[ 摘要 ] 電子汽車衡是市場(chǎng)上應(yīng)用較多的大型電子衡器，有關(guān)汽車衡應(yīng)用研究的文章很多。高精度汽車衡在計(jì)量準(zhǔn)確度方面仍然存在諸如段差、四角稱量不一致等問(wèn)題，其誤差值不被用戶接受。
本文從秤臺(tái)的制造質(zhì)量入手，對(duì)影響汽車衡準(zhǔn)確度的秤臺(tái)制造質(zhì)量進(jìn)行了探討。
[ 關(guān)鍵詞 ] 汽車衡秤臺(tái) 承載器 四角誤差 段差
[Abstract] Electronic truck scale is the large electronic scale with wide applications on the markets, andthere are many papers on application research of truck scale. There are many problems of truck scale withhigh accuracy, for example, section difference and nonuniform corner weight, and its error value can’t be accepted by the users. The paper starts from manufacturing quality of scale platform, and discusses platform manufacturing quality, which influences accuracy of truck scale.
電子汽車衡是由汽車衡秤臺(tái)（又稱為承載器）、稱重傳感器、電子稱重儀表三部分組成的。業(yè)界普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是：儀表是電子汽車衡的大腦，負(fù)責(zé)汽車衡稱重?cái)?shù)據(jù)顯示、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、稱量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?；稱重傳感器是汽車衡的心臟部分，確定了汽車衡的力電轉(zhuǎn)換、計(jì)量準(zhǔn)確度等技術(shù)指標(biāo)；秤臺(tái)是汽車衡的承載器，負(fù)責(zé)承載被測(cè)重量，并保證重量的傳遞過(guò)程中不影響電子汽車衡的計(jì)量準(zhǔn)確度。GB/T 7723 《固定式電子衡器》典型模塊的誤差分配表中說(shuō)明，稱重傳感器的誤差分配系數(shù)是 0.7，稱重指示器的誤差分配系數(shù)是 0.5，連接件（包括承載器）的誤差分配系數(shù)是 0.5，就是要提醒設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者，承載器在衡器的整個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度是有影響的。
以目前較為流行的 U 型梁式電子汽車衡為例，見(jiàn)圖 1，圖 2。
由圖中可見(jiàn)，U 型梁在橫向按照一定的間距均勻分布；秤臺(tái)的面板沿整個(gè)秤臺(tái)是均勻分布的；端橫梁設(shè)置在秤臺(tái)的兩端，從結(jié)構(gòu)上講也是橫向左右對(duì)稱、縱向兩端對(duì)稱的，傳感器的安裝位置相對(duì)于秤臺(tái)縱向來(lái)說(shuō)，也是左右對(duì)稱的。所以說(shuō)，秤臺(tái)是一個(gè)沿橫向左右對(duì)稱、縱向兩端對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。
由于傳感器是放置在秤臺(tái)沿縱向左右對(duì)稱的位置，相對(duì)于秤臺(tái)縱向，左右相對(duì)位置的傳感器輸出應(yīng)該是基本相等的。而在秤臺(tái)長(zhǎng)度方向上，由于要設(shè)計(jì)汽車衡的縱向防撞裝置，還需要防止汽車衡秤臺(tái)在重軸車車輪上下秤臺(tái)時(shí)傾翻力矩過(guò)大使秤臺(tái)翹起損壞傳感器，并考慮基礎(chǔ)與傳感器安裝位置的間隙，所以說(shuō)在沿秤臺(tái)長(zhǎng)度方向上安裝的傳感器，相鄰的稱重傳感器的輸出信號(hào)是不一定相等的，需要視秤臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)來(lái)分析。以三節(jié)秤臺(tái)電子汽車衡為例，我們可以簡(jiǎn)單的得出下列結(jié)論（見(jiàn)圖 3）：
圖 3 三節(jié)秤臺(tái)的汽車衡 8 只傳感器布置圖
1）1—2 點(diǎn) , 3—4 點(diǎn) , 5—6 點(diǎn) , 7—8 點(diǎn)的傳感器在加載前的初始零點(diǎn)輸出應(yīng)該是基本相等的。
2）1—2—7—8 點(diǎn)，四只傳感器在加載前的初始零點(diǎn)輸出應(yīng)該是基本相等的。
3）3—4—5—6 點(diǎn)，四只傳感器在加載前的初始零點(diǎn)輸出應(yīng)該是基本相等的。
4）（1，2，7，8）的傳感器初始受力零點(diǎn)輸出信號(hào)約是（3，4，5，6）的傳感器初始受力零點(diǎn)輸出信號(hào)的二分之一。
當(dāng)衡器使用數(shù)字式稱重傳感器時(shí)，在校秤階段，可以通過(guò)稱重儀表很容易地檢查出傳感器的初始信號(hào)輸出；即使使用模擬傳感器，也可以通過(guò)接線盒的線路調(diào)整單獨(dú)連接的某一只傳感器，這樣也可以獲得各個(gè)模擬傳感器的初始信號(hào)輸出。根據(jù)前面的分析，傳感器的初始信號(hào)輸出大小應(yīng)該符合各自的相互關(guān)系。當(dāng)然是存在相對(duì)誤差的，2這個(gè)誤差越小越好，一般要小于 ±20%。各點(diǎn)傳感器輸出信號(hào)的相互誤差對(duì)于衡器的出廠校準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝后的校準(zhǔn)，都是應(yīng)該達(dá)到的技術(shù)要求。
由于秤臺(tái)是對(duì)稱設(shè)計(jì)的，傳感器的初始輸出信號(hào)大小，從理論上說(shuō)應(yīng)該符合各點(diǎn)之間的相互關(guān)系。但實(shí)際上往往存在較大的誤差，分析如下：從設(shè)計(jì)上來(lái)講，電子汽車衡的整體秤臺(tái)設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是“整體剛性連接結(jié)構(gòu)型”，通過(guò)連接螺栓和秤臺(tái)上的連接板，將三組（多組）秤臺(tái)緊密的連接在一起。二是獨(dú)立秤臺(tái)柔性設(shè)計(jì)，秤臺(tái)之間通過(guò)銷釘和安裝板連接，相鄰的兩個(gè)秤臺(tái)發(fā)生變形時(shí)允許有一定的翻轉(zhuǎn)角，其相互影響量小。
這兩種方式，由于秤臺(tái)在制作過(guò)程中有變形，其傳感器的初始輸出信號(hào)是有差異的。從校秤平臺(tái)或衡器基礎(chǔ)的各個(gè)傳感器安裝墩的水平高度一致性上講，一般的技術(shù)要求是各個(gè)基礎(chǔ)墩的相互高度誤差為 3mm，而生產(chǎn)廠內(nèi)的校秤平臺(tái)傳感器安裝的基礎(chǔ)高度誤差會(huì)更小一些，可以達(dá)到 1mm 之內(nèi)?；A(chǔ)墩高度的不一致，使每只傳感器的受力大小不一致，造成傳感器初始輸出信號(hào)有差異。
端橫梁上各傳感器安裝板之間的安裝絕對(duì)高度差，如果制造中沒(méi)有做好高度定位，也會(huì)產(chǎn)生誤差，其效果和基礎(chǔ)墩的高度誤差是一致的。
從秤臺(tái)的制造質(zhì)量方面分析，U 型梁的厚度一般為 6~10mm，制造廠有采用大型寬鋼板下料后折彎制成，也有采用鋼帶直接下料后折彎制成的工藝。U 型梁的開(kāi)口上沿由于制造工藝不良會(huì)產(chǎn)生微小的波浪灣，整體的 U 型梁在彎曲中及后續(xù)的存放中也會(huì)形成長(zhǎng)度方向上的左右彎或者上下彎。由于 U 型梁彎板采用的材料不同，彎曲產(chǎn)生的尺寸誤差不同，也會(huì)在 U 型梁中造成殘余應(yīng)力大小及分布不均勻。
秤臺(tái)焊接過(guò)程中，U 型梁需要和秤臺(tái)面板定位，其與秤臺(tái)面板的間隙希望越小越好。一是說(shuō)明U 型梁上表面尺寸正確，另外焊接后的秤臺(tái)要求是秤臺(tái)在正常安裝后，上表面要凸起一定高度，對(duì)秤臺(tái)施加預(yù)應(yīng)力使得秤臺(tái)加載后水平，也使秤臺(tái)在使用中不至于留有水漬而不利于汽車剎車，也便于清掃秤臺(tái)和保持衛(wèi)生，所以需要用外力（壓力機(jī)或砝碼重物）壓下 U 型梁，致使其反方向變形，然后再實(shí)施焊接過(guò)程。從技術(shù)上分析，首先將 7 根 U 型梁的各個(gè)單邊與秤臺(tái)面板焊接在一起，使應(yīng)力充分釋放（必要時(shí)可以卸除壓力或重物），然后再焊接各個(gè) U 型梁的另一邊，這樣整體秤臺(tái)的應(yīng)力會(huì)小一些。也可以先焊接秤臺(tái)中間部分的 U 型梁，然后向兩邊擴(kuò)散焊接其余的 U 型梁。最不好的工藝就是在秤臺(tái)受到壓力限制產(chǎn)生反向變形時(shí)，先焊接秤臺(tái)最外邊的 U 形梁然后向中間過(guò)渡焊接其余 U 型梁。
秤臺(tái)制造質(zhì)量不良，秤臺(tái)發(fā)生縱向或橫向變形，秤臺(tái)中殘留了大量的焊接殘余應(yīng)力沒(méi)有消除，當(dāng)汽車輪軸行駛在汽車衡秤臺(tái)的不同位置時(shí)，秤臺(tái)的變形伴隨著應(yīng)力釋放，形變重復(fù)性就不好。而重量的傳遞過(guò)程中伴隨著應(yīng)力釋放，重量的傳遞數(shù)值就會(huì)不準(zhǔn)確，造成電子汽車衡的稱量不穩(wěn)定，四角誤差、段差超出用戶要求或標(biāo)準(zhǔn)要求。在校秤過(guò)程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)四角誤差不易校準(zhǔn)，校一遍數(shù)據(jù)一個(gè)樣；觀察傳感器的空秤輸出信號(hào)，也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的狀態(tài)。
由前面的分析可知，理想的電子汽車衡秤臺(tái)制造完成后，在校秤階段，每只傳感器的初始信號(hào)輸出應(yīng)該符合上述第 3 部分中傳感器受力分析結(jié)果。如果差異較大就要進(jìn)行消除應(yīng)力的處理。消除應(yīng)力的方法有很多，下面介紹幾種比較簡(jiǎn)單的方法。
6.1 超載靜壓法
新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 7723-2017 《固定式電子衡器》中，增加了一條：當(dāng)衡器承受最大秤量125% 的載荷時(shí)，秤的各組成部件不應(yīng)發(fā)生永久變形或損壞，施加的時(shí)間是 30 分鐘，載荷均勻分布。一方面可以檢查秤臺(tái)的材料選擇、焊接質(zhì)量、秤臺(tái)變形等，同時(shí)超載靜壓方法也是消除秤臺(tái)應(yīng)力的好方法。在正常生產(chǎn)中可以根據(jù)施加載荷的大小，如 1/2Max，3/4Max，Max 等，來(lái)確定靜壓的時(shí)間。通過(guò)施加載荷靜壓前后的傳感器輸出值的相對(duì)變化，來(lái)設(shè)定超載靜壓的時(shí)間和選擇載荷值。
6.2 振動(dòng)時(shí)效法
采用激振器對(duì)秤臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)消除應(yīng)力，也是一種比較簡(jiǎn)易的方法。由于激振器工作時(shí)噪音較高，可以在施力點(diǎn)與秤臺(tái)的接觸處，設(shè)置一些隔音裝置。根據(jù)秤臺(tái)的尺寸、U 型梁的厚度和高度、秤臺(tái)的設(shè)計(jì)秤量，來(lái)設(shè)計(jì)激振器的大小、振幅、頻率、激振位置與激振力。同樣，工藝參數(shù)的設(shè)置需要通過(guò)施加激振力前后傳感器初始信號(hào)輸出的變化，來(lái)判斷工藝參數(shù)的選擇是否合適。如果能采用應(yīng)力測(cè)試儀進(jìn)行定量分析，則工藝參數(shù)的設(shè)置會(huì)更準(zhǔn)確。
6.3 預(yù)加載校秤法
電子汽車衡在用戶使用地點(diǎn)安裝之后，可以首先檢查傳感器的初始信號(hào)輸出是否平衡，如果不平衡，可以要求用戶用載重汽車先進(jìn)行多次過(guò)衡，否則調(diào)校完成的衡器也是不穩(wěn)定的，其原理與超載靜壓法一致，使秤臺(tái)內(nèi)部的應(yīng)力充分釋放出來(lái)，可以增加衡器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
結(jié)束語(yǔ)：
本文闡述了汽車衡秤臺(tái)制造過(guò)程中，由于工藝設(shè)計(jì)不合理造成秤臺(tái)變形并產(chǎn)生殘余應(yīng)力，它們對(duì)汽車衡的四角誤差、段差、零點(diǎn)穩(wěn)定性等都會(huì)產(chǎn)生影響。針對(duì)汽車衡安裝，對(duì)秤臺(tái)安裝的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提出了一些觀點(diǎn)，不當(dāng)之處請(qǐng)同行批評(píng)。
4 【參考文獻(xiàn)】
[1] GB/T 7723-2017《固定式電子衡器》
作者簡(jiǎn)介：范韶辰，男，1982 年畢業(yè)于山東工學(xué)院（現(xiàn)山東大學(xué)）機(jī)械系，本科學(xué)士學(xué)位。同年入職濟(jì)南衡器廠（現(xiàn)山東金鐘科技集團(tuán)股份有限公司），副總經(jīng)理，高級(jí)工程師，從事衡器、傳感器技術(shù)研究工作 30 余年，現(xiàn)為衡器協(xié)會(huì)技術(shù)專家委員會(huì)委員，全國(guó)衡器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書長(zhǎng)，全國(guó)衡器計(jì)量技術(shù)委員會(huì)委員，在有關(guān)雜志上發(fā)表論文多篇。
楊紀(jì)富，男，2009 年入職濟(jì)南金鐘電子衡器股份有限公司（現(xiàn)山東金鐘科技集團(tuán)股份有限公司），工程師職稱，主要從事汽車衡、軌道衡、機(jī)車車輛稱重臺(tái)等大型衡器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
