本文在对大型汽车衡静态计量性能检测中采用液压加卸载装置用于汽车衡检测的方法进行探讨。
1.汽车衡的定义、 结构、 用途
汽车衡是一种通过作用于物体上的重力来确定 该物体质量的计量器具， 是计量器具的一个重要 组成部分， 主要由承载器、 机械传力装置和示值 指示装置三部分组成， 按结构原理可分为机械衡器、 电子衡器、 机电结合衡器三大类， 目前汽车衡应用最为广泛， 主要用于工业、 农业、 商业、科研、 医疗卫生等行业。
2大型汽车衡的静态计量性能检测方法及存在 的问题
大型汽车衡的静态计量性能检测主要采用砝码 法， 即使用砝码检测被检汽车衡的静态计量性能，使用的砝码的误差必须是被检汽车衡相应秤量值最大允许误差的 1/3。 在对大型汽车衡进行检测时， 要使用几十吨， 甚至上百吨的砝码， 这种方法存在以下缺点：
2.1 需要设备多， 检测成本高采用砝码法对大型汽车衡进行静态计量性能检测时，需要运送一定数量的砝码到检测现场， 通常为几十吨甚至上百吨； 在检测过程中还要配备起吊设备， 用于起吊、 移动砝码到指定位置； 检测结束后， 再由车辆将砝码运送回存放地点。 检测过程中需要砝码运输车辆、 起吊设备配合， 检测成本很高。
2.2 配合人员多， 工作效率低。
为保障检测工作的顺利进行， 检测现场除了检测人员， 还要配备一定数量的车辆驾驶人员、起吊设备操作人员、 现场安全维护人员。 检测过程需要协调不同单位、 不同职责的人员共同完成检测工作， 工作效率较低。
2.3 检测时间长、 与实际使用情况差异大。
对一台 30t汽车衡进行检定时， 按照规程的要求需要加载至最大秤量 30t 的砝码， 然后在卸载至零点， 该项试验至少需要耗时约三个小时。而实际使用时， 汽车行驶到秤台上进行称重， 然后驶离秤台的整个称量过程不会超过三分钟。 由于检测过程中需要频繁起吊装卸砝码， 导致整个检测过程耗时太长， 检测过程与实际使用情况相差较大， 无法准确客观的评价被检汽车衡的静态计量性能。工作强度大、 危险性高。
检测过程中需要长时间起吊装卸砝码， 并将砝码堆叠在承载器上的指定区域， 检测工作强度大、 危险性高， 极易出现安全事故。
3.用于汽车衡静态计量性能检测的液压加载装置
液压加卸载检测装置是一种基于叠加机原理的检测装置， 能够用于对大型汽车衡进行静态计量性能检测， 主要由液压加载压力源、 加载控制装置、 主加载缸、 标准力传感器、 压力变送及显示仪表、 导力支架等几部分组成。 该装置不仅能够按照规程的要求对大型衡器进行静态计量性能检测， 还能够有效解决使用砝码法检测的缺点， 具有准确高效、 安全可靠的优点。
3.1工作原理
力标准机是力学计量中对力传感器、 测力仪等进行检测的计量设备， 叠加式力标准机是应用最广泛一种力标准机。 叠加式力标准机是用比被检测力仪准确度高的测力仪作为标准， 与被检测力仪串联， 以液压方式或机械方式施加负荷， 进行比较测量， 来确定被检测力仪计量特性的力标准机。 叠加式力标准机工作时， 力发生器对标准传感器和被检测力仪 （ 或传感器） 同时加载， 由于两者采用串联联接， 承受同一载荷。 载荷大小由标准传感器的输出确定， 当输出达到用高一级测力仪或测力机标定的定度值时， 所施加的载荷为标准力值， 稳定该力值， 记录下被测力仪的输出。 逐级加载和卸载， 完成对被检测力仪的检测。
液压加卸载检测装置基于叠加式力标准机的原理， 在液压加载缸和被测汽车衡之间串联标准传感器， 形成叠加式力标准机结构。 通过控制系统对液压加载缸的加载压力进行精确控制， 利用反力架或恒定载荷获得反作用力， 产生施加于被测
汽车衡上的稳定标准载荷， 施加于被测地磅上的载荷与液压加卸载检测装置的标准传感器所受载荷完全相同。 该标准传感器即为标准输出， 通过示值比较可直接对被测地磅进行静态计量性能检测。
3.2技术难点
为了获得稳定的标准载荷， 必须对液压加卸载检测装置中液压加载缸的加载压力进行精确控制。 虽然采用液压控制加载是目前叠加式力标准机常用的加载控制方式， 尤其对大载荷力标准机。然而， 由于液压系统的固有特性和加载系统的各环节影响， 单纯依靠液压控制实现高精度加载并非易事： 在液压系统密封良好情况下， 由于液压介质自身的粘性、 可压缩性等特性影响， 停止加载或卸载后， 系统内的压力还会发生大幅度变化；持续慢速加 / 卸载时， 由于机械摩擦和压力传递滞后， 会出现在停止瞬间压力保持不变， 而后突然快速变化的特点； 此外， 环境条件的变化， 尤其是温度的变化、 空气的强烈对流、 地面及设备的震动对液压系统的工作稳定性的影响都不可忽视。这些环境因素的变化是不可预估的， 而且影响程度尚无可利用的量化指标。 因此， 要单纯依靠液压控制达到较高的加载精度和载荷稳定度， 其难点很多， 归纳起来主要有：
1） 控制系统的数学模型难以建立。 由于影响压系统的因素有许多， 如温度的影响、 空气对流的影响、 粘度的影响、 液压油可压缩性的影响、压系统微泄漏的影响， 还有机械摩擦的影响等等， 而且压力系统迟滞较大， 这些都不利于建立一个有效的数学模型。
2） 不同压力下， 液压介质压缩系数不同， 致使同样压力值变化， 液压介质压缩量不同。 压力高， 压缩量越小， 致使同样的加载频率在大载荷下引起的力值变化比小载荷下要快。
3） 不同的检测对象， 其刚度和额定变形量差别很大。 不同型号传感器， 在相同载荷点的变形量可能相差很大。 在施加同样载荷的过程中， 加载油缸活塞要有不同的位移量， 从而对加载准确度和稳定性必须进行调节。 因此， 要保证控制系统对具有不同刚度和变形量的被测对象的适应性，就必须考虑被测对象的刚度和传感器的变形量的影响。
（ 4） 控制系统必须能适应环境变化及油路轻微泄漏的影响。 即对控制参数具有自修正能力， 以减小时滞， 使系统能够快速反应， 避免加载载荷在某一非被测点停滞不动。
3.3 技术方案
闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统， 是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统。 该系统能够根据系统输出的变化进行控制， 即通过比较系统输出与设定值之间的偏差， 并消除偏差以获得预期的系统性能。液压加卸载检测装置利用串联在加载液压缸和被测汽车衡之间的标准传感器作为反馈元件， 将传感器的输出作为液压系统产生高精度、 高稳定性的加载载荷闭环控制信号， 对标准载荷实现闭环动态控制。 这样便可利用闭环控制系统的控制特性抑制闭环内的各种干扰因素， 如液压油粘度的影响、 可压缩性的影响、 液压系统微泄漏、 测量系统的刚度变化等， 大大提高加载的稳定性。
液压加卸载检测装置要满足检测汽车衡所需的加载精度， 仅有高精度的力传感器还不够， 还要有高分辨率的压力控制手段才能实现。 常用的方法是利用液压系统中的压力控制阀直接对加载压力进行控制， 如采用高精度的电液比例阀或电液伺服阀。 然而， 一般商用的电液伺服控制阀不仅价格昂贵， 而且控制精度距难以满足要求。 采用微流量间接控制加载压力的闭环控制方法， 可以保证加载精度。 在液压加卸载检测装置中增加一个微动伺服缸， 通过高精度伺服电机和大速比减速机构带动微动伺服缸工作， 由控制系统根据加载压力误差精确控制微动伺服缸的位移， 实现对加载缸的高精度微流量控制， 进而实现对加载缸的高精度加载控制。
4 .应用实例
江苏省计量科学研究院基于以上技术原理成功研制了检衡车专用静态液压加载装置， 主要用于对动态汽车衡进行静态计量性能检测。 该装置采用了静压力产生装置、 高精度伺服控制、 信号反馈闭环控制、 PLC 可编程控制器等多项技术， 由检衡车、 标准砝码、 液压加载压力源、加载控制装置、 主加载缸、 标准传感器、 压力变送及显示仪表、 导力支架等组成。 该装置能够实现最大加载载荷 30t、 完成0t~30t 的任意载荷点自动加卸载、 载荷稳定时间大于 20s、 任意载荷点的加卸载时间小于 5 分钟等功能， 而且为了保证检测工作的安全， 装置具有过载保护功能和异常情况下的手动急停功能。
该装置各部分布局如图 1 所示。
装置具有以下特点： （ 1） 采用液压技术，（ 2） 采用由 PLC、 高精度标准力传感器和伺服微动依据叠加式力标准机的工作原理， 加载迅速；缸相结合组成的闭环液压加载控制系统， 克服了常用液压加载叠加式力标准机力标准机的缺点， 实现了加载的高精度和高稳定性；（ 3） 采用车载结构形式， 便于快速、 方便地达到指定的收费站进行现场检测， 使用方便； （ 4） 工作效率高， 与常用的堆砝码的检定方法相比， 大大加快了检定的效率，可将单台动态汽车衡静态计量性能检测的时间从原来的 4 小时 ~5 小时缩短为 30 分钟以内。
该装置自 2006 年投入使用以来， 已累计对约4000 台次动态汽车衡进行静态计量性能检测， 不仅在准确度、 稳定性、 功能等方面达到了设计要求， 而且较好地适应了动态汽车衡检测现场温湿度变化大、 震动和气流影响因素多、 工作强度大等实际情况， 完全满足动态汽车衡的现场检测工作的需求。 有效的解决了使用砝码法进行检测时工作强度高、效率低、 安全隐患大的问题， 极大地减轻了检测工作强度， 提高了工作效率， 能够更加快捷、 有效、 安全地对动态汽车衡进行静态计量性能检测， 有效的保证了动态汽车衡的静态计量性能。
