Celule de sarcina pentru cantare auto

Nu judecati o celula de sarcina dupa aspect – aparentele sunt inselatoare!

Introducere

Celulele de sarcina pentru determinarea greutatii sunt componenta principala a sistemelor de cantarire industriala moderne, de inalta performanta, care joaca un rol deosebit de important in sistemele de cantarire si aparatele de cantarit. In ciuda mediilor dure in care trebuie sa functioneze (temperaturi extreme, gheata, zapada, spalare, inundatii, franare excesiva si minima intretinere), se asteapta de la acestea sa ofere fiabilitate si precizie exceptionale.
Atunci cand Arthur Lincoln Thurston a brevetat prima celula de compresiune compacta ce utiliza marci tensometrice in 1949, nu si-a inchipuit ca umila sa inventie va continua sa fie piesa de rezistenta in aceasta industrie a cantaririi 70 de ani mai tarziu.
Celulele tensometrice au parcurs un drum lung de atunci insa tehnologia si principiile constructive stabilite de Thurston au ramas aceleasi. Un lucru este cert. Nu exista metode rapide sau usoare de a produce celule de calitate pentru cantarele auto.
Din pacate, exista si vor exista intotdeauna companii care vor incerca sa profite de cultura achizitionala redusa a clientului facad un produs mai ieftin, inselator, de o calitate mai mult decat indoielnica. Ca urmare, este putin probabil ca celulele de sarcina din gama de cost ieftina sa indeplineasca toate criteriile de performanta si se va dovedi aproape sigur ca va avea un cost mai ridicat al utilizarii pe termen lung.
Din nefericire, celule de sarcina la preturi scazute, in general fabricate in China, dar nu numai, au invadat piata din Romania, fiind comercializate de catre intreprinzatori fara scrupule iar unii fabricanti de cantare sunt fericiti sa-si maximizeze profitul utilizandu-le in produsele lor. Acestia sunt binecunoscuti pe piata de profil din Romania pentru faptul ca nu ofera nici un fel de suport post-vanzare. La prima vedere aceste celule de sarcina de calitate inferioara dar cu pret atractiv pentru utilizator pot arata la fel ca si cele de inalta calitate din exterior, dar asemanarea se incheie aici. Adesea problema provine din faptul ca unii producatori de celule de sarcina produc o asa numita „golden load cell” pentru masurarea greutatii dar care nu este verificata si/sau certificata (tipic pentru celulele de sarcina aflate in procesul de productie certificat). De fapt, acest lucru este posibil deoarece celulele de sarcina necertificate nu sunt fabricate in acelasi loc ca si celulele de sarcina certificate (VCAP a fost stabilita pentru a incerca sa aduca un control mai mare asupra fabricarii celulelor de sarcina).
Perdantii sunt utilizatorii finali, care adesea ignora consecintele, crezand ca producatorul ii poate oferi un produs de calitate la un pret incredibil de mic. De regula acesti producatori de cantare sunt caracterizati de faptul ca oferta lor cu un pret imbatabil este promovata deosebit de agresiv si de faptul ca dupa incheierea vanzarii nu mai pot fi contactati sau ofera raspunsuri evazive. De mentenanta / intretinere sau service nici nu poate fi vorba, invinuind clientul pentru proasta utilizare a produsului lor. De cele mai multe ori, utilizatorul nu stie acest lucru, de fapt il costa bani si cel mai important, isi risca reputatia fata de clientii sai.
Urmatorii factori cheie sunt vitali pentru a asigura obtinerea unor celule de sarcina de calitate pentru indeplinirea performanteleor si fiabilitatii cerute:

• Principii de proiectare mecanica judicioase, inclusiv sigilarea optima impotriva factorilor de mediu.
• Utilizarea de materiale de calitate, de inalta specificatie si tratament termic pentru structura critica a componentelor celulelor de sarcina.
• Utilizarea de marci tensometrice de calitate proiectate special ca element de masura al unei celule.
• Proceduri de fabricatie si testare acreditate.
• Testarea 100% a produselor in laborator.

Proiectarea din punct de vedere mecanic

Criteriile de proiectare mecanica a celulelor de sarcina sunt de o deosebita importanta. Procedurile de testare si reglare a celulelor pot doar ajusta intro masura limitata performantele acestora de aceea proiectarea si fabricatia celulelor trebuie sa tina seama de mediul in care acestea vor fi folosite. Fabricatia trebuie sa asigure o buna toleranta la sarcinile excentrice, incarcari atipice si sarcini concentrate. Etansarea celulelor impotriva patrunderii apei si prafului este foarte importanta pentru prevenirea defectarii premature in special la conexiunea cablului de legatura.

Alegerea materialului

In esenta o celula de sarcina functioneaza prin deformarea elastica a unui corp de otel sau aluminiu in cicluri repetabile de incovoiere sau compresiune pe parcursul incarcarii sau descarcarii. De aceea selectia materialului corpului celulei si tratamentul termic la care aceasta este supusa in timpul procesului de fabricatie, precum si a altor componente cheie, este de o deosebita importanta.

Marcile tensometrice

Alegerea marcii tensometrice in functie de caracteristicile elementului de masura este cruciala, in special in cazurile in care caracteristicile „creep” si liniaritate sunt de importanta. Performanta celulei este de asemenea direct dependenta de caracteristicile materialului de lipire a marcii tensometrice pe corpul acesteia precum si a procesului de lipire in sine.

Testarea

Fiecare celula de sarcina are caracteristici individuale de aceea fiecare celula trebuie sa fie testata si ajustata in timpul procesului de fabricatie. Fabricantii de celule de sarcina de calitate indoielnica adesea renunta la acest proces pentru a reduce pretul de cost. Testarea trebuie sa includa obligatoriu probele de incarcare-descarcare si temperatura.

Tipuri constructive uzuale

In constructia cantarelor auto se utilizeaza trei tipuri constructive de celule de sarcina:

• Celule „Single Ended” – de incovoiere
• Celule „Double Ended” – dubla incovoiere
• Celule „Canister” – coloana de compresiune

Celule „Single Ended”

Celulele de incovoiere de capacitati mari, voluminoase si masive reprezinta o tehnologie invechita si sunt departe de a fi potrivite in constructia cantarelor auto.
De regula, acestea sunt construite cu numai 4 marci tensometrice si sunt predispuse la erori in cazul torsiunii si incarcarii excentrice.
Monturile acestora si elementele de limitare a jocurilor sunt supuse unor tensiuni mari in timpul aplicarii sarcinii. Tehnologia de fabricatie a acestora nu permite utilizarea otelului inoxidabil fiind construite din otel laminat. Sunt predispuse la rugina si patrunderea apei.

Celule „Double Ended”

Acestea sunt oarecum superioare celor „single ended” in sensul ca ofera o solutie mecanica mai buna si un raspuns mai bun in cazul sarcinilor excentrice.
Totusi, exista un numar relativ mare de celule care nu pot prezenta incredere din punct de vedere al fiabilitatii, in special cele ale caror monturi incorporeaza niste bile de mari dimensiuni asemanatoare ca forma cu bilele de rulment.
Contrar credintei generale, asemenea monturi nu absorb nici pe departe socurile si necesita mentenanta la intervale mici de timp.
In practica, mentenanta acestora nu este efectuata, efectul fiind acela al unor performante scazute, adesea blocare datorita ruginei, in special in mediile grele.

Celule „Canister”

Celulele de tip coloana au o istorie lunga in utilizarea pentru cantare auto si se considera ca ofera cea mai buna solutie – sub rezerva calitatii proiectarii si a constructiei.
Compania Bilanciai a dedicat cativa ani pentru dezvoltarea si testarea in conditii de lucru pentru a construi o familie de celule certificate si patentate de acest tip.
Celula de sarcina analogica CPR si cea digitala CPD au un istoric de neegalat in ceea ce priveste fiabilitatea si performanta. Ambele se prezinta in aceiasi forma constructiva si caracteristici specifice le diferentiaza net de cele construite de alti producatori. Inginerii Bilanciai au lucrat nu numai asupra celulei in sine ci si la functionalitatea monturii.

Caracteristicile acestora sunt:

• Forma coloanei centrale este una dedicata cu suprafete sferice la partile inferioara si superioara.
• Tratamentul termic specific Bilanciai face ca aceasta sa reziste la un numar impresionant de cicluri de incarcare-descarcare.
• Sunt singurele celule de sarcina care incorporeaza 8 marci tensometrice.
• Un element special de protectie impotriva apei si prafului este incorporat in montura inferioara.
• Corpul celulei este complet etans, cele doua parti ale carcasei fiind sudate. Partea inferioara este construita din tabla de otel inox mai groasa pentru a oferi o mai buna protectie mecanica.
• O imbinare sticla-metal a cablului de legatura asigura o protectie IP68. Celula digitala CPD dispune de un conector pentru cablu de specificatie militara „MIL-SPEC” cu grad de protectie IP68.
• Sunt disponibile cabluri de legatura anti-rozatoare.
• Dispun de pin antirotatie pentru a preveni rotirea celulei in montura si ruperea cablului de legatura.
• Placa izolatoare dintre montura inferioara si placa de baza asigura protectia impotriva distrugerii datorita descarcarilor electrice. Protectia este suplimentata de doua cabluri de chipotential intre montura superioara si cea inferioara.

Celule de sarcina digitale

Celulele de sarcina digitale au aparut in anii 80 fiind concepute initial pentru constructia celulelor de capacitate si pret scazute in volume mari de fabricatie.
Conceptul se baza pe ideea componentelor electronice cu pret scazut utilizate pentru corectia defectelor de proiectare. In ultimele decade producatori de renume la nivel mondial (Bilancia, Mettler-Toledo, Flintec, HBM, etc) au reusit obtinerea de avantaje tehnologice din aceasta tehnologie, rezultatul fiind elementul de masura cel mai potrivit pentru utilizarea in constructia cantarelor auto. Beneficiile sunt evidente atat pentru fabricant cat si pentru utilizator. Compania Bilanciai a obtinut doua patente pentru aceste celule (US 7,151,230 B2 si US 7,361,851 B2).
Fiecare celula incorporeaza un sistem cu microprocesor ce efectueaza diferite functii si furnizeaza un demnal digital al incarcarii. Celulele digitale formeaza o retea de comunicatie cu terminalul de cantarire, permitandu-i acestuia accesul la diferiti parametri individuali pentru fiecare celula. Datele cu privire la calibrare sunt stocate in memoria fiecarei celule. Avantajul este evident in cazul calibrarii, diagnosticarii sau inlocuirii celulei.

Efectul schimbarilor de temperatura asupra cantarelor auto

In unele regiuni, cum este si cazul Romaniei, temperaturile pot varia chiar si cu 50°C in ciclul iarna – vara de la -20°C iarna pana la 40°C vara. Calea de rulare a cantarelor auto poate atinge temperaturi ce se apropie de 80-90°C. Exista doi factori dependenti de temperatura care trebuie luati in considerare in evaluarea performantei.
Primul, receptorul de sarcina se va dilata sau contracta in toate cele trei dimensiuni. Un cantar auto cu lungimea de 18 metri se va dilata in lungime cu aproximativ 0.2 mm pentru fiecare grad C, ceea ce inseamna ca un cantar auto fara limitatori se va dilata aproximativ 16 – 18 mm. Latimea se va schimba de asemenea aprozimativ 3-4 mm. In acelasi timp, fundatia cantarului care este umbrita de acesta se va dilata mult mai putin fiind si in contact cu solul.
Efectul este inclinarea celulelor si introducerea unei componente a fortei diferita de verticala de pana la 1,5 grade. Poate parea nesemnificativ, dar influenta asupra rezultatelor cantaririi este masiva. Daca celulele de sarcina nu sunt construite pentru a compensa aceasta (cazul celulelor de incovoiere sau dubla incovoiere) vor aparea erori de cantarire de ordinul sutelor de kilograme. In cazul receptorului de sarcina construit din beton, problemele sunt si mai grave. Betonul nu rezista (are rezistenta conventionala zero) la tractiune. Tractiunea apare in ciclurile de incarcare – descarcare. De asemenea, betonul este hidrofor (este poros) si incorporeaza apa pluviala. Pe timp de inghet aceasta isi va mari volumul ducand la aparitia fisurilor in receptorul de sarcina (inghet – dezghet) si distrugerea acestuia. Adaugarea de aditivi hidrofugi la turnare scumpeste pretul de cost peste cel al unui cantar metalic de aceea nici un producator nu o face. Sunt nenumarate cazurile in care cantare auto din beton dupa nici doi ani de utilizare au devenit iremediabil nefunctionale trebuind a fi inlocuite. O metoda de compromis este constructia de cantare auto mixte metal-beton.
Al doilea, schimbarile de temperatura afecteaza insasi performantele celulelor. Celulele de sarcina de calitate sunt compensate individual in relatie cu temperatura atat la zero cat si la capacitatea maxima, uzual in intevalul -10°C to +40°C. Celulele de sarcina cu pret scazut nu sunt supuse unor asemenea proceduri in procesul de fabricatie avand erori mari de masurare.