針對油壓型裝載機電子秤受油路工況影響，檢測精度不高的問(wèn)題，提出電阻應變式裝載機電子秤的 稱(chēng)重計量方法，通過(guò)建立電阻應變式傳感器檢測的剪切應力與鏟斗及斗內物料的合成重力之間的數 學(xué)模型，并基于此模型設計了稱(chēng)重計量系統。實(shí)驗結果表明，該系統精度高，可靠性強，能在惡劣 的環(huán)境下正常工作，而且成本低廉，滿(mǎn)足了鐵路貨運的要求。

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(xiàn)法裝車(chē)，或用裝載機電子秤 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)設備，不僅要增加 基建投資，而且還要增加調車(chē)作業(yè)，延長(cháng)車(chē)輛停留時(shí) 間;采用劃線(xiàn)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;采用裝載機電子 秤稱(chēng)重計量，既可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，又可監控裝載過(guò) 程，這是一種較為理想的方法。但是，目前使用的裝 載機電子秤，通常利用測量裝載機舉升臂油缸液壓 油載荷壓力變化，間接測量舉升物的重量。由于裝 載機在作業(yè)過(guò)程中，司機對油門(mén)踏板的控制是不斷 變化的，使得發(fā)動(dòng)機和油栗的轉速隨著(zhù)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，造成測重儀表不能準確反映鏟斗實(shí)際所裝貨物 的重量。特別是裝載機長(cháng)時(shí)間連續工作，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，從而造成計量精度不高 。如要改造液壓系統，將大幅增加研制成本?；?于此現狀，研制出一種經(jīng)濟適用，能夠直接檢測裝載 機鏟斗受力計量的裝置就十分需要，而電阻應變式 裝載機電子秤的研制，可以滿(mǎn)足這種功能要求。

1.系統構成及主要構件功能

1.1系統構成電阻應變式裝載機電子秤由傳感器、高精度信號放大電路、高精度電源、A/D轉換電 路、計算機及稱(chēng)重軟件組成，通過(guò)測量裝載機鏟斗所 裝物料產(chǎn)生應力的方法來(lái)達到稱(chēng)重的目的。其系 統構成如圖1。

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

自動(dòng)測量控制單元用于檢測鏟斗的位置、運動(dòng) 方向、速度，提供稱(chēng)重控制信號給信號處理電路。

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

嵌人式計算機用的是一種棧式總線(xiàn)計算機，由 多個(gè)模塊通過(guò)針與孔結構堆疊而成，形成的系統結 構緊湊、抗沖擊性能好，應用的是低功耗技術(shù)，其體 積小、能耗低、工作性能穩定、開(kāi)發(fā)能力強、擴展性能 好，配合數據處理、管理軟件，完成對傳感器及控制 信號的處理、運算等功能。

稱(chēng)重控制軟件，完成電子秤的數據采集處理、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)行統計和查詢(xún)。

2.測量原理

電阻應變式裝載機電子秤其傳感器是檢測系 統的關(guān)鍵。系統采用的是檢測傳感器，安裝于鏟斗 受力處。傳感器受應力作用后，內部應變體發(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)始和行將結束 時(shí)的區域內，由于受啟動(dòng)和結束時(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。電阻應變 式裝載機電子秤系統正是基于此原理，通過(guò)選用定 位傳感器來(lái)確保采樣值的準確和有效。該電子秤 系統采用定位傳感器將稱(chēng)重區域設置于一段固定 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)的合剪切應力，r為另一 受力支點(diǎn)剪切應力，w為鏟斗及斗內貨物的重力 和。由確定的受力狀態(tài)可以建立測量數學(xué)模型：

W=Ncosa+Tsinp 。

采樣區域通過(guò)檢測定位傳感器控制。固定采樣 區域秤重時(shí)，裝載機鏟斗翻轉角a和鏟斗舉升轉動(dòng)角 yS的變動(dòng)范圍為定值;N與T由應力傳感器檢測、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.系統測量誤差分析

裝載機電子秤系統的誤差主要由計算機量化 計算、儀器測量、鏟斗位置變動(dòng)3部分產(chǎn)生的誤差組 成。在滿(mǎn)量程時(shí)，導致系統最大測量誤差為±21.5 kg，此項指標達到計量器具⑩級準確度等級。

3.1鏟斗位置變動(dòng)誤差由于裝載機鏟斗舉升通過(guò)采樣位置時(shí)間很短，系統不可能精確檢測到各支點(diǎn) 應力，因而電子秤的設計目標為⑩級準確度等級， 檢定分度值e為50 kg，分度數n為200。根據精度要 求，經(jīng)理論計算，通過(guò)定位檢測傳感器，可確定應力檢 測范圍，即裝載機舉升轉動(dòng)角度范圍為f3±3。，在此范 圍內載荷垂直分量的滿(mǎn)量程變動(dòng)范圍小于±14 kg。

3.2儀器測量誤差電阻應變式裝載機電子秤傳 感器的輸出信號微弱，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。溫度變化和供電電源電壓變化會(huì )導致儀表放大 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 此導致的測量誤差，在滿(mǎn)量程時(shí)為±5 kg。

3.3計算機量化計算誤差裝載機工作環(huán)境惡劣，振

3.4精度測試為了檢驗電阻應變式裝載機電子秤計量精度，用標準砝碼在裝載機鏟斗上進(jìn)行加、減 載測試，測試數據見(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)，裝載機電子秤的輸 出誤差最大為20 kg。按計量器具?級準確度等級要 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。測試結果證明:研制的電阻應變式裝載機電 子秤此項指標達到計量器具隹確度等級要求。

4.自動(dòng)余料去皮

雨季，裝載機進(jìn)行作業(yè)，鏟斗在傾倒物料時(shí)，往 往會(huì )有部分物料粘結在鏟斗內，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 證測量結果直接明了，系統設計了計算機去除鏟斗 及其中剩余物料重量的操作程序。

當鏟斗舉升經(jīng)過(guò)采樣位置時(shí)，系統發(fā)出定位信 號，計算機對重斗進(jìn)行數據采集和處理，當鏟斗下落 經(jīng)過(guò)采樣位置時(shí)，計算機系統同樣對空斗進(jìn)行數據 采集和處理。2個(gè)數據通過(guò)計算機進(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重狀態(tài)，不能 簡(jiǎn)單將鏟斗舉升測重數據與下降測重數據直接相 減，應通過(guò)檢測重物舉升、下降兩過(guò)程的不同加速 度，配合計算機稱(chēng)重控制軟件在自動(dòng)余料去皮過(guò)程 中進(jìn)行補償，實(shí)現自動(dòng)余料去皮功能。

5.技術(shù)特點(diǎn)

電阻應變式裝載機電子秤是直接檢測鏟斗所受 的剪應力，其計量準確度高，長(cháng)期穩定性好。

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

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

6.結束語(yǔ)

電阻應變式裝載機電子秤，計量準確、操作方便、 性能可靠、適應性強、價(jià)格較低⑷，能在裝載貨物的同 時(shí)完成稱(chēng)量，免除了物料運送到秤之間的工作程序， 能使裝載過(guò)程在監控狀態(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， 節省了時(shí)間和資金，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，滿(mǎn)足了 鐵路貨運的要求。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)項目 于2006年4月通過(guò)了柳州鐵路局(現南寧鐵路局)科 委組織的技術(shù)鑒定，并獲國家發(fā)明專(zhuān)利。但是，由于電阻應變式裝載機電 子秤的研制與裝載機的設計生產(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 對裝載機進(jìn)行改造，上述問(wèn)題的解決，將會(huì )使電阻應 變式裝載機電子秤的應用前景更為廣闊.