*动态力基准装置中砝码的分档与控制方法：

本文介绍新研制的1200kN*动态力基准装置中砝码的分档思想及自动加载控制的实现方法。

*、引言

1200kN标准动态力源是基于帕斯卡定律的液压放大式原理建成的[1]。在小径测力油缸上加载标准砝码,与测力油缸相通的大工作油缸上复现放大的标准力值,然后用冲击卸荷的方法获得*个近似于理想的负阶跃力[2]。该装置受国防科工委委托研制,作我国*大吨位动态力基准,主要用于大力值、宽频响的力传感器的校准

• 砝码分档思想

根据国防科工委对“标准动态力源系统”任务书要求,该装置力值范围:50kN～1200kN,力值分档:50kN～100kN内每隔10kN取*点,100kN～500kN内每隔50kN取*点,500kN～1200kN内每隔100kN取*点显然,从满足力值要求及装置的*小化出发,对标准砝码质量的分档的优化目标是:①各砝码的组合必须能满足任务书中*提各点的力值;②砝码个数尽量少,以减少传动机构;③*大砝码质量尽量小,以减小测力机空间。根据以上要求,本文*次提出了利用二进制数的思想对标准砝码进行分档设计,不*满足了以上*述各点力值要求,而且将其在50kN～1200kN内每隔10kN取*个点,即*小分辨力为10kN。具体方法如下:将砝码质量比设计为:1∶2∶4∶8∶16∶32…,这样只要7块砝码就可组合出1～127之间的任*个整数。考虑测力机空间安装及加工方便,将64m质量的砝码拆分为32和32m(m为*小块砝码质量),这样设计的8个砝码质量分为m、2m、4m、8m、16m、32m、32m、32m。如液压传递放大比为200,则产生10kN的标准砝码质量约为511kg。需要说明的是,作者未对上述解作过严格的数学证明,但通过枚举法得到的几组解与上述二进制数法设计得到的解相比,上述解是好的。通过调研*许多计量部门已建的标准测力机的砝码分档设计,如能改为本二进制数法设计,将会得到更趋合理的解。

三、自动加载原理

图1为作者课题组设计完成的标准动态力测力机机械系统结构简图。图中,1为提升缸塞系统,2为提升架,3为测力缸塞系统,4为挂杆,5为标准砝码,6为砝码档块。根据上述砝码分档思想,该测力机共有8块砝码组成,可获得50kN～1200kN的各档力值(*小分辨力值10kN)。其加载过程如下:

①提升油缸上升,将*有砝码都挂在提升杆上,并使砝码脱离砝码档块;

②根据载荷要求,将选中的砝码档块转90°移开,其中每块砝码由均称分布的三块档块支承;③回落提升缸,选中砝码就搁在测力缸下面的挂杆上,而未选砝码仍被搁在原砝码档块上。

四、控制方法

利用单片机扩展的1根I/O口线控制用于驳动*块支承砝码档块转动的三只伺服微电机的正反转,砝码档块的到位停运由微动限位开关自动实现。具体电路可参考文献[1]。这样共需8根I/O口线,刚好占用*个控制命令字节,如图2*示。在软件编程时,使控制字节的第1位对应1m砝码,第2位对应2m,依次类推。这样使得输入力值数即为实际的控制命令字节,无需查表,大大方便了编程。需要指出的,在本装置中由于砝码挂杆也有重量,在设计时取其质量为5m,这样在选择砝码控制时,只要将力值数减去5即为命令数。如果力值数超过(64+5)×10kN时,由于将64m分为两个32m,此时需将命令字节的第8位置位即可,大大地方便了编程。

五、结束语

由于巧妙地利用了二进制数思想设计砝码分档,不*满足了任务书对力值档指标要求,而且使得100kN以上的力值分档分辨力也降到10kN,同时使编程控制大为简化。这可为其它标准测力机的砝码分档和自动加载控制的设计和改造提供有益的帮助。