軌道車輛四點(diǎn)稱重設(shè)備的研制

葉亞光

摘要：軌道車輛車身的重量均勻的分配，對行車過程的平穩(wěn)和安全有十分重要的影響。在軌道車輛落輪之前，需精確測得列車車體四角承載重量，為下一步轉(zhuǎn)向架裝配后整車落車找平提供依據(jù)，確保軌道車輛實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡。為了能夠?qū)囕v進(jìn)行精確稱重，基于跨座式單軌的車輛特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種四點(diǎn)稱重設(shè)備，同步對車體四角進(jìn)行稱重，并用模擬量信號顯示四點(diǎn)重量，為車輛調(diào)平提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;稱重設(shè)備;四點(diǎn);仿真

0 引言

軌道車輛具有運(yùn)輸量大、能耗低、安全性高、方便以及全天候運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。隨著軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，軌道車輛的數(shù)量不斷增長，對軌道車輛性能也提出了更高的要求。

軌道車輛稱重主要有兩個(gè)目的：1、為了把車身的重量均勻的分配在各個(gè)車輪上，保證行車過程的平穩(wěn)和安全;2、為了控制軌道車輛車體的重量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，在車輛落輪前需對車體進(jìn)行稱重。

傳統(tǒng)車輛稱重方法中，一般采用地磅式整車稱量的方法。該方法無法精確測得列車車體四角承載重量，無法為下一步轉(zhuǎn)向架裝配后整車落車找平提供依據(jù)，這樣會導(dǎo)致軌道車輛無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡。針對這一情況，本文設(shè)計(jì)了一種軌道車四點(diǎn)稱重設(shè)備，不僅可以應(yīng)用于跨座式單軌，也可以用于市域動(dòng)車、快軌等不同車型、不同軸距的車輛稱重。

1總體設(shè)計(jì)

設(shè)備包括機(jī)械部分和電氣部分。機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)包括壓頭、升降機(jī)、立柱、絲杠組件、底座等。電氣部分的載荷傳感器與所述變送器一對一連接，變送器將傳感器采集的重量值轉(zhuǎn)化為電流信號并傳送至PLC主機(jī)，由主機(jī)內(nèi)將電流信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化傳送至觸摸屏。

2 機(jī)械部分

機(jī)械部分主體結(jié)構(gòu)如下圖所示。主要包括壓頭、升降機(jī)、立柱、絲杠組件、底座等部分。

底座部分采用偏心雙腹板梁焊接結(jié)構(gòu)，對頂面及底面進(jìn)行機(jī)械加工。絲杠組件提供橫向移動(dòng)的能力，并在稱重過程利用絲杠的自鎖能力實(shí)現(xiàn)立柱鎖定。直線導(dǎo)軌提供立柱與底座連接、滑動(dòng)。

升降機(jī)通過手動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)傳感器的上下運(yùn)動(dòng)，該功能可實(shí)現(xiàn)測量過程中四點(diǎn)力的調(diào)整，為墊片厚度選區(qū)提供數(shù)據(jù)。升降機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)螺旋升降機(jī)進(jìn)行改制，在升降絲桿端部加工導(dǎo)向、導(dǎo)柱套管。導(dǎo)柱套管提供安裝傳感器的基準(zhǔn)面。

升降機(jī)選取為10噸推力型，速度為手動(dòng)一轉(zhuǎn)頂部上升0.25mm。在此按10噸壓力，升降機(jī)機(jī)械效率0.3的情況下，需要輸入扭矩為25.6Nm，可以實(shí)現(xiàn)人力操作調(diào)整軌道車輛位置。

壓頭為車廂與車體間接觸過渡單元，作用在于保護(hù)傳感器、提供與車體的一定接觸面積，防止車體接觸部分壓潰。壓頭采用45鋼調(diào)質(zhì)直接加工而成，頂面接觸直徑34mm，按車廂單點(diǎn)接觸重力10噸力計(jì)算時(shí)，其接觸壓應(yīng)力為110Mpa，滿足設(shè)備的使用需求。

3 電氣部分

電氣部分包括四個(gè)載荷傳感器、四個(gè)變送器、一個(gè)PLC主機(jī)和一個(gè)HMI觸摸屏，傳感器分布在軌道車輛車體的四個(gè)稱重點(diǎn)處，與變送器一對一連接，變送器將傳感器采集的重量值轉(zhuǎn)化為電流信號并傳送至PLC主機(jī)，由PLC主機(jī)內(nèi)的模擬量模塊對電流信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化并將轉(zhuǎn)化出的數(shù)據(jù)傳送至HMI觸摸屏顯示。

電氣系統(tǒng)由電源模塊進(jìn)行供電，為變送器提供DC24V電壓，變送器為載荷傳感器提供DC10V的電壓;電源模塊為PLC主機(jī)的模擬量模塊以及HMI提供DC24V電源，PLC主機(jī)電源為AC220V電源。

電氣系統(tǒng)與PC終端各模塊之間的通訊方式為：PLC主機(jī)與PC通訊方式為USB-PPI通訊;HMI與PC之間的通訊方式為以太網(wǎng)通訊;PLC與HMI通訊采用RS485的方式通訊。如下圖所示。

車體的稱重點(diǎn)作用在載荷稱重傳感器上，載荷傳感器輸出的毫伏級信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)化發(fā)送給PLC模擬量模塊，PLC的模擬量模塊會根據(jù)載荷傳感器輸出信號與重量之間的函數(shù)關(guān)系處理數(shù)據(jù)，并輸出給HMI，HMI會顯示四個(gè)載荷稱重傳感器檢測的重量，然后由PC終端根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)差異來調(diào)節(jié)車體的重量分配。

4 仿真分析

軌道車四點(diǎn)稱重設(shè)備是軌道車輛架修以及臨修的關(guān)鍵設(shè)備，使用頻率較為頻繁，其結(jié)構(gòu)的安全性直接關(guān)系到被檢修車輛的安全。因此，對其整體部件進(jìn)行了有限元分析。有限元計(jì)算結(jié)果如下圖所示。其所有承載部件均具有足夠的強(qiáng)度和安全系數(shù)，滿足使用要求。

5 結(jié)束語

軌道車輛四點(diǎn)稱重裝置由四個(gè)稱重組件同步對車體四角進(jìn)行稱重，能夠提高測量精度，同時(shí)該稱重組件能夠在導(dǎo)軌上調(diào)整相對間距，并能通過升降機(jī)調(diào)節(jié)測量高度，采用柔性化設(shè)計(jì)，簡化了車輛稱重作業(yè)流程，提高了檢修效率。