針對(duì)油壓型裝載機(jī)電子秤受油路工況影響，檢測(cè)精度不高的問(wèn)題，提出電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤的 稱(chēng)重計(jì)量方法，通過(guò)建立電阻應(yīng)變式傳感器檢測(cè)的剪切應(yīng)力與鏟斗及斗內(nèi)物料的合成重力之間的數(shù) 學(xué)模型，并基于此模型設(shè)計(jì)了稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)精度高，可靠性強(qiáng)，能在惡劣 的環(huán)境下正常工作，而且成本低廉，滿足了鐵路貨運(yùn)的要求。

鐵路貨場(chǎng)散堆裝貨物裝載，一般用軌道衡和汽車(chē)衡直接檢斤，或用劃線法裝車(chē)，或用裝載機(jī)電子秤 稱(chēng)重。但軌道衡和汽車(chē)衡只在部分裝車(chē)點(diǎn)進(jìn)行了配 置，如果所有的裝車(chē)點(diǎn)都配置該類(lèi)設(shè)備，不僅要增加 基建投資，而且還要增加調(diào)車(chē)作業(yè)，延長(zhǎng)車(chē)輛停留時(shí) 間;采用劃線裝車(chē)的辦法，最大的缺點(diǎn)就是在貨物的 密度發(fā)生變化時(shí)，造成超載或欠載;采用裝載機(jī)電子 秤稱(chēng)重計(jì)量，既可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，又可監(jiān)控裝載過(guò) 程，這是一種較為理想的方法。但是，目前使用的裝 載機(jī)電子秤，通常利用測(cè)量裝載機(jī)舉升臂油缸液壓 油載荷壓力變化，間接測(cè)量舉升物的重量。由于裝 載機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，司機(jī)對(duì)油門(mén)踏板的控制是不斷 變化的，使得發(fā)動(dòng)機(jī)和油栗的轉(zhuǎn)速隨著變化，造成鏟 斗的舉升速度也不斷地變化，速度變化產(chǎn)生的作用 力，造成測(cè)重儀表不能準(zhǔn)確反映鏟斗實(shí)際所裝貨物 的重量。特別是裝載機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，液壓油溫 上升至60 t以上時(shí)，液壓油粘度變小，舉升同一重 物，壓力值也會(huì)隨之變小，從而造成計(jì)量精度不高 。如要改造液壓系統(tǒng)，將大幅增加研制成本?；?于此現(xiàn)狀，研制出一種經(jīng)濟(jì)適用，能夠直接檢測(cè)裝載 機(jī)鏟斗受力計(jì)量的裝置就十分需要，而電阻應(yīng)變式 裝載機(jī)電子秤的研制，可以滿足這種功能要求。

1.系統(tǒng)構(gòu)成及主要構(gòu)件功能

1.1系統(tǒng)構(gòu)成電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤由傳感器、高精度信號(hào)放大電路、高精度電源、A/D轉(zhuǎn)換電 路、計(jì)算機(jī)及稱(chēng)重軟件組成，通過(guò)測(cè)量裝載機(jī)鏟斗所 裝物料產(chǎn)生應(yīng)力的方法來(lái)達(dá)到稱(chēng)重的目的。其系 統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

1.2構(gòu)件功能力測(cè)量傳感器是一組安裝在測(cè)量 鏟斗受力處的剪力測(cè)量傳感器，用于直接測(cè)量鏟斗 及物料的重量。

自動(dòng)測(cè)量控制單元用于檢測(cè)鏟斗的位置、運(yùn)動(dòng) 方向、速度，提供稱(chēng)重控制信號(hào)給信號(hào)處理電路。

信號(hào)處理電路用于處理力測(cè)量傳感器、自動(dòng)測(cè) 量控制單元的各種電信號(hào)，并提供給嵌人式計(jì)算機(jī)。

嵌人式計(jì)算機(jī)用的是一種棧式總線計(jì)算機(jī)，由 多個(gè)模塊通過(guò)針與孔結(jié)構(gòu)堆疊而成，形成的系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)緊湊、抗沖擊性能好，應(yīng)用的是低功耗技術(shù)，其體 積小、能耗低、工作性能穩(wěn)定、開(kāi)發(fā)能力強(qiáng)、擴(kuò)展性能 好，配合數(shù)據(jù)處理、管理軟件，完成對(duì)傳感器及控制 信號(hào)的處理、運(yùn)算等功能。

稱(chēng)重控制軟件，完成電子秤的數(shù)據(jù)采集處理、稱(chēng) 重、去皮、顯示等功能。其程序流程圖如圖2。

管理軟件，用于管理人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和查詢(xún)。

2.測(cè)量原理

電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤其傳感器是檢測(cè)系 統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)采用的是檢測(cè)傳感器，安裝于鏟斗 受力處。傳感器受應(yīng)力作用后，內(nèi)部應(yīng)變體發(fā)生形 變，使傳感器輸出發(fā)生變化，這種變化會(huì)隨承受的 重量不同而改變。鏟斗在舉升剛開(kāi)始和行將結(jié)束 時(shí)的區(qū)域內(nèi)，由于受啟動(dòng)和結(jié)束時(shí)的沖擊力影響， 各支點(diǎn)受力和是不斷變化、不確定的。在鏟斗轉(zhuǎn)臂 舉升至水平位置過(guò)程中，鏟斗的各支點(diǎn)受力雖然不 斷變化，但所有支點(diǎn)受力的總和是不變的，即受力 總和等于鏟斗的自重加上物料的重量。電阻應(yīng)變 式裝載機(jī)電子秤系統(tǒng)正是基于此原理，通過(guò)選用定 位傳感器來(lái)確保采樣值的準(zhǔn)確和有效。該電子秤 系統(tǒng)采用定位傳感器將稱(chēng)重區(qū)域設(shè)置于一段固定 位置，確定此段固定位置鏟斗的受力狀態(tài)，如圖3 所示。

圖中n為兩受力支點(diǎn)的合剪切應(yīng)力，r為另一 受力支點(diǎn)剪切應(yīng)力，w為鏟斗及斗內(nèi)貨物的重力 和。由確定的受力狀態(tài)可以建立測(cè)量數(shù)學(xué)模型：

W=Ncosa+Tsinp 。

采樣區(qū)域通過(guò)檢測(cè)定位傳感器控制。固定采樣 區(qū)域秤重時(shí)，裝載機(jī)鏟斗翻轉(zhuǎn)角a和鏟斗舉升轉(zhuǎn)動(dòng)角 yS的變動(dòng)范圍為定值;N與T由應(yīng)力傳感器檢測(cè)、稱(chēng)重 控制軟件采樣輸出，從而得到裝載量與鏟斗的重量。

3.系統(tǒng)測(cè)量誤差分析

裝載機(jī)電子秤系統(tǒng)的誤差主要由計(jì)算機(jī)量化 計(jì)算、儀器測(cè)量、鏟斗位置變動(dòng)3部分產(chǎn)生的誤差組 成。在滿量程時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)最大測(cè)量誤差為±21.5 kg，此項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到計(jì)量器具⑩級(jí)準(zhǔn)確度等級(jí)。

3.1鏟斗位置變動(dòng)誤差由于裝載機(jī)鏟斗舉升通過(guò)采樣位置時(shí)間很短，系統(tǒng)不可能精確檢測(cè)到各支點(diǎn) 應(yīng)力，因而電子秤的設(shè)計(jì)目標(biāo)為⑩級(jí)準(zhǔn)確度等級(jí)， 檢定分度值e為50 kg，分度數(shù)n為200。根據(jù)精度要 求，經(jīng)理論計(jì)算，通過(guò)定位檢測(cè)傳感器，可確定應(yīng)力檢 測(cè)范圍，即裝載機(jī)舉升轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為f3±3。，在此范 圍內(nèi)載荷垂直分量的滿量程變動(dòng)范圍小于±14 kg。

3.2儀器測(cè)量誤差電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤傳 感器的輸出信號(hào)微弱，為保證電子秤的精度，采用儀 表放大器，通過(guò)軟、硬件濾波方式來(lái)處理傳感器信 號(hào)。溫度變化和供電電源電壓變化會(huì)導(dǎo)致儀表放大 器的誤差，通過(guò)在硬件和軟件中進(jìn)行溫度補(bǔ)償和反 饋控制，可使儀表放大器的綜合誤差小于0.05%，由 此導(dǎo)致的測(cè)量誤差，在滿量程時(shí)為±5 kg。

3.3計(jì)算機(jī)量化計(jì)算誤差裝載機(jī)工作環(huán)境惡劣，振

3.4精度測(cè)試為了檢驗(yàn)電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤計(jì)量精度，用標(biāo)準(zhǔn)砝碼在裝載機(jī)鏟斗上進(jìn)行加、減 載測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1可以看到，在加載砝碼1 500 kg、2 500 kg、 3 000 kg時(shí)，裝載機(jī)電子秤的輸出誤差最大為20 kg； 在減載砝碼3 000 kg、2 000 kg時(shí)，裝載機(jī)電子秤的輸 出誤差最大為20 kg。按計(jì)量器具?級(jí)準(zhǔn)確度等級(jí)要 求,在檢定分度值e為50 kg，首檢時(shí)誤差小于e/2，即小 于25 kg。測(cè)試結(jié)果證明:研制的電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電 子秤此項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到計(jì)量器具隹確度等級(jí)要求。

4.自動(dòng)余料去皮

雨季，裝載機(jī)進(jìn)行作業(yè)，鏟斗在傾倒物料時(shí)，往 往會(huì)有部分物料粘結(jié)在鏟斗內(nèi)，造成鏟斗在舉升過(guò) 程中稱(chēng)出的重量并非鏟斗倒出物料的重量。為保 證測(cè)量結(jié)果直接明了，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)去除鏟斗 及其中剩余物料重量的操作程序。

當(dāng)鏟斗舉升經(jīng)過(guò)采樣位置時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出定位信 號(hào)，計(jì)算機(jī)對(duì)重斗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，當(dāng)鏟斗下落 經(jīng)過(guò)采樣位置時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同樣對(duì)空斗進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集和處理。2個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較處理， 可得出鏟斗實(shí)際所傾倒的貨物重量。

但鏟斗舉升、下降是兩種不同的測(cè)重狀態(tài)，不能 簡(jiǎn)單將鏟斗舉升測(cè)重?cái)?shù)據(jù)與下降測(cè)重?cái)?shù)據(jù)直接相 減，應(yīng)通過(guò)檢測(cè)重物舉升、下降兩過(guò)程的不同加速 度，配合計(jì)算機(jī)稱(chēng)重控制軟件在自動(dòng)余料去皮過(guò)程 中進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)余料去皮功能。

5.技術(shù)特點(diǎn)

電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤是直接檢測(cè)鏟斗所受 的剪應(yīng)力，其計(jì)量準(zhǔn)確度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。

電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤稱(chēng)重控制軟件使用C 語(yǔ)言編制，移植性強(qiáng)，可直接對(duì)位、字節(jié)、字、指針進(jìn) 行操作，運(yùn)行速度快、代碼效率高；電子秤的操作簡(jiǎn) 單，人機(jī)交互性能好，工作人員易掌握.

主板電路考慮了抗干擾因素，能適應(yīng)裝載機(jī)惡 劣的操作環(huán)境;有誤操作提示及報(bào)警系統(tǒng)，可及時(shí)防 止超載、欠載。

6.結(jié)束語(yǔ)

電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤，計(jì)量準(zhǔn)確、操作方便、 性能可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)格較低⑷，能在裝載貨物的同 時(shí)完成稱(chēng)量，免除了物料運(yùn)送到秤之間的工作程序， 能使裝載過(guò)程在監(jiān)控狀態(tài)下進(jìn)行，避免了因超載、欠 載引起的倒裝，有效解決了貨物裝車(chē)的超欠載問(wèn)題， 節(jié)省了時(shí)間和資金，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，滿足了 鐵路貨運(yùn)的要求。該電子秤2005年在南寧南站裝卸 作業(yè)所試用和改進(jìn)，取得了較好的效果，此研發(fā)項(xiàng)目 于2006年4月通過(guò)了柳州鐵路局(現(xiàn)南寧鐵路局)科 委組織的技術(shù)鑒定，并獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。但是，由于電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電 子秤的研制與裝載機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)不是同步進(jìn)行的，一 體化程度還欠高，安裝傳感器組和控制單元時(shí)，尚需 對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行改造，上述問(wèn)題的解決，將會(huì)使電阻應(yīng) 變式裝載機(jī)電子秤的應(yīng)用前景更為廣闊.