衡器载荷测量仪法检定龙门式反力装置研究

吴泓

摘要：文中针对JJG 1118-2015《电子汽车衡（衡器载荷测量仪法）检定规程》中对墩台式反力装置的强制要求进行改进，提出龙门架形式的反力装置结构方案;采用有限单元法对龙门架进行优化设计，实现较高的刚度和强度以及较低的自重;根据检定的技术要求，研究制定了预埋件的制造和建造准则。对一台电子汽车衡进行龙门架式反力装置改造，并进行砝码法和衡器载荷测量仪法检定的比对测试。结果显示，龙门架式反力装置可满足检定规程要求。

关键词：电子汽车衡;衡器载荷测量仪;反力装置;比对

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《电子汽车衡（衡器载荷测量仪法）检定规程》是针对电子汽车衡计量检定的国家计量技术规范[1-2]。由于可实现对最大秤量不小于30t，检定分度数不超过3000的中准确度级电子汽车衡进行准确、快速、全性能依规程检定，因此自2015年发布实施以来，已在大范围内保证了电子汽车衡量值的准确统一。特别是2020年以来，用于贸易结算、安全防护等用途的大型衡器被明确列入实施强制管理的计量器具目录，未依规检定电子汽车衡属于违法行为，而砝码法检定难以实现依规检定，因此该规程的实施进度进一步加快，范围进一步扩大。

根据衡器载荷测量仪法检定的基本原理，标准载荷单元（组）需要通过反力装置对被检的电子汽车衡施加标准载荷[3-4]，该规程附录B对反力装置（悬臂梁）连接墩台的要求做了强制性规定。但是在检定实践中，悬臂梁式反力装置存在改造难度较大、建设成本相对较高，施工周期较长等不利特点。为进一步推动衡器载荷测量仪法全面应用，降低反力装置建设和改造对规程实施的影响，文中阐述一种新的龙门架式反力装置结构方案，并从减小检定结果不确定度的角度提出施工的技术要求，并设计施工工装;通过不同方式反力装置的实际比对测试，验证龙门架式反力装置的可行性，为进一步修订规程提供数据支撑。

2 结构方案

龙门架式反力装置由预埋件、龙门架以及盖板三部分构成;其中预埋件安装在具有钢筋混凝土结构的汽车衡基础中，由外螺纹与龙门架的内螺纹连接，形成稳定但可拆卸的连接状态。龙门架由横梁、立杆、调节装置组成，其结构如图1所示。在检定时，将龙门架与预埋件进行螺纹连接，将标准载荷单元置于龙门架下部空间内。使用调节装置，根据龙门架横梁上的水平仪指示将其调整至水平状态。标准载荷单元顶起后通过横梁施加反向作用力，将标准载荷施加在被检汽车衡上，从而实施检定。

在汽车衡检定时，每个反力装置需要承受最大达300kN的载荷，且应具有较高的刚度，使标准载荷单元在水平状态下工作;与此同时，反力装置的可拆卸部分应具有较小的自重，以便于携带和安装。为此采用有限元优化方法进行设计。建立三维模型，划分网格，设定边界条件后进行模拟加载分析，如图2所示。设计中使立杆具有足够的直径，并将横梁主受力截面形状优化为梯形，并增设了加强筋，保证在受载后变形量符合设计要求，受300kN载荷时最大应力为226MPa，小于屈服极限，系统最大变形为0.4mm，可保证工作安全。

由于在衡器载荷测量仪法检定时，需要保证标准载荷单元在上下平行的反力装置上工作。为此在底部使用的是带有球面可调水平度的承压底板;在横梁与立杆的连接部位，设计了带有弹簧支承的调节螺母，同时在横梁顶端设计安装有水平指示装置。在使用时，可通过螺母调节横梁的水平状态。优化设计后整套反力装置自重约为16kg，搬运工作量较悬臂梁式反力装置大大减小。

预埋件是反力装置安装的基础，需要与汽车衡的钢筋混凝土基础可靠连接，并可与龙门架实现快速拆装，因此设计了钢制阶梯形预埋杆，处理后硬度达到HRC42～HRC45，在连接处设计为M30外螺纹，用于与龙门架立杆端头的M30内螺纹配合。预埋杆与混凝土的连接使用双组份化学锚固剂，锚固深度300mm，面积达0.05m2，单根预埋件设计承载力大于200kN，可满足检定的要求。

3 改造施工

为保证定位准确，龙门架式反力装置的基础建造应该在电子汽车衡安装完成后进行。为消除墩台悬臂梁式反力装置存在的占用衡器周边空间过大的问题，龙门架式反力装置的基础设计为隐藏式，设计在汽车衡外边界以内，非检定状态下不改变汽车衡的外观状态。因此，龙门架式反力装置在施工时，需要在汽车衡承载器台面上按规定位置和规定尺寸割出一系列圆孔，再进行预埋件安装，最后使用盖板将圆孔进行封堵，不影响衡器的正常使用。如图3所示。

具体而言，反力装置建造的施工步骤分为五个步骤，分别是：步骤1，在衡器台面上需改造处割出n个通孔，n=2×m，m为当台衡器传感器个数;步骤2：采用钻机，在衡器台面通孔下方的衡器混凝土基础上钻出n个深孔;步骤3，将混凝土深孔清洗干净，并烘干;步骤4，采用锚固剂，将预先加工好的预埋杆植入混凝土深孔中，等待锚固剂完全硬化;步骤5，在衡器台面上焊接盖板安装支座后安装圆孔盖板，衡器即可恢复使用。经实际测试，对一台10个传感器的汽车衡进行上述改造，在一个工作日内即可全部完工，施工成本是墩台法的60%。

根据衡器载荷测量仪法检定的技术要求，在施工时应满足以下技术要求：

（1）承载器开孔尽可能选择在两条纵梁之间，不破坏U型梁或工字梁结构;

（2）为保证标准载荷单元安装的水平度，需要使用可调整水平度的特制工装，保证预埋连接杆的铅锤度和相邻两根杆之间的中心距位置;

（3）预埋杆上端面到秤台面的距离应严格控制一致，以满足龙门架安装的垂直位置要求和水平调节要求;

（4）预埋连接杆须经过防锈处理，预埋连接杆的接口必须具备防尘保护;

（5）秤台面上的盖板应做防水、防锈处理，并具有反锁功能，可与秤台面牢固连接，不影响汽车衡的日常工作。

为验证承载器开孔对秤台强度的影响，使用有限元法对开孔前后的承载器最大受载应力和变形进行了模拟计算，结果表明，开孔前后的受载最大应力与变形与开孔前几无差异，按上述方法施工开孔不影响承载器的强度和刚度。

4比对测试

为验证采用龙门架式反力装置的衡器载荷测量仪法检定具有可行性，在厦门某码头1号汽车衡上进行了比对测试。首先对电子汽车衡进行了龙门架式反力装置的改造;改造完成后，在相同环境条件下，分别依据JJG 1118-2015《电子汽车衡（衡器载荷测量仪法）检定规程》应用衡器载荷测量仪法，使用龙门式反力装置进行全部项目的检定，依据JJG 539-2016《数字指示秤检定规程》使用砝码进行部分项目检定[5][6]，对结果进行比对验证。由于使用砝码法进行预加载耗时较长，故安排先使用衡器载荷测量仪法进行测试。如图4所示。

通过对两种方法检定结果（主要是偏载检定和称量检定结果）的En值进行评定[7]，验证龙门架式反力装置的衡器载荷测量仪检定电子汽车衡的适应性。检定结果及比对结果见表1。

测试结果表明，在相同环境条件下，对于同一台电子汽车衡，在偏载、称量等主要项目上，使用龙门架式反力装置，采用衡器载荷测量仪法和砝码法检定结论一致，均为合格。龙门架式反力装置改造不影响设备计量性能，虽然由于两种方法加载原理不同造成秤台变形和传感器受力情况差异，导致具体误差值略有不同，但不影响电子汽车衡的检定合格性的判断。

使用龙门架式反力装置，布置衡器载荷测量仪法检定条件仅需2名工作人员，布置时间为20分钟，全部检定工作仅需要1.5小时。与砝码法相比，不但可节约运输和装卸的成本和时间，同时还节省了搬运检定墩台的劳动强度。

5 结语

龙门架式反力装置可依据JJG 1118-2015《电子汽车衡（衡器载荷测量仪法）检定规程》对电子汽车衡进行检定。采用有限元法优化设计研制的龙门架自重小，便于携带和安装;根据衡器载荷测量仪法检定的误差来源分析，研究制定了预埋件施工技术要求，龙门架式改造工作量小，施工难度和成本均大幅降低，对各类电子汽车衡均有较强的适应性，不影响正常使用和计量性能。经与砝码法比对试验结果证明，使用龙门架式反力装置采用衡器载荷测量仪法检定电子汽车衡，与砝码法检定结果一致，是对原规程规定的反力装置建造方法的有益补充，可大面积推广应用。

参考文献

[1]电子汽车衡（衡器载荷测量仪法）检定规程：JJG 1118-2015[S].北京：中国计量出版社，2015.

[2]固定式电子衡器：GB/T 7723-2008[S].

[3]池辉.JJG 1118-2015《电子汽车衡（衡器载荷测量仪法）》检定规程解读[J].中国计量，2016（2）：124-126.

[4]姚进辉.采用非砝码检定大型固定式电子衡器的研究[J].中国计量，2011，48（5）：88-90.

[5]数字指示秤检定规程：JJG 539-1997[S].北京：中国计量出版社，1997.

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

[7]计量比对：JF 1117-2010[S].