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压力传感器在升降式运输车称重系统中的应用

2006/7/24 9:22:00

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王 艳(1),程俊峰(1),黄伟中(2),张哓晶(1),黎明柱(1)
(1)上海交通大学 机械与动力学院
(2)上海宝钢股份公司运输部摘要:介绍了采用压力传感器来检测货物质量的方法,在阐述了压力传感器检测原理和框架车称重原理之后,根据现场测试数据进行了曲线拟合,并建立了称重的数学模型,提出了称重系统硬件和软件的具体实现方法。试验表明:在测量范围内,检测误差为0.6~0.8t符合设计要求。 0 引 言
自1997年开始,宝钢股份公司运输部陆续引进了数十辆升降式运输车(框架车),其多数载重量为60~140t。这些框架车在举升电气控制方面可谓大相径庭:第一批引自德国,采用通用单片机来构成控制系统[1];第二批引自日本,采用PLC控制系统;第三批最近引自德国,采用专用电脑芯片来构成控制系统,其集成度高、体积小、重量轻,且省电。后两批框架车中增加了称重系统和触摸屏。
本文介绍在对第一批框架车举升控制系统改造时,压力传感器在称重系统中的应用,主要要求是:测量范围为0~140t称重误差为±1t。
1 称重系统的工作原理
称重是通过压力传感器测试油路的压力来反映货物的质量。称重时,框架车共有28个承重轮,左右各7对,每对承重轮上装有一个带油缸的摇臂。14对承重轮分为4组,前面3对一组,后面4对一组,各组都有单独的油路来驱动组内的各油缸。4个压力传感器就分别安装在这四组车桥摇臂轴的油路中,可以随时测量油路的压力,通过其输出电压计算出各点的压力,即可算出框架车所承担的货物。压力传感器选用HDA4400系列油压传感器,检测精度为0.5%。
本文采用4组承载轮的中心位置(分别设为A,B,C,D)来代替相关组的承重轮,见图1(a)。A,B,C,D,4个点平均分布在靠近4个角的位置,见图1(b),4个压力传感器测量的是4个点的受力,只要将4点的受力相加,就能得出总的受力(即货物质量),其关系式



框架车载重过程:在图l(a)中,承重框架上已放货物(质量Q),其重心位置如图1所示。框架车倒入承重框架下后,车辆平台(含车头)通过油缸被缓慢向上举升。平台与承重框架接触后,油路系统压力骤然升高,货物质量的显示值也随之增大。到达指定高度后,举升停止,框架车载重过程结束,此时的显示值即为货物质量(已扣除自重)。在图1(b)中,为了看得清楚起见,承重框架及货物被忽略。


2 数学模型
对同一个在用车辆(神岗车)的9个不同载重量进行了现场测试;测试的载重量与A、B、C、D、4点的输出电压及总输出电压,如表1。测试时,屏幕显示吨位数已扣除车体自重,而A、B、C、D、4点电压和未扣除车体自重。


对表1中测得的数据用ORIGIN软件进行处理和拟合其货物质量与输出电压和的关系曲线如图2所示。


由图2可见,除点(44.0,10.5)外,A,B,C,D 4点压力传感器的总输出电压与屏幕显示的质量呈现出很好的线关系,点(44.0,10.5)可认为是坏点,不予考虑。
由图2中曲线2可见,货物质量同4个测试点的总输出电压呈较好的线性关系。
由ORIGIN软件拟和结果,其线性不拟合度<0.0001,并得
V=0.1Q+5.07,
即Q=9.62V-48.75, (2)
式中,V为A,B,C,D 4点的总输出电压,V;48.75为框架车(含框架)自重,t。
当Q=0(空载)时,V=5.07,这个电压值是由车体自重产生的。
3 称重系统的实现
3.1称重系统硬件
举升控制系统中与称重有关的硬件如图3所示。


在举升控制系统中,用压力传感器检测到的载荷质量,须在显示屏上显示吨位值,便于操作者观察。若超过车辆的承载能力,有报警信号指示。
工作时,人工发出举升指今,PLC将有关数据达A,B,C,D 4点,经D/A转换及放大后,驱动比例阀开通油路,油缸伸出,车辆承重平台上升举起载荷框架,同时,通过压力传感器检测出货物质量。
3.2 称重系统软件
举升控制系统中,控制软件可分为若干个功能模块,称重系统仅是其中的一个。其中,与称重有关的软件框图如图4。


图4中,采样框中包含A,B,C,D 4点分别启动和分别读电压值。
4 试验结果
所载货物均为20t以上的大件,称重系统测试结果如表2。


表2的7组数据是在车辆试用过程中不影响生产的情况下,按不同的载重量抽样测得到的,这些数据必须在举升过程结束后并在车辆行驶前读取。行走过程中的显示数因颠簸会有所变化,不作为载重量的依据。
表2所示测试结果表明:最小绝对值误差为0.1t,最大绝对值误差为0.8t。
5 结束语
本文介绍了采用压力传感器来检测货物质量的方法,阐述了称重原理和系统的硬件与软件设计。试验结果表明:通过测试分析系统所建立的系统数学模型有较好的适用性:系统称重的最大误差为0.8t,满足设计和使用要求。

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