針對油壓型裝載機(jī)電子秤受油路工況影響，檢測精度不高的問題，提出電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤的 稱重計(jì)量方法，通過建立電阻應(yīng)變式傳感器檢測的剪切應(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。

鐵路貨場散堆裝貨物裝載，一般用軌道衡和汽車衡直接檢斤，或用劃線法裝車，或用裝載機(jī)電子秤 稱重。但軌道衡和汽車衡只在部分裝車點(diǎn)進(jìn)行了配 置，如果所有的裝車點(diǎn)都配置該類設(shè)備，不僅要增加 基建投資，而且還要增加調(diào)車作業(yè)，延長車輛停留時 間;采用劃線裝車的辦法，最大的缺點(diǎn)就是在貨物的 密度發(fā)生變化時，造成超載或欠載;采用裝載機(jī)電子 秤稱重計(jì)量，既可提高勞動生產(chǎn)率，又可監(jiān)控裝載過 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，通常利用測量裝載機(jī)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(jī)在作業(yè)過程中，司機(jī)對油門踏板的控制是不斷 變化的，使得發(fā)動機(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)長時間連續(xù)工作，液壓油溫 上升至60 t以上時，液壓油粘度變小，舉升同一重 物，壓力值也會隨之變小，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。基 于此現(xiàn)狀，研制出一種經(jīng)濟(jì)適用，能夠直接檢測裝載 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、高精度信號放大電路、高精度電源、A/D轉(zhuǎn)換電 路、計(jì)算機(jī)及稱重軟件組成，通過測量裝載機(jī)鏟斗所 裝物料產(chǎn)生應(yīng)力的方法來達(dá)到稱重的目的。其系 統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

1.2構(gòu)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。

自動測量控制單元用于檢測鏟斗的位置、運(yùn)動 方向、速度，提供稱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、自動測 量控制單元的各種電信號，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 多個模塊通過針與孔結(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，完成對傳感器及控制 信號的處理、運(yùn)算等功能。

稱重控制軟件，完成電子秤的數(shù)據(jù)采集處理、稱 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。

2.測量原理

電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤其傳感器是檢測系 統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)采用的是檢測傳感器，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，這種變化會隨承受的 重量不同而改變。鏟斗在舉升剛開始和行將結(jié)束 時的區(qū)域內(nèi)，由于受啟動和結(jié)束時的沖擊力影響， 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，通過選用定 位傳感器來確保采樣值的準(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)可以建立測量數(shù)學(xué)模型：

W=Ncosa+Tsinp 。

采樣區(qū)域通過檢測定位傳感器控制。固定采樣 區(qū)域秤重時，裝載機(jī)鏟斗翻轉(zhuǎn)角a和鏟斗舉升轉(zhuǎn)動角 yS的變動范圍為定值;N與T由應(yīng)力傳感器檢測、稱重 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、儀器測量、鏟斗位置變動3部分產(chǎn)生的誤差組 成。在滿量程時，導(dǎo)致系統(tǒng)最大測量誤差為±21.5 kg，此項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到計(jì)量器具⑩級準(zhǔn)確度等級。

3.1鏟斗位置變動誤差由于裝載機(jī)鏟斗舉升通過采樣位置時間很短，系統(tǒng)不可能精確檢測到各支點(diǎn) 應(yīng)力，因而電子秤的設(shè)計(jì)目標(biāo)為⑩級準(zhǔn)確度等級， 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，通過定位檢測傳感器，可確定應(yīng)力檢 測范圍，即裝載機(jī)舉升轉(zhuǎn)動角度范圍為f3±3。，在此范 圍內(nèi)載荷垂直分量的滿量程變動范圍小于±14 kg。

3.2儀器測量誤差電阻應(yīng)變式裝載機(jī)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，通過軟、硬件濾波方式來處理傳感器信 號。溫度變化和供電電源電壓變化會導(dǎo)致儀表放大 器的誤差，通過在硬件和軟件中進(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)致的測量誤差，在滿量程時為±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 載測試，測試數(shù)據(jù)見表1。

由表1可以看到，在加載砝碼1 500 kg、2 500 kg、 3 000 kg時，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，裝載機(jī)電子秤的輸 出誤差最大為20 kg。按計(jì)量器具?級準(zhǔn)確度等級要 求,在檢定分度值e為50 kg，首檢時誤差小于e/2，即小 于25 kg。測試結(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)量器具隹確度等級要求。

4.自動余料去皮

雨季，裝載機(jī)進(jìn)行作業(yè)，鏟斗在傾倒物料時，往 往會有部分物料粘結(jié)在鏟斗內(nèi)，造成鏟斗在舉升過 程中稱出的重量并非鏟斗倒出物料的重量。為保 證測量結(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)過采樣位置時，系統(tǒng)發(fā)出定位信 號，計(jì)算機(jī)對重斗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，當(dāng)鏟斗下落 經(jīng)過采樣位置時，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同樣對空斗進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集和處理。2個數(shù)據(jù)通過計(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重狀態(tài)，不能 簡單將鏟斗舉升測重?cái)?shù)據(jù)與下降測重?cái)?shù)據(jù)直接相 減，應(yīng)通過檢測重物舉升、下降兩過程的不同加速 度，配合計(jì)算機(jī)稱重控制軟件在自動余料去皮過程 中進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)自動余料去皮功能。

5.技術(shù)特點(diǎn)

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

電阻應(yīng)變式裝載機(jī)電子秤稱重控制軟件使用C 語言編制，移植性強(qiáng)，可直接對位、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 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;有誤操作提示及報警系統(tǒng)，可及時防 止超載、欠載。

6.結(jié)束語

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)、價格較低⑷，能在裝載貨物的同 時完成稱量，免除了物料運(yùn)送到秤之間的工作程序， 能使裝載過程在監(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的超欠載問題， 節(jié)省了時間和資金，大大提高了勞動生產(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，并獲國家發(fā)明專利。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，尚需 對裝載機(jī)進(jìn)行改造，上述問題的解決，將會使電阻應(yīng) 變式裝載機(jī)電子秤的應(yīng)用前景更為廣闊.