全自动1MN静重式力标准机

　　1　前　言

　　力值计量与国家的经济建设、国防建设、科学研究及人民生活有着重要的关系。中国计量科学研究院承担着国家力值量值传递、保证国内力值量值准确及参加国际关键比对、取得国际互认的任务。中国计量科学院目前在力值领域保存着300 N、1 kN、6kN、300 kN四台静重式力基标准机和5 MN、20 MN两台液压式力基准机,同时正在研制100 kN静重式力标准机。在系列力基标准机中缺少1 MN静重式力标准机,为此2001年提出了1 MN静重式力标准机课题。课题组在原有DM-100型1 MN静重式测力机的基础上,设计加工新的机械部件,研制新的电气控制系统,经过5年的努力建成了一台性能优良的全自动1 MN静重式力标准机(以下简称1 MN静重机)。

　　2　1 MN静重机的结构和工作原理

　　1 MN静重机由主机和控制系统两部分组成,主机的机械结构如图1所示。产生力值的砝码共有14块,其中100 kN砝码9块,50 kN砝码1块,20 kN砝码2块,10 kN砝码1块,5 kN砝码1块。被检测力仪放置在动横梁上,通过伺服电机控制动横梁的上下移动,用于调整被检测力仪与吊挂之间的位置间隙;通过一个杠杆平衡机构平衡掉吊挂的自重,使该机的初始负荷为5 kN;工作中选定的砝码由移动笼装置带动上升或下降,经过吊挂装置,把砝码所产生的力施加于被检测力仪上(或从测力仪上卸下),不参与加载的砝码放置于固定笼装置上;整机工作过程由控制终端控制电气控制系统自动完成。该机有以下特点:

　　(1)具有测量范围宽,测量力级多的特点。通过杠杆平衡机构平衡掉吊挂的自重(约6.11t),该机的初级负荷为最小砝码所产生的5 kN力值,最小力级为5 kN,测量范围为5 kN~1 MN。可进行不同量程测力仪的检测和校准。

　　(2)砝码交换过程中具有力值保持功能。通过控制用力传感器和力值控制单元控制预加载装置和移动笼装置,有效减小了加卸荷中的逆程,解决了砝码交换过程中力值保持问题。

　　(3)砝码的加卸通过移动笼装置实现,保证了砝码加卸的稳定可靠,并可根据需要任意加卸选定的砝码。

　　3　1 MN静重机的控制系统

　　该机用微机作中央控制器,实现对设备的集中控制管理;运用可编程序控制器(PLC)作为核心控制装置,实现对设备各种执行器件的动作控制;通过设计和编写专用程序,实现静重机全自动工作。控制终端和电气控制系统组成框图见图2所示。

　　系统利用多个位移传感器对主机加卸荷系统的位置进行控制,其中包括:控制杠杆平衡机构,平衡掉吊挂自重作用在被检测力仪上的负荷;控制动横梁移动机构,保证系统加载后保持初始平衡状态;控制移动笼系统,保证砝码根据设定的试验程序进行加卸。在砝码组合过程中,系统根据控制用力传感器和位移传感器的输出信号控制预加载系统和移动笼系统,以保证在加卸荷过程中不出现逆程,实现了该机在砝码交换过程中力值的精确保持功能。系统可实现微机与PLC之间、微机与主机之间及PLC与主机之间的信息交换。微机通过专用I/O端口向PLC发出动作指令、控制设备运行,并接收来自于PLC的机器运行状态信息。设备运行过程中各个部位的工作状态均在微机屏幕上实时显示。