控制的核心部件,，要求具有較高的機(jī)械加工精度，其實(shí)質(zhì)為帶有導(dǎo)向裝置的電動(dòng) 柱塞泵,，在其全速運(yùn)行時(shí)要求其軸位移為零,。該部件搭載的伺服電機(jī)具有17bit增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，以保 證真實(shí)地反應(yīng)伺服機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度,，從而準(zhǔn)確地控制加,、減載時(shí)液壓系統(tǒng)的補(bǔ)給量。
2.3控制系統(tǒng)及算法
公路動(dòng)態(tài)地磅用檢測(cè)車的控制系統(tǒng)采用了支持?jǐn)?shù)字通信,，并且具有多路數(shù)字量,、模擬量輸入輸出 通道的可編程自動(dòng)化控制器作為核心控制單元，為便P操作，采用TFT觸摸式操作面板作為人機(jī)界面,。
常規(guī)的自動(dòng)控制算法控制曲線如圖3所示：
由圖中可以看出,，這是個(gè)震蕩趨于平緩的過程，雖然系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定,，但是在控制過程中輸 出值的波動(dòng)決定了這種控制算法不適用于裝置,。
公路動(dòng)態(tài)地磅用檢測(cè)車的控制系統(tǒng)算法產(chǎn)生的輸出曲線如圖4:
由圖中可以看出，輸出值達(dá)到設(shè)定值是個(gè)漸進(jìn)的過程,，在加載過程中,，系統(tǒng)輸出值不會(huì)大于給定值, 當(dāng)系統(tǒng)輸出值等于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)平衡,。
3.公路動(dòng)態(tài)地磅用檢測(cè)車的應(yīng)用
3.1應(yīng)用
公路動(dòng)態(tài)地磅用檢測(cè)車目前已在江蘇,、福建、寧夏等地的計(jì)量部門投放使用,，使用該設(shè)備可以實(shí) 現(xiàn)對(duì)衡器稱量范圍內(nèi)任意秤量點(diǎn)的檢測(cè),，使用該檢測(cè)車對(duì)公路計(jì)重收費(fèi)用動(dòng)態(tài)地磅進(jìn)行，效率 高,，安全性好,，在被檢衡器完好的情況下，使用砝碼檢定完成臺(tái)衡器至少需耗時(shí)6小時(shí),，而使用該系統(tǒng) 檢定僅需40分鐘,。
該設(shè)備全貌如圖5所示：
3.2對(duì)比試驗(yàn)
車道計(jì)重設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與砝碼測(cè)試法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如下：
選擇臺(tái)正常使用的動(dòng)態(tài)汽車衡,，在稱重臺(tái)面不加任何載荷的情況下進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定,，直接加載10噸 砝碼進(jìn)行線性標(biāo)定：*卸載砝碼，衡器顯示為零,，逐噸加載砝碼至12噸,，再逆向逐噸減載至零，分別 在3/,、5/,、10/、12/秤量時(shí)記錄下衡器的示值,，反復(fù)加,、減載三次，每次都記錄下上述秤量的衡器示值,。
將車道計(jì)重設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)車停放在動(dòng)態(tài)地磅上方,，設(shè)置系統(tǒng)進(jìn)入加載程序，加載至滿量程,，再設(shè)置 系統(tǒng)逆向減載至零,，分別在3/,、5/、10/,、12?,、15r、20/,、25/,、30/秤量時(shí)記錄衡器示值，反復(fù)加,、減載三 次,，每次都記錄下上述秤量的衡器示值。
由于考慮安全因素,，砝碼測(cè)試法僅能加載到12t.
將兩種測(cè)試方法產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)橫向比較,，在3/、5/,、10;,、12;秤量時(shí)，大誤差不超過Id,。(IchlOkg) 試驗(yàn)結(jié)果證明兩種檢測(cè)方法在0~12/秤量范圍內(nèi)測(cè)試結(jié)果致。
4.結(jié)束語
我國(guó)公路推行計(jì)重收費(fèi)的時(shí)間較短,，車道計(jì)重設(shè)備目前尚屬新生事物,，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的相關(guān)方法和標(biāo) 準(zhǔn)還處在進(jìn)步研究的過程之中，相信隨著科技的進(jìn)步,，很快就會(huì)出現(xiàn)技術(shù)更,、結(jié)果更準(zhǔn)確、作業(yè)效 率更高的檢測(cè)技術(shù).