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高速公路用移動地磅檢測車開發(fā)
本文闡述了種用于公路動態(tài)地磅的移動式壓力試驗機的工作原理、控制原理以及開發(fā) 程,。公路動態(tài)地磅用檢測車由靜態(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、提升機構(gòu)、可編程控制器,、觸摸式人機界面組成,，共分為機械系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)兩大部分。使用該檢測 車對公路計重收費用動態(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 成臺衡器至少需耗時6小時,，而使用該系統(tǒng)檢定僅需40分鐘。
1.概述
隨著公路系統(tǒng)對貨運車輛實行計重收費方案的實施,，需要對安裝在收費車道的計重設(shè)備進(jìn)行 或檢測,。通常對計重設(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,，但是由于公路收費站車道的安裝,、檢定環(huán)境和計重設(shè)備的物理特性，使得在現(xiàn)場用堆疊 柱碼的方式檢定時,，砝碼需堆疊得很高,，檢定安全無法得到保證且收費車道不能提足夠的空間，而反力 架在現(xiàn)場根本無法安裝,，進(jìn)而嚴(yán)重影響收費站道口的正常收費工作,。
從2003年開始，江蘇省交通科學(xué)研究院就開始著手進(jìn)行公路車道計重設(shè)備檢測技術(shù)的研究,，公路動 態(tài)地磅用檢測車正是針對安裝在收費站道口的計重設(shè)備進(jìn)行檢定而開發(fā)的機電體化精密設(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,，*可以滿足對車道計重設(shè)備的要求,。
*，計量部門往往使用高精度的液壓試驗機對力傳感器進(jìn)行檢定,，但是高精度的液壓試驗機往 往體積龐大,，并且對使用環(huán)境也有較高的要求，公路動態(tài)汽車衡用檢測車是可移動的,、高精度的,、對使 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
公路動態(tài)地磅用檢測車由靜態(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,、提升機構(gòu).,、可編程控制器、觸摸式人機界面組成,，共分為機械系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)兩大部分,。
2.1機械系統(tǒng)
機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。
靜態(tài)壓力源由移動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),、電動三位四通換向閥(3)、電動微調(diào)執(zhí)行機構(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*個輸出端連接主油泵(2),用于 控制土油泵(2)的啟動和停止;可編程控制器(I)的第二個輸出端迮接電動二位四通換向閥(3),用于 切換泵油的方向：可編程控制器(1)的第三個輸出端連接電動微調(diào)執(zhí)行機構(gòu)(4),用于對輸山壓力的精 確調(diào)整,。
2.3系統(tǒng)工作流程
當(dāng)進(jìn)行加載測試時,，操作人員通過觸摸式人機界面設(shè)定需耍的輸出壓力并啟動系統(tǒng)，可編程控制器將 電動三位四通換向閥切換到向油缸的無桿腔進(jìn)油方向,，同時啟動主油泵,，并將來自力變送器的反饋信號與 設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)反饋值接近設(shè)定值時,，降低主油泵轉(zhuǎn)速,，停止主油泵，啟動電動微調(diào)執(zhí)行機構(gòu),， 對輸出壓力進(jìn)行微調(diào),，使之逐漸趨近設(shè)定值，達(dá)到平衡,。
當(dāng)進(jìn)行減載測試時,，操作人員通過觸摸式人機界面設(shè)定需要的輸出壓力并啟動系統(tǒng)，可編程控制器將 電動三位四通換向閥切換到向油缸的有桿腔進(jìn)油方向,，同時啟動主油泵,，并將來自力變送器的反饋信號與 設(shè)定值進(jìn)行比較,，當(dāng)反饋值接近設(shè)定值時，降低主油泵轉(zhuǎn)速,，停止主油泵,，啟動電動微調(diào)執(zhí)行機構(gòu)， 對輸出壓力進(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)行加載或減載測試,，系統(tǒng)的輸出壓力都不會越過設(shè)定值,，只會無限趨近設(shè)定值并等于設(shè) 定值。
2.系統(tǒng)設(shè)計要點及難點
2.1承載結(jié)構(gòu)
公路動態(tài)地磅用檢測車的承載結(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 時由于荷載過于集中引起車架形變。承載結(jié)構(gòu)的設(shè)計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,、減載時出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。
2.2加,、減載微調(diào)機構(gòu)
微調(diào)伺服機構(gòu)是系統(tǒng)控制的核心部件,，要求具有較高的機械加工精度，其實質(zhì)為帶有導(dǎo)向裝置的電動 柱塞泵,，在其全速運行時要求其軸位移為零,。該部件搭載的伺服電機具有17bit增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，以保 證真實地反應(yīng)伺服機構(gòu)的運動速度,，從而準(zhǔn)確地控制加,、減載時液壓系統(tǒng)的補給量。
2.3控制系統(tǒng)及算法
公路動態(tài)地磅用檢測車的控制系統(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界面,。
常規(guī)的自動控制算法控制曲線如圖3所示：
由圖中可以看出，這是個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 出值的波動決定了這種控制算法不適用于裝置。
公路動態(tài)地磅用檢測車的控制系統(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)定值是個漸進(jìn)的過程,，在加載過程中，系統(tǒng)輸出值不會大于給定值, 當(dāng)系統(tǒng)輸出值等于設(shè)定值時,，系統(tǒng)平衡,。
3.公路動態(tài)地磅用檢測車的應(yīng)用
3.1應(yīng)用
公路動態(tài)地磅用檢測車目前已在江蘇,、福建、寧夏等地的計量部門投放使用,，使用該設(shè)備可以實 現(xiàn)對衡器稱量范圍內(nèi)任意秤量點的檢測,，使用該檢測車對公路計重收費用動態(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衡器至少需耗時6小時,，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對比試驗
車道計重設(shè)備自動檢測系統(tǒng)與砝碼測試法進(jìn)行對比試驗，試驗過程如下：
選擇臺正常使用的動態(tài)汽車衡,，在稱重臺面不加任何載荷的情況下進(jìn)行零點標(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,。
將車道計重設(shè)備自動檢測車停放在動態(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,，砝碼測試法僅能加載到12t.
將兩種測試方法產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)橫向比較，在3/,、5/,、10;、12;秤量時,，大誤差不超過Id,。(IchlOkg) 試驗結(jié)果證明兩種檢測方法在0~12/秤量范圍內(nèi)測試結(jié)果致。
4.結(jié)束語
我國公路推行計重收費的時間較短,，車道計重設(shè)備目前尚屬新生事物,，對其進(jìn)行檢測的相關(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,，很快就會出現(xiàn)技術(shù)更,、結(jié)果更準(zhǔn)確、作業(yè)效 率更高的檢測技術(shù).