向思铭1，王沈辉2，沈金荣1
(1.河海大学机电工程学院，江苏 常州〓213022）
（2.梅特勒-托利多测量技术有限公司，江苏 常州〓213125)
摘要：以动态秤称重结构为对象，研究钢球-碗状结构的晃动特性以及晃动对称重数据波动影响的机理。针对称重结构，分析其受外部冲击时的稳定性，可知钢球-碗状结构的晃动一方面引起传感器受力点位置偏移；另一方面晃动的垂直方向加速度变化造成传感器受力改变，从而影响称重数据。通过建立动力学模型进行数值计算，并对比计算机运动仿真结果，发现称重结构晃动频率与钢球-碗状结构半径差呈负相关，并且称重结构垂直方向加速度变化频率以及其造成的称重数据波动频率都是晃动频率的两倍，研究结果可为动态秤的振动控制和滤波算法提供思路和依据。
关键词：动态秤；称重结构；晃动特性；结构动力学；运动仿真
中图分类号：TH113.1〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2022)01-0037-05

动态秤常应用于产品检测线和物流分拣传输带，用于连续自动称量经过物体的质量。钢球-碗状结构及剪切梁式称重传感器是动态秤的重要组件，起着承载和称量的作用。在动态称重系统中，钢球-碗状结构必须沿传感器方向具备一定活动性，确保称重传感器不会被拉应力破坏［1］。然而，钢球-碗状结构的不稳定性，导致称重平台在受到物体上秤等外部冲击时容易发生晃动，因此需要对晃动是否影响称重数据以及如何造成误差进行研究。
本文以四传感器支撑的动态秤为研究对象，针对钢球-碗状结构的稳定性进行分析，研究晃动与称重数据波动的关系和造成称重误差的机理。

1〓称重数据波动分析
四传感器支撑的动态秤结构如图1所示。

〓〓当动态秤以2 m/s的运行速度称量20 kg物体时，以1 200 Hz频率采集4个传感器信号获得采样数据，并取4个采样数据的算术平均值作为称重数据，如图2(a)所示［2］。当称重物体上秤与称重平台接触后，称重数据会出现剧烈的波动，为确定是否因物体上秤的水平冲击力造成称重平台及钢球结构晃动，从而引起称重段的数据剧烈波动，选取图1〓动态秤结构示意图空秤段称重数据和物体完全上秤后的称重段称重数据为研究对象，分别进行频谱分析［3，如图2(b)和图2(c)所示。

〓〓空秤段数据波动的主要频率是7.224 Hz和24.35 Hz，分别与动态秤辊筒的转动频率和动态秤的固有振动频率接近；然而，称重段数据波动的主要频率为18.65 Hz，并且在当前工况下该频率数据波动的幅值达到2.748 kg。为确定称重段数据波动与钢球-碗状结构晃动有关，需要研究钢球-碗状结构的晃动特性，以及晃动造成称重数据波动和称重误差的机理。

2〓钢球-碗状结构的稳定性分析
动态秤称重结构由钢球、上下碗状结构和称重


作者简介：〖HTSS〗向思铭（1996—），男，硕士研究生，主要研究方向为机械设计与制造