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解讀《裝載機電子秤》檢定規(guī)程中 衡器的工作原
來源：河北省計量檢測技術(shù)中心 添加時間：2020-01-07 14:13:48 瀏覽次數(shù)：0次
圖 1-1
輪式裝載機 輪式裝載機是在行進中鏟裝、運送、卸載的自走式工程機械 。裝載機自重大 , 軸距短 , 且始終
處于流動作業(yè)狀態(tài) , 難以用固定位置的衡器對它所載貨物進行稱量。以裝載機的部分部件作為力傳遞 機構(gòu)，在提升臂舉升時連通傳感器，并通過智能顯示終端將裝載機的自動稱量過程用圖形（或數(shù)據(jù)） 顯示出來，確定鏟斗（承載器）內(nèi)散料的裝入量，可以實現(xiàn)將數(shù)據(jù)累計并打印，也可以通過網(wǎng)絡(luò)或 GPS 定位系統(tǒng)進行稱重數(shù)據(jù)傳輸。這種即有車輛結(jié)構(gòu)又融合了電子秤結(jié)構(gòu)的工程機械車輛組合秤是 自動分檢衡器中車輛組合衡器的一種型式。前置輪式裝載機電子秤是車輛組合衡器的典型應(yīng)用。歐 洲在上個世紀七十年代就有了裝載機電子秤。裝載機電子秤在我國的使用越來越廣泛，國家計量檢 定規(guī)程 JJG 1123-2016《裝載機電子秤》的發(fā)布和實施。對企業(yè)生產(chǎn)和計量部門開展檢定提供了技術(shù) 依據(jù)。規(guī)程包含了引言、范圍、引用文件、術(shù)語和計量單位、概述、計量性能要求、通用技術(shù)要求 以及計量器具控制部分。計量性能要求中的單次稱量、偏載測試、傾斜測試、交替變換運行速度測 試參考了 OIML R51《自動分檢衡器 (2006 年版 )》(Automatic catchweighing instruments（2006E）) 國 際建議中 Y 類車輛組合自動衡器中有關(guān)內(nèi)容。
裝載機電子秤稱重模式目前主要是壓力測量模式。 輪式裝載機在作業(yè)時，鏟斗的提升是通過液
圖 1-2 裝載機電子秤稱重結(jié)構(gòu)示意圖
表 1-1 所列內(nèi)容和非自動衡器的最大允許誤差要求類似，但是在判定方法上和非自動衡器是有 區(qū)別的。
表 1-1 單次稱量的最大允許誤差
規(guī)程對單次稱量示值誤差的確定根據(jù)不同的狀態(tài)有如下規(guī)定：
1. 如果裝載機電子秤有一個用于顯示實際分度值 d ≤ 0.2e 示值裝置（擴展指示裝置），那么這 一裝置就可用來確定誤差。如果使用擴展指示裝置，應(yīng)在檢定證書中注明。
2. 如果裝載機電子秤實際分度值大于 0.2e 且不具備擴展指示裝置，為消除數(shù)字示值的化整誤差， 其載荷的質(zhì)量值應(yīng)滿足以下條件：
載荷的質(zhì)量值是載荷的約定真值。例如：
例 1，實際分度值 d = 檢定分度值 e 且 d ＞ 0.2e
Max =5t；d =e =50kg；準確度：Y（b）的裝載機電子秤。
誤稱重結(jié)果”。如非動態(tài)稱重（起重臂提升或下降到稱重位置忽然停止，相當于靜態(tài)裝載機電子秤 的稱重過程）；或不符合裝載機電子秤的正常動態(tài)稱重操作（突然加速減速）。這些都造成了稱量 結(jié)果都超出了檢定規(guī)程允許的誤差范圍。稱量結(jié)果的有效性是在現(xiàn)場檢定測試時才能看出，檢定規(guī) 程中不涉及稱量結(jié)果有效性識別的相關(guān)內(nèi)容。如果裝載機電子秤能夠識別，并且以顯示和報警方式 提示操作者其稱重結(jié)果不合格，那么會對裝載機電子秤在工作或現(xiàn)場檢定測試有很大的幫助。
一、裝載機電子秤工作原理
輪式裝載機是通過安裝在前端一個完整的鏟斗支承結(jié)構(gòu)和連桿，隨機器向前運動進行裝卸或挖 掘，以及提升、運輸和卸載的輪胎機械。輪式裝載機見圖 1-1。圖 1-1
輪式裝載機 輪式裝載機是在行進中鏟裝、運送、卸載的自走式工程機械 。裝載機自重大 , 軸距短 , 且始終
處于流動作業(yè)狀態(tài) , 難以用固定位置的衡器對它所載貨物進行稱量。以裝載機的部分部件作為力傳遞 機構(gòu)，在提升臂舉升時連通傳感器，并通過智能顯示終端將裝載機的自動稱量過程用圖形（或數(shù)據(jù)） 顯示出來，確定鏟斗（承載器）內(nèi)散料的裝入量，可以實現(xiàn)將數(shù)據(jù)累計并打印，也可以通過網(wǎng)絡(luò)或 GPS 定位系統(tǒng)進行稱重數(shù)據(jù)傳輸。這種即有車輛結(jié)構(gòu)又融合了電子秤結(jié)構(gòu)的工程機械車輛組合秤是 自動分檢衡器中車輛組合衡器的一種型式。前置輪式裝載機電子秤是車輛組合衡器的典型應(yīng)用。歐 洲在上個世紀七十年代就有了裝載機電子秤。裝載機電子秤在我國的使用越來越廣泛，國家計量檢 定規(guī)程 JJG 1123-2016《裝載機電子秤》的發(fā)布和實施。對企業(yè)生產(chǎn)和計量部門開展檢定提供了技術(shù) 依據(jù)。規(guī)程包含了引言、范圍、引用文件、術(shù)語和計量單位、概述、計量性能要求、通用技術(shù)要求 以及計量器具控制部分。計量性能要求中的單次稱量、偏載測試、傾斜測試、交替變換運行速度測 試參考了 OIML R51《自動分檢衡器 (2006 年版 )》(Automatic catchweighing instruments（2006E）) 國 際建議中 Y 類車輛組合自動衡器中有關(guān)內(nèi)容。
裝載機電子秤稱重模式目前主要是壓力測量模式。 輪式裝載機在作業(yè)時，鏟斗的提升是通過液
壓系統(tǒng)中的動臂油缸驅(qū)動提升臂，鏟斗的轉(zhuǎn)動是通過液壓系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動油缸，兩者共同作用從而實 現(xiàn)了鏟斗的提升和轉(zhuǎn)動。 而油缸中的壓力與鏟斗中的散料重量之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，當裝載機 處于水平位置狀態(tài)，由力矩平衡原理得出，裝載機的提升臂長度 L, 散料重量 W，它們的乘積 W×L 等于提升臂缸內(nèi)的壓力 P, 與提升活塞橫截面積 S、提升臂作用點距離的乘積，簡化后，散料重量 W 與提升缸的壓力為正比
W=（k）×P （1） 式中 k 為系數(shù)
從（1）式中得知，只要測得提升臂在某一水平位置或在水平位置附近的一段位置提升缸中的壓力， 便可以知道鏟斗中散料重量 W。
以上是靜態(tài)條件下的受力分析，當提升臂在勻速時，提升臂長度為 L 時的重量 W1 為 W1=W×V×T （2）
式中：W—散料重量
V—提升臂速度 T—工作時間
但在實際工作中，提升臂是不均速的，速度可能波動變化，因此單位時間 dt 內(nèi)的提升臂長度為 L 時的重量 W1（t）為
W1（t）=W（t）×V（t）×dt （3） 因此一段時間 t 內(nèi)總重量為
t t
W=（k）×P （1） 式中 k 為系數(shù)
從（1）式中得知，只要測得提升臂在某一水平位置或在水平位置附近的一段位置提升缸中的壓力， 便可以知道鏟斗中散料重量 W。
以上是靜態(tài)條件下的受力分析，當提升臂在勻速時，提升臂長度為 L 時的重量 W1 為 W1=W×V×T （2）
式中：W—散料重量
V—提升臂速度 T—工作時間
但在實際工作中，提升臂是不均速的，速度可能波動變化，因此單位時間 dt 內(nèi)的提升臂長度為 L 時的重量 W1（t）為
W1（t）=W（t）×V（t）×dt （3） 因此一段時間 t 內(nèi)總重量為
t t
W1 (t) = ò0
式中：W（t）—瞬時重量 V（t）—提升臂速度 W1（t）—單位瞬時總重量
W (t)dt = ò0
W (t) ´ v(t)dt
式中：W（t）—瞬時重量 V（t）—提升臂速度 W1（t）—單位瞬時總重量
W (t)dt = ò0
W (t) ´ v(t)dt
為了準確知道提升臂的位置，還需要有一套測量提升臂位置的位置傳感器（或角度傳感器）來 測量提升臂的位置，即提升臂在一段時間內(nèi)的重量。除測量重量外，還要對速度進行測量，從而準 確地得出提升臂在接近水平位置的時間時的總重量。由于提升臂位置較難知道何時是水平位置，因 此可以采用一個相對應(yīng)位置來確定一段區(qū)間，依此區(qū)間的相對位置的時間來確定提升臂的某一個位 置并通過數(shù)學(xué)模型用智能儀器內(nèi)的計算器計算出準確重量。
圖 1-2 為裝載機電子秤稱重結(jié)構(gòu)示意圖
圖 1-2 為裝載機電子秤稱重結(jié)構(gòu)示意圖
圖 1-2 裝載機電子秤稱重結(jié)構(gòu)示意圖
二、單次稱量的示值誤差
裝載機電子秤在自動運行中，對于任意大于或等于最小秤量（Min）和小于或等于最大秤量（Max） 載荷的單次最大允許誤差應(yīng)符合表 1-1 的要求。表 1-1 所列內(nèi)容和非自動衡器的最大允許誤差要求類似，但是在判定方法上和非自動衡器是有 區(qū)別的。
表 1-1 單次稱量的最大允許誤差
規(guī)程對單次稱量示值誤差的確定根據(jù)不同的狀態(tài)有如下規(guī)定：
1. 如果裝載機電子秤有一個用于顯示實際分度值 d ≤ 0.2e 示值裝置（擴展指示裝置），那么這 一裝置就可用來確定誤差。如果使用擴展指示裝置，應(yīng)在檢定證書中注明。
2. 如果裝載機電子秤實際分度值大于 0.2e 且不具備擴展指示裝置，為消除數(shù)字示值的化整誤差， 其載荷的質(zhì)量值應(yīng)滿足以下條件：
2.1 如果最大允許誤差絕對值為 1.5（e
或 0.5e，2.5e），選擇載荷的質(zhì)量值應(yīng)為檢定分度值的整數(shù)倍。
或 0.5e，2.5e），選擇載荷的質(zhì)量值應(yīng)為檢定分度值的整數(shù)倍。
載荷的質(zhì)量值是載荷的約定真值。例如：
例 1，實際分度值 d = 檢定分度值 e 且 d ＞ 0.2e
Max =5t；d =e =50kg；準確度：Y（b）的裝載機電子秤。
最大秤量點 5t 的最大允許誤差為 ±1.5e =±75kg，檢定該稱量點時，鏟斗所加載荷應(yīng)是檢定分 度值的整數(shù)倍。選擇載荷的質(zhì)量為 5t，符合化整誤差的要求。
載荷質(zhì)量值為 5t，可能出現(xiàn)的顯示值為 4950kg、5000kg、5050kg，判定誤差值范圍見表 1-2。
表 1-2 判定誤差值范圍
從表 1-2 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5000kg，d=50kg 時，稱重儀表的顯示值可以顯示為 4950kg， 也可以顯示為 5000kg、5050kg，在這個范圍內(nèi)，實際（真正）誤差可能是 -50kg、也可能是 0kg、 50kg，這些值只能確定在 ±1.5e=±75kg 誤差范圍內(nèi)，但是無法確定具體的誤差值。
例 2，實際分度值 d ≠檢定分度值 e 且 d ＞ 0.2e
Max =5t；d =20kg； e =50kg；準確度：Y（b）的裝載機電子秤。
最大秤量點 5t 的最大允許誤差為 ±1.5e =±75kg，檢定該稱量點時，鏟斗所加載荷應(yīng)是檢定分 度值的整數(shù)倍。選擇載荷的質(zhì)量為 5t，符合化整誤差的要求。
載 荷 質(zhì) 量 為 5t， 可 能 出 現(xiàn) 的 顯 示 值 為 4940kg、4960kg、4980kg、5000kg、5020kg、5040kg、 5060kg，判定誤差值范圍見表 1-3。
表 1-3 判定誤差值范圍
從表 1-3 可以看出，載荷質(zhì)量為 5000kg，d =20kg 時，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4940kg、 4960kg、4980kg、5000kg、5020kg、5040kg、5060kg， 在 這 個 范 圍 內(nèi)， 實 際（ 真 正） 誤 差 可 能 是 -60kg、-40kg、-20kg、0kg、20kg、40kg、60kg，這些值只能確定在 ±1.5e=±75kg 誤差范圍內(nèi)，
載荷質(zhì)量值為 5t，可能出現(xiàn)的顯示值為 4950kg、5000kg、5050kg，判定誤差值范圍見表 1-2。
表 1-2 判定誤差值范圍
從表 1-2 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5000kg，d=50kg 時，稱重儀表的顯示值可以顯示為 4950kg， 也可以顯示為 5000kg、5050kg，在這個范圍內(nèi)，實際（真正）誤差可能是 -50kg、也可能是 0kg、 50kg，這些值只能確定在 ±1.5e=±75kg 誤差范圍內(nèi)，但是無法確定具體的誤差值。
例 2，實際分度值 d ≠檢定分度值 e 且 d ＞ 0.2e
Max =5t；d =20kg； e =50kg；準確度：Y（b）的裝載機電子秤。
最大秤量點 5t 的最大允許誤差為 ±1.5e =±75kg，檢定該稱量點時，鏟斗所加載荷應(yīng)是檢定分 度值的整數(shù)倍。選擇載荷的質(zhì)量為 5t，符合化整誤差的要求。
載 荷 質(zhì) 量 為 5t， 可 能 出 現(xiàn) 的 顯 示 值 為 4940kg、4960kg、4980kg、5000kg、5020kg、5040kg、 5060kg，判定誤差值范圍見表 1-3。
表 1-3 判定誤差值范圍
從表 1-3 可以看出，載荷質(zhì)量為 5000kg，d =20kg 時，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4940kg、 4960kg、4980kg、5000kg、5020kg、5040kg、5060kg， 在 這 個 范 圍 內(nèi)， 實 際（ 真 正） 誤 差 可 能 是 -60kg、-40kg、-20kg、0kg、20kg、40kg、60kg，這些值只能確定在 ±1.5e=±75kg 誤差范圍內(nèi)，
但是無法確定具體的誤差值。
從表 1-2、表 1-3 看出，如果最大允許誤差絕對值為 1.5e（或 0.5e，2.5e），選擇載荷的質(zhì)量值 為檢定分度值的整數(shù)倍，可以實現(xiàn)消除化整誤差。如果采用以上步驟進行檢定，就不能記錄單次稱 量誤差。但可以說明裝載機電子秤單次稱量的示值誤差滿足單次稱量最大允許誤差的要求。
2.2 如果最大允許誤差絕對值為 1.0e（或 2.0e，3.0e），選擇載荷的質(zhì)量值應(yīng)為檢定分度值的整 數(shù)倍加（或減）0.5e。質(zhì)量值也是指載荷的約定真值。示例如下：
例 1，實際分度值 d= 檢定分度值 e ，且 d ＞ 0.2e。
Max =5t；d =e =20kg；準確度：Y（b）的裝載機電子秤。
最大秤量點 5t 的最大允許誤差的絕對值為 2.0e =40kg，檢定該稱量點時，鏟斗所加載荷質(zhì)量為 5010kg，符合化整誤差的要求。
載荷質(zhì)量值為 5010kg，稱重儀表顯示值可能為 4980kg、5000kg、5020kg、5040kg，判定誤差值 范圍見表 1-4。
表 1-4 判定誤差值范圍
從表 1-4 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5010kg，d=20kg 時，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4980kg、 5000kg、5020kg、5040kg，在這個范圍內(nèi)，實際（真正）誤差可能是 -30kg、-10kg、10kg、30kg， 這些值只能確定在 ±2.0e=±40kg 誤差范圍內(nèi)，但是無法確定具體的誤差值。
例 2，實際分度值 d ≠檢定分度值 e ， 且 d ＞ 0.2e。
Max =5t；d =10kg；e =20kg；準確度：Y（b）的裝載機電子秤。
最大秤量點 5t 的最大允許誤差的絕對值為 2.0e =40kg，檢定該稱量點時，鏟斗所加載荷質(zhì)量為 5010kg，符合化整誤差的要求。
載荷質(zhì)量為 5010kg， 稱重儀表顯示值可能為 4970kg、4980kg、4990kg、5000kg、5010kgkg、 5020kg、5030kg、5040kg，判定誤差值范圍見表 1-5。
從表 1-2、表 1-3 看出，如果最大允許誤差絕對值為 1.5e（或 0.5e，2.5e），選擇載荷的質(zhì)量值 為檢定分度值的整數(shù)倍，可以實現(xiàn)消除化整誤差。如果采用以上步驟進行檢定，就不能記錄單次稱 量誤差。但可以說明裝載機電子秤單次稱量的示值誤差滿足單次稱量最大允許誤差的要求。
2.2 如果最大允許誤差絕對值為 1.0e（或 2.0e，3.0e），選擇載荷的質(zhì)量值應(yīng)為檢定分度值的整 數(shù)倍加（或減）0.5e。質(zhì)量值也是指載荷的約定真值。示例如下：
例 1，實際分度值 d= 檢定分度值 e ，且 d ＞ 0.2e。
Max =5t；d =e =20kg；準確度：Y（b）的裝載機電子秤。
最大秤量點 5t 的最大允許誤差的絕對值為 2.0e =40kg，檢定該稱量點時，鏟斗所加載荷質(zhì)量為 5010kg，符合化整誤差的要求。
載荷質(zhì)量值為 5010kg，稱重儀表顯示值可能為 4980kg、5000kg、5020kg、5040kg，判定誤差值 范圍見表 1-4。
表 1-4 判定誤差值范圍
從表 1-4 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5010kg，d=20kg 時，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4980kg、 5000kg、5020kg、5040kg，在這個范圍內(nèi)，實際（真正）誤差可能是 -30kg、-10kg、10kg、30kg， 這些值只能確定在 ±2.0e=±40kg 誤差范圍內(nèi)，但是無法確定具體的誤差值。
例 2，實際分度值 d ≠檢定分度值 e ， 且 d ＞ 0.2e。
Max =5t；d =10kg；e =20kg；準確度：Y（b）的裝載機電子秤。
最大秤量點 5t 的最大允許誤差的絕對值為 2.0e =40kg，檢定該稱量點時，鏟斗所加載荷質(zhì)量為 5010kg，符合化整誤差的要求。
載荷質(zhì)量為 5010kg， 稱重儀表顯示值可能為 4970kg、4980kg、4990kg、5000kg、5010kgkg、 5020kg、5030kg、5040kg，判定誤差值范圍見表 1-5。
表 1-5 判定誤差值范圍
從表 1-5 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5010kg，d=10kg 時，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4970kg、 4980kg、4990kg、5000kg、5010kg、5020kg、5030kg、5040kg， 在 這 個 范 圍 內(nèi)， 實 際（ 真 正） 誤 差 可 能 是 -40kg、-30kg、-20kg、-10kg、0kg、10kg、20kg、30kg、40kg， 這 些 值 只 能 確 定 在
±2.0e=±40kg 誤差范圍內(nèi)，但是無法確定具體的誤差值。
從表 1-4、表 1-5 看出，如果最大允許誤差絕對值為 2.0e（或 1.0e，3.0e），選擇載荷的質(zhì)量值 為檢定分度值的整數(shù)倍加上 0.5e，可以實現(xiàn)消除化整誤差。如果采用以上步驟進行檢定。就不能記 錄單次稱量誤差。但可以說明裝載機電子單次稱量的示值誤差滿足單次稱量最大允許誤差的要求。
2.3 如果無法按上面的規(guī)定選擇載荷的質(zhì)量，可以在表 1-1 中規(guī)定要求最大允許誤差上再增加
0.5e ，以便將數(shù)字指示裝置的化整誤差包括進去。 這是一種很特殊的現(xiàn)場檢定狀況。載荷是固定值但不是 JJG99-2006《砝碼》規(guī)程中標準砝碼的
數(shù)值，無法實現(xiàn)檢定分度值的整數(shù)倍，為了判定是否在誤差范圍內(nèi)，可以在該稱量點允許的最大誤 差上再增加 0.5e，將數(shù)字指示裝置的化整誤差包含進去。
從表 1-5 中可以看出，載荷質(zhì)量為 5010kg，d=10kg 時，稱重儀表的顯示值可能顯示為 4970kg、 4980kg、4990kg、5000kg、5010kg、5020kg、5030kg、5040kg， 在 這 個 范 圍 內(nèi)， 實 際（ 真 正） 誤 差 可 能 是 -40kg、-30kg、-20kg、-10kg、0kg、10kg、20kg、30kg、40kg， 這 些 值 只 能 確 定 在
±2.0e=±40kg 誤差范圍內(nèi)，但是無法確定具體的誤差值。
從表 1-4、表 1-5 看出，如果最大允許誤差絕對值為 2.0e（或 1.0e，3.0e），選擇載荷的質(zhì)量值 為檢定分度值的整數(shù)倍加上 0.5e，可以實現(xiàn)消除化整誤差。如果采用以上步驟進行檢定。就不能記 錄單次稱量誤差。但可以說明裝載機電子單次稱量的示值誤差滿足單次稱量最大允許誤差的要求。
2.3 如果無法按上面的規(guī)定選擇載荷的質(zhì)量，可以在表 1-1 中規(guī)定要求最大允許誤差上再增加
0.5e ，以便將數(shù)字指示裝置的化整誤差包括進去。 這是一種很特殊的現(xiàn)場檢定狀況。載荷是固定值但不是 JJG99-2006《砝碼》規(guī)程中標準砝碼的
數(shù)值，無法實現(xiàn)檢定分度值的整數(shù)倍，為了判定是否在誤差范圍內(nèi)，可以在該稱量點允許的最大誤 差上再增加 0.5e，將數(shù)字指示裝置的化整誤差包含進去。
三、稱量結(jié)果的有效性
裝載機電子秤工作或現(xiàn)場檢定中，經(jīng)常會遇到路面的凸凹（超出傾斜度的要求）、起升臂進入 稱重區(qū)油門忽大忽小、起升臂經(jīng)過稱重區(qū)時（無論起升或下降）突然停頓等，這些現(xiàn)象對稱量結(jié)果 都有影響。能夠判斷裝載機電子秤稱重結(jié)果是否有效即稱量結(jié)果的有效性在工作狀態(tài)或現(xiàn)場檢定測 試很重要。稱量結(jié)果有效性（Weighing result validity）是判別裝載機電子秤是否能按要求識別和拒絕“錯誤稱重結(jié)果”。如非動態(tài)稱重（起重臂提升或下降到稱重位置忽然停止，相當于靜態(tài)裝載機電子秤 的稱重過程）；或不符合裝載機電子秤的正常動態(tài)稱重操作（突然加速減速）。這些都造成了稱量 結(jié)果都超出了檢定規(guī)程允許的誤差范圍。稱量結(jié)果的有效性是在現(xiàn)場檢定測試時才能看出，檢定規(guī) 程中不涉及稱量結(jié)果有效性識別的相關(guān)內(nèi)容。如果裝載機電子秤能夠識別，并且以顯示和報警方式 提示操作者其稱重結(jié)果不合格，那么會對裝載機電子秤在工作或現(xiàn)場檢定測試有很大的幫助。
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