*動態力基準裝置中砝碼的分檔與控制方法：
本文介紹新研制的1200kN*動態力基準裝置中砝碼的分檔思想及自動加載控制的實現方法。
*、引言
1200kN標準動態力源是基于帕斯卡定律的液壓放大式原理建成的[1]。在小徑測力油缸上加載標準砝碼,與測力油缸相通的大工作油缸上復現放大的標準力值,然后用沖擊卸荷的方法獲得*個近似于理想的負階躍力[2]。該裝置受國防科工委委托研制,作我國*大噸位動態力基準,主要用于大力值、寬頻響的力傳感器的校準
根據國防科工委對“標準動態力源系統”任務書要求,該裝置力值范圍:50kN～1200kN,力值分檔:50kN～100kN內每隔10kN取*點,100kN～500kN內每隔50kN取*點,500kN～1200kN內每隔100kN取*點顯然,從滿足力值要求及裝置的*小化出發,對標準砝碼質量的分檔的優化目標是:①各砝碼的組合必須能滿足任務書中*提各點的力值;②砝碼個數盡量少,以減少傳動機構;③*大砝碼質量盡量小,以減小測力機空間。根據以上要求,本文*次提出了利用二進制數的思想對標準砝碼進行分檔設計,不*滿足了以上*述各點力值要求,而且將其在50kN～1200kN內每隔10kN取*個點,即*小分辨力為10kN。具體方法如下:將砝碼質量比設計為:1∶2∶4∶8∶16∶32…,這樣只要7塊砝碼就可組合出1～127之間的任*個整數。考慮測力機空間安裝及加工方便,將64m質量的砝碼拆分為32和32m(m為*小塊砝碼質量),這樣設計的8個砝碼質量分為m、2m、4m、8m、16m、32m、32m、32m。如液壓傳遞放大比為200,則產生10kN的標準砝碼質量約為511kg。需要說明的是,作者未對上述解作過嚴格的數學證明,但通過枚舉法得到的幾組解與上述二進制數法設計得到的解相比,上述解是好的。通過調研*許多計量部門已建的標準測力機的砝碼分檔設計,如能改為本二進制數法設計,將會得到更趨合理的解。
三、自動加載原理
圖1為作者課題組設計完成的標準動態力測力機機械系統結構簡圖。圖中,1為提升缸塞系統,2為提升架,3為測力缸塞系統,4為掛桿,5為標準砝碼,6為砝碼檔塊。根據上述砝碼分檔思想,該測力機共有8塊砝碼組成,可獲得50kN～1200kN的各檔力值(*小分辨力值10kN)。其加載過程如下:
①提升油缸上升,將*有砝碼都掛在提升桿上,并使砝碼脫離砝碼檔塊;
②根據載荷要求,將選中的砝碼檔塊轉90°移開,其中每塊砝碼由均稱分布的三塊檔塊支承;③回落提升缸,選中砝碼就擱在測力缸下面的掛桿上,而未選砝碼仍被擱在原砝碼檔塊上。
四、控制方法
利用單片機擴展的1根I/O口線控制用于駁動*塊支承砝碼檔塊轉動的三只伺服微電機的正反轉,砝碼檔塊的到位停運由微動限位開關自動實現。具體電路可參考文獻[1]。這樣共需8根I/O口線,剛好占用*個控制命令字節,如圖2*示。在軟件編程時,使控制字節的第1位對應1m砝碼,第2位對應2m,依次類推。這樣使得輸入力值數即為實際的控制命令字節,無需查表,大大方便了編程。需要指出的,在本裝置中由于砝碼掛桿也有重量,在設計時取其質量為5m,這樣在選擇砝碼控制時,只要將力值數減去5即為命令數。如果力值數超過(64+5)×10kN時,由于將64m分為兩個32m,此時需將命令字節的第8位置位即可,大大地方便了編程。
五、結束語
由于巧妙地利用了二進制數思想設計砝碼分檔,不*滿足了任務書對力值檔指標要求,而且使得100kN以上的力值分檔分辨力也降到10kN,同時使編程控制大為簡化。這可為其它標準測力機的砝碼分檔和自動加載控制的設計和改造提供有益的幫助。
