沈 忱

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)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(jī)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，過程中有對(duì)于火車煤炭運(yùn)載量貨運(yùn)計(jì)量的需求。軌道衡是卸車過程中對(duì)于列車煤炭重量進(jìn)行計(jì)量的主要設(shè)備。單臺(tái)面動(dòng)態(tài)軌道衡是在傳統(tǒng)軌道衡基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)更高計(jì)量精度、速度和可靠性的新型計(jì)量設(shè)備。在火車進(jìn)入翻車機(jī)房完成煤炭卸車的整個(gè)過程中，能夠在不停車的前提下連續(xù)動(dòng)態(tài)的實(shí)現(xiàn)毛重和皮重計(jì)量工作。通過將相應(yīng)數(shù)據(jù)匯入系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)算法，能夠智能實(shí)現(xiàn)去皮計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、表格編制和打印等一系列功能。通過向系統(tǒng)中錄入車輛信息還能實(shí)現(xiàn)偏載和超載等數(shù)據(jù)計(jì)算工作。目前動(dòng)態(tài)軌道衡設(shè)備主要應(yīng)用于港口、煤礦和電力等行業(yè)中，用于散物料的計(jì)量工作。

1 動(dòng)態(tài)軌道衡的系統(tǒng)構(gòu)成

軌道衡系統(tǒng)主要由儀表、傳感器、機(jī)械秤臺(tái)等組成。整套動(dòng)態(tài)軌道衡系統(tǒng)共包含兩套軌道衡設(shè)備，分別安裝在翻車機(jī)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(duì)重車重量進(jìn)行計(jì)量，出口位置軌道衡主要用于對(duì)空車重量進(jìn)行計(jì)量。

圖1 軌道衡系統(tǒng)

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(hào)進(jìn)行放大，并完成A/D 轉(zhuǎn)換。在完成轉(zhuǎn)換后，將信號(hào)發(fā)送至軌道衡系統(tǒng)主機(jī)，通過電腦軟件進(jìn)行稱重?cái)?shù)據(jù)的分析和計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)的稱重?cái)?shù)據(jù)。

1.2 軌道衡傳感器

軌道衡傳感器的原理是通過電阻應(yīng)變實(shí)現(xiàn)電信號(hào)傳導(dǎo)。電阻應(yīng)變傳感器的原理是列車通過衡體時(shí)，電阻應(yīng)變片在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變，由于金屬發(fā)生形變時(shí)電阻值會(huì)隨之產(chǎn)生一定的改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)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(gè)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(shí)還能對(duì)火車輪軸進(jìn)行識(shí)別。軌道衡使用的電阻應(yīng)變傳感器適應(yīng)各種惡劣工況、成品小型化、整體化和多樣化，同時(shí)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精度、較大的測(cè)量范圍、良好的使用周期和更好的響應(yīng)頻率等優(yōu)勢(shì)。動(dòng)態(tài)軌道衡分別選用了4 個(gè)電阻應(yīng)變式的剪力傳感器和壓力傳感器，對(duì)于動(dòng)態(tài)軌道衡稱重的應(yīng)用起到重要作用。

2 動(dòng)態(tài)軌道衡稱重原理

當(dāng)火車行駛經(jīng)過軌道衡到達(dá)軌道衡測(cè)量位置，由軌道衡的壓力傳感器承擔(dān)車廂重量。傳感器將車重轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由信號(hào)放大裝置進(jìn)行信號(hào)放大和濾波及A/D 轉(zhuǎn)換，信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后接下來進(jìn)行濾波、數(shù)據(jù)收集和車號(hào)識(shí)別等步驟，同時(shí)通過將車速信息引入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償校正工作，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)軌道衡的高精度稱重。相較斷軌軌道衡采用的模擬信號(hào)傳輸模式，長(zhǎng)臺(tái)面軌道衡使用的是數(shù)字信號(hào)傳輸，具有一定優(yōu)勢(shì)。數(shù)字稱重傳感器選用A/D 轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字傳感器的數(shù)字化傳輸和濾波技術(shù)能夠使傳感器實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的抗干擾性能和更遠(yuǎn)的傳輸距離。數(shù)字傳感器的模擬信號(hào)傳輸距離短，傳感器外殼也能夠?qū)崿F(xiàn)更好的屏蔽效果，保障數(shù)字傳感器更好的抗干擾能力，有效提高傳感器的穩(wěn)定性。

數(shù)字傳感器還具備易于維護(hù)的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字傳感器選用航空插頭連接，保證了足夠的防護(hù)等級(jí)以及傳感器與電纜間相互獨(dú)立。數(shù)字傳感器傳輸數(shù)字信號(hào)，改變電纜長(zhǎng)度對(duì)衡器稱量精度不會(huì)造成影響，維護(hù)時(shí)進(jìn)行電纜、傳感器的更換更加方便。在更換傳感器時(shí)系統(tǒng)不需要重新進(jìn)行標(biāo)定，只要在新更換傳感器中重新錄入信息即可。數(shù)字傳感器還能保證系統(tǒng)的不間斷工作狀態(tài)，當(dāng)儀表檢測(cè)到個(gè)別傳感器發(fā)生損壞時(shí)，能夠切換至不間斷工作狀態(tài)，可在一定時(shí)間范圍內(nèi)保證稱重精度，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響。在此過程中，儀表會(huì)向用戶提供更換傳感器的信號(hào)，給更換傳感器預(yù)留充足時(shí)間。

數(shù)字稱重傳感器同時(shí)具備智能化的軟件補(bǔ)償功能，通過相關(guān)補(bǔ)償工藝和電路，能夠及時(shí)進(jìn)行線性、滯后、蠕變等參數(shù)的補(bǔ)償。內(nèi)置的溫度傳感器還可以通過軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償功能，能夠有效的實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)的診斷與校正。

長(zhǎng)臺(tái)面動(dòng)態(tài)軌道衡秤體設(shè)計(jì)方面將兩主梁設(shè)計(jì)為獨(dú)立梁形式，目的是在火車通過軌道衡時(shí)，令兩側(cè)傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)入不同的信號(hào)處理通道，實(shí)現(xiàn)稱重信號(hào)的判斷和識(shí)別工作，整個(gè)過程中兩主梁獨(dú)立工作。在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，單側(cè)傳感器的稱重?cái)?shù)據(jù)將分別顯示，有效的實(shí)現(xiàn)軌道衡的補(bǔ)償校正功能。動(dòng)態(tài)軌道衡儀表主要包含A/D 轉(zhuǎn)換裝置、主機(jī)、信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)和電源等組成部分（圖2）。

圖2 動(dòng)態(tài)軌道衡儀表

動(dòng)態(tài)軌道衡儀表的原理是將傳感器信號(hào)匯入信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)，通過信號(hào)放大濾波后，將信號(hào)傳送至A/D 轉(zhuǎn)換裝置，最終匯入控制器。隨后，經(jīng)控制器將數(shù)字信號(hào)匯入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重功能。動(dòng)態(tài)軌道衡儀表的優(yōu)勢(shì)在于能夠同時(shí)處理8 路信號(hào)，在完成數(shù)據(jù)高效采集的同時(shí)，對(duì)衡體不同傳感器進(jìn)行監(jiān)控。從各個(gè)傳感器采集的模擬量信號(hào)可以分別匯入信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端，分別進(jìn)行信號(hào)放大和濾波，能夠有效消除信號(hào)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(diǎn)，具備更高可靠性。動(dòng)態(tài)軌道衡選用的濾波器具備三級(jí)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(chǎn)生的高頻干擾問題，具備較強(qiáng)的抗干擾能力。多傳感器的選用也有效避免了單信號(hào)傳輸易造成的傳輸信號(hào)丟失問題。動(dòng)態(tài)軌道衡設(shè)備還加裝了電位器，用于增益和零點(diǎn)調(diào)整，可有效控制各組信號(hào)的一致度。

3 動(dòng)態(tài)軌道衡的安裝

動(dòng)態(tài)電子軌道衡的安裝主要包括稱重臺(tái)面機(jī)械和稱重電氣系統(tǒng)兩大部分。稱重臺(tái)面機(jī)械部分的安裝主要分為，出廠安裝和現(xiàn)場(chǎng)安裝。稱重臺(tái)面在出廠時(shí)已經(jīng)完成組裝，實(shí)現(xiàn)整體性安裝，在將臺(tái)面運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)后通過吊車將整個(gè)稱重臺(tái)面吊裝至指定位置，再將橫梁基礎(chǔ)與預(yù)埋板進(jìn)行焊接固定。此時(shí)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(shí)，即可完成機(jī)械稱重臺(tái)面的安裝。安裝電氣部分設(shè)備時(shí)，首先應(yīng)檢查軌道衡的數(shù)據(jù)采集及工控設(shè)備外觀是否完好。采用適當(dāng)方式將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的各個(gè)信號(hào)通道與傳感器信號(hào)線進(jìn)行連接。為了避免安裝過程中出現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)線長(zhǎng)度不夠的情況，可以通過使用相應(yīng)的信號(hào)通道箱來實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)功能，進(jìn)而將數(shù)據(jù)線連接至軌道衡室的調(diào)理板通道內(nèi)。在完成接線工作后，要對(duì)各個(gè)信號(hào)線的電阻進(jìn)行測(cè)試，保證接線正確。完成以上工序后，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電源開關(guān)，軟件正常啟動(dòng)后即可進(jìn)入正常稱重狀態(tài)。

4 動(dòng)態(tài)軌道衡的標(biāo)定

在動(dòng)態(tài)軌道衡設(shè)備結(jié)束安裝和調(diào)試過程后，需要國(guó)家檢衡站對(duì)軌道衡進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)軌道衡是否符合計(jì)量器具的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。標(biāo)定過程嚴(yán)格遵循動(dòng)態(tài)軌道衡檢定規(guī)程的規(guī)范要求，使用5 列不同標(biāo)準(zhǔn)重量的砝碼車，依據(jù)規(guī)程規(guī)定順序進(jìn)行編組在動(dòng)態(tài)軌道衡上進(jìn)行往返稱重，共分為動(dòng)態(tài)測(cè)試和靜態(tài)測(cè)試兩部分進(jìn)行，理論上靜態(tài)誤差數(shù)值低于動(dòng)態(tài)誤差。在完成檢測(cè)后，檢測(cè)結(jié)果若在標(biāo)準(zhǔn)值誤差范圍內(nèi)，則動(dòng)態(tài)軌道衡檢定合格可正常使用。

5 維護(hù)與保養(yǎng)

5.1 日常點(diǎn)檢

為保證煤炭港口計(jì)量的精度，需要保證軌道衡長(zhǎng)期處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。在動(dòng)態(tài)軌道衡點(diǎn)檢中，應(yīng)按照機(jī)械、電氣的分類分別進(jìn)行點(diǎn)檢，按先室外后室內(nèi)、先基坑后臺(tái)面的順序進(jìn)行。在電氣設(shè)備點(diǎn)檢中，應(yīng)保證軌道衡儀表功能正常，標(biāo)識(shí)未出現(xiàn)破損，在檢定有限期內(nèi)，數(shù)值沒有發(fā)生竄動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)在軌道衡接線盒內(nèi)保持干燥，盒內(nèi)無異物，接線未出現(xiàn)破損情況。在機(jī)械部分點(diǎn)檢過程中，首先應(yīng)觀察衡體無積水和垃圾，表面清潔，無被異物卡頓現(xiàn)象，同時(shí)要注意衡體各個(gè)方向的拉桿是否有銹蝕情況，衡體基礎(chǔ)是否出現(xiàn)下沉，基礎(chǔ)板地腳螺栓是否有斷裂或松動(dòng)的現(xiàn)象。在傳感器被衡體壓實(shí)后，點(diǎn)檢過程中應(yīng)當(dāng)保證傳感器鋼球不存在轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，連接線外觀無破損，傳感器位置未發(fā)生竄動(dòng)。

5.2 日常保養(yǎng)

在動(dòng)態(tài)軌道衡的日常保養(yǎng)過程中，對(duì)于傳感器和相應(yīng)螺栓的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分要求較高。對(duì)于限位裝置、壓板螺栓和鏈接螺栓均應(yīng)定期涂抹潤(rùn)滑脂，并做好相應(yīng)的防銹工作，尤其應(yīng)注意傳感器支撐點(diǎn)位置。在軌道衡使用過程中，應(yīng)及時(shí)檢查限位位置有無出現(xiàn)竄動(dòng)，點(diǎn)檢人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。由于動(dòng)態(tài)軌道衡傳感器為精密儀器，在通電狀態(tài)下禁止對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行電焊作業(yè)和維護(hù)，避免造成傳感器損壞。在動(dòng)態(tài)軌道衡的磅房，應(yīng)配備有相應(yīng)的消防、安保設(shè)施，同時(shí)保證室內(nèi)溫濕度滿足儀表的使用要求。

6 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)態(tài)軌道衡系統(tǒng)在煤炭港口計(jì)量中的應(yīng)用，通過綜合使用機(jī)電、軟件等多方面的先進(jìn)技術(shù)，有效避免火車對(duì)軌道衡臺(tái)面沖擊造成的計(jì)量精度的下降。實(shí)踐檢驗(yàn)證明了動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量系統(tǒng)對(duì)煤炭港口的計(jì)量精度、現(xiàn)場(chǎng)安全和數(shù)據(jù)有效性等方面都能提供可靠的保障。