無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡的設(shè)計與應(yīng)用

呂剛

摘 要：無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡是自動計量行進(jìn)中的貨車車輛重量的設(shè)備?？稍谪涍\(yùn)車列運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)不停車、不摘鉤、連續(xù)、動態(tài)的稱量出貨車重量，可分析裝車及車輛狀況，還可測出輪重、偏載、超載等參數(shù)， 采用高精度高可靠性的稱重傳感器。其特點(diǎn)是無基坑、不斷軌，并具備了安裝施工簡單、基礎(chǔ)牢固穩(wěn)定、計量安全可靠、維護(hù)保養(yǎng)簡單的優(yōu)勢。本文主要介紹了無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、以及在鐵路大宗散裝貨運(yùn)計量中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：無基坑 不斷軌 傳感器 設(shè)計

中圖分類號：U216.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

1 概述

動態(tài)軌道衡是一種智能式鐵路貨車的高精度、高效率、高耐用性動態(tài)計量設(shè)備?？稍谪涍\(yùn)車列運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)不停車、不摘鉤、連續(xù)、動態(tài)的稱量出貨車重量，可分析裝車及車輛狀況，還可測出輪重、偏載、超載等參數(shù)。鐵路運(yùn)輸?shù)拇蟛糠稚⒍蜒b貨物需要經(jīng)動態(tài)軌道衡計量。目前在蘭州鐵路局管內(nèi)所安裝的動態(tài)軌道衡中，絕大部分屬于有基坑動態(tài)軌道衡，有基坑動態(tài)軌道衡在日常維護(hù)使用中存在以下不足之處：基坑內(nèi)容易積水、積灰、積雜物，冬天基坑內(nèi)容易積冰從而導(dǎo)致軌道衡無法正常稱重。在長期使用過程中，機(jī)械臺面承重梁鋼制連接拉桿及構(gòu)件容易產(chǎn)生銹蝕、變形，對行車安全造成影響。基坑內(nèi)，壓力傳感器和剪力傳感器的線路容易受到外界不利情況的影響，從而導(dǎo)致無法使用。

為了克服上述缺點(diǎn)，我局在清水車站新安裝了無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡。

2 無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡技術(shù)要求如下

軌道衡類型：無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡；軌道衡測量范圍：稱量軸重30t以內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軌距四軸貨車；軌道衡測量方式：雙向全自動轉(zhuǎn)向架計量；軌道衡測量速度：5～15km/h勻速通過；軌道衡測量精度：符合JJG234-1990《動態(tài)稱量軌道衡檢定規(guī)程》；靈敏度：加減20kg砝碼，示值應(yīng)不小于10kg的變化；防雷措施：采用二級防雷措施，即在傳感器處增設(shè)絕緣裝置，以使其與鋼軌及稱體絕緣；用戶操作計算機(jī)采用工業(yè)控制計算機(jī)；工作平臺為Windows xp系統(tǒng)顯示。

3 無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡的結(jié)構(gòu)設(shè)計

無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡系統(tǒng)主要由機(jī)械稱重結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和稱重軟件組成。機(jī)械稱重結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)和機(jī)械組件組成。數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)由軌道專用傳感器、8通道采集儀、開關(guān)電源、通信I/O接口組成。稱重軟件由控制軟件、計算機(jī)、打印機(jī)等組成。

工作原理為：列車到達(dá)軌道衡測量臺面時，軌道衡系統(tǒng)軟件根據(jù)第一對受力的剪力傳感器來判斷列車過衡的方向；當(dāng)列車通過測量區(qū)車輪壓過稱重臺面時，板式傳感器及剪力傳感器受力產(chǎn)生應(yīng)變信號，傳感器輸出電壓信號值，該值一般為幾十毫伏的電壓，8通道采集儀將傳感器輸出的毫伏級電壓信號經(jīng)過放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換，通過通信I/O接口將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入軌道衡系統(tǒng)計算機(jī)，由計算機(jī)控制軟件來完成車輛判別，過衡方向識別，計算車輛節(jié)重、過衡速度，并能夠根據(jù)車速進(jìn)行高精度校正補(bǔ)償工作，并得到計量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和工作過程的自動控制操作。如圖1：

3.1 機(jī)械稱重結(jié)構(gòu)設(shè)計

軌道衡的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用10根特制的鋼枕和連接鋼枕的連接構(gòu)件共同組成，用高強(qiáng)度螺栓和連接板件，將若干根特制的鋼枕組合在一起，使它們固定為一體。在中間6根特制的鋼枕上安裝板式傳感器，兩條鋼軌上安裝剪力傳感器，配合用以測量垂直力，以保證測量的高精度，軌道衡稱重結(jié)構(gòu)及傳感器安裝位置見圖2。

圖2：軌道衡稱重結(jié)構(gòu)及傳感器安裝位置圖

該軌道衡整體道床采用大開挖方式進(jìn)行施工，基礎(chǔ)開挖深度參考當(dāng)?shù)貎鐾翆佣?.5米，開挖后先用素土夯實(shí)，然后依次用C15片石砼、C20砼、C40鋼筋砼進(jìn)行澆筑，形成軌道衡整體道床，這種整體道床及機(jī)械秤體結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）秤體具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的穩(wěn)定性；（2）軌道平臺式機(jī)械秤體能夠克服列車通過稱量區(qū)段時產(chǎn)生的縱向力和橫向力、使秤體始終保持在正確的縱向和橫向位置，達(dá)到傳力準(zhǔn)確的效果；（3）秤體采用組合框架式結(jié)構(gòu)，安裝簡單、調(diào)整方便。

3.2 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

該軌道衡選用12只板式壓力傳感器和4只剪力傳感器共同進(jìn)行采樣，傳感器選用杭州錢江稱重技術(shù)有限公司的產(chǎn)品，其型號規(guī)格分別為：板式壓力傳感器型號CL-YB-51-2A-150kN，剪力傳感器型號CL-YB-61。

CL-YB系列傳感器的工作原理為：傳感器內(nèi)部彈性體表面貼有由應(yīng)變片組成的電橋，如圖2所示，輸入電阻是正負(fù)供橋端子之間的電阻，輸出電阻是正負(fù)信號端子之間的電阻。當(dāng)傳感器沒有受力時，橋路平衡，信號輸出為零，當(dāng)傳感器受到壓力時，由于應(yīng)變片發(fā)生變形，橋路阻值變化，橋路失去平衡，信號端就有微弱的信號輸出。

將12只板式壓力傳感器合成4路信號，4只剪力傳感器為4路信號，總共8路信號送入數(shù)據(jù)采集儀，傳感器具體接線方式見圖4。

3.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

軌道衡稱重軟件運(yùn)行在WindowsXP環(huán)境下，用C++語言編寫，對數(shù)據(jù)采集儀輸入的各路信號進(jìn)行高速處理，并生成計算結(jié)果，稱重軟件能自動打印過衡原始記錄，自動檢測系統(tǒng)零點(diǎn)和打印機(jī)聯(lián)機(jī)狀態(tài)，并具有全屏編輯、查詢、統(tǒng)計、刪除、自動存盤及檢衡設(shè)定等功能，同時能循環(huán)存儲大量波形，另外給用戶還留有數(shù)據(jù)接口，供用戶完善使用。如圖5：

4 應(yīng)用效果

按設(shè)計這套軌道衡系統(tǒng)的準(zhǔn)確度等級是0.5，分度值e為100kg。校驗要求：

（1）對最小、500e、2000e三個點(diǎn)進(jìn)行校驗。（2）五輛檢衡車按機(jī)車-84t-50t-76t-68t-20t的序列編成車組。（3）動態(tài)校驗時還要求機(jī)車只能以5-15km/h且不可在稱體上加速、減速、剎車。見表1

表1 動態(tài)檢定的允許誤差表

稱量m 允差

m=0 50kg

0

500e

用檢衡車標(biāo)準(zhǔn)值對新建軌道衡進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完畢后列車往返三次得到校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表2：

軌道衡校準(zhǔn)數(shù)據(jù)（單位：kg）

序號 標(biāo)準(zhǔn)值 第1趟：→ 第2趟：← 第3趟：→ 第4趟：← 第5趟：→ 第6趟：←

示值 誤差 示值 誤差 示值 誤差 示值 誤差 示值 誤差 示值 誤差

1 81730 81451 279 81512 218 81670 60 81649 81 82083 -353 81671 59

2 43230 43498 -268 43324 -94 43090 140 42926 304 42928 302 43276 -46

3 75440 75602 -162 75640 -200 75243 197 75784 -344 75253 187 75664 -224

4 67270 67442 -172 67594 -324 67537 -267 66948 322 67055 215 67656 -386

5 21000 21297 -297 21308 -308 21090 -90 21074 -74 21111 -111 21056 -56

從校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以看出，軌道衡動態(tài)檢定最大允許誤差為386kg，小于400kg，符合《動態(tài)稱量軌道衡檢定規(guī)程》JJG234-1990的要求。

通過上述數(shù)據(jù)表明，該動態(tài)軌道衡測量精度符合要求，能夠滿足現(xiàn)場需要，并具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1.安裝施工簡單。無基坑設(shè)計，大大減少了土建的時間，減少了現(xiàn)場條件的要求，也減少了施工費(fèi)用，提高了生產(chǎn)效率。2.基礎(chǔ)牢固穩(wěn)定。由于采用無基坑結(jié)構(gòu)，設(shè)備稱重臺面與鋼軌線路融為一體，克服了由于基坑或稱體鋼制結(jié)構(gòu)變形而引起線路基礎(chǔ)不穩(wěn)定的問題。3.計量安全可靠。該系統(tǒng)采用了鋼結(jié)構(gòu)承載平臺和板式壓力傳感器，并用混凝土進(jìn)行澆筑，能夠保證軌道結(jié)構(gòu)傳力和限位控制的要求，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計還大大緩解了列車通過臺面時的沖擊力，保證了列車運(yùn)行的安全。4.維護(hù)保養(yǎng)簡單。由于采用了無基坑結(jié)構(gòu)，不會產(chǎn)生積水、積灰、積雪的情況，大大降低了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

5 結(jié)語

隨著動態(tài)軌道衡技術(shù)的不斷發(fā)展，無基坑不斷軌動態(tài)軌道衡是在不斷軌動態(tài)軌道衡技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鐵路貨車計量的新技術(shù)，它整合了傳統(tǒng)稱量要求的固定剛性支撐，采用了板式壓力傳感器和剪力傳感器組合的測力方式，取消了傳統(tǒng)不斷軌動態(tài)軌道衡的稱體結(jié)構(gòu)，具備了安裝施工簡單、基礎(chǔ)牢固穩(wěn)定、計量安全可靠、維護(hù)保養(yǎng)簡單的特點(diǎn)。具有較好的使用和推廣價值，為我局的貨運(yùn)計量工作發(fā)揮了重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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