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探讨电子汽车衡秤台质量对产品准确度的影响

1.前言


电子汽车衡是由秤台(又称为承载器)、称重传感器、电子称重仪表三部分组成的。业界 普遍认同的观点是:仪表是地磅的大脑,负责地磅称重数据显示、模数(A/D)转换、称 量数据处理、数据传输等功能;称重传感器是地磅的心脏部分,确定了汽车衡的力电转换、计量 准确度等技术指标;秤台是地磅的承载器,负责承载被测重量,并保证重量的传递过程中不影响地磅的计量准确度。GB/T 7723《固定式电子衡器》典型模块的误差分配表中说明,称重传 感器的误差分配系数是0.7,称重指示器的误差分配系数是0.5,连接件(包括承载器)的误差分配 系数是0.5,就是要提醒设计者和生产者,承载器在衡器的整个系统中,对计量准确度是有影响的。


2.秤台的结构分析


以目前较为流行的U型梁式电子汽车衡为例,见图1,图2.

电子汽车衡


由图中可见,U型梁在横向按照一定的间距均匀分布;秤台的面板沿整个秤台是均匀分布的;端 横梁设置在秤台的两端,从结构上讲也是横向左右对称、纵向两端对称的,传感器的安装位置相对 于秤台纵向来说,也是左右对称的。所以说,秤台是一个沿横向左右对称、纵向两端对称的结构.


3.传感器受力分析


由于传感器是放置在秤台沿纵向左右对称的位置,相对于秤台纵向,左右相对位置的传感器输出 应该是基本相等的。而在秤台长度方向上,由于要设计地磅的纵向防撞装置,还需要防止地磅秤台在重轴车车轮上下秤台时倾翻力矩过大使秤台翘起损坏传感器,并考虑基础与传感器安装位置 的间隙,所以说在沿秤台长度方向上安装的传感器,相邻的称重传感器的输出信号是不一定相等的, 需要视秤台的具体结构来分析。以三节秤台地磅为例,我们可以简单的得出下列结论(见图3):


1 一2点,3—4点,5 6点,7 8点的传感器在加载前的初始零点输出应该是基本相等的。


1278点,四只传感器在加载前的初始零点输出应该是基本相等的。


3456点,四只传感器在加载前的初始零点输出应该是基本相等的。


(1,2,7,8)的传感器初始受力零点输出信号约是(3,4,5,6)的传感器初始受力零点 输出信号的二分之一。


当衡器使用数字式称重传感器时,在校秤阶段,可以通过称重仪表很容易地检査出传感器的初始 信号输出;即使使用模拟传感器,也可以通过接线盒的线路调整单独连接的某一只传感器,这样也 可以获得各个模拟传感器的初始信号输出。


根据前面的分析,传感器的初始信号输出大小应该符合各自的相互关系。当然是存在相对误差的.


这个误差越小越好,一般要小于±20%。


各点传感器输出信号的相互误差对于衡器的出厂校准和现场安装后的校准,都是应该达到的技术要求。


4.秤台影响传感器初始输出信号的因素


由于秤台是对称设计的,传感器的初始输出信号大小,从理论上说应该符合各点之间的相互关系。 但实际上往往存在较大的误差,分析如下:


从设计上来讲,电子汽车衡的整体秤台设计有两种方式,一种是“整体刚性连接结构型”,通过 连接螺栓和秤台上的连接板,将三组(多组)秤台紧密的连接在一起。二是独立秤台柔性设计,秤 台之间通过销钉和安装板连接,相邻的两个秤台发生变形时允许有一定的翻转角,其相互影响量小。 这两种方式,由于秤台在制作过程中有变形,其传感器的初始输出信号是有差异的。


从校秤平台或衡器基础的各个传感器安装墩的水平高度一致性上讲,一般的技术要求是各个基础 墩的相互高度误差为3mm,而生产厂内的校秤平台传感器安装的基础高度误差会更小一些,可以达 到1mm之内。基础墩高度的不一致,使每只传感器的受力大小不一致,造成传感器初始输出信号有 差异。


端横梁上各传感器安装板之间的安装绝对高度差,如果制造中没有做好高度定位,也会产生误差, 其效果和基础墩的高度误差是一致的。


从秤台的制造质量方面分析,U型梁的厚度一般为6~10mm,制造厂有采用大型宽钢板下料后折 弯制成,也有采用钢带直接下料后折弯制成的工艺。U型梁的开口上沿由于制造工艺不良会产生微 小的波浪湾,整体的U型梁在弯曲中及后续的存放中也会形成长度方向上的左右弯或者上下弯。由 于U型梁弯板采用的材料不同,弯曲产生的尺寸误差不同,也会在U型梁中造成残余应力大小及分 布不均匀。


电子汽车衡秤台焊接过程中,U型梁需要和秤台面板定位,其与秤台面板的间隙希望越小越好。一是说明 U型梁上表面尺寸正确,另外焊接后的秤台要求是秤台在正常安装后,上表面要凸起一定高度,对 秤台施加预应力使得秤台加载后水平,也使秤台在使用中不至于留有水渍而不利于汽车刹车,也便 于清扫秤台和保持卫生,所以需要用外力(压力机或砝码重物)压下U型梁,致使其反方向变形, 然后再实施焊接过程。从技术上分析,首先将7根U型梁的各个单边与秤台面板焊接在一起,使应 力充分释放(必要时可以卸除压力或重物),然后再焊接各个U型梁的另一边,这样整体秤台的应 力会小一些。也可以先焊接秤台中间部分的U型梁,然后向两边扩散焊接其余的U型梁。最不好的 工艺就是在秤台受到压力限制产生反向变形时,先焊接秤台最外边的U形梁然后向中间过渡焊接其 余U型梁。


5.秤台制造质量对衡器准确度的影响


秤台制造质量不良,秤台发生纵向或横向变形,秤台中残留了大量的焊接残余应力没有消除,当 汽车轮轴行驶在地磅秤台的不同位置时,秤台的变形伴随着应力释放,形变重复性就不好。而重 量的传递过程中伴随着应力释放,重量的传递数值就会不准确,造成电子汽车衡的称量不稳定,四 角误差、段差超出用户要求或标准要求。在校秤过程中,会发现四角误差不易校准,校一遍数据一 个样;观察传感器的空秤输出信号,也会出现数据不稳定的状态。


6.消除秤台残余应力的方法


由前面的分析可知,理想的地磅秤台制造完成后,在校秤阶段,每只传感器的初始信号输 出应该符合上述第3部分中传感器受力分析结果。如果差异较大就要进行消除应力的处理。消除应 力的方法有很多,下面介绍几种比较简单的方法。


6.1超载静压法


新的国家标准GB/T 7723-2017《固定式电子衡器》中,增加了一条:当衡器承受最大秤量 125%的载荷时,秤的各组成部件不应发生永久变形或损坏,施加的时间是30分钟,载荷均匀分布。 一方面可以检査秤台的材料选择、焊接质量、秤台变形等,同时超载静压方法也是消除秤台应力的 好方法。在正常生产中可以根据施加载荷的大小,如1/2Max,3/4Max,Max等,来确定静压的时间。 通过施加载荷静压前后的传感器输出值的相对变化,来设定超载静压的时间和选择载荷值。


6.2振动时效法


采用激振器对秤台进行振动消除应力,也是一种比较简易的方法。由于激振器工作时噪音较高, 可以在施力点与秤台的接触处,设置一些隔音装置。根据秤台的尺寸、U型梁的厚度和高度、秤台 的设计秤量,来设计激振器的大小、振幅、频率、激振位置与激振力。同样,工艺参数的设置需要 通过施加激振力前后传感器初始信号输出的变化,来判断工艺参数的选择是否合适。如果能采用应 力测试仪进行定量分析,则工艺参数的设置会更准确。


6.3预加载校秤法


地磅在用户使用地点安装之后,可以首先检査传感器的初始信号输出是否平衡,如果不平 衡,可以要求用户用载重汽车先进行多次过衡,否则调校完成的衡器也是不稳定的,其原理与超载 静压法一致,使秤台内部的应力充分释放出来,可以增加衡器的稳定性和准确性。

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