浅议皮带秤的耐久性及其评价方法

[摘要]  耐久性对于皮带秤是一项至关重要的性能，皮带秤的耐久性评价必须列入型式评价(定型鉴定)项目。皮带秤的耐久性在很大程度上体现在它对于恶劣环境和工况的适应能力，因此提高皮带秤耐久性的根本出路在于增强其抵御各种不利影响的本领，对皮带秤耐久性的评价方法也应采用可复现和量化的模拟恶劣工况试验，这更符合皮带秤的实际。

[关键词]  皮带秤耐久性；耐久性试验；型式评价；定型鉴定

0. 引言

对于把皮带秤耐久性评价列入型式试验程序的要求，国内外同行们的主流意见已表示赞同，然而包括OIML R50在内的技术法规对耐久性试验的方法和步骤至今尚无明确的规定。近几年来，我国不少皮带秤业者在对如何有效地开展耐久性试验进行了积极探索和不懈努力。倘能为修订新版国际建议或国家计量检定规程寻找到可行的解决方案，将为提升我国皮带秤技术在国际上的地位作出重要贡献。

1. 耐久性是对产品正常工作时期维持能力的估计

产品能在其正常寿命内可靠地保持性能、实现功能，是用户的基本要求。人们用可靠性(reliability)来评价产品(元器件、设备、系统等)在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的能力。耐久性(durability)是产品可靠性的三大要素之一，它反映了产品发挥其正常功能的使用寿命；另外两个要素分别是可修复性(restorability)和安全性(security)。

产品可靠性评价通常不是针对某一件具体产品使用后表现的实际记录，而是对该类产品潜在能力的事前评估。如MTTF(平均无故障时间)、MTTR(平均恢复前时间)、MTBF(平均故障间隔时间，有MTBF= MTTF+MTTR)、FIT(失效率单位=109/MTBF)等可靠性指标都是采取统计学原理对产品在一定条件下无故障地执行指定功能的潜在发生概率来评价的。例如，称某一种产品的寿命为4年(MTBF≈MTTF=35,064h)，并不是说该产品每一件都能使用4年且没有发生一次故障，也不是说在4年后很多产品都会发生故障，也不能认为产品在故障并修复后下一次的故障是4年之后出现；更不是说，该产品的耐久性试验是在时隔4年的前后两次测试中完成的；而应理解为，在已投放市场的全部产品之中，4年内可能发生故障的次数共为投放总数的63.23%(系根据统计学中威布尔分布曲线算出)。 

2. 皮带秤耐久性与环境工况的关系尤其密切

皮带秤是跟皮带输送机相连的自动衡器，它与大多数其它种类衡器的显著差异在于：其“秤台面”是运动中的胶带，它既非理想刚体，亦非全部柔性体，在运行中会呈现“皮带效应”而产生非预期的附加力，使重力在传递过程中失真；其工作的现场条件又常很恶劣，往往不能满足皮带秤制造商的相关标准要求；即使对用户现场尽力改造并精心安装调试，其状态在使用中还是会很快丧失。因此，皮带秤能否在相当长的时间段内保持其应有性能，维持正常工作的能力，往往取决于其对气候变化的适应性以及抵御恶劣工况两方面的本领。

3. 皮带秤的耐久性应在型式评价时得到鉴定

因为皮带秤很难长期保持应有的计量性能，使这种本属廉价的计量器具“劣迹斑斑、恶名远播”，其中还包括了不少因把握不严而已获得型式批准的产品。因此，皮带秤的耐久性问题显得比其它衡器更加突出，越来越引起包括用户、制造商和产品认证机构等各方的重视。必须要对皮带秤进行耐久性检查，这一原则已由OIML TC9/SC2写入国际建议。

为了验证产品在不断经受自身及外界影响时仍能够正常工作，避免耐久性差的皮带秤流入市场，这不单需要研发和生产单位在研发和试产过程中进行相关摸底和自我把关试验，更需要质量技术监督机构在产品投放市场之前和过程之中进行型式评价和量产抽检。 耐久性试验应作为皮带秤型式评价的一项不可或缺的内容，也得到了对自身产品抱有信心的厂商们的认同。在2011年4月于伦敦NWML(英国国家法制计量院)召开的OIML皮带秤国际建议(草案)第3稿研讨会上，虽然对皮带秤耐久性试验究竟采用何种方法尚未达成一致，但是与会各国代表对皮带秤的耐久性试验应作为型式评价的一项内容已基本取得了共识。

国内对皮带秤国际建议现行版R50：2007(E)关于“耐久性试验”定义的译文是：“为校验被测皮带秤(EUT)在经过规定的使用周期后能否保持其性能特征的一种试验。”有人因而认为对于皮带秤的耐久性试验宜采用在用户现场定期复检的方式进行。其实，耐久性不仅是一种performance characteristics(所表现的性能特征)，而且更是一种capable (能力)，耐久性试验应当起到对被测型号系列产品的潜在耐久性事先预测作用。采用上述产品投用后再检的方式仅适用于周期检定或使用中检验，只能对某台特定皮带秤的耐久性进行事后考核和验证，有违于法制管理要求的；在用户现场进行试验，试验条件难以得到有效地监督，也难以保证复现，有悖于型式评价对全行业的公正与可比性。

4. 环境和工况适应性试验应作为皮带秤型式评价的重要内容

对皮带秤的型式评价必须包含耐久性试验项目，这已获得OIML会员国的广泛认同；但采用何种方式来评价，却尚未得到一致意见。曾经提出的方法主要集中于以下三种：

1）借用非自动衡器的耐久性试验方法；

2）以到用户现场定期复检的方式进行；

3）在能进行物料试验的实验室内以可以复现和量化的方式进行。

那么究竟采用何种方式才是恰当和合理的呢？

4.1非自动衡器的耐久性试验方法不适用皮带秤

关于非自动衡器的国际建议R76采用的耐久性试验方法[1]是：在正常使用条件下用大约最大秤量一半的载荷(仅适用于Max≤100kg，大秤量的试验方法未提及)重复加载和卸载10万次，在此加卸载循环前后各进行一轮称量试验，前一轮试验确定固有误差，后一轮试验确定因磨损引起的耐久性误差。

首先，大多数规格的皮带秤的最大秤量不止100kg，已超出这种方法的适用范围；更值得注意的是，影响皮带秤耐久性的原因并非局限于重复加卸载所引起的机械磨损。因此这种方法不适用于试验皮带秤的耐久性。

此外，皮带秤是一种连续累计自动衡器，用户所关注的是它的动态计量性能，而不是非自动衡器的静态计量性能，而且它是与皮带输送机相连的，受环境和工况的影响远远大于非自动衡器，R76的方法不能体现这一重要因素。

4.2在用户现场定期复检的方式不适合作为型式评价

首先，在用户现场以定期复检的方式进行耐久性试验，要求被测皮带秤在两次试验的间隔期间不得调整。这一的要求可能会影响用户的正常使用，也难以得到有效地监督保证。

其次，各家用户的环境、工况和维护水平有很大的差异，试验条件难以复现和量化，无法做到基本一致，会使作为型式批准证据的试验结果缺失公正的可比性。

更重要的是，计量器具的型式评价原本是作为法制管理的手段，而尚未获得型式批准的试验样机，此时却已销售给了用户，这在法理上就无法自圆其说。

因此，这种产品投用后再检的方式仅是对于某台特定皮带秤的耐久性评价，充其量只能作为周期检定或使用中检验，不适合于型式评价。

4.3 实验室物料试验是较为公正合理的耐久性型式评价方式

耐久性型式评价在可以开展物料试验的实验室中进行，有利于检测用户实际用到的皮带秤动态性能，试验项目和条件能够再现和量化，这样试验结果易于复核，可信度高、可比性强，对申请制造计量器具许可证的各制造厂商是公平的。

耐久性型式评价在实验室中进行，符合型式批准的结论应在获得试验结果后作出的合法程序，可避免对无证销售的非法行为开绿灯的无奈。

有人对实验室耐久性试验方法评论道[2]：

优点：能对安装在实验室输送机上实际运行的一整套皮带秤系统进行试验；

缺点：① 用被试验合格的皮带秤安装在异于实验室输送机的用户现场，其准确度未必能长期保持；② 满足试验所需要的运行时间难以实现。

这样的说法似乎没有什么不对，但一深究却发现了一些问题，下面加以略作剖析：

（1） 型式评价从来都是以个别样机的结果来对同一型式产品潜能的预测，它与产品检定或检验不同，不是对某一具体产品实际性能的检测记录。要求样机试验结果与每一件产品的实际情况一致，就混淆了型式评价与产品检定或检验之间的差别。型式试验本来就并非以全体产品作为试验对象的，而是以个别样机的测试结果作为对该型式总体评价的科学实验方法。其实就是产品检验中基于数理统计学的的抽样检验方法的结果也只是一种概率估计，并不能全部适合每一件产品的实际情况。若非对于安装在用户现场的每一台皮带秤全都进行耐久性试验也是有风险的，把在用户甲现场试验合格的皮带秤安装到用户乙现场，焉能证明其准确度就一定能长期保持呢。

（2） 如果要说，在用户现场可以突破生产工艺的束缚来实现满足试验所需要的运行时间，那么在实验室中实现满足试验所需要的运行时间应当更便于做出安排。何况，在型式评价中的耐久性表达的是一种能力，并非是实际运行时间。因此，在环境可靠性试验中通用的方法是用提高严酷度的短时试验来替代。IEC已经制定了数以百计的环境试验方法作为对电工电子产品耐久性的评判依据。这些方法多数属于用短时间的高严酷度试验来模拟长期的影响。例如，用几十小时或几天的高低温或湿热循环来模拟一年四季的气候变化，以各种频率和加速度的振动、冲击或跌落来模拟使用周期中可能出现的种种意外，等等。

5. 恶劣工况适应性试验应作为皮带秤耐久性评价的重要内容

鉴于产品的耐久性不仅跟它的先天品质有关，还跟使用的环境条件息息相关。好比影响一个人寿命的因素既包括他的遗传基因，还包括他的生活环境与生活方式等等。因此在评价产品的耐久性时，环境试验成为最常用的基本方法。多种多样的环境条件影响试验是对电子设备可能使用环境的适应能力的评估，如温度影响测试(高温运行、高温贮存，低温运行、低温贮存，高低温交变循环、热冲击)、湿度影响测试(湿热贮存、湿热循环)、外壳防护能力测试(防水、淋雨、防尘砂和固体异物侵入)、防腐蚀性测试(海水、盐雾)、抗机械力影响测试(随机振动、扫频振动、机械冲击)、运输测试(模拟汽车运输、碰撞)、电源品质影响(开关电源、电压拉偏、频率拉偏)、抗电磁干扰试验(电压暂降和短时中断、电快速瞬变脉冲群、静电放电、抗电磁辐射)，等等。

皮带秤的性能不仅与上述种种气候与环境因素有关，还在很大程度上受到与之相连的带式输送机状态的制约，例如纵梁的挠度，托辊的堵转、跳动、窜动和准直性，皮带的打滑、跳动和张力变化，物料流量与载荷的波动，皮带速度的变动，等等都可能影响皮带秤的性能。以致皮带秤的制造成本高昂、安装调试繁琐、日常维护工作量大、可修复性无法令人满意。

为了使皮带秤能够经常性地维持其应有的性能，制造商们想过不少办法。对皮带秤进行“实时监测、在线校验”是一种容易被想到的办法。上世纪80年代，南京第二钢铁厂成功研发出了国内融合了电脑技术的实用皮带秤，并在其自行制造的BSM型皮带秤上配备了自动校正器(专利号CN 87202731)。这种自动校正器可以远程控制棒状挂码在秤架上加载或卸载，并通过电脑监测皮带秤与原先校准状态的偏离情况，从而及时调整其校验参数，达到维持其性能的目的。

然而这种办法好比一个人要在充斥病原体的世界之中生活，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验、检查、用药、输血上面。目前皮带秤的理论对其零部件制造和安装状态提出的种种要求近于苛刻[3]，这些要求不可能在通常的用户环境之中长期保持不变，即使采取实时监测的办法有助于及早发现问题，发现问题后的修复没有因此变得简便、快捷。皮带秤应当朝“适用条件宽泛、安装调整简易、维护工作不频繁”的方向发展。因而某种型式皮带秤抵御恶劣工况的本领，在很大程度上反映了其能否长期保持规定计量性能的潜在能力。故而我们认为，恶劣工况适应性试验应作为皮带秤耐久性评价的重要内容。

南京三埃公司已将对其采用的耐久性试验方法向国内外同行介绍，要求皮带秤在额定条件下的散状物料自动称量试验中，皮带秤要能符合相应准确度等级检定时的指标，而且还要在模拟恶劣工况下满足使用中检验时的指标[4]。

6. 结束语

为保障进入市场的计量器具品质，严格的型式评价是必要的条件，型式试验达到某一准确度等级指标的，应按真实结果授予相应的《制造计量器具许可证》。皮带秤的耐久性在很大程度上体现在它对于恶劣环境和工况的适应能力，因此对皮带秤耐久性的评价也应采用可复现和量化各种不利影响的实验室试验方法。需要指出的是，进行皮带秤耐久性试验的实验室必须要能够开展物料试验，具有足够的试验用散状物料以及最大秤量、分度值与准确度都能满足要求的控制衡器，并配备能够模拟影响皮带秤耐久性的各种主要因素(如皮带张力变化、物料流量变化、皮带速度变化、托辊状态变化等)的试验装置。建立具有这些专门设施的实验室花费不菲，但还是值得的，因为当这样的实验室一旦建成之后，采用这种方法进行皮带秤耐久性试验就成为一种可行的选择和必然趋势，并将大大提高皮带秤的技术水平。

至于若要评价某台具体在用皮带秤的耐久性实际表现，可在售后以用户现场日常跟踪监测和检验的方式得知。使用中皮带秤性能的历次结果、变动范围与趋势，可以作为预测该皮带秤性能可能会超差日子的依据，从而能以个性化原则来更合理地确定校准或检定的物料试验周期，但不适合当作耐久性型式评价的依据。

参考文献

[1] OIML R76-1:2006(E) Non-automatic weighing instruments [S] 97～98

[2] 徐厚胜等：再谈电子皮带秤的耐久性 [J]衡器 2012（1）26～27

[3] JJG 650-90 电子皮带秤试用检定规程[S]

[4] 袁延强等：模拟恶劣工况下的物料试验—介绍一种皮带秤耐久性试验方法 [G]称重科技（中国衡器协会：第九届称重技术研讨会论文集）106～110