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行业动态

电阻应变式装载机电子秤的研制

时间:2017-09-20 12:34 来源: 点击数:

针对油压型装载机电子秤受油路工况影响,检测精度不高的问题,提出电阻应变式装载机电子秤的 称重计量方法,通过建立电阻应变式传感器检测的剪切应力与铲斗及斗内物料的合成重力之间的数 学模型,并基于此模型设计了称重计量系统。实验结果表明,该系统精度高,可靠性强,能在恶劣 的环境下正常工作,而且成本低廉,满足了铁路货运的要求。

铁路货场散堆装货物装载,一般用轨道衡和钱柜娱乐汽车衡直接检斤,或用划线法装车,或用装载机电子秤 称重。但轨道衡和钱柜娱乐汽车衡只在部分装车点进行了配 置,如果所有的装车点都配置该类设备,不仅要增加 基建投资,而且还要增加调车作业,延长车辆停留时 ;采用划线装车的办法,最大的缺点就是在货物的 密度发生变化时,造成超载或欠载;采用装载机电子 秤称重计量,既可提高劳动生产率,又可监控装载过 程,这是一种较为理想的方法。但是,目前使用的装 载机电子秤,通常利用测量装载机举升臂油缸液压 油载荷压力变化,间接测量举升物的重量。由于装 载机在作业过程中,司机对油门踏板的控制是不断 变化的,使得发动机和油栗的转速随着变化,造成铲 斗的举升速度也不断地变化,速度变化产生的作用 力,造成测重仪表不能准确反映铲斗实际所装货物 的重量。特别是装载机长时间连续工作,液压油温 上升至60 t以上时,液压油粘度变小,举升同一重 物,压力值也会随之变小,从而造成计量精度不高 。如要改造液压系统,将大幅增加研制成本。基 于此现状,研制出一种经济适用,能够直接检测装载 机铲斗受力计量的装置就十分需要,而电阻应变式 装载机电子秤的研制,可以满足这种功能要求。

1.系统构成及主要构件功能

1.1系统构成电阻应变式装载机电子秤由传感器、高精度信号放大电路、高精度电源、A/D转换电 路、计算机及称重软件组成,通过测量装载机铲斗所 装物料产生应力的方法来达到称重的目的。其系 统构成如图1

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1.2构件功能力测量传感器是一组安装在测量 铲斗受力处的剪力测量传感器,用于直接测量铲斗 及物料的重量。

自动测量控制单元用于检测铲斗的位置、运动 方向、速度,提供称重控制信号给信号处理电路。

信号处理电路用于处理力测量传感器、自动测 量控制单元的各种电信号,并提供给嵌人式计算机。

嵌人式计算机用的是一种栈式总线计算机,由 多个模块通过针与孔结构堆叠而成,形成的系统结 构紧凑、抗冲击性能好,应用的是低功耗技术,其体 积小、能耗低、工作性能稳定、开发能力强、扩展性能 好,配合数据处理、管理软件,完成对传感器及控制 信号的处理、运算等功能。

称重控制软件,完成电子秤的数据采集处理、称 重、去皮、显示等功能。其程序流程图如图2

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管理软件,用于管理人员进行统计和查询。

2.测量原理

电阻应变式装载机电子秤其传感器是检测系 统的关键。系统采用的是检测传感器,安装于铲斗 受力处。传感器受应力作用后,内部应变体发生形 变,使传感器输出发生变化,这种变化会随承受的 重量不同而改变。铲斗在举升刚开始和行将结束 时的区域内,由于受启动和结束时的冲击力影响, 各支点受力和是不断变化、不确定的。在铲斗转臂 举升至水平位置过程中,铲斗的各支点受力虽然不 断变化,但所有支点受力的总和是不变的,即受力 总和等于铲斗的自重加上物料的重量。电阻应变 式装载机电子秤系统正是基于此原理,通过选用定 位传感器来确保采样值的准确和有效。该电子秤 系统采用定位传感器将称重区域设置于一段固定 位置,确定此段固定位置铲斗的受力状态,如图3 所示。

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图中n为两受力支点的合剪切应力,r为另一 受力支点剪切应力,w为铲斗及斗内货物的重力 和。由确定的受力状态可以建立测量数学模型:

W=Ncosa+Tsinp 

采样区域通过检测定位传感器控制。固定采样 区域秤重时,装载机铲斗翻转角a和铲斗举升转动角 yS的变动范围为定值;NT由应力传感器检测、称重 控制软件采样输出,从而得到装载量与铲斗的重量。

3.系统测量误差分析

装载机电子秤系统的误差主要由计算机量化 计算、仪器测量、铲斗位置变动3部分产生的误差组 成。在满量程时,导致系统最大测量误差为±21.5 kg,此项指标达到计量器具⑩级准确度等级。

3.1铲斗位置变动误差由于装载机铲斗举升通过采样位置时间很短,系统不可能精确检测到各支点 应力,因而电子秤的设计目标为⑩级准确度等级, 检定分度值e50 kg分度数n200。根据精度要 求,经理论计算,通过定位检测传感器,可确定应力检 测范围,即装载机举升转动角度范围为f3±3,在此范 围内载荷垂直分量的满量程变动范围小于±14 kg

3.2仪器测量误差电阻应变式装载机电子秤传 感器的输出信号微弱,为保证电子秤的精度,采用仪 表放大器,通过软、硬件滤波方式来处理传感器信 号。温度变化和供电电源电压变化会导致仪表放大 器的误差,通过在硬件和软件中进行温度补偿和反 馈控制,可使仪表放大器的综合误差小于0.05%,由 此导致的测量误差,在满量程时为±5 kg

3.3计算机量化计算误差装载机工作环境恶劣,振


动和冲击大,可供安装设备的位置有限,这就要求电子秤体积小、抗冲击和干扰能力强。电阻应变式装载机 电子秤选择嵌人式PC 104总线计算机作为其主机。该 机由CPU板和12位A/D板组成。计算机处理器中的 程序运算是浮点数计算,由于加减法运算需对阶码,会 产生高次阶码覆盖低次阶码的误差;计算机对12位A/ D板采样会产生1/(2|2-1)量化误差。由计算机产生的 以上误差约为0.025%,由此导致的测量误差,在满量 程时为±2.5 kg


3.4精度测试为了检验电阻应变式装载机电子秤计量精度,用标准砝码在装载机铲斗上进行加、减 载测试,测试数据见表1

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由表1可以看到,在加载砝码1 500 kg2 500 kg 3 000 kg时,装载机电子秤的输出误差最大为20 kg 在减载砝码3 000 kg2 000 kg时,装载机电子秤的输 出误差最大为20 kg按计量器具®级准确度等级要 ,在检定分度值e50 kg首检时误差小于e/2即小 25 kg测试结果证明:研制的电阻应变式装载机电 子秤此项指标达到计量器具隹确度等级要求。

4.自动余料去皮

雨季,装载机进行作业,铲斗在倾倒物料时,往 往会有部分物料粘结在铲斗内,造成铲斗在举升过 程中称出的重量并非铲斗倒出物料的重量。为保 证测量结果直接明了,系统设计了计算机去除铲斗 及其中剩余物料重量的操作程序。

当铲斗举升经过采样位置时,系统发出定位信 号,计算机对重斗进行数据采集和处理,当铲斗下落 经过采样位置时,计算机系统同样对空斗进行数据 采集和处理。2个数据通过计算机进行比较处理, 可得出铲斗实际所倾倒的货物重量。

但铲斗举升、下降是两种不同的测重状态,不能 简单将铲斗举升测重数据与下降测重数据直接相 减,应通过检测重物举升、下降两过程的不同加速 度,配合计算机称重控制软件在自动余料去皮过程 中进行补偿,实现自动余料去皮功能。

5.技术特点

电阻应变式装载机电子秤是直接检测铲斗所受 的剪应力,其计量准确度高,长期稳定性好。

电阻应变式装载机电子秤称重控制软件使用C 语言编制,移植性强,可直接对位、字节、字、指针进 行操作,运行速度快、代码效率高;电子秤的操作简 单,人机交互性能好,工作人员易掌握.

主板电路考虑了抗干扰因素,能适应装载机恶 劣的操作环境;有误操作提示及报警系统,可及时防 止超载、欠载。

6.结束语

电阻应变式装载机电子秤,计量准确、操作方便、 性能可靠、适应性强、价格较低⑷,能在装载货物的同 时完成称量,免除了物料运送到秤之间的工作程序, 能使装载过程在监控状态下进行,避免了因超载、欠 载引起的倒装,有效解决了货物装车的超欠载问题, 节省了时间和资金,大大提高了劳动生产率,满足了 铁路货运的要求。该电子秤2005年在南宁南站装卸 作业所试用和改进,取得了较好的效果,此研发项目 20064月通过了柳州铁路局(现南宁铁路局)科 委组织的技术鉴定,并获国家发明专利。但是,由于电阻应变式装载机电 子秤的研制与装载机的设计生产不是同步进行的,一 体化程度还欠高,安装传感器组和控制单元时,尚需 对装载机进行改造,上述问题的解决,将会使电阻应 变式装载机电子秤的应用前景更为广阔.


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