吳泓

摘要：文中針對JJG 1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）檢定規(guī)程》中對墩臺式反力裝置的強制要求進行改進，提出龍門架形式的反力裝置結(jié)構(gòu)方案;采用有限單元法對龍門架進行優(yōu)化設計，實現(xiàn)較高的剛度和強度以及較低的自重;根據(jù)檢定的技術(shù)要求，研究制定了預埋件的制造和建造準則。對一臺電子汽車衡進行龍門架式反力裝置改造，并進行砝碼法和衡器載荷測量儀法檢定的比對測試。結(jié)果顯示，龍門架式反力裝置可滿足檢定規(guī)程要求。

關(guān)鍵詞：電子汽車衡;衡器載荷測量儀;反力裝置;比對

Research on Verification of Gantry Type Reaction Devices with Method of Load Measurement Apparatus of Electric Weighing Instrument

WU Hong

（Fujian Minliang Calibration Technology Center Company Limited， Fuzhou 350003， Fujian， China）

Abstract： The Pier-platform reaction force device is improved mandatory according to JJG 1118-2015 "Verification Regulation for Electronic Truck Weighing （Weighing Load Measuring Instrument Method）". The Structural scheme of gantry type reaction device form is put forward. The finite element method is used to optimize the design of the gantry to achieve high rigidity， strength and low dead weight. The manufacturing and construction criteria of embedded parts are studied and formulated according to the technical requirements of the verification. An electronic truck scale was retrofitted with gantry type reaction device. The comparison test between weight method and load gauge method was carried out， which shows that the gantry frame reaction device can meet the requirements of verification regulations.

Key Words： Electronic truck scale; Weighing instrument load measuring instrument; Reaction device; Comparison

1 前言

JJG 1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）檢定規(guī)程》是針對電子汽車衡計量檢定的國家計量技術(shù)規(guī)范[1-2]。由于可實現(xiàn)對最大秤量不小于30t，檢定分度數(shù)不超過3000的中準確度級電子汽車衡進行準確、快速、全性能依規(guī)程檢定，因此自2015年發(fā)布實施以來，已在大范圍內(nèi)保證了電子汽車衡量值的準確統(tǒng)一。特別是2020年以來，用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護等用途的大型衡器被明確列入實施強制管理的計量器具目錄，未依規(guī)檢定電子汽車衡屬于違法行為，而砝碼法檢定難以實現(xiàn)依規(guī)檢定，因此該規(guī)程的實施進度進一步加快，范圍進一步擴大。

根據(jù)衡器載荷測量儀法檢定的基本原理，標準載荷單元（組）需要通過反力裝置對被檢的電子汽車衡施加標準載荷[3-4]，該規(guī)程附錄B對反力裝置（懸臂梁）連接墩臺的要求做了強制性規(guī)定。但是在檢定實踐中，懸臂梁式反力裝置存在改造難度較大、建設成本相對較高，施工周期較長等不利特點。為進一步推動衡器載荷測量儀法全面應用，降低反力裝置建設和改造對規(guī)程實施的影響，文中闡述一種新的龍門架式反力裝置結(jié)構(gòu)方案，并從減小檢定結(jié)果不確定度的角度提出施工的技術(shù)要求，并設計施工工裝;通過不同方式反力裝置的實際比對測試，驗證龍門架式反力裝置的可行性，為進一步修訂規(guī)程提供數(shù)據(jù)支撐。

2 結(jié)構(gòu)方案

龍門架式反力裝置由預埋件、龍門架以及蓋板三部分構(gòu)成;其中預埋件安裝在具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的汽車衡基礎中，由外螺紋與龍門架的內(nèi)螺紋連接，形成穩(wěn)定但可拆卸的連接狀態(tài)。龍門架由橫梁、立桿、調(diào)節(jié)裝置組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在檢定時，將龍門架與預埋件進行螺紋連接，將標準載荷單元置于龍門架下部空間內(nèi)。使用調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)龍門架橫梁上的水平儀指示將其調(diào)整至水平狀態(tài)。標準載荷單元頂起后通過橫梁施加反向作用力，將標準載荷施加在被檢汽車衡上，從而實施檢定。

在汽車衡檢定時，每個反力裝置需要承受最大達300kN的載荷，且應具有較高的剛度，使標準載荷單元在水平狀態(tài)下工作;與此同時，反力裝置的可拆卸部分應具有較小的自重，以便于攜帶和安裝。為此采用有限元優(yōu)化方法進行設計。建立三維模型，劃分網(wǎng)格，設定邊界條件后進行模擬加載分析，如圖2所示。設計中使立桿具有足夠的直徑，并將橫梁主受力截面形狀優(yōu)化為梯形，并增設了加強筋，保證在受載后變形量符合設計要求，受300kN載荷時最大應力為226MPa，小于屈服極限，系統(tǒng)最大變形為0.4mm，可保證工作安全。

由于在衡器載荷測量儀法檢定時，需要保證標準載荷單元在上下平行的反力裝置上工作。為此在底部使用的是帶有球面可調(diào)水平度的承壓底板;在橫梁與立桿的連接部位，設計了帶有彈簧支承的調(diào)節(jié)螺母，同時在橫梁頂端設計安裝有水平指示裝置。在使用時，可通過螺母調(diào)節(jié)橫梁的水平狀態(tài)。優(yōu)化設計后整套反力裝置自重約為16kg，搬運工作量較懸臂梁式反力裝置大大減小。

預埋件是反力裝置安裝的基礎，需要與汽車衡的鋼筋混凝土基礎可靠連接，并可與龍門架實現(xiàn)快速拆裝，因此設計了鋼制階梯形預埋桿，處理后硬度達到HRC42～HRC45，在連接處設計為M30外螺紋，用于與龍門架立桿端頭的M30內(nèi)螺紋配合。預埋桿與混凝土的連接使用雙組份化學錨固劑，錨固深度300mm，面積達0.05m2，單根預埋件設計承載力大于200kN，可滿足檢定的要求。

3 改造施工

為保證定位準確，龍門架式反力裝置的基礎建造應該在電子汽車衡安裝完成后進行。為消除墩臺懸臂梁式反力裝置存在的占用衡器周邊空間過大的問題，龍門架式反力裝置的基礎設計為隱藏式，設計在汽車衡外邊界以內(nèi)，非檢定狀態(tài)下不改變汽車衡的外觀狀態(tài)。因此，龍門架式反力裝置在施工時，需要在汽車衡承載器臺面上按規(guī)定位置和規(guī)定尺寸割出一系列圓孔，再進行預埋件安裝，最后使用蓋板將圓孔進行封堵，不影響衡器的正常使用。如圖3所示。

具體而言，反力裝置建造的施工步驟分為五個步驟，分別是：步驟1，在衡器臺面上需改造處割出n個通孔，n=2×m，m為當臺衡器傳感器個數(shù);步驟2：采用鉆機，在衡器臺面通孔下方的衡器混凝土基礎上鉆出n個深孔;步驟3，將混凝土深孔清洗干凈，并烘干;步驟4，采用錨固劑，將預先加工好的預埋桿植入混凝土深孔中，等待錨固劑完全硬化;步驟5，在衡器臺面上焊接蓋板安裝支座后安裝圓孔蓋板，衡器即可恢復使用。經(jīng)實際測試，對一臺10個傳感器的汽車衡進行上述改造，在一個工作日內(nèi)即可全部完工，施工成本是墩臺法的60%。

根據(jù)衡器載荷測量儀法檢定的技術(shù)要求，在施工時應滿足以下技術(shù)要求：

（1）承載器開孔盡可能選擇在兩條縱梁之間，不破壞U型梁或工字梁結(jié)構(gòu);

（2）為保證標準載荷單元安裝的水平度，需要使用可調(diào)整水平度的特制工裝，保證預埋連接桿的鉛錘度和相鄰兩根桿之間的中心距位置;

（3）預埋桿上端面到秤臺面的距離應嚴格控制一致，以滿足龍門架安裝的垂直位置要求和水平調(diào)節(jié)要求;

（4）預埋連接桿須經(jīng)過防銹處理，預埋連接桿的接口必須具備防塵保護;

（5）秤臺面上的蓋板應做防水、防銹處理，并具有反鎖功能，可與秤臺面牢固連接，不影響汽車衡的日常工作。

為驗證承載器開孔對秤臺強度的影響，使用有限元法對開孔前后的承載器最大受載應力和變形進行了模擬計算，結(jié)果表明，開孔前后的受載最大應力與變形與開孔前幾無差異，按上述方法施工開孔不影響承載器的強度和剛度。

4比對測試

為驗證采用龍門架式反力裝置的衡器載荷測量儀法檢定具有可行性，在廈門某碼頭1號汽車衡上進行了比對測試。首先對電子汽車衡進行了龍門架式反力裝置的改造;改造完成后，在相同環(huán)境條件下，分別依據(jù)JJG 1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）檢定規(guī)程》應用衡器載荷測量儀法，使用龍門式反力裝置進行全部項目的檢定，依據(jù)JJG 539-2016《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》使用砝碼進行部分項目檢定[5][6]，對結(jié)果進行比對驗證。由于使用砝碼法進行預加載耗時較長，故安排先使用衡器載荷測量儀法進行測試。如圖4所示。

通過對兩種方法檢定結(jié)果（主要是偏載檢定和稱量檢定結(jié)果）的En值進行評定[7]，驗證龍門架式反力裝置的衡器載荷測量儀檢定電子汽車衡的適應性。檢定結(jié)果及比對結(jié)果見表1。

測試結(jié)果表明，在相同環(huán)境條件下，對于同一臺電子汽車衡，在偏載、稱量等主要項目上，使用龍門架式反力裝置，采用衡器載荷測量儀法和砝碼法檢定結(jié)論一致，均為合格。龍門架式反力裝置改造不影響設備計量性能，雖然由于兩種方法加載原理不同造成秤臺變形和傳感器受力情況差異，導致具體誤差值略有不同，但不影響電子汽車衡的檢定合格性的判斷。

使用龍門架式反力裝置，布置衡器載荷測量儀法檢定條件僅需2名工作人員，布置時間為20分鐘，全部檢定工作僅需要1.5小時。與砝碼法相比，不但可節(jié)約運輸和裝卸的成本和時間，同時還節(jié)省了搬運檢定墩臺的勞動強度。

5 結(jié)語

龍門架式反力裝置可依據(jù)JJG 1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）檢定規(guī)程》對電子汽車衡進行檢定。采用有限元法優(yōu)化設計研制的龍門架自重小，便于攜帶和安裝;根據(jù)衡器載荷測量儀法檢定的誤差來源分析，研究制定了預埋件施工技術(shù)要求，龍門架式改造工作量小，施工難度和成本均大幅降低，對各類電子汽車衡均有較強的適應性，不影響正常使用和計量性能。經(jīng)與砝碼法比對試驗結(jié)果證明，使用龍門架式反力裝置采用衡器載荷測量儀法檢定電子汽車衡，與砝碼法檢定結(jié)果一致，是對原規(guī)程規(guī)定的反力裝置建造方法的有益補充，可大面積推廣應用。

參考文獻

[1]電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）檢定規(guī)程：JJG 1118-2015[S].北京：中國計量出版社，2015.

[2]固定式電子衡器：GB/T 7723-2008[S].

[3]池輝.JJG 1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）》檢定規(guī)程解讀[J].中國計量，2016（2）：124-126.

[4]姚進輝.采用非砝碼檢定大型固定式電子衡器的研究[J].中國計量，2011，48（5）：88-90.

[5]數(shù)字指示秤檢定規(guī)程：JJG 539-1997[S].北京：中國計量出版社，1997.

[6]Non-automatic weighing instruments.OIML R 76?2006（E）.

[7]計量比對：JF 1117-2010[S].