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    大功率機車靜態稱重系統的設計與實現

    2020-09-28 00:00:00

    大功率機車靜態稱重系統的設計與實現

    國家軌道衡計量站西安分站 張玉東 伏濱

    濟南金鐘電子衡器股份有限公司 高紹和 楊紀富

    【摘 要】 為解決新制造、使用中、修理后的大功率機車輪重、軸重偏載問題,設計開發了 大功率機車靜態稱重系統,該系統通過檢測機車的輪重、軸重、轉向架重及整車重量,經過計算機 處理計算出車輛輪重差、軸重差以及單邊側輪重差,確定出機車的平面重心,并能依據檢測結果計 算形成指導機車輪重偏差的調整方案,依據調整方案進行調簧加墊,從而實現機車輪重、軸重均載 平衡。 【關鍵詞】 大功率機車;靜態稱重;調簧;輪重軸重均載

    一、引言 長期以來,我國鐵路呈現出“大運量、高密度”的運輸形式,發展大功率機車牽引、重載鐵路運 輸對于解決鐵路運能與運量的突出矛盾,提升鐵路運輸安全水平具有重要意義。目前,我國 30t 軸 重和諧 2F 型大功率交流傳動電力機車在山西中南鐵路通道已完成大部分試驗項目,正在該通道(山 西長治段)進行動力學試驗,全部試驗項目即將完成。

    大軸重、大功率交流傳動電力機車的成功研 制,刷新了我國大功率電力機車軸重的新紀錄,標志著我國重載電力機車研制跨入世界先進水平。 隨著鐵路行業的迅猛發展,鐵路運營的安全性也越來越成為人們普遍關注的問題,大功率機車作為 鐵路車輛運行中牽引動力的提供者,在鐵路安全運營中起著至關重要的作用。大功率機車輪重、軸 重的偏載是制約鐵路機車運行安全的關鍵因素之一,因此研制大功率機車靜態稱重系統,為大功率 機車提供輪、軸重量檢測數據,并以此數據指導調簧作業,實現輪、軸重均載具有重要的實際意義。

    2012 年初由濟南金鐘電子衡器股份有限公司主持設計開發的大功率機車靜態稱重系統已在天 津和諧型大功率機車檢修基地投入使用,設備運行良好。2015 年 2 月該系統正在西安鐵路局和諧型 大功率機車檢修段安裝調試。 大功率機車靜態稱重系統正在為我國鐵路高速化、安全性發展提供 可靠的技術保障。 二、系統原理及設計 系統由稱重單元、稱重儀表、調整平板、過渡系統、電氣部分、稱重管理軟件等部分組成,考 慮到系統檢定的方便,為標準砝碼設計有專用檢定支架。系統采用每個稱重單元配備一臺稱重儀表 的方式,通過稱重儀表進行稱重信號的濾波、放大、A/D 轉換以及秤體的校驗工作,每臺秤相對獨 立工作,單組的稱重單元可進行車輛的輪重計量;兩組稱重單元可進行車輛的軸重計量;多組稱重 單元組合起來可進行車輛的轉向架計量或整車計量。計算機通過采集板將稱重數據進行運算、打印。

    通過專用的稱重管理軟件計算,可實現輪重、軸重、轉向架重、整車重及顯示車輛重心位置,同時 通過軟件計算確定彈簧加墊量,最終實現車輛的輪重、軸重均載平衡。稱重單元之間相互獨立工作, 互換性、穩定性較好,數據顯示直觀,可以直接從儀表顯示上觀察稱重數據以及秤體是否完好。系 統組成見圖 1 和圖 2。

      1 稱重系統總裝圖 圖 2 稱重系統現場應用效果圖 1.稱重單元 稱重單元采用整體、模塊化結構,結構緊湊,安裝、調整方便(見圖 3 和圖 4)。

    稱重單元具 有足夠的強度、剛度和長期的穩定性,具備良好的防沖擊性能和抗側向力的能力,鋼軌安裝在沉槽 內,保證鋼軌良好的橫向定位,確保軌距準確。同時實現與線路軌枕良好銜接,提高機車運行的平 順性,保證車輛以 7km/h 的速度通過時不會造成影響該設備測量精度的任何變形或損壞。稱重單元 成對排列,兼顧應用,保證不同軸距、定距的機車上衡后都能停在不同的稱重單元上,實現同時計 量。

      3 和諧機車稱重單元排列圖 (1)稱重單元主要技術參數 1)稱重單元秤量:20t,安全載荷:25t; 2)稱重單元準確度等級:OIML ; 3)稱重單元檢定分度值 e=10kg,實際分度值 d=10kg ; 4)允許誤差:滿足 JJG(鐵道)117-1994《靜態機車車輛稱重臺檢定規程》要求。

    (2)稱重傳感器 4 機車上衡效果圖 作為稱重單元乃至整個稱重系統核心的稱重傳感器選用高精度懸臂梁式不銹鋼稱重傳感器,懸 臂梁稱重傳感器以其懸臂特性,實現傳感器安裝位置與傳感器受力點相分開,同時每個稱重單元配 4 只稱重傳感器,保證稱重單元臺面不翻轉、不傾覆。稱重傳感器進行零點及靈敏度溫度補償,保 證其溫度性能的一致性,實現稱重傳感器在-30℃~+70℃溫度范圍內的高準確度和良好的互換性。 稱重傳感器密封采用不銹鋼金屬膜片密封,防護等級 IP68,可適應于潮濕惡劣的工作環境。

    重傳感器使用過程中采用上、下壓頭承載,鋼球傳力,可實現自動復位,受力后能進行自動調心, 具有較好的抗側向力和抗沖擊性能,安裝容易,使用方便。

    2.稱重指示器 稱重指示器作為稱重數據顯示終端,負責稱重信號的采集及濾波、放大、A/D 轉換等工作。同 時具有去皮、累加、數字校驗功能,可實現參數編程、衡器校準和器具管理。稱重指示器具有良好 的人機對話界面,功能齊全、性能可靠、穩定性強、操作簡便,符合 GB7724-2008《電子稱重儀表》 標準要求。稱重指示器采用鑲嵌式結構的 XK3105 稱重指示器,鑲嵌在電氣屏柜上,直觀顯示,便 于數據查看。

    3.調整平板 為保證系統整體幾何誤差及設備整體安裝精度,在整個基礎稱重范圍內預埋調整平板作為稱重 單元的直接安裝平面。調整平板采用 Q235 碳素結構鋼為原材料,六面精密加工,鉆孔、攻絲。安 裝時采用調平螺母配合調整斜鐵進行調節,標高調整完成后采用整體灌漿,保證稱重單元安裝底平 面的整體平面度和稱重區域基礎的整體一致性。

    4.過渡系統 大功率機車靜態稱重系統為斷軌式結構,各稱重單元之間存在間隔,為實現系統的整體一致性 及便于車輛行駛,各稱重單元之間采用鋼軌進行過渡連接。同時為減少車輛上衡時對稱重單元的沖 擊,充分保證計量的準確度,稱重單元與過渡鋼軌之間采用橋式過渡器進行過渡,保證車輛上衡的 平穩性。 5.電氣部件 為便于現場電氣組件的安裝和放置,電氣部分總集成為電氣控制柜。柜體集成電路保護器件可 實現過壓、過流、過熱保護。電氣控制柜采用雙開門結構,外形美觀,操作方便,便于電氣件維護。 電氣控制柜主要用于稱重儀表的集中放置和顯示操作,儀表采用鑲嵌式結構安裝在控制柜外側。另 外控制柜中放置電源防雷箱、穩壓電源、不間斷電源等電器防護組件,同時也可將計算機、打印機 與控制柜集成。

    5.稱重管理軟件 稱重管理軟件設置管理員和操作員的權限,并在登陸計算機系統時,自動提示輸入用戶名及密 碼,非管理員權限不得對計算機系統做數據庫和設置修改,但可以進行數據查詢。稱重管理軟件包 括的界面:車型選擇界面、稱重操作及結果顯示界面、數據管理界面。

     車型選擇界面中選擇已有車型和在輸入準備測量的機車車輛的車號后,進入稱重操作界 面,如圖 5 所示; 圖 5 機車測試界面 ? 稱重操作及結果顯示界面能夠實時顯示當前的稱量數據。稱重記錄表單數據分為兩類,一 類為計算機自動添加項,包括:當前操作日期時間、機車車輛車型、機車車輛車號、輪重、軸重、 輪重偏差、軸重偏差、前架總重量、后架總重量、機車車輛總重量、稱重結果能夠自動判斷結果是 否符合要求,不合格項應用醒目顏色區分顯示,并在稱重結果一欄顯示“合格”或“不合格”字樣。另 一類為在確認合格并打印后,手動填寫的項目,包括:機車車輛整備狀態、操作員、監督員、檢查 員等填寫欄。從結果顯示界面返回,可以選擇進入重心位置顯示界面,如圖 6 和圖 7 所示。 圖 6 稱重結果顯示界面 ? 數據管理界面中只能由管理員權限完成對車型參數和參數標準的修改、增加及刪除,新增 車型時需設定的參數包括:機車車輛車型號、機車車輛總重量、需使用軸數的編號、軸間距、輪差 上限、輪差下限、軸差上限、軸差下限、總重差上限、總重差下限、整備重量等。在進行下一次稱 重試驗前,所有稱量數據必須保留。見圖 8 所示。

    ? 稱重管理軟件可以設定將數據保存在本機或網絡的計算機上,并能自動完成數據備份。未 安裝設備管理軟件的其它計算機可以通過網絡聯接實現稱重數據庫的數據查詢和打印,但測量數據 不能進行修改。稱重管理軟件功能齊備,能夠依據檢測結果計算形成指導性的的機車輪重偏差超限 調整方案,依據調整方案進行調簧加墊,實現機車輪重、軸重均載平衡。

    二、系統的檢定 大功率機車靜態稱重系統檢定執行 JJG(鐵道)117-1994《靜態機車車輛稱重臺檢定規程》。 系統檢定包括幾何誤差檢定和稱重誤差檢定兩部分。 圖 7 稱重結果顯示界面 圖 8 車型數據維護界面 幾何誤差檢測時首先需機車上衡對稱重臺往返碾壓三次,采用符合 JJG425-2003《水準儀檢定 規程》的水準儀,或同等精度的其它光學儀器對計量軌道的幾何誤差進行檢測。 稱重誤差檢測時采用符合 JJG99-2006《砝碼》檢定規程的 M12等級砝碼,若砝碼量不足,可用 替代法。但標準砝碼數量不得少于 1/3 的秤量,一般配置 10t(每個砝碼 1t)長條形標準砝碼。 稱重誤差檢測時為保證砝碼堆放的安全和方便,設計特制的檢定支架,檢定支架既可以跨在單個稱 重單元的鋼軌上,實現單個稱重單元的計量檢定,又可以搭在兩側稱重單元上實現模擬軸重加載。 如圖 9 所示,通過吊車將砝碼放置在檢定支架上實現加載,檢定。

    9 檢定現場砝碼加載 四、系統功能特點 ? 實現對大功率機車的輪重、軸重、轉向架重及整車重量的測量 大功率機車靜態稱重系統主要應用于檢測新制造、使用中、修理后的大功率機車的輪重、軸重、 轉向架重及整車重量,并通過計算機處理計算出車輛輪重差、軸重差以及單邊側輪重差,還可計算 機車平面重心并能依據檢測結果計算形成指導性的的機車輪重偏差超限調整方案,依據調整方案進 行調簧加墊,實現機車輪重、軸重均載平衡。

    ? 實現對所有的 4 軸(6 軸)機車的 8 輪(12 輪)的同時測量 大功率機車靜態稱重系統為整體一致性結構,能保證被檢測機車在設備的任何位置安全、自由 地來回行駛或停車,同時系統由多組稱重單元組成,通過不同數量的稱重單元的合理組合、布局可 檢定現場 實現所有的 4 軸(6 軸)機車的 8 輪(12 輪)的同時測量。

     ? 軌距與線路軌枕良好銜接,具有防干擾設計 大功率機車靜態稱重系統秤臺具有足夠的強度、剛度和長期的穩定性,具備良好的防沖擊性能 和防側向力的能力,鋼軌安裝面采用沉槽結構,保證鋼軌良好的橫向定位,確保軌距準確。同時實 現與線路軌枕良好銜接,提高車列運行的平順性,機車以 7km/h 的速度通過時不會造成影響該設 備的任何變形或損壞。 大功率機車靜態稱重系統屬于精密測量設備,為防止外界電、磁干擾,除配置電源防雷箱、穩 壓電源等輔助設備外,在基礎中建設專用電子衡器接地網,保證接地電阻小于 4Ω,實現可靠的系 統接地。

    ? 設計符合有關標準與檢定規程 大功率機車靜態稱重系統執行 TB/T2782-1997《鐵道機車車輛稱重臺技術條件》,TB/T1740-1997 《鐵道機車車輛重量測定方法》,JJG117(鐵道)-1994《靜態機車車輛稱重臺檢定規程》等標準、 規程。 五、結語 大功率機車靜態稱重系統的設計與應用為鐵路大功率機車輪重、軸重的均載平衡調整提供了數 據支持和調整方案指導,保證機車輪重、軸重均載平衡,并能提供出廠前大功率機車輪重、軸重、 轉向架重、整車重及機車輪重差、軸重差以及單邊側輪重差等檢測數據,豐富了機車履歷數據,進 一步提高了鐵路運輸的安全性,為我國鐵路運輸業向高速化、重載型發展提供了有力的技術支撐。

    參考文獻 1.TB/T 2782-1997,《鐵道機車車輛稱重臺技術條件》【S】,中國鐵道出版社,1998.01 2.JJG 117(鐵道)-1994,《靜態機車車輛稱重臺檢定規程》【S】. 作者簡介 張玉東,男,河南省民權縣人,國家一級注冊計量師執業資格,碩士學位,主要從事衡器檢定 與計量科研工作。 郵箱:zyd82323744@163.com 電話:13700222822

    文章來源:中國衡器網——作者:張玉東 伏濱 高紹和 楊紀富 發表日期:2015年4月


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