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双杠杆精密力源装置监控技术研究

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  标准力源技术在力值计量检定领域具有重要作用,是各种测力仪研制、生产和使用的基础技术[1 -2],在诸如武器生产中膛压测试、火箭地面试验原位校准等方面也是必须具备的条件[4]。在常用的4 类标准力源技术中,杠杆式标准力源装置由于具有精度高、工作可靠稳定而被广泛应用[3]。但是迄今为止,杠杆式力源装置存在着加载速度慢、效率低、操作不便、成本高等缺点。人们关于杠杆式标准力源装置的研究工作基本上停留于自动化改造方面,基于新原理的杠杆式力源装置的研发工作偶尔可以看到,但是没有相应的理论和技术分析研究报道[5 -9]。随着力学计量技术的发展,标准力源技术的相对滞后,使力学计量及相关技术进步受到严重制约。尤其是中国目前作为测力仪器的生产大国,迫切需要性能价格比高的标准力源技术和装置,从而高效、高精度、低成本地完成测力仪的校准。笔者讨论和研究了一种新型的双杠杆式标准力源[11]技术问题,把传统杠杆式标准力源装置采用固定杠杆比改变重力砝码大小和数量的加载方式,变为单一固定重力砝码; 通过改变杠杆比来达到加载目的,通过附加平衡杠杆实现零点自然平衡,利用伺服马达和滚珠丝杠及计算机组成控制驱动系统,将精密力值控制转换为固定质量砝码位置的精确控制,实现了设备的高精度、高效率、自动化工作等目标。作为一种新型自动化标准力源技术装置,其工作性能的发挥很大程度上取决于对系统工作的控制,文中主要讨论了这种力源技术装置在工作监控中的问题。1 双杠杆精密力源技术原理[11]图 1 所示为一双杠杆式力标准机机构模型和静力平衡原理。其中上部杠杆为主杠杆,起着对试件施加载荷的作用,它左端支点固定,中间支点为对试件的施力点,可以移动的重力砝码( 重力为 W) 作为力源在右侧,施力点位置可变; 下部杠杆为零点平衡杠杆,它的中间支点固定,左端为配重砝码( 重力为 W1) ,右端点起着对主杠杆施加平衡力的作用,通过一根中间有框架的杆与上部杠杆的中间支点联接。两个杠杆的主梁平行且水平放置,除了主杠杆的中间支点与平衡杠杆的右端点联接外,两个杠杆系统的固定支点位于同一铅垂线上,且两个臂长相等,图中为 S。杠杆的主梁水平状态由安装于主杠杆梁上的差动变压器( LVDT)检测。

  被施加力值的试件( 例如测力传感器) 放置在一个矩形框架内,由一个可移动横梁支承。矩形框上下立杆与传感器轴线同轴。设主杠杆的自重为 W01,质心位置为 L01,立杆和框架重力为 W02,平衡杠杆的自重为 W03,质心位置为 L03。分析时视作刚性件,则可得作用于施加力值的试件上的力 P。

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