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高速公路用移動地磅檢測車開發
本文闡述了種用于公路動態地磅的移動式壓力試驗機的工作原理、控制原理以及開發 程。公路動態地磅用檢測車由靜態壓力源、靜態壓力產生裝置、高精度力傳感器、重量變送及顯示儀表、加 載板、提升機構、可編程控制器、觸摸式人機界面組成，共分為機械系統和液壓伺服系統兩大部分。使用該檢測 車對公路計重收費用動態地磅進行，效率高，安全性好，在被檢衡器完好的情況下，使用砝碼檢定完 成臺衡器至少需耗時6小時，而使用該系統檢定僅需40分鐘。
1.概述
隨著公路系統對貨運車輛實行計重收費方案的實施，需要對安裝在收費車道的計重設備進行 或檢測。通常對計重設備的靜態檢定采用堆疊砝碼的方式或安裝反力架，使用千斤和高精度傳感器進行 加壓的方式進行，但是由于公路收費站車道的安裝、檢定環境和計重設備的物理特性，使得在現場用堆疊 柱碼的方式檢定時，砝碼需堆疊得很高，檢定安全無法得到保證且收費車道不能提足夠的空間，而反力 架在現場根本無法安裝，進而嚴重影響收費站道口的正常收費工作。
從2003年開始，江蘇省交通科學研究院就開始著手進行公路車道計重設備檢測技術的研究，公路動 態地磅用檢測車正是針對安裝在收費站道口的計重設備進行檢定而開發的機電體化精密設備。經過 三年以來持續不斷的改進，該技術已發展得相當成熟，*可以滿足對車道計重設備的要求。
*，計量部門往往使用高精度的液壓試驗機對力傳感器進行檢定，但是高精度的液壓試驗機往 往體積龐大，并且對使用環境也有較高的要求，公路動態汽車衡用檢測車是可移動的、高精度的、對使 用環境幾乎沒有特殊要求的檢定設備。
2.系統構成及工作流程
公路動態地磅用檢測車由靜態壓力源、靜態壓力產生裝置、高精度力傳感器、重量變送及顯示儀 表、加載板、提升機構.、可編程控制器、觸摸式人機界面組成，共分為機械系統和液壓伺服系統兩大部分。
2.1機械系統
機械系統結構見圖1。
靜態壓力源由移動式承載裝置如半掛車(含單軸、雙軸及多軸)、全掛車、自行式單車及其它無需固 定在地面上的承重結構(1)和安裝或放置在其上的配載塊(2)構成。靜態壓力產生裝置由電動液壓泵站 (3)和主油缸(4)構成。高精度力傳感器(5)倒置安裝在主油缸活塞桿的末端。加載板(6)通過安裝 在承重結構縱梁下的提升油缸(7)和鋼纜懸掛在主油缸正下方。主油缸通過銷軸安裝在承重結構縱梁下, 安裝在承重結構縱梁下的提升油缸(8)和鋼纜可在主油缸不使用時將其提起收放在縱梁下.
2.2液壓伺服系統
液壓伺服系統結構見圖2。
液壓伺服系統由可編程控制器(1)、主油泵(2)、電動三位四通換向閥(3)、電動微調執行機構(4)、 力傳感器(5)、力變送器(6)、油缸(7)構成。高精度力傳感器(5)連接力變送器(6)，可編程控制器 (1)的輸入端迕接力變送器(6)的輸出端，可編程控制器(1)的*個輸出端連接主油泵(2),用于 控制土油泵(2)的啟動和停止;可編程控制器(I)的第二個輸出端迮接電動二位四通換向閥(3),用于 切換泵油的方向：可編程控制器(1)的第三個輸出端連接電動微調執行機構(4),用于對輸山壓力的精 確調整。
2.3系統工作流程
當進行加載測試時，操作人員通過觸摸式人機界面設定需耍的輸出壓力并啟動系統，可編程控制器將 電動三位四通換向閥切換到向油缸的無桿腔進油方向，同時啟動主油泵，并將來自力變送器的反饋信號與 設定值進行比較，當反饋值接近設定值時，降低主油泵轉速，停止主油泵，啟動電動微調執行機構， 對輸出壓力進行微調，使之逐漸趨近設定值，達到平衡。
當進行減載測試時，操作人員通過觸摸式人機界面設定需要的輸出壓力并啟動系統，可編程控制器將 電動三位四通換向閥切換到向油缸的有桿腔進油方向，同時啟動主油泵，并將來自力變送器的反饋信號與 設定值進行比較，當反饋值接近設定值時，降低主油泵轉速，停止主油泵，啟動電動微調執行機構， 對輸出壓力進行微調，使之逐漸趨近設定值，達到平衡。
無論是進行加載或減載測試，系統的輸出壓力都不會越過設定值，只會無限趨近設定值并等于設 定值。
2.系統設計要點及難點
2.1承載結構
公路動態地磅用檢測車的承載結構以YZT9260TDP型鵝&半掛車為基礎進行改裝，增加縱梁幅 板：在縱梁內側以質量重心為中心添加輔助縱梁;加大加載油缸與車架的支撐面積，避免加載到較大量程 時由于荷載過于集中引起車架形變。承載結構的設計還需要考慮在加載過程中載荷在加載油缸與后橋間的 分布情況，以避免加、減載時出現失穩現象。
2.2加、減載微調機構
微調伺服機構是系統控制的核心部件，要求具有較高的機械加工精度，其實質為帶有導向裝置的電動 柱塞泵，在其全速運行時要求其軸位移為零。該部件搭載的伺服電機具有17bit增量型旋轉編碼器，以保 證真實地反應伺服機構的運動速度，從而準確地控制加、減載時液壓系統的補給量。
2.3控制系統及算法
公路動態地磅用檢測車的控制系統采用了支持數字通信，并且具有多路數字量、模擬量輸入輸出 通道的可編程自動化控制器作為核心控制單元，為便P操作，采用TFT觸摸式操作面板作為人機界面。
常規的自動控制算法控制曲線如圖3所示：
由圖中可以看出，這是個震蕩趨于平緩的過程，雖然系統可以達到穩定，但是在控制過程中輸 出值的波動決定了這種控制算法不適用于裝置。
公路動態地磅用檢測車的控制系統算法產生的輸出曲線如圖4:
由圖中可以看出，輸出值達到設定值是個漸進的過程，在加載過程中，系統輸出值不會大于給定值, 當系統輸出值等于設定值時，系統平衡。
3.公路動態地磅用檢測車的應用
3.1應用
公路動態地磅用檢測車目前已在江蘇、福建、寧夏等地的計量部門投放使用，使用該設備可以實 現對衡器稱量范圍內任意秤量點的檢測，使用該檢測車對公路計重收費用動態地磅進行，效率 高，安全性好，在被檢衡器完好的情況下，使用砝碼檢定完成臺衡器至少需耗時6小時，而使用該系統 檢定僅需40分鐘。
該設備全貌如圖5所示：
3.2對比試驗
車道計重設備自動檢測系統與砝碼測試法進行對比試驗，試驗過程如下：
選擇臺正常使用的動態汽車衡，在稱重臺面不加任何載荷的情況下進行零點標定，直接加載10噸 砝碼進行線性標定：*卸載砝碼，衡器顯示為零，逐噸加載砝碼至12噸，再逆向逐噸減載至零，分別 在3/、5/、10/、12/秤量時記錄下衡器的示值，反復加、減載三次，每次都記錄下上述秤量的衡器示值。
將車道計重設備自動檢測車停放在動態地磅上方，設置系統進入加載程序，加載至滿量程，再設置 系統逆向減載至零，分別在3/、5/、10/、12?、15r、20/、25/、30/秤量時記錄衡器示值，反復加、減載三 次，每次都記錄下上述秤量的衡器示值。
由于考慮安全因素，砝碼測試法僅能加載到12t.
將兩種測試方法產生的測試數據橫向比較，在3/、5/、10;、12;秤量時，大誤差不超過Id。(IchlOkg) 試驗結果證明兩種檢測方法在0~12/秤量范圍內測試結果致。
4.結束語
我國公路推行計重收費的時間較短，車道計重設備目前尚屬新生事物，對其進行檢測的相關方法和標 準還處在進步研究的過程之中，相信隨著科技的進步，很快就會出現技術更、結果更準確、作業效 率更高的檢測技術.