楊 林 王雨晗 王玉璽

(中車成都機(jī)車車輛有限公司技術(shù)中心 四川 成都 610051)

0 引言

近年來，隨著我國(guó)軌道交通的持續(xù)發(fā)展，軌道交通形式也在迅速地更新迭代。車輛制造的整個(gè)工序中，稱重試驗(yàn)是一道關(guān)鍵工序，工作量大且需反復(fù)稱量，主要目的是使所稱車輛輪重差、軸重差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。而有軌電車由于鉸接轉(zhuǎn)向架原因，只能在編組形式下進(jìn)行稱重試驗(yàn)(6軸或8軸)，而固定式稱重試驗(yàn)臺(tái)只能滿足4軸稱重要求，如要改造使其滿足6軸或8軸稱重要求，稱重試驗(yàn)臺(tái)必須重新設(shè)計(jì)、改造，難度、費(fèi)用較高，且風(fēng)險(xiǎn)較大，因此對(duì)車輛不同軸數(shù)的稱重試驗(yàn)需另辟蹊徑[1]。

1 便攜式稱重儀簡(jiǎn)介

與傳統(tǒng)稱重臺(tái)的稱重原理不同，便攜式稱重儀的測(cè)量系統(tǒng)通過輪緣測(cè)得輪軌垂向力，這樣可避免由踏面缺陷或者受檢位置偏移(左右偏移)對(duì)測(cè)試結(jié)果所產(chǎn)生的影響。便攜式稱重儀由多個(gè)單軸測(cè)量裝置組成，其數(shù)量根據(jù)被測(cè)車輛的軸數(shù)確定，并且無須考慮軌距、軸距、定距要求，通過調(diào)整中間位置的絲杠，即可實(shí)現(xiàn)不同軌距的稱量要求，省時(shí)省力、方便快捷，提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.1 主要用途

便攜式稱重裝置主要用于軌道車輛在交檢、交驗(yàn)時(shí)輪重、軸重的檢測(cè)及整車的稱重。該設(shè)備能夠測(cè)量單輪重、軸重、整車質(zhì)量及輪重差、軸重差。計(jì)算機(jī)采集處理數(shù)據(jù)并可打印報(bào)表。

1.2 主要結(jié)構(gòu)

單軸稱重裝置是一個(gè)獨(dú)立的模塊，可以進(jìn)行軸重計(jì)量，根據(jù)車輛軸數(shù)采用相應(yīng)數(shù)量的單軸稱重裝置進(jìn)行稱量，可實(shí)現(xiàn)稱重系統(tǒng)的無障礙擴(kuò)容。

單軸稱重裝置由2個(gè)稱重單元和1根絲杠構(gòu)成。稱重單元由連接件、支撐件、過渡支撐、稱重傳感器、稱重板及磨耗板等構(gòu)成(見圖1)。

圖1 單軸稱重裝置結(jié)構(gòu)原理圖

稱重傳感器采用QSNBF-A15t 型測(cè)力稱重傳感器。

1.3 數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集傳輸及處理系統(tǒng)由接線盒、數(shù)據(jù)傳輸電纜、RS485-USB轉(zhuǎn)換模塊、筆記本電腦和打印機(jī)等構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.4 設(shè)備存放

便攜式稱重儀由圖3中所示的3個(gè)部分組成，其中：第1、第3部分分別由傳感器、磨耗板、稱重板、過渡支撐、支撐體、連接件組成；第2部分由絲杠和絲母組成。由于3個(gè)部分各自組成為一體，所以平時(shí)存放和運(yùn)輸過程中，一根軸的稱重設(shè)備可以拆卸成3個(gè)部分以減輕重量，便于包裝、搬運(yùn)和存放。

圖3 設(shè)備分解圖

1.5 設(shè)備安裝與調(diào)試

設(shè)備安裝前要用水平儀初步測(cè)量稱重區(qū)軌道軌頂?shù)母叨?，選擇軌頂高度差小于1 mm的軌道段作為試驗(yàn)區(qū)。

首先在地面將2個(gè)稱重單元擺放好，將帶有絲母的絲杠同時(shí)旋進(jìn)套筒內(nèi)(絲杠為左右旋絲杠)，使用扳手調(diào)節(jié)絲杠，使該設(shè)備長(zhǎng)度略小于軌道內(nèi)側(cè)距。將該設(shè)備搬運(yùn)到軌道上，通過調(diào)整絲杠，使支撐件頂靠在兩條軌道的腹板上，鎖緊絲母。按提供的軸數(shù)、軸距及定距，重復(fù)以上工作，安裝多個(gè)軸。用水平儀測(cè)量各稱重單元稱重板和鋼軌面的高度，以稱重板最高值作為基準(zhǔn)，將此稱重板與基準(zhǔn)軌面高差調(diào)整至約23 mm(此值視被試車輪大小而定)。調(diào)整所有稱重板高度，使稱重板間最大高差處于±0.8mm的范圍內(nèi)。在被試車上秤后，再次測(cè)量、調(diào)整稱重板高度，在載荷狀態(tài)下滿足稱重板間最大高度差在±0.8 mm之內(nèi)。連接好線纜和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，牽引車輛，車輪的輪緣可以通過“磨耗板——導(dǎo)向裝置”滾動(dòng)到傳感器正上方的“稱重范圍”內(nèi)。

一般的鐵道車輛均為4軸，需要根據(jù)上述方法依次安裝的4個(gè)測(cè)量系統(tǒng)包含8個(gè)測(cè)量橋必須保持水平且在同一高度上，之后用經(jīng)緯儀檢測(cè)，不平處加墊調(diào)整，直到滿足要求。將待稱車輛用牽引小車推到便攜式稱重儀上，轉(zhuǎn)向架輪緣應(yīng)盡量置于各測(cè)量橋中心，允許有極小的有效測(cè)量區(qū)域，如圖4所示。

圖4 俯視圖

當(dāng)轉(zhuǎn)向架停放到測(cè)量橋上之后，輪對(duì)踏面與軌面的間隙最大約1 mm，可以拿一張紙從輪對(duì)踏面與軌面之間劃過，以紙能完好無損地通過為最佳，所測(cè)輪對(duì)的踏面不能與軌面有接觸，如圖5、圖6所示。為了使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠，使被測(cè)車輛連續(xù)3次駛過測(cè)量橋，用經(jīng)緯儀檢測(cè)，確認(rèn)水平高度無誤后，將各測(cè)量橋最終校緊固定，方可使用。

圖5 輪緣抬升側(cè)視圖

圖6 輪緣抬升正視圖

1.6 設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)輕巧，體積小，占用空間小，方便存放和運(yùn)輸，不占用專用的廠房空間，使用后可以收起存放在庫房?？梢匝杆俜纸夂徒M裝。

(2)無需地基，稱量時(shí)，將稱重裝置運(yùn)至使用現(xiàn)場(chǎng)的鐵路線上，按說明書要求放置好位置、接上電源即可使用，非常輕便。

(3)由于便攜式稱重裝置可以就地迅速分解和組裝，方便運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)使用，而不需要牽引被測(cè)車輛到特定的廠房，所以極大減少了時(shí)間、人力、物力、資源設(shè)施的投入，提高了勞動(dòng)效率。

(4)由于擺放位置具有隨意性，無須考慮軌距、定距要求，另外通過調(diào)整中間位置的絲杠，即可實(shí)現(xiàn)不同軌距的稱量要求，省時(shí)省力方便快捷。提高了勞動(dòng)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

(5)測(cè)壓元件材質(zhì)經(jīng)過電鍍處理，即使在天氣不好的室外條件下也不會(huì)影響其使用效果。

(6)利用輪緣稱重，可避免由踏面缺陷或者受檢位置偏移(左右偏移)引起的對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的影響。

(7)根據(jù)便攜式稱重儀的特性，通過技術(shù)革新，還可將其引入到鐵道車輛動(dòng)態(tài)稱重當(dāng)中，因?yàn)閯?dòng)態(tài)稱重比靜態(tài)稱重更貼近實(shí)際工況。

1.7 調(diào)整不合要求的數(shù)據(jù)

若部分?jǐn)?shù)據(jù)超出輪重差或軸重差所規(guī)定的誤差范圍，可通過調(diào)整高度調(diào)整閥或增減軸簧調(diào)整墊使得軸重和輪重差比率在允許的合理誤差范圍內(nèi)，每次調(diào)整完畢后，都須再次稱量，直至滿足文件規(guī)定的稱重要求。

2 稱重單元的校準(zhǔn)

2.1 校準(zhǔn)裝置

該試驗(yàn)設(shè)備配有專用的校準(zhǔn)裝置，可以對(duì)稱重單元進(jìn)行校準(zhǔn)。該校準(zhǔn)裝置操作簡(jiǎn)便、省力，由加載框架、千斤頂、標(biāo)準(zhǔn)傳感器和顯示儀表組成。使用時(shí)將要校準(zhǔn)的稱重單元放置在加載框架的最下端，依次放置標(biāo)準(zhǔn)傳感器和千斤頂。用千斤頂在加載框架內(nèi)對(duì)稱重單元進(jìn)行加載，即可對(duì)稱重單元進(jìn)行校準(zhǔn)，如圖7所示。

2.2 校準(zhǔn)方法

(1)取被測(cè)車的平均輪重作為校準(zhǔn)值對(duì)每個(gè)稱重單元進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)校核。

(2)用千斤頂施壓使標(biāo)準(zhǔn)傳感器的顯示儀表示值略超過選取的校準(zhǔn)值，待壓力趨于平穩(wěn)后(可從顯示儀表和計(jì)算機(jī)顯示值變化判斷是否穩(wěn)定)記錄兩個(gè)顯示值，將兩值比較其相對(duì)誤差應(yīng)控制不超過±0.17%為宜。若能滿足要求，進(jìn)行下一個(gè)秤的校驗(yàn)；若不能滿足要求，將系數(shù)K(K=計(jì)算機(jī)顯示值/顯示儀表顯示值)乘以該秤既有系數(shù)所得到的數(shù)值替換該秤的既有系數(shù)，存盤、退出計(jì)算機(jī)程序并重新進(jìn)入，再次進(jìn)行施壓校驗(yàn)作業(yè)；直到相對(duì)誤差控制在±0.17%范圍內(nèi)。

圖7 校準(zhǔn)原理示意圖

2.3 標(biāo)準(zhǔn)傳感器

標(biāo)準(zhǔn)傳感器采用LFSC-A 20t 型應(yīng)變式稱重傳感器。主要性能如下：

綜合誤差 0.1 %FS；

靈敏度 (2.0±0.006)mV/V；

額定容量 20 t；

零點(diǎn)平衡 ±1 %FS；

蠕變(30 min) ±0.03 %FS；

安全載荷 120 %FS。

3 結(jié)束語

本文主要以有軌電車為例，闡述了便攜式稱重儀在軌道交通領(lǐng)域的運(yùn)用場(chǎng)景，著重介紹了用途、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、存放、安裝調(diào)試、優(yōu)點(diǎn)及校準(zhǔn)方法，為同類型軌道交通車輛稱重試驗(yàn)提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。便攜式稱重儀相較傳統(tǒng)稱重臺(tái)使用更靈活，安裝更方便，造價(jià)更低，值得在軌道交通領(lǐng)域推廣。