新型多功能軌道衡的研制

金少月 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 概述

控制鐵路貨車裝車質(zhì)量是確保鐵路貨物運輸安全的重要環(huán)節(jié)。目前鐵路貨車裝載質(zhì)量監(jiān)控主要依靠靜態(tài)軌道衡、動態(tài)軌道衡、鐵道貨車超偏載檢測裝置等計量和安全檢測設(shè)備來進行監(jiān)控。靜態(tài)軌道衡、動態(tài)軌道衡主要設(shè)置在具有鐵路專用線的企業(yè)和鐵路貨場，用于對鐵路貨車進行計量和超載檢測；鐵道貨車超偏載檢測裝置主要安裝于鐵路貨檢站，用于對運行途中的鐵路貨車進行超載、偏載、偏重狀態(tài)的安全監(jiān)控。因此，貨運計量安全檢測設(shè)備的合理配置及產(chǎn)品質(zhì)量的好壞直接影響到對鐵路貨車裝載質(zhì)量的檢測監(jiān)控置信度，關(guān)聯(lián)到鐵路運輸安全。

2 鐵路計量設(shè)備的配置和技術(shù)狀態(tài)存在的問題

根據(jù)貨運計量安全檢測監(jiān)控的“控制裝車源頭，強化途中監(jiān)控”、“貨運計量安全檢測全覆蓋”和設(shè)備“先進、成熟、經(jīng)濟、適用、可靠”等管理要求，目前上海局集團公司管內(nèi)用于對鐵路貨車計量和安全檢測監(jiān)控設(shè)備的配置和技術(shù)狀態(tài)存在以下待解決的問題。

絕大多數(shù)具有鐵路專用線的企業(yè)。只安裝了用于貿(mào)易結(jié)算用的軌道衡，沒有安裝偏重、偏載檢測設(shè)備，因此，操作人員在貨車裝載過程中不能了解貨車的偏載值，從而無法合理調(diào)配裝載貨物在貨車車廂內(nèi)的均勻分布和控制裝載量，其鐵路貨車裝載的偏重、偏載狀況是處于失控管理狀態(tài)，裝載后的貨車在交付鐵路交接站運輸過程中進行超偏載檢測，一旦被檢測出超偏載貨車，將無法截留處置，給鐵路運輸安全造成了隱患。

鐵路貨運站對貨車裝載的超偏載檢測主要依靠鐵道車輛輪重測定儀來檢測，而鐵道車輛輪重測定儀因存在檢測精度不穩(wěn)定、人員操作安全隱患較多、檢測效率低下等因素，不能對裝載貨車進行全覆蓋的檢測，由于檢測結(jié)果不準確或漏檢，也曾發(fā)生多起貨車裝載的偏載事件，加之鐵道車輛輪重測定儀其檢測結(jié)果無法作為貿(mào)易結(jié)算依據(jù)，僅可作為安全檢測裝置使用，對超載貨物的補收易產(chǎn)生爭議。

鐵路貨檢站安裝的鐵道貨車超偏載檢測裝置投資較大，養(yǎng)護成本高，設(shè)備安裝需要換特制軌枕，對線路幾何尺寸整治和道砟的密實度要求較高，設(shè)備的安裝和維修影響線路運行時間長，加之設(shè)備故障率較高，故無法在鐵路貨場和鐵路專用線推廣使用。

3 多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡研制

多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡由轉(zhuǎn)向架單邊獨立承載模塊、防爬底架、鉸接式橫向限位拉桿裝置、橫向限位裝置、縱向限位裝置、稱重傳感器、稱重儀表、接線盒、稱量鋼軌、防爬鋼軌、軌道過渡裝置、走行結(jié)構(gòu)、工控機、防浪涌保護器、UPS隔離穩(wěn)壓電源、控制柜、稱重管理軟件、基礎(chǔ)（含防爬基礎(chǔ)）等組成。

3.1 技術(shù)特點

軌道衡的承載結(jié)構(gòu)是按簡支梁原理設(shè)計成帶有牛腿結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架單邊獨立承載模塊，通過橫向鉸接式連接和限位、縱向頂針式限位的方式，構(gòu)成兩兩對應(yīng)并串聯(lián)在一起的靜定簡支梁結(jié)構(gòu)，如圖1。

圖1 多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡總裝圖

各轉(zhuǎn)向架單邊獨立承載模塊的橫向限位采用鉸接式橫向限位拉環(huán)裝置，可有效控制鋼軌的軌距變化?？v向限位采用頂針式裝置，可有效控制承載結(jié)構(gòu)的縱向位移和竄動。承載后模塊相互間不會因為橫向限位和縱向限位產(chǎn)生力矩傳遞。

軌道衡的稱重系統(tǒng)是由四套相對獨立的轉(zhuǎn)向架單邊獨立稱重模塊組合而成。

智能稱重儀表具有能使傳感器數(shù)字化、顯示傳感器零點碼值、自動尋址修正傳感器參數(shù)、在顯示界面上同時顯示貨車稱量值、各轉(zhuǎn)向架單邊車輪稱量值、偏載值的功能智能。

3.2 與數(shù)字指示軌道衡的比較

數(shù)字指示軌道衡的承載結(jié)構(gòu)為框架式連續(xù)梁，其通過8只傳感器支撐承載結(jié)構(gòu)如圖2，多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡的承載結(jié)構(gòu)由四個簡支梁式承載模塊通過鉸接式橫向限位拉環(huán)和縱向限位頂針組合而成，每個承載模塊通過4只傳感器支撐。

圖2 傳統(tǒng)數(shù)字指示軌道衡結(jié)構(gòu)圖

數(shù)字指示軌道衡的稱重結(jié)果只能是貨車的整車重量，多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡的稱重結(jié)果是得出貨車的每個轉(zhuǎn)向架單邊車輪質(zhì)量，然后通過稱重儀表合成后得到貨車的整車重量。

多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡的超偏載性能檢測是運用檢衡車通過對各轉(zhuǎn)向架單邊獨立承載模塊的重復性檢測，并運用JJG(鐵道)129-2004《鐵道貨車超偏載檢測裝置》檢定規(guī)程中的偏載率、偏重差計算方法得出誤差值。

3.3多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡的優(yōu)勢

多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡的承載結(jié)構(gòu)為為分段式鋼軌，能自動釋放鋼結(jié)構(gòu)形變或熱脹冷縮的影響，不會產(chǎn)生梁的扭曲和拱翹，傳感器的受力狀態(tài)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生軌道衡的零點偏移和計量失準，如圖3。一旦貨車進入稱量區(qū)，貨車質(zhì)量通過承載結(jié)構(gòu)傳遞到所在臺面的所有傳感器承載，且因采用鉸接式橫向限位和頂針式縱向限位；每個承載模塊所承載的載荷不會產(chǎn)生力矩，因此每個承載模塊只將所承載的轉(zhuǎn)向架單邊車輪載荷傳遞到模塊自身的傳感器承載，通過稱量得到其稱量值，經(jīng)稱重儀表運算，實現(xiàn)對貨車的稱重計量和超偏載檢測。

圖3 多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡三維設(shè)計圖

多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡是由兩個獨立的單臺面串聯(lián)組合為一體，每次檢定時需分別對兩個臺面進行檢定，所以一旦更換某個臺面的傳感器，可通過另一臺面臨時建標法，實現(xiàn)對更換傳感器臺面的量值溯源。稱重儀表有主、輔二個顯示界面，主界面用于顯示貨車稱重的整體稱量值，輔助界面用于顯示每個轉(zhuǎn)向架獨立稱重模塊對承載轉(zhuǎn)向架單邊車輪的稱量值以及貨車前后轉(zhuǎn)向架、整車的偏載、偏重值。多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡將靜態(tài)電子軌道衡、自動軌道衡和鐵路貨車超偏載檢測裝置的工作原理有機結(jié)合在一起，在保證貿(mào)易結(jié)算用軌道衡的靜態(tài)、動態(tài)準確度等級的要求下，還可進行超偏載檢測，提升貨車超偏載檢測的準確度和置信度，實現(xiàn)一機多用。

4 多功能不斷軌自動軌道衡研制

多功能不斷軌自動軌道衡主要由轉(zhuǎn)向架單邊獨立承載模塊、限位裝置、柱式稱重傳感器、卡扣式軌腰傳感器模塊（剪力傳感器）、車號自動識別系統(tǒng)、稱重儀表等組成。秤體結(jié)構(gòu)布置圖如圖4。

圖4 多功能不斷軌自動軌道衡秤體結(jié)構(gòu)布置圖

4.1 技術(shù)特點

承載結(jié)構(gòu)采用左、右兩個轉(zhuǎn)向架單邊獨立承載模塊，通過與稱重傳感器、卡扣式軌腰傳感器模塊和稱重儀表的結(jié)合，形成兩套相對獨立的轉(zhuǎn)向架單邊稱重系統(tǒng)，如圖5。

圖5 多功能不斷軌自動軌道衡結(jié)構(gòu)示意圖

軌道衡的剪力傳感器采用卡扣式軌腰傳感器模塊。該模塊是將鋼軌視為傳感器彈性體，通過使用彈性夾具，將卡扣式軌腰傳感器固定在鋼軌的軌腰上，從而使其與鋼軌成為一個整體。

采用限位裝置將左、右轉(zhuǎn)向架單邊獨立承載模塊進行連接，使兩個轉(zhuǎn)向架單邊獨立承載模塊所受的力不會相互傳遞和影響，同時牽制了有效稱量區(qū)域內(nèi)軌道的軌距變化。

4.2 多功能不斷軌自動軌道衡的優(yōu)勢

多功能不斷軌自動軌道衡將不斷軌自動軌道衡與鐵道貨車超偏載檢測裝置的工作原理有機結(jié)合在一起，在動態(tài)稱重的同時，能夠顯示出貨車的整車、轉(zhuǎn)向架整體、轉(zhuǎn)向架單邊車輪輪載質(zhì)量和貨車的縱向橫向偏載值以及車輛的相關(guān)信息。

多功能不斷軌自動軌道衡安裝在承載基礎(chǔ)上，線路幾何形態(tài)相對固定，因此，與鐵道貨車超偏載檢測裝置相比，其稱重結(jié)果精度更高，穩(wěn)定性好，設(shè)備故障少，維護簡便，維修成本更加節(jié)約。

5 總結(jié)

當今衡器產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是智能化和多功能化。近年來，鐵路部門和鐵路專用線企業(yè)為了實現(xiàn)貨車裝載質(zhì)量的源頭控制，迫切希望能夠?qū)④壍篮獾姆Q重計量功能和鐵道貨車超偏載檢測裝置的偏載檢測功能融合在一起，同步實現(xiàn)計量和超偏載檢測功能，同時又能夠滿足安裝工藝簡單，對線路影響小，容易養(yǎng)護維修，儀表智能化等特點。使用適合的檢測設(shè)備對裝載貨車進行稱重計量，不僅是為了獲取裝載貨物的貿(mào)易結(jié)算依據(jù)，還可源頭控制貨車的裝車質(zhì)量，是確保鐵路貨物運輸安全不可缺失的重要環(huán)節(jié),這也是未來軌道衡新產(chǎn)品的主要研究方向。