金少月 中國鐵路上海局集團(tuán)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(yùn)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(dòng)態(tài)軌道衡、鐵道貨車超偏載檢測裝置等計(jì)量和安全檢測設(shè)備來進(jìn)行監(jiān)控。靜態(tài)軌道衡、動(dòng)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(jìn)行計(jì)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(yùn)行途中的鐵路貨車進(jìn)行超載、偏載、偏重狀態(tài)的安全監(jiān)控。因此，貨運(yùn)計(jì)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(yùn)輸安全。

2 鐵路計(jì)量設(shè)備的配置和技術(shù)狀態(tài)存在的問題

根據(jù)貨運(yùn)計(jì)量安全檢測監(jiān)控的“控制裝車源頭，強(qiáng)化途中監(jiān)控”、“貨運(yùn)計(jì)量安全檢測全覆蓋”和設(shè)備“先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用、可靠”等管理要求，目前上海局集團(tuán)公司管內(nèi)用于對鐵路貨車計(jì)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(yùn)輸過程中進(jìn)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(yùn)輸安全造成了隱患。

鐵路貨運(yùn)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(jìn)行全覆蓋的檢測，由于檢測結(jié)果不準(zhǔn)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(bǔ)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(hù)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(shí)度要求較高，設(shè)備的安裝和維修影響線路運(yùn)行時(shí)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(dú)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(jī)、防浪涌保護(hù)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(diǎn)

軌道衡的承載結(jié)構(gòu)是按簡支梁原理設(shè)計(jì)成帶有牛腿結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架單邊獨(dú)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(dú)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。縱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(dòng)。承載后模塊相互間不會(huì)因?yàn)闄M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(dú)立的轉(zhuǎn)向架單邊獨(dú)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(diǎn)碼值、自動(dòng)尋址修正傳感器參數(shù)、在顯示界面上同時(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(yùn)用檢衡車通過對各轉(zhuǎn)向架單邊獨(dú)立承載模塊的重復(fù)性檢測，并運(yùn)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(jì)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(dòng)釋放鋼結(jié)構(gòu)形變或熱脹冷縮的影響，不會(huì)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(diǎn)偏移和計(jì)量失準(zhǔn)，如圖3。一旦貨車進(jìn)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(gè)承載模塊所承載的載荷不會(huì)產(chǎn)生力矩，因此每個(gè)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(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對貨車的稱重計(jì)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(jì)圖

多功能雙臺面數(shù)字指示軌道衡是由兩個(gè)獨(dú)立的單臺面串聯(lián)組合為一體，每次檢定時(shí)需分別對兩個(gè)臺面進(jìn)行檢定，所以一旦更換某個(gè)臺面的傳感器，可通過另一臺面臨時(shí)建標(biāo)法，實(shí)現(xiàn)對更換傳感器臺面的量值溯源。稱重儀表有主、輔二個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)向架獨(dú)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(dòng)軌道衡和鐵路貨車超偏載檢測裝置的工作原理有機(jī)結(jié)合在一起，在保證貿(mào)易結(jié)算用軌道衡的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確度等級的要求下，還可進(jìn)行超偏載檢測，提升貨車超偏載檢測的準(zhǔn)確度和置信度，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

4 多功能不斷軌自動(dòng)軌道衡研制

多功能不斷軌自動(dòng)軌道衡主要由轉(zhuǎn)向架單邊獨(dú)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(dòng)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(dòng)軌道衡秤體結(jié)構(gòu)布置圖

4.1 技術(shù)特點(diǎn)

承載結(jié)構(gòu)采用左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)向架單邊獨(dú)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(dú)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(dòng)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(gè)整體。

采用限位裝置將左、右轉(zhuǎn)向架單邊獨(dú)立承載模塊進(jìn)行連接，使兩個(gè)轉(zhuǎn)向架單邊獨(dú)立承載模塊所受的力不會(huì)相互傳遞和影響，同時(shí)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(dòng)軌道衡的優(yōu)勢

多功能不斷軌自動(dòng)軌道衡將不斷軌自動(dòng)軌道衡與鐵道貨車超偏載檢測裝置的工作原理有機(jī)結(jié)合在一起，在動(dòng)態(tài)稱重的同時(shí)，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(dòng)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(hù)簡便，維修成本更加節(jié)約。

5 總結(jié)

當(dāng)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(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)計(jì)量和超偏載檢測功能，同時(shí)又能夠滿足安裝工藝簡單，對線路影響小，容易養(yǎng)護(hù)維修，儀表智能化等特點(diǎn)。使用適合的檢測設(shè)備對裝載貨車進(jìn)行稱重計(jì)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(yùn)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。