徐威，胡易，潘杰

（鞍鋼股份有限公司質(zhì)檢計量中心，遼寧 鞍山 114000）

為了保障鞍鋼廠區(qū)內(nèi)鐵路裝載、 運輸過程的安全，確保專用線的貨物列車與國鐵鐵路運行的安全銜接，杜絕貨物裝載與行車全過程的超載、偏載事故的發(fā)生，提高車輛的裝載率，降低運輸成本，預(yù)防空車夾帶貨物出廠和重車夾帶空車（缺貨和缺量）進廠而引起運費、物資的損失，2021 年2 月鞍鋼新增四臺超偏載檢測裝置，對鞍鋼廠區(qū)鐵路進出物資進行超偏載檢測，確保貨物列車的安全裝載和安全運輸。迄今為止，國內(nèi)所有國鐵與專用線在用的超偏載檢測裝置的基礎(chǔ)幾乎全部采用普通碎石道床，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，只能完成超偏載檢測，測量精度達不到動態(tài)軌道衡準確度的要求。 本裝置根據(jù)力學(xué)復(fù)合原理，將超偏載與動態(tài)軌道衡二者的力學(xué)結(jié)構(gòu)進行有機結(jié)合，適應(yīng)于不同車型、不同車速的檢測，在滿足超偏載檢測的同時，又能滿足動態(tài)軌道衡準確度的要求。 本文對此做一介紹。

1 總體方案

根據(jù)力學(xué)原理與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合線路的考察情況和鞍鋼專用線進出物資的特點，認為混凝土整體道床長期穩(wěn)定性好，不會下沉，受天氣等自然因素影響較小，使用壽命長，計量性能可靠，能夠滿足超偏載檢測裝置及動態(tài)軌道衡的無人值守及免維護的需要。因此，以混凝土整體道床作為基礎(chǔ)，采用無基坑不斷軌復(fù)合式三測區(qū)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)超偏載檢測裝置與動態(tài)軌道衡功能合二為一。

1.1 工作原理

復(fù)合式超偏載及動態(tài)軌道衡檢測裝置的測區(qū)共3 個，采用雙軌6 個無基坑不斷軌結(jié)構(gòu)的小秤臺。 每個小秤臺均由2 個鋼軌塞入式傳感器和2 個鋼軌軌墊式傳感器合成。 當車輪通過小秤臺時，兩種不同結(jié)構(gòu)的傳感器產(chǎn)生各自的電信號，傳送給專用的動態(tài)儀表，再經(jīng)計算機對波形整合處理。 計算機采集到輪重信號，滿足超偏載檢測裝置的需求；三測區(qū)組合可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架計量，滿足動態(tài)軌道衡的需求。 圖1 為系統(tǒng)工作原理示意圖。

圖1 系統(tǒng)工作原理示意圖Fig. 1 Schematic Diagram for System Working Principle

1.2 系統(tǒng)組成及受力分析

1.2.1 系統(tǒng)組成

圖2 為復(fù)合式檢測裝置系統(tǒng)主要組成示意圖。該裝置由鋼軌塞入式傳感器、鋼軌軌墊式傳感器、標準鋼軌（含起重機鋼軌）、砼基礎(chǔ)（地梁）預(yù)埋鋼板（或工字鋼大梁）、鋼結(jié)構(gòu)框架、防雷組合、平衡橋、計算機等構(gòu)成。

圖2 復(fù)合式檢測裝置系統(tǒng)主要組成示意圖Fig. 2 Schematic Diagram for Main Components of Composite Detection Device System

鋼軌塞入式傳感器型號為CL-YB-61，呈圓錐形，可與各類不同的標準鋼軌配合使用。鋼軌軌墊式傳感器型號為CL-YB-51-4，為超薄型結(jié)構(gòu)。

1.2.2 受力分析

圖3 為復(fù)合式檢測裝置受力分析圖。

圖3 復(fù)合式檢測裝置受力分析圖Fig.3 Stress Analysis Diagram for Composite Detection Device

當車輪在稱重區(qū)沿著鋼軌移動時，安裝在軌腰處的塞入式傳感器（A、B）便產(chǎn)生一個與剪力成正比的輸出信號為W1；當輪重通過鋼軌作用到軌墊式傳感器上，形成多支點的受力稱重軌，便產(chǎn)生一個與外力成正比的輸出信號為W2。 由于稱重區(qū)內(nèi)無其它旁路影響，因而使稱重軌形成一個“全浮式”稱重結(jié)構(gòu)，經(jīng)力學(xué)的巧妙結(jié)合與技術(shù)處理，將兩種不同類型的傳感器信號、 波形互補合成了疊加重量W＝W1＋W2，使快速超偏載或高速超偏載檢測裝置的稱量區(qū)域、 數(shù)據(jù)采集區(qū)域得到了充分拓展?？筛鶕?jù)實際需要增減軌墊式傳感器的數(shù)量，實現(xiàn)擴大或減少有效稱量區(qū)，以滿足不同軸距的車型或鐵路高速條件下采集更多數(shù)據(jù)的需要。

2 數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)軟件

2.1 數(shù)據(jù)采集

超偏載檢測裝置和動態(tài)軌道衡功能合二為一的稱重儀表等硬件采用QJCZ-32TD 數(shù)據(jù)采集通道系統(tǒng)，最多可單獨采集32 路傳感器數(shù)據(jù)，各通道之間互不影響，有較強的抗干擾性能，確保正常連續(xù)工作和采樣精度。 在交流電源220 V（-20%～+15%）、50 Hz 條件下穩(wěn)定工作，具有網(wǎng)絡(luò)通信接口,可與其它系統(tǒng)實現(xiàn)便捷通訊連接。

動態(tài)數(shù)據(jù)采集的稱重儀表（控制器）具有工業(yè)計算機控制、車號識別、傳感器信號放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、輪重采樣計算、軸數(shù)識別、來車方向判別、計量車速、遠程調(diào)試、來車前功放的開關(guān)控制、檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

2.2 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)的終端由數(shù)據(jù)檢測計算機、相應(yīng)數(shù)據(jù)庫管理軟件組成，完成超載檢測數(shù)據(jù)的處理、報表輸出、人機交互等功能，能便捷地與鐵路TMIS網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、MYSQL 及ORACLE 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)信息共享，支持遠程異地數(shù)據(jù)查詢功能。 結(jié)合鞍鋼鐵運車型復(fù)雜、超偏載及動態(tài)軌道衡兼容、無人值守管理的特點，開發(fā)了上位機軟件[1]，該軟件主要實現(xiàn)信號采集、數(shù)字濾波、動態(tài)邏輯判別、稱量區(qū)數(shù)據(jù)截取及計算，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心，上位機數(shù)據(jù)處理及傳感器實時輸出曲線見圖4所示。

圖4 上位機數(shù)據(jù)處理及傳感器實時輸出曲線Fig. 4 Host Computer Data Processing and Real-time Output Curves of Sensor

3 應(yīng)用效果

復(fù)合式檢測裝置系統(tǒng)使用后，達到IP67 防護標準，具體參數(shù)如下：

線性誤差：≤0.10%～0.05%FS；

重復(fù)性誤差：≤0.10%～0.05%FS；

滯后誤差：≤0.10%～0.05%FS；

絕緣電阻≥5 000 MΩ；

輸出靈敏度S＝（1.0～2.0）mV／V 可選；

零點溫度影響：≤0.05%FS／10 ℃；

使用環(huán)境溫度：（－40～80）℃和（－30～120）℃及（－10～130）℃可選。

相對濕度：≤95%；

過載能力：150%；

抗沖擊壽命：≥500 萬次。

實踐表明，超偏載檢測與動態(tài)計量裝置在實現(xiàn)超偏載檢測功能的同時，還具有動態(tài)軌道衡稱量系統(tǒng)的計量功能，達到一機多用，具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性及測量精度，基本實現(xiàn)了免維護，降低了維護人員的勞動強度。 鞍鋼出站車輛主要有成材裝載車輛及散料裝載車輛，涉及不同貨物種類、不同裝載車型。統(tǒng)計了該裝置3 個月的使用情況，見表1 所示。

表1 使用情況Table 1 Application Situation

與以往相比，該裝置能夠有效地對不同貨物種類、不同裝載車型的超載、偏載、偏重情況進行實時有效的監(jiān)控，每日計量檢測1 200 次左右，對鐵路運輸?shù)难b載源頭實現(xiàn)了有效的管控，為優(yōu)化貨物裝載和國家鐵路網(wǎng)運行安全管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)，提高了車輛的裝載率，降低了運輸成本，有效地避免了各類固態(tài)貨物在裝車過程中的偏載、超載引發(fā)的鐵路安全行車事故，確保鞍鋼專用線進入國鐵線路物資裝載運輸安全。 該裝置適用于鋼鐵、礦山、煤礦等具有鐵路貨運業(yè)務(wù)的企業(yè)。

4 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司質(zhì)檢計量中心鐵路運輸超偏載檢測與動態(tài)計量裝置完全滿足了超偏載檢測及動態(tài)軌道衡稱量的不同需求，具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性及測量精度，基本實現(xiàn)了免維護，降低了維護人員的勞動強度。 該裝置適用于鋼鐵、礦山、煤礦等具有鐵路貨運業(yè)務(wù)的企業(yè)，具有非常高的推廣價值。