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淺議皮帶秤的耐久性及其評價(jià)方法

[摘要]  耐久性對于皮帶秤是一項(xiàng)至關(guān)重要的性能，皮帶秤的耐久性評價(jià)必須列入型式評價(jià)(定型鑒定)項(xiàng)目。皮帶秤的耐久性在很大程度上體現(xiàn)在它對于惡劣環(huán)境和工況的適應(yīng)能力，因此提高皮帶秤耐久性的根本出路在于增強(qiáng)其抵御各種不利影響的本領(lǐng)，對皮帶秤耐久性的評價(jià)方法也應(yīng)采用可復(fù)現(xiàn)和量化的模擬惡劣工況試驗(yàn)，這更符合皮帶秤的實(shí)際。

[關(guān)鍵詞]  皮帶秤耐久性；耐久性試驗(yàn)；型式評價(jià)；定型鑒定

0. 引言

對于把皮帶秤耐久性評價(jià)列入型式試驗(yàn)程序的要求，國內(nèi)外同行們的主流意見已表示贊同，然而包括OIML R50在內(nèi)的技術(shù)法規(guī)對耐久性試驗(yàn)的方法和步驟至今尚無明確的規(guī)定。近幾年來，我國不少皮帶秤業(yè)者在對如何有效地開展耐久性試驗(yàn)進(jìn)行了積極探索和不懈努力。倘能為修訂新版國際建議或國家計(jì)量檢定規(guī)程尋找到可行的解決方案，將為提升我國皮帶秤技術(shù)在國際上的地位作出重要貢獻(xiàn)。

1. 耐久性是對產(chǎn)品正常工作時(shí)期維持能力的估計(jì)

產(chǎn)品能在其正常壽命內(nèi)可靠地保持性能、實(shí)現(xiàn)功能，是用戶的基本要求。人們用可靠性(reliability)來評價(jià)產(chǎn)品(元器件、設(shè)備、系統(tǒng)等)在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。耐久性(durability)是產(chǎn)品可靠性的三大要素之一，它反映了產(chǎn)品發(fā)揮其正常功能的使用壽命；另外兩個(gè)要素分別是可修復(fù)性(restorability)和安全性(security)。

產(chǎn)品可靠性評價(jià)通常不是針對某一件具體產(chǎn)品使用后表現(xiàn)的實(shí)際記錄，而是對該類產(chǎn)品潛在能力的事前評估。如MTTF(平均無故障時(shí)間)、MTTR(平均恢復(fù)前時(shí)間)、MTBF(平均故障間隔時(shí)間，有MTBF= MTTF+MTTR)、FIT(失效率單位=109/MTBF)等可靠性指標(biāo)都是采取統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對產(chǎn)品在一定條件下無故障地執(zhí)行指定功能的潛在發(fā)生概率來評價(jià)的。例如，稱某一種產(chǎn)品的壽命為4年(MTBF≈MTTF=35,064h)，并不是說該產(chǎn)品每一件都能使用4年且沒有發(fā)生一次故障，也不是說在4年后很多產(chǎn)品都會發(fā)生故障，也不能認(rèn)為產(chǎn)品在故障并修復(fù)后下一次的故障是4年之后出現(xiàn)；更不是說，該產(chǎn)品的耐久性試驗(yàn)是在時(shí)隔4年的前后兩次測試中完成的；而應(yīng)理解為，在已投放市場的全部產(chǎn)品之中，4年內(nèi)可能發(fā)生故障的次數(shù)共為投放總數(shù)的63.23%(系根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中威布爾分布曲線算出)。 

2. 皮帶秤耐久性與環(huán)境工況的關(guān)系尤其密切

皮帶秤是跟皮帶輸送機(jī)相連的自動衡器，它與大多數(shù)其它種類衡器的顯著差異在于：其“秤臺面”是運(yùn)動中的膠帶，它既非理想剛體，亦非全部柔性體，在運(yùn)行中會呈現(xiàn)“皮帶效應(yīng)”而產(chǎn)生非預(yù)期的附加力，使重力在傳遞過程中失真；其工作的現(xiàn)場條件又常很惡劣，往往不能滿足皮帶秤制造商的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；即使對用戶現(xiàn)場盡力改造并精心安裝調(diào)試，其狀態(tài)在使用中還是會很快喪失。因此，皮帶秤能否在相當(dāng)長的時(shí)間段內(nèi)保持其應(yīng)有性能，維持正常工作的能力，往往取決于其對氣候變化的適應(yīng)性以及抵御惡劣工況兩方面的本領(lǐng)。

3. 皮帶秤的耐久性應(yīng)在型式評價(jià)時(shí)得到鑒定

因?yàn)槠С雍茈y長期保持應(yīng)有的計(jì)量性能，使這種本屬廉價(jià)的計(jì)量器具“劣跡斑斑、惡名遠(yuǎn)播”，其中還包括了不少因把握不嚴(yán)而已獲得型式批準(zhǔn)的產(chǎn)品。因此，皮帶秤的耐久性問題顯得比其它衡器更加突出，越來越引起包括用戶、制造商和產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu)等各方的重視。必須要對皮帶秤進(jìn)行耐久性檢查，這一原則已由OIML TC9/SC2寫入國際建議。

為了驗(yàn)證產(chǎn)品在不斷經(jīng)受自身及外界影響時(shí)仍能夠正常工作，避免耐久性差的皮帶秤流入市場，這不單需要研發(fā)和生產(chǎn)單位在研發(fā)和試產(chǎn)過程中進(jìn)行相關(guān)摸底和自我把關(guān)試驗(yàn)，更需要質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)在產(chǎn)品投放市場之前和過程之中進(jìn)行型式評價(jià)和量產(chǎn)抽檢。 耐久性試驗(yàn)應(yīng)作為皮帶秤型式評價(jià)的一項(xiàng)不可或缺的內(nèi)容，也得到了對自身產(chǎn)品抱有信心的廠商們的認(rèn)同。在2011年4月于倫敦NWML(英國國家法制計(jì)量院)召開的OIML皮帶秤國際建議(草案)第3稿研討會上，雖然對皮帶秤耐久性試驗(yàn)究竟采用何種方法尚未達(dá)成一致，但是與會各國代表對皮帶秤的耐久性試驗(yàn)應(yīng)作為型式評價(jià)的一項(xiàng)內(nèi)容已基本取得了共識。

國內(nèi)對皮帶秤國際建議現(xiàn)行版R50：2007(E)關(guān)于“耐久性試驗(yàn)”定義的譯文是：“為校驗(yàn)被測皮帶秤(EUT)在經(jīng)過規(guī)定的使用周期后能否保持其性能特征的一種試驗(yàn)。”有人因而認(rèn)為對于皮帶秤的耐久性試驗(yàn)宜采用在用戶現(xiàn)場定期復(fù)檢的方式進(jìn)行。其實(shí)，耐久性不僅是一種performance characteristics(所表現(xiàn)的性能特征)，而且更是一種capable (能力)，耐久性試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)起到對被測型號系列產(chǎn)品的潛在耐久性事先預(yù)測作用。采用上述產(chǎn)品投用后再檢的方式僅適用于周期檢定或使用中檢驗(yàn)，只能對某臺特定皮帶秤的耐久性進(jìn)行事后考核和驗(yàn)證，有違于法制管理要求的；在用戶現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件難以得到有效地監(jiān)督，也難以保證復(fù)現(xiàn)，有悖于型式評價(jià)對全行業(yè)的公正與可比性。

4. 環(huán)境和工況適應(yīng)性試驗(yàn)應(yīng)作為皮帶秤型式評價(jià)的重要內(nèi)容

對皮帶秤的型式評價(jià)必須包含耐久性試驗(yàn)項(xiàng)目，這已獲得OIML會員國的廣泛認(rèn)同；但采用何種方式來評價(jià)，卻尚未得到一致意見。曾經(jīng)提出的方法主要集中于以下三種：

1）借用非自動衡器的耐久性試驗(yàn)方法；

2）以到用戶現(xiàn)場定期復(fù)檢的方式進(jìn)行；

3）在能進(jìn)行物料試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)以可以復(fù)現(xiàn)和量化的方式進(jìn)行。

那么究竟采用何種方式才是恰當(dāng)和合理的呢？

4.1非自動衡器的耐久性試驗(yàn)方法不適用皮帶秤

關(guān)于非自動衡器的國際建議R76采用的耐久性試驗(yàn)方法[1]是：在正常使用條件下用大約最大秤量一半的載荷(僅適用于Max≤100kg，大秤量的試驗(yàn)方法未提及)重復(fù)加載和卸載10萬次，在此加卸載循環(huán)前后各進(jìn)行一輪稱量試驗(yàn)，前一輪試驗(yàn)確定固有誤差，后一輪試驗(yàn)確定因磨損引起的耐久性誤差。

首先，大多數(shù)規(guī)格的皮帶秤的最大秤量不止100kg，已超出這種方法的適用范圍；更值得注意的是，影響皮帶秤耐久性的原因并非局限于重復(fù)加卸載所引起的機(jī)械磨損。因此這種方法不適用于試驗(yàn)皮帶秤的耐久性。

此外，皮帶秤是一種連續(xù)累計(jì)自動衡器，用戶所關(guān)注的是它的動態(tài)計(jì)量性能，而不是非自動衡器的靜態(tài)計(jì)量性能，而且它是與皮帶輸送機(jī)相連的，受環(huán)境和工況的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非自動衡器，R76的方法不能體現(xiàn)這一重要因素。

4.2在用戶現(xiàn)場定期復(fù)檢的方式不適合作為型式評價(jià)

首先，在用戶現(xiàn)場以定期復(fù)檢的方式進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，要求被測皮帶秤在兩次試驗(yàn)的間隔期間不得調(diào)整。這一的要求可能會影響用戶的正常使用，也難以得到有效地監(jiān)督保證。

其次，各家用戶的環(huán)境、工況和維護(hù)水平有很大的差異，試驗(yàn)條件難以復(fù)現(xiàn)和量化，無法做到基本一致，會使作為型式批準(zhǔn)證據(jù)的試驗(yàn)結(jié)果缺失公正的可比性。

更重要的是，計(jì)量器具的型式評價(jià)原本是作為法制管理的手段，而尚未獲得型式批準(zhǔn)的試驗(yàn)樣機(jī)，此時(shí)卻已銷售給了用戶，這在法理上就無法自圓其說。

因此，這種產(chǎn)品投用后再檢的方式僅是對于某臺特定皮帶秤的耐久性評價(jià)，充其量只能作為周期檢定或使用中檢驗(yàn)，不適合于型式評價(jià)。

4.3 實(shí)驗(yàn)室物料試驗(yàn)是較為公正合理的耐久性型式評價(jià)方式

耐久性型式評價(jià)在可以開展物料試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，有利于檢測用戶實(shí)際用到的皮帶秤動態(tài)性能，試驗(yàn)項(xiàng)目和條件能夠再現(xiàn)和量化，這樣試驗(yàn)結(jié)果易于復(fù)核，可信度高、可比性強(qiáng)，對申請制造計(jì)量器具許可證的各制造廠商是公平的。

耐久性型式評價(jià)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，符合型式批準(zhǔn)的結(jié)論應(yīng)在獲得試驗(yàn)結(jié)果后作出的合法程序，可避免對無證銷售的非法行為開綠燈的無奈。

有人對實(shí)驗(yàn)室耐久性試驗(yàn)方法評論道[2]：

優(yōu)點(diǎn)：能對安裝在實(shí)驗(yàn)室輸送機(jī)上實(shí)際運(yùn)行的一整套皮帶秤系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)；

缺點(diǎn)：① 用被試驗(yàn)合格的皮帶秤安裝在異于實(shí)驗(yàn)室輸送機(jī)的用戶現(xiàn)場，其準(zhǔn)確度未必能長期保持；② 滿足試驗(yàn)所需要的運(yùn)行時(shí)間難以實(shí)現(xiàn)。

這樣的說法似乎沒有什么不對，但一深究卻發(fā)現(xiàn)了一些問題，下面加以略作剖析：

（1） 型式評價(jià)從來都是以個(gè)別樣機(jī)的結(jié)果來對同一型式產(chǎn)品潛能的預(yù)測，它與產(chǎn)品檢定或檢驗(yàn)不同，不是對某一具體產(chǎn)品實(shí)際性能的檢測記錄。要求樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果與每一件產(chǎn)品的實(shí)際情況一致，就混淆了型式評價(jià)與產(chǎn)品檢定或檢驗(yàn)之間的差別。型式試驗(yàn)本來就并非以全體產(chǎn)品作為試驗(yàn)對象的，而是以個(gè)別樣機(jī)的測試結(jié)果作為對該型式總體評價(jià)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。其實(shí)就是產(chǎn)品檢驗(yàn)中基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的的抽樣檢驗(yàn)方法的結(jié)果也只是一種概率估計(jì)，并不能全部適合每一件產(chǎn)品的實(shí)際情況。若非對于安裝在用戶現(xiàn)場的每一臺皮帶秤全都進(jìn)行耐久性試驗(yàn)也是有風(fēng)險(xiǎn)的，把在用戶甲現(xiàn)場試驗(yàn)合格的皮帶秤安裝到用戶乙現(xiàn)場，焉能證明其準(zhǔn)確度就一定能長期保持呢。

（2） 如果要說，在用戶現(xiàn)場可以突破生產(chǎn)工藝的束縛來實(shí)現(xiàn)滿足試驗(yàn)所需要的運(yùn)行時(shí)間，那么在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)滿足試驗(yàn)所需要的運(yùn)行時(shí)間應(yīng)當(dāng)更便于做出安排。何況，在型式評價(jià)中的耐久性表達(dá)的是一種能力，并非是實(shí)際運(yùn)行時(shí)間。因此，在環(huán)境可靠性試驗(yàn)中通用的方法是用提高嚴(yán)酷度的短時(shí)試驗(yàn)來替代。IEC已經(jīng)制定了數(shù)以百計(jì)的環(huán)境試驗(yàn)方法作為對電工電子產(chǎn)品耐久性的評判依據(jù)。這些方法多數(shù)屬于用短時(shí)間的高嚴(yán)酷度試驗(yàn)來模擬長期的影響。例如，用幾十小時(shí)或幾天的高低溫或濕熱循環(huán)來模擬一年四季的氣候變化，以各種頻率和加速度的振動、沖擊或跌落來模擬使用周期中可能出現(xiàn)的種種意外，等等。

5. 惡劣工況適應(yīng)性試驗(yàn)應(yīng)作為皮帶秤耐久性評價(jià)的重要內(nèi)容

鑒于產(chǎn)品的耐久性不僅跟它的先天品質(zhì)有關(guān)，還跟使用的環(huán)境條件息息相關(guān)。好比影響一個(gè)人壽命的因素既包括他的遺傳基因，還包括他的生活環(huán)境與生活方式等等。因此在評價(jià)產(chǎn)品的耐久性時(shí)，環(huán)境試驗(yàn)成為最常用的基本方法。多種多樣的環(huán)境條件影響試驗(yàn)是對電子設(shè)備可能使用環(huán)境的適應(yīng)能力的評估，如溫度影響測試(高溫運(yùn)行、高溫貯存，低溫運(yùn)行、低溫貯存，高低溫交變循環(huán)、熱沖擊)、濕度影響測試(濕熱貯存、濕熱循環(huán))、外殼防護(hù)能力測試(防水、淋雨、防塵砂和固體異物侵入)、防腐蝕性測試(海水、鹽霧)、抗機(jī)械力影響測試(隨機(jī)振動、掃頻振動、機(jī)械沖擊)、運(yùn)輸測試(模擬汽車運(yùn)輸、碰撞)、電源品質(zhì)影響(開關(guān)電源、電壓拉偏、頻率拉偏)、抗電磁干擾試驗(yàn)(電壓暫降和短時(shí)中斷、電快速瞬變脈沖群、靜電放電、抗電磁輻射)，等等。

皮帶秤的性能不僅與上述種種氣候與環(huán)境因素有關(guān)，還在很大程度上受到與之相連的帶式輸送機(jī)狀態(tài)的制約，例如縱梁的撓度，托輥的堵轉(zhuǎn)、跳動、竄動和準(zhǔn)直性，皮帶的打滑、跳動和張力變化，物料流量與載荷的波動，皮帶速度的變動，等等都可能影響皮帶秤的性能。以致皮帶秤的制造成本高昂、安裝調(diào)試繁瑣、日常維護(hù)工作量大、可修復(fù)性無法令人滿意。

為了使皮帶秤能夠經(jīng)常性地維持其應(yīng)有的性能，制造商們想過不少辦法。對皮帶秤進(jìn)行“實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線校驗(yàn)”是一種容易被想到的辦法。上世紀(jì)80年代，南京第二鋼鐵廠成功研發(fā)出了國內(nèi)融合了電腦技術(shù)的實(shí)用皮帶秤，并在其自行制造的BSM型皮帶秤上配備了自動校正器(專利號CN 87202731)。這種自動校正器可以遠(yuǎn)程控制棒狀掛碼在秤架上加載或卸載，并通過電腦監(jiān)測皮帶秤與原先校準(zhǔn)狀態(tài)的偏離情況，從而及時(shí)調(diào)整其校驗(yàn)參數(shù)，達(dá)到維持其性能的目的。

然而這種辦法好比一個(gè)人要在充斥病原體的世界之中生活，他不是去努力提高自身免疫力，而是把希望寄托在不停地化驗(yàn)、檢查、用藥、輸血上面。目前皮帶秤的理論對其零部件制造和安裝狀態(tài)提出的種種要求近于苛刻[3]，這些要求不可能在通常的用戶環(huán)境之中長期保持不變，即使采取實(shí)時(shí)監(jiān)測的辦法有助于及早發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)現(xiàn)問題后的修復(fù)沒有因此變得簡便、快捷。皮帶秤應(yīng)當(dāng)朝“適用條件寬泛、安裝調(diào)整簡易、維護(hù)工作不頻繁”的方向發(fā)展。因而某種型式皮帶秤抵御惡劣工況的本領(lǐng)，在很大程度上反映了其能否長期保持規(guī)定計(jì)量性能的潛在能力。故而我們認(rèn)為，惡劣工況適應(yīng)性試驗(yàn)應(yīng)作為皮帶秤耐久性評價(jià)的重要內(nèi)容。

南京三埃公司已將對其采用的耐久性試驗(yàn)方法向國內(nèi)外同行介紹，要求皮帶秤在額定條件下的散狀物料自動稱量試驗(yàn)中，皮帶秤要能符合相應(yīng)準(zhǔn)確度等級檢定時(shí)的指標(biāo)，而且還要在模擬惡劣工況下滿足使用中檢驗(yàn)時(shí)的指標(biāo)[4]。

6. 結(jié)束語

為保障進(jìn)入市場的計(jì)量器具品質(zhì)，嚴(yán)格的型式評價(jià)是必要的條件，型式試驗(yàn)達(dá)到某一準(zhǔn)確度等級指標(biāo)的，應(yīng)按真實(shí)結(jié)果授予相應(yīng)的《制造計(jì)量器具許可證》。皮帶秤的耐久性在很大程度上體現(xiàn)在它對于惡劣環(huán)境和工況的適應(yīng)能力，因此對皮帶秤耐久性的評價(jià)也應(yīng)采用可復(fù)現(xiàn)和量化各種不利影響的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法。需要指出的是，進(jìn)行皮帶秤耐久性試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室必須要能夠開展物料試驗(yàn)，具有足夠的試驗(yàn)用散狀物料以及最大秤量、分度值與準(zhǔn)確度都能滿足要求的控制衡器，并配備能夠模擬影響皮帶秤耐久性的各種主要因素(如皮帶張力變化、物料流量變化、皮帶速度變化、托輥狀態(tài)變化等)的試驗(yàn)裝置。建立具有這些專門設(shè)施的實(shí)驗(yàn)室花費(fèi)不菲，但還是值得的，因?yàn)楫?dāng)這樣的實(shí)驗(yàn)室一旦建成之后，采用這種方法進(jìn)行皮帶秤耐久性試驗(yàn)就成為一種可行的選擇和必然趨勢，并將大大提高皮帶秤的技術(shù)水平。

至于若要評價(jià)某臺具體在用皮帶秤的耐久性實(shí)際表現(xiàn)，可在售后以用戶現(xiàn)場日常跟蹤監(jiān)測和檢驗(yàn)的方式得知。使用中皮帶秤性能的歷次結(jié)果、變動范圍與趨勢，可以作為預(yù)測該皮帶秤性能可能會超差日子的依據(jù)，從而能以個(gè)性化原則來更合理地確定校準(zhǔn)或檢定的物料試驗(yàn)周期，但不適合當(dāng)作耐久性型式評價(jià)的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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