無基坑不斷軌動態軌道衡的設計與應用

呂剛

摘 要：無基坑不斷軌動態軌道衡是自動計量行進中的貨車車輛重量的設備。可在貨運車列運行過程中實現不停車、不摘鉤、連續、動態的稱量出貨車重量，可分析裝車及車輛狀況，還可測出輪重、偏載、超載等參數， 采用高精度高可靠性的稱重傳感器。其特點是無基坑、不斷軌，并具備了安裝施工簡單、基礎牢固穩定、計量安全可靠、維護保養簡單的優勢。本文主要介紹了無基坑不斷軌動態軌道衡的工作原理、結構組成、以及在鐵路大宗散裝貨運計量中的應用情況。

關鍵詞：無基坑 不斷軌 傳感器 設計

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

1 概述

動態軌道衡是一種智能式鐵路貨車的高精度、高效率、高耐用性動態計量設備。可在貨運車列運行過程中實現不停車、不摘鉤、連續、動態的稱量出貨車重量，可分析裝車及車輛狀況，還可測出輪重、偏載、超載等參數。鐵路運輸的大部分散堆裝貨物需要經動態軌道衡計量。目前在蘭州鐵路局管內所安裝的動態軌道衡中，絕大部分屬于有基坑動態軌道衡，有基坑動態軌道衡在日常維護使用中存在以下不足之處：基坑內容易積水、積灰、積雜物，冬天基坑內容易積冰從而導致軌道衡無法正常稱重。在長期使用過程中，機械臺面承重梁鋼制連接拉桿及構件容易產生銹蝕、變形，對行車安全造成影響。基坑內，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，從而導致無法使用。

為了克服上述缺點，我局在清水車站新安裝了無基坑不斷軌動態軌道衡。

2 無基坑不斷軌動態軌道衡技術要求如下

軌道衡類型：無基坑不斷軌動態軌道衡；軌道衡測量范圍：稱量軸重30t以內的標準軌距四軸貨車；軌道衡測量方式：雙向全自動轉向架計量；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《動態稱量軌道衡檢定規程》；靈敏度：加減20kg砝碼，示值應不小于10kg的變化；防雷措施：采用二級防雷措施，即在傳感器處增設絕緣裝置，以使其與鋼軌及稱體絕緣；用戶操作計算機采用工業控制計算機；工作平臺為Windows xp系統顯示。

3 無基坑不斷軌動態軌道衡的結構設計

無基坑不斷軌動態軌道衡系統主要由機械稱重結構、數據采集控制系統和稱重軟件組成。機械稱重結構由基礎和機械組件組成。數據采集控制系統由軌道專用傳感器、8通道采集儀、開關電源、通信I/O接口組成。稱重軟件由控制軟件、計算機、打印機等組成。

工作原理為：列車到達軌道衡測量臺面時，軌道衡系統軟件根據第一對受力的剪力傳感器來判斷列車過衡的方向；當列車通過測量區車輪壓過稱重臺面時，板式傳感器及剪力傳感器受力產生應變信號，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過放大、濾波和A/D轉換，通過通信I/O接口將轉換的數據送入軌道衡系統計算機，由計算機控制軟件來完成車輛判別，過衡方向識別，計算車輛節重、過衡速度，并能夠根據車速進行高精度校正補償工作，并得到計量結果，實現人機對話和工作過程的自動控制操作。如圖1：

3.1 機械稱重結構設計

軌道衡的機械結構采用10根特制的鋼枕和連接鋼枕的連接構件共同組成，用高強度螺栓和連接板件，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，軌道衡稱重結構及傳感器安裝位置見圖2。

圖2：軌道衡稱重結構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行施工，基礎開挖深度參考當地凍土層定為1.5米，開挖后先用素土夯實，然后依次用C15片石砼、C20砼、C40鋼筋砼進行澆筑，形成軌道衡整體道床，這種整體道床及機械秤體結構具有以下特點：（1）秤體具有足夠的強度、剛度和良好的穩定性；（2）軌道平臺式機械秤體能夠克服列車通過稱量區段時產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，達到傳力準確的效果；（3）秤體采用組合框架式結構，安裝簡單、調整方便。

3.2 數據采集控制系統結構設計

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行采樣，傳感器選用杭州錢江稱重技術有限公司的產品，其型號規格分別為：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：傳感器內部彈性體表面貼有由應變片組成的電橋，如圖2所示，輸入電阻是正負供橋端子之間的電阻，輸出電阻是正負信號端子之間的電阻。當傳感器沒有受力時，橋路平衡，信號輸出為零，當傳感器受到壓力時，由于應變片發生變形，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路信號送入數據采集儀，傳感器具體接線方式見圖4。

3.3 軟件結構設計

軌道衡稱重軟件運行在WindowsXP環境下，用C++語言編寫，對數據采集儀輸入的各路信號進行高速處理，并生成計算結果，稱重軟件能自動打印過衡原始記錄，自動檢測系統零點和打印機聯機狀態，并具有全屏編輯、查詢、統計、刪除、自動存盤及檢衡設定等功能，同時能循環存儲大量波形，另外給用戶還留有數據接口，供用戶完善使用。如圖5：

4 應用效果

按設計這套軌道衡系統的準確度等級是0.5，分度值e為100kg。校驗要求：

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

表1 動態檢定的允許誤差表

稱量m 允差

m=0 50kg

0

500e

用檢衡車標準值對新建軌道衡進行調整，調整完畢后列車往返三次得到校準數據如表2：

軌道衡校準數據（單位：kg）

序號 標準值 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

從校準數據可以看出，軌道衡動態檢定最大允許誤差為386kg，小于400kg，符合《動態稱量軌道衡檢定規程》JJG234-1990的要求。

通過上述數據表明，該動態軌道衡測量精度符合要求，能夠滿足現場需要，并具備以下優點：

1.安裝施工簡單。無基坑設計，大大減少了土建的時間，減少了現場條件的要求，也減少了施工費用，提高了生產效率。2.基礎牢固穩定。由于采用無基坑結構，設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構變形而引起線路基礎不穩定的問題。3.計量安全可靠。該系統采用了鋼結構承載平臺和板式壓力傳感器，并用混凝土進行澆筑，能夠保證軌道結構傳力和限位控制的要求，這種結構設計還大大緩解了列車通過臺面時的沖擊力，保證了列車運行的安全。4.維護保養簡單。由于采用了無基坑結構，不會產生積水、積灰、積雪的情況，大大降低了維護人員的工作強度。

5 結語

隨著動態軌道衡技術的不斷發展，無基坑不斷軌動態軌道衡是在不斷軌動態軌道衡技術基礎上發展起來的鐵路貨車計量的新技術，它整合了傳統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，取消了傳統不斷軌動態軌道衡的稱體結構，具備了安裝施工簡單、基礎牢固穩定、計量安全可靠、維護保養簡單的特點。具有較好的使用和推廣價值，為我局的貨運計量工作發揮了重要的作用。

參考文獻

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[3] 段小軍，伍新鵬.標準軌道衡檢定管理系統的開發.鐵道技術監督，2006，34（4）：31-32