力标准机独立加码与逆程交换研究

　　1　引　言

　　静重式力标准机是根据力的动力效应,直接利用已知质量砝码的重力来复现标准力值[1]。根据牛顿第二定律,并考虑空气浮力的影响,质量为m的砝码在空气中的重力f为:

式中:g为砝码所在地的重力加速度;ρa为砝码所在地的空气密度;ρW为砝码材料的密度。

　　如图1所示,力标准机主体机架与反向器之间的上部空间为压空间,下部空间为拉空间,分别用于检定压式测力仪、拉式测力仪,力标准机的砝码是通过负荷机架反向器下部的吊杆(通常称吊挂)施加到被检测力仪上的。

　　根据不同测力仪检测要求,按照一定规则对被检测力仪施加不同质量的砝码,即可实现对被检测力仪的检测。根据式(1),力标准机的砝码质量可以通过高等级标准砝码及天平校准[2],砝码材料密度、空气密度和重力加速度可以准确测量,所以只要力标准机的机械结构、加卸砝码的方式合理,静重式力标准机可以达到很小的力值不确定度[3,4]。因此,力标准机的机械结构和加卸砝码的方式是保证力标准机工作性能的关键之一。

　　2　独立加码的实现方法

　　静重式力标准机独立加码方法是通过单独的驱动机构执行每一块砝码独立的加卸动作,可以使机器上的砝码任意组合,单独或者成组地同时对被检测力仪施加作用力。由于砝码可以独立动作,无需首先从放置砝码的机架支撑转角上提升起砝码,移开支撑转角,然后才能将砝码降落到中心吊挂上的复杂过程[5]。省去了从放置砝码的支撑转角上提升砝码、移开支撑转角的过程,托架在同样的升降移动速度下,加荷速度至少提高一倍。由于独立动作,加卸砝码的运动、位移和速度可以实施必要的控制,从而最大限度满足各种被检测力仪或称重传感器不同负荷特性试验对负荷级数、加荷速度、加荷方式等的需求。

　　为此,提出了一种新的独立加码方式,原理见图2。由电动机驱动凸轮机构转动,带动托架做升降运动,托架上放置砝码。从而当托架升降时,砝码随之升降,实现砝码往吊挂上的加卸动作。

　　具体实施过程是:

　　初始状态,由一个偏心轮构成的凸轮使托架连同砝码处于最上部,两侧的托架把砝码支撑住,吊挂则处于自由状态,其上的托盘与砝码之间有一初始距离h。加砝码,电动机驱动凸轮机构转动,带动托架向下运动,托架上放置的砝码随之下降,直到砝码与吊挂上的托盘接触并被托住。随后托架继续向下运动直至最底端位置。托架的这一空行程理论值为托架的最大升降距离H的一半,加上托盘与砝码之间的初始距离h。托架的这一空行程越大,越有利于防止吊挂与砝码之间和砝码与砝码之间产生刮碰现象。因被检测力仪及其它构件受力变形,使两块砝码之间以及吊挂托盘与砝码之间的初始距离h减小,因而该空行程值减小,所以该空行程的最小值不应小于上述变形值。卸砝码,电动机驱动凸轮机构转动,带动托架向上运动,直到托架与放置在吊挂上的砝码接触并把砝码托起,随后托架带动砝码继续向上运动直至最顶端位置。托架从吊挂上托起砝码之前的这一行程理论值与上述加砝码过程中托架脱离砝码向下运动的空行程相同。