動態軌道衡在煤炭港口計量中的應用

沈 忱

（秦皇島港股份有限公司第二港務分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

煤炭散物料碼頭煤炭的卸車工作主要是通過翻車機設備來實現的，過程中有對于火車煤炭運載量貨運計量的需求。軌道衡是卸車過程中對于列車煤炭重量進行計量的主要設備。單臺面動態軌道衡是在傳統軌道衡基礎上，實現更高計量精度、速度和可靠性的新型計量設備。在火車進入翻車機房完成煤炭卸車的整個過程中，能夠在不停車的前提下連續動態的實現毛重和皮重計量工作。通過將相應數據匯入系統，結合系統算法，能夠智能實現去皮計算、數據統計、表格編制和打印等一系列功能。通過向系統中錄入車輛信息還能實現偏載和超載等數據計算工作。目前動態軌道衡設備主要應用于港口、煤礦和電力等行業中，用于散物料的計量工作。

1 動態軌道衡的系統構成

軌道衡系統主要由儀表、傳感器、機械秤臺等組成。整套動態軌道衡系統共包含兩套軌道衡設備，分別安裝在翻車機房的入口和出口位置（圖1）。其中，在入口位置安裝的軌道衡主要用于對重車重量進行計量，出口位置軌道衡主要用于對空車重量進行計量。

圖1 軌道衡系統

1.1 軌道衡儀表

軌道衡儀表的主要作用是將壓力剪力傳感器收集的模擬信號進行放大，并完成A/D 轉換。在完成轉換后，將信號發送至軌道衡系統主機，通過電腦軟件進行稱重數據的分析和計算，得到對應的稱重數據。

1.2 軌道衡傳感器

軌道衡傳感器的原理是通過電阻應變實現電信號傳導。電阻應變傳感器的原理是列車通過衡體時，電阻應變片在外力作用下發生機械形變，由于金屬發生形變時電阻值會隨之產生一定的改變，進而實現稱重功能。衡體的承重梁下安裝有用于稱重的壓力傳感器，安裝位置位于衡體的4 個角部。在鋼軌軌腰的位置安裝有剪力傳感器，作用有列車空重與皮重的采集及剪力與壓力的重量合成，同時還能對火車輪軸進行識別。軌道衡使用的電阻應變傳感器適應各種惡劣工況、成品小型化、整體化和多樣化，同時具備結構簡單、高精度、較大的測量范圍、良好的使用周期和更好的響應頻率等優勢。動態軌道衡分別選用了4 個電阻應變式的剪力傳感器和壓力傳感器，對于動態軌道衡稱重的應用起到重要作用。

2 動態軌道衡稱重原理

當火車行駛經過軌道衡到達軌道衡測量位置，由軌道衡的壓力傳感器承擔車廂重量。傳感器將車重轉換為電信號，由信號放大裝置進行信號放大和濾波及A/D 轉換，信號進入數據處理系統后接下來進行濾波、數據收集和車號識別等步驟，同時通過將車速信息引入數據處理系統進行相應的補償校正工作，以實現動態軌道衡的高精度稱重。相較斷軌軌道衡采用的模擬信號傳輸模式，長臺面軌道衡使用的是數字信號傳輸，具有一定優勢。數字稱重傳感器選用A/D 轉換電路，數字傳感器的數字化傳輸和濾波技術能夠使傳感器實現更強的抗干擾性能和更遠的傳輸距離。數字傳感器的模擬信號傳輸距離短，傳感器外殼也能夠實現更好的屏蔽效果，保障數字傳感器更好的抗干擾能力，有效提高傳感器的穩定性。

數字傳感器還具備易于維護的優勢。數字傳感器選用航空插頭連接，保證了足夠的防護等級以及傳感器與電纜間相互獨立。數字傳感器傳輸數字信號，改變電纜長度對衡器稱量精度不會造成影響，維護時進行電纜、傳感器的更換更加方便。在更換傳感器時系統不需要重新進行標定，只要在新更換傳感器中重新錄入信息即可。數字傳感器還能保證系統的不間斷工作狀態，當儀表檢測到個別傳感器發生損壞時，能夠切換至不間斷工作狀態，可在一定時間范圍內保證稱重精度，不會對生產造成影響。在此過程中，儀表會向用戶提供更換傳感器的信號，給更換傳感器預留充足時間。

數字稱重傳感器同時具備智能化的軟件補償功能，通過相關補償工藝和電路，能夠及時進行線性、滯后、蠕變等參數的補償。內置的溫度傳感器還可以通過軟件實現實時溫度補償功能，能夠有效的實現稱重數據的診斷與校正。

長臺面動態軌道衡秤體設計方面將兩主梁設計為獨立梁形式，目的是在火車通過軌道衡時，令兩側傳感器采集數據進入不同的信號處理通道，實現稱重信號的判斷和識別工作，整個過程中兩主梁獨立工作。在數據處理系統中，單側傳感器的稱重數據將分別顯示，有效的實現軌道衡的補償校正功能。動態軌道衡儀表主要包含A/D 轉換裝置、主機、信號調理系統和電源等組成部分（圖2）。

圖2 動態軌道衡儀表

動態軌道衡儀表的原理是將傳感器信號匯入信號調理系統，通過信號放大濾波后，將信號傳送至A/D 轉換裝置，最終匯入控制器。隨后，經控制器將數字信號匯入計算機，通過計算機進行運算，實現動態稱重功能。動態軌道衡儀表的優勢在于能夠同時處理8 路信號，在完成數據高效采集的同時，對衡體不同傳感器進行監控。從各個傳感器采集的模擬量信號可以分別匯入信號調理模塊的輸入端，分別進行信號放大和濾波，能夠有效消除信號干擾的影響。采用高精度、高共模抑制比的AD 芯片，具備屏蔽溫度、噪聲影響等特點，具備更高可靠性。動態軌道衡選用的濾波器具備三級濾波功能，具備低通濾波和低通濾波電路等功能，有效避免選用多傳感器易產生的高頻干擾問題，具備較強的抗干擾能力。多傳感器的選用也有效避免了單信號傳輸易造成的傳輸信號丟失問題。動態軌道衡設備還加裝了電位器，用于增益和零點調整，可有效控制各組信號的一致度。

3 動態軌道衡的安裝

動態電子軌道衡的安裝主要包括稱重臺面機械和稱重電氣系統兩大部分。稱重臺面機械部分的安裝主要分為，出廠安裝和現場安裝。稱重臺面在出廠時已經完成組裝，實現整體性安裝，在將臺面運送至現場后通過吊車將整個稱重臺面吊裝至指定位置，再將橫梁基礎與預埋板進行焊接固定。此時升起稱重梁，留下充足的傳感器安裝空間，將傳感器安裝到位后稱重梁下落壓實，即可完成機械稱重臺面的安裝。安裝電氣部分設備時，首先應檢查軌道衡的數據采集及工控設備外觀是否完好。采用適當方式將數據采集系統中的各個信號通道與傳感器信號線進行連接。為了避免安裝過程中出現傳感器數據線長度不夠的情況，可以通過使用相應的信號通道箱來實現中轉功能，進而將數據線連接至軌道衡室的調理板通道內。在完成接線工作后，要對各個信號線的電阻進行測試，保證接線正確。完成以上工序后，打開數據采集系統電源開關，軟件正常啟動后即可進入正常稱重狀態。

4 動態軌道衡的標定

在動態軌道衡設備結束安裝和調試過程后，需要國家檢衡站對軌道衡進行標定，對軌道衡是否符合計量器具的相關標準進行判斷。標定過程嚴格遵循動態軌道衡檢定規程的規范要求，使用5 列不同標準重量的砝碼車，依據規程規定順序進行編組在動態軌道衡上進行往返稱重，共分為動態測試和靜態測試兩部分進行，理論上靜態誤差數值低于動態誤差。在完成檢測后，檢測結果若在標準值誤差范圍內，則動態軌道衡檢定合格可正常使用。

5 維護與保養

5.1 日常點檢

為保證煤炭港口計量的精度，需要保證軌道衡長期處于正常的運行狀態。在動態軌道衡點檢中，應按照機械、電氣的分類分別進行點檢，按先室外后室內、先基坑后臺面的順序進行。在電氣設備點檢中，應保證軌道衡儀表功能正常，標識未出現破損，在檢定有限期內，數值沒有發生竄動現象。同時在軌道衡接線盒內保持干燥，盒內無異物，接線未出現破損情況。在機械部分點檢過程中，首先應觀察衡體無積水和垃圾，表面清潔，無被異物卡頓現象，同時要注意衡體各個方向的拉桿是否有銹蝕情況，衡體基礎是否出現下沉，基礎板地腳螺栓是否有斷裂或松動的現象。在傳感器被衡體壓實后，點檢過程中應當保證傳感器鋼球不存在轉動現象，連接線外觀無破損，傳感器位置未發生竄動。

5.2 日常保養

在動態軌道衡的日常保養過程中，對于傳感器和相應螺栓的機械結構部分要求較高。對于限位裝置、壓板螺栓和鏈接螺栓均應定期涂抹潤滑脂，并做好相應的防銹工作，尤其應注意傳感器支撐點位置。在軌道衡使用過程中，應及時檢查限位位置有無出現竄動，點檢人員應及時進行調整。由于動態軌道衡傳感器為精密儀器，在通電狀態下禁止對于機械結構進行電焊作業和維護，避免造成傳感器損壞。在動態軌道衡的磅房，應配備有相應的消防、安保設施，同時保證室內溫濕度滿足儀表的使用要求。

6 結語

動態軌道衡系統在煤炭港口計量中的應用，通過綜合使用機電、軟件等多方面的先進技術，有效避免火車對軌道衡臺面沖擊造成的計量精度的下降。實踐檢驗證明了動態軌道衡計量系統對煤炭港口的計量精度、現場安全和數據有效性等方面都能提供可靠的保障。