基于觀光小火車的稱重調簧工藝研究

陶慶重，段智深，陳衛(wèi)忠

（株洲中車特種裝備科技有限公司，湖南株洲412001）

0 引言

隨著旅游市場發(fā)展，景區(qū)中旅游觀光小火車的需求也日益提升。但目前國內游覽車輛或其他帶轎廂部件的稱重調簧[1]設備還沒有相應的專門設備，無明確的工藝方法來獲得觀光小火車上每根軸及彈簧的受力情況，不能確定輪對受到的壓力是否相同，而該力傳遞至軌道不僅會影響軌道牽引黏著力的有效發(fā)揮，還會導致車輪在運行中造成多邊形磨損和雙輪不對稱磨損，甚至會對車輛的正常運營、壽命產生不利影響。而使用稱重調簧設備的工藝方法，可以有效地測量出軸的受力情況，并在生產過程中調整分配各軸的承重力[2]，以保證車輪傳遞至軌道的壓力處于允差范圍之內。

1 工藝裝備總體方案要求

本稱重調簧系統(tǒng)適用于游樂設備檢測稱重，出廠前輪重、軸重和整車質量的檢測[3]，并通過計算機處理后給出車輛各支點的質量數(shù)據(jù)，還可計算出機車車輛平面重心，打印并保存報告。采用柔性可調支撐及移動式安裝平臺，用以不同類型車輛稱重調整（將稱重模塊安裝到架車墩上）。該系統(tǒng)由4臺稱重模塊組成，能保證被檢測游覽車箱在設備的4支點處同時稱重。為限制稱重模塊拖板自由擺動，在模塊四周安裝限位控制受力方向。

該系統(tǒng)在-10～55 ℃、相對濕度不高于90%的條件下能正常工作。工作電壓為（220±15）V，50 Hz。系統(tǒng)所有顯示同步一致，打印的數(shù)據(jù)和顯示的數(shù)據(jù)無誤差，每個稱重單元最大稱重質量為4.4 t（單點質量），整車質量≤18 t。

2 工藝裝備原理及使用

2.1 稱重調簧組成

1）該系統(tǒng)由1套IND880設備[4]（包含顯示儀表1臺、傳感器4件）和1套柔性工裝（包含支撐平臺2件，傳感器擺放墩柱4件）組成，如圖1～圖3所示。

圖1 傳感器

圖2 880顯示儀表

2）稱重設備精度校準。在設備正式使用前，對產品進行校準。如圖4所示，將框架放置在稱重調簧設備的感應點上，去毛重，讓設備顯示歸零，然后選擇砝碼，在2～4 t、6～10 t、11～13 t等3個范圍內各選擇1個已知質量的砝碼加載到框架上，通過對系統(tǒng)內置軟件電信號的系數(shù)調整控制檢測數(shù)據(jù)輸出結果總質量與砝碼誤差為±20 kg（如砝碼質量5 t，而輸出信號顯示4 t，可以對軟件的電信號乘以系數(shù)1.25，調整輸出信號顯示成5 t），然后換第2個砝碼和第3個砝碼直接放置在框架上，不再對電信號系數(shù)進行調整。如果兩次同樣誤差為±20 kg，則設備正常，可以對車體開始進行稱重。在第1次校準完成后，后續(xù)至少每年需要進行一次校準[5]，如果誤差超過±20 kg，則需更換設備中的傳感器并重新校準。

圖3 墩柱及柔性可調支撐及移動式安裝平臺

圖4 設備精度校準

2.2 稱重調簧使用

1）傳感器位置調整。首先測量車體底架4處轉向架連接板支撐位置距離，并將設備的墩柱按照車體的測量尺寸一一對應并擺放好，保證傳感器與產品的彈簧位置一致，以確保彈簧能準確落到傳感器上。測量某車型車體轉向架連接板支撐位置寬度L1=820 mm，前后兩轉向架連接板支撐位置長度L2=6000 mm。墩柱可在平臺上進行左右移動，但不能在平臺上前后移動，故左右寬度通過調節(jié)墩柱來實現(xiàn)，前后長度則調節(jié)擺放平臺來實現(xiàn)。

2）平臺水平調整。調整好位置后，使用水平儀檢測墩柱四角的水平高度，當四角高度不一致時，通過調節(jié)平臺底部的螺桿對平臺的一端進行升降。在對平臺調整完成后，再對傳感器高度進行復查，確保傳感器高度一致。

3）將設備擺放好后，將880操作儀表與傳感器相連接。注意接口的位置，如若接口位置錯位，會導致顯示的讀數(shù)與實際的質量出現(xiàn)不對應的情況。除此之外還需要注意，為避免發(fā)生碰撞損壞設備，此過程中880操作儀表與墩柱的最近距離需大于2 m，且不能放置在車體轉運的路上（如圖5）。

圖5 稱重擺放示意圖

4）確認連接儀器連接無誤后，打開電源，使用該車型專用吊具，將車體吊轉至設備上方，再緩慢落下，由目視的方式，確保被稱重的車體落在設備的感應點上（如圖6）。天車下落時，當快接近傳感器時，則需降低下落速度，避免傳感器受到沖擊而超出量程。因傳感器可在3～5 mm范圍內晃動，因此需要等880操作儀表讀數(shù)穩(wěn)定后才能進行讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù)。如讀數(shù)誤差過大，則需要在讀數(shù)較低的一側增加墊塊[6]。墊塊采用圖8所示的鋁合金薄板制成。如圖7所示，墊塊增加位置位于白色聚氨酯墊下方，采用螺栓進行固定。一般增加墊塊的數(shù)量需要通過預估和反復嘗試。在增加墊塊時，需要將車體再次使用專用吊具吊起，并將墊塊固定好后，再將天車緩慢下落，重復該過程，直至880顯示儀表讀數(shù)在誤差范圍內。再記錄墊塊的增加數(shù)量及尺寸等。最終保證4點的數(shù)值誤差小于車體總重的5%。每處加墊高度不超過15 mm，如果超過，則需要由設計人員重新對車體配重進行分配。

圖6 稱重示意圖

圖7 墊塊增加位置

圖8 墊塊

2.3 工藝優(yōu)勢及數(shù)據(jù)的使用

1）通過收集的數(shù)據(jù)，可計算出車體的水平質心[7]所在（如表1）。

圖9 稱重水平質心計算模擬圖

表1 某車型水平質心計算表

平面質心計算公式為：

該計算方式是以被測物體的中心點為坐標原點（0，0）計算質心（x,y）（如圖9）。

2）工藝中采用的稱重設備為柔性的稱重調簧設備。在寬度方向上，該設備的稱重受力點（傳感器）可在墩柱擺放平臺上實現(xiàn)3 m范圍內的雙向移動；在長度方向上，可無限制移動。因此，該設備可適用性極廣。

3）該工藝所得到的稱重數(shù)據(jù)不僅僅是整車的質量，還能得到車體的四角是否存在受力偏差[8]，以便于在對轉向架進行安裝時，根據(jù)受力偏差的量來增加墊塊以實現(xiàn)車輪的受力一致，從而延長車輪的使用壽命，進而增加整車的使用壽命和安全系數(shù)。同時將該數(shù)據(jù)提供給設計部門，設計部門可以根據(jù)數(shù)據(jù)對車廂的配重進行合理的分配，使其軸重分布均勻[9]，便于后續(xù)對同車型的設計優(yōu)化。

3 結語

通過該工藝過程可以了解具體軸重的分布情況及其受力的不同。在后續(xù)安裝轉向架和車體時，可根據(jù)車體的每個稱重點受力偏差量對轉向架進行墊高，從而使車輪的受力達到基本一致，減小車輪的多邊磨損和不對稱磨損，進而達到增長整車使用壽命和保證車輛行駛安全的效果。該工藝方法已經在公司內部進行實際應用并取得了良好的效果。