重載與高吞吐量環境下動態軌道衡的性能分析及技術支持

摘 要:隨著我國經濟規模的迅猛發展和市場化的不斷深入，老港口改造與新港口建設同步發展，通過港口的物流計量應運而生并快速發展。本文從分析煤港煤炭計量所用的動態軌道衡特點入手，分析重載與高吞吐量環境下動態軌道衡的性能及技術支持，日常維護中的一些體會。

關鍵詞:動態軌道衡港口重載與高吞吐量環境計量日常維護

中圖分類號:U294文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0087-02

1 引言

在秦皇島港務集團內，已經投入使用或即將使用的動態軌道衡共有23臺左右，作為大秦線煤炭物流通道與海運平臺的中轉樞紐，對到港運煤車輛的計量具有重載與密集通過的顯著特點，日常維護量大且維護作業時間短。

掌握動態軌道衡的技術性能要求，熟悉技術支持基礎措施，對及時維護維修軌道衡設備，能夠預見性地、有針對性地提出維護與改進方案成為了保證設備正常運行的必要條件。

通過多年的工作實踐，對秦皇島港務集團煤港環境下所運行的不同結構、國內外不同廠家生產的動態軌道衡的性能特點進行了分析，總結了日常維護中有關技術支持的一些經驗。

2 軌道衡的基本技術要求:

多數的軌道衡在商品交換中作為計量設備應用，稱量散裝貨物的重量，屬于國家強制檢定計量器具;另一些軌道衡不涉及貿易往來可視為計量測試設備。因此動態軌道衡有三個基本性能指標:

(1)動態軌道衡第一基本性能指標就是精度指標。根據動態軌道衡使用場合不同，工藝衡可不要求強制檢定，但應滿足生產工藝要求的企業內部標準。用于商業貿易結算的計量工具則必須達到國家動態軌道衡檢定規程要求的合格標準。

(2)動態軌道衡第二基本性能指標就是計量率。這是動態軌道衡與靜態軌道衡的最大區別。由于動態軌道衡的計量是連掛方式、整列車廂動態勻速地通過衡器進行計量，必須通過計算機數據分拆，實現有效地分解各車皮的模式識別，否則動態計量就成為一句空話，如果動態軌道衡在計量過程中經常漏檢，它影響的不僅是漏檢的某一車皮，整個列車的計量都是失去了依據。優質的常規動態軌道衡的計量率應保持在99.99%以上。

(3)動態軌道衡第三基本性能指標就是計量的穩定性。所謂計量穩定性指標指的是計量精度不僅在國家強制檢定時達到檢定規程要求，更重要的是在使用過程中整個周檢期內都基本保持在檢定規程要求的范圍附近。

3 影響動態軌道衡性能指標的因素

動態軌道衡是機電一體化設備，動態計量方式使軌道衡的性能指標不僅取決于衡器自身，有些還取決于外界客觀因素。

(1)計量精度(含檢定精度)與軌道衡秤體結構，電子儀表(又稱電子通道)的精度，軟件程序的數據處理方式，衡區鐵路線路的平直程度，火車車皮掛鉤的磨合狀態，甚至天氣、風力都有影響。

(2)計量率主要取決于軟件程序的數據處理能力和車輛識別能力。

(3)穩定性取決于秤體結構，衡區鐵路線狀態及軟件程序的數據處理能力，

(4)安全可靠性取決于秤體結構和加工安裝質量及鐵路線路的使用狀況。

(5)產品使用壽命周期中，秤體取決于加工質量;電子儀表取決于電子元器件的篩選質量;傳感器按受壓力沖擊次數達到106～107是合理的范圍。

4 保證動態軌道衡性能指標所需的技術支持。

我們了解了影響動態軌道衡性能指標的相關因素，對這些相關因素涉及的客觀外界條件及衡器自身的技術要求就有了判斷的基礎和改進的方向。

外界客觀因素中，認為可以干涉和解決的主要是衡區鐵路線路狀態，國家軌道衡計量站明確要求新建設計量用動態軌道衡必須自在衡器兩側各有25m水泥硬道床，衡器兩端各50m平直段，以減少因線路水平因素造成的重量轉移。

下面主要分析軌道衡器自身的技術支持與性能指標的關系。

(1)軌道衡秤體是軌道衡計量的基礎部件，它承擔著聯接鐵路線路，保證列車安全通過并承受列車車輛的重量，把重量真實地傳遞給測力傳感器的功能。為了得到上述功能，秤體首先要保證達到的精度并達到橫平豎直。除了秤體的結構設計合理外、加工工藝滿足要求，現場安裝條件也要達到要求，日常維護中保證個個緊固件、鐵路扣件必須緊死有備母鎖緊。為了保證精度，秤體四角的四個傳感器必須受力均勻，四角落實。我們知道三點成一平面，而四個傳感器都要落實，除了對基礎土建提出技術要求外，克服微小的誤差仍不可避免的，由此產生秤體的兩種結構。一種是框架整體結構，個別傳感器沒有落實的間隙在安裝時用鋼片添實;一種是樑式結構，二點一線，兩個大樑都落實后，中間再用抗扭板聯接，聯接方式有用高強螺栓緊固的，也先有用螺栓緊固后再焊接的，這后一種實際上也在安裝后成為框式整體結構。框式整體結構性能好，但對土建要求高，安裝與維護量大且要求高。樑式結構安裝維護方便，但對限位裝置要求較高，整體性能取決于抗扭板安裝聯接方式及質量。如圖1:

為了保證精度，使車輛重量真實地傳到測力傳感器且同時保證行車安全，就要求秤體前后、左右不得移動，但上下受力處于自由狀態，由此可知秤體的限位裝置結構就成為很關鍵的一環。目前國內大多數廠家均采用拉桿中間加活環的結構，在活環內還加上滾珠萬向軸，以便更好的保證秤體上下受力處于自由狀態。另一種限位形式位頂式限位——即在定位支架上通過頂住或特種橡膠頂住秤體限位，效果同拉桿式限位是一樣的。

一些使用者對秤體重量很重視，好像越重越結識、越穩定，其實這是在一定的數量內而已。

首先秤體的強度主要是秤體結構(框架或大樑)的垂直高度和鋼材質量及焊接質量所決定的，秤體需要保持一定的重量并不主要從強度考慮，而是從精度穩定性考慮，因為火車在進行中車輛會有振動，震動頻率在每秒2赫茲至6赫茲之間。秤體過輕會被車輛振動帶動得發飄，加大傳感器受力振幅。在有效采樣間隔內會增大計量數據的分散性。所以秤體需要保持一定的重量，這個秤體的重量只得是傳感器支撐的稱重樑(或框架)的重量，而不包括某些生產廠為安裝方便而采取的支持傳感器的底托框架的重量。傳感器直接坐落在土建預埋件上和坐落在底托上的穩定性效果是一樣的，取決于土建預埋件的質量。而且秤體的重量并不是越大越好，過分增加秤體的重量除了加大設備的成本，還會吃掉傳感器的信號信息。一般來說動態軌道衡秤重樑的重量在4t～6t比較合理。

總的來說，秤體的質量取決于結構是否合理及加工質量。

(2)電子儀表:

電子儀表也是動態軌道衡的基礎條件。儀表又分一次儀表和二次儀表。電子儀表的精度直接和軌道衡的精度相關。被計重車輛的重量通過一次儀表(傳感器)轉換為電信號，然后通過電纜進入二次儀表(電子通道)，經過放大，A/D變換可定量計算的數字信號送給及算機進行數據處理。其中各環節中任一環節出現問題，都會造成計量誤差或不能計量。

一次儀表:傳感器作為一次儀表首先要求壓力轉換為電信號的重復性好，分散性小，沒有這兩條，就談不到精度;其次要求傳感器的溫度漂移系數要小，遲滯曲線越接近越好，這是保證精度穩定性的基礎。響應時間與電信號之間的線性度也是重要指標，不過衡器對計量速度要求不高，電信號通過計算機進行量綱進行轉換時進行非線性修正，所以在秤重計量時還不是關鍵的指標。我港動態軌道衡多采用進口的傳感器。

傳感器的電信號是微弱的小模擬信號，通過電纜線傳給二次儀表。在傳輸過程中應盡量避免外界干擾如電網波動，空間電磁等給傳感器傳導帶來的噪聲和模擬信號。減少干擾的途徑可以從以下幾方面加以注意:①土建時的預埋地線接地電阻在使用過程中要小于4Ω。②電纜的屏蔽層要好。③電纜與傳感器的二次儀表的接頭要焊好，焊錫質量要高。④模擬信號的傳輸距離盡量短。

二次儀表:電子通道作為二次儀表把電纜傳送的弱小傳感器信號放大并經A/D變換為數字信息送計算機處理。其性能要求的核心是保證最小信息量的分辨，不能讓噪聲淹沒，保證放大A/D變換后數字信息與原信息的真實一一對應關系，不擴大誤差;保證信息轉換的速度。具體技術指標有:噪聲、溫漂、零漂、響應時間、共模抑制比、非線性、A/D轉換速度等。由于動態軌道衡精度受各種因素影響較多，綜合計量精度不可能很高:靜態0.1%，動態保證0.50%。所以二次儀表的綜合精度能達到0.02%。采樣速度小于10ms/次，基本可滿足動態軌道衡對二次儀表的要求。現在儀表多采用國外進口大規模集成電路，從IC芯片角度看達到精度要求并不困難。整機達到精度要求的關鍵是設計過程中對線路布局的設計及對電磁輻射的處理。二次儀表作為電子儀器產品，使用壽命受到集成電路芯片壽命的影響，在儀表制作過程中對電子元器件的篩選非常重要。

總而言之，儀表系統的技術含量較高，需要跟時代的步伐，目前來說，對動態軌道衡的系統，二次儀表還是注重使用中的可靠性和使用壽命。

(3)動態軌道衡的系統軟件:

軟件系統是動態軌道衡設備的靈魂。沒有軟件系統動態軌道衡就不能在運動中識別車輛，對有效數據段不能進行數字濾波，對波形復雜的數據無法排除干擾。沒有軟件支持，動態軌道衡設備僅等同于一般靜態衡，根本無法進行動態計量，動態軌道衡設備的精度、精度穩定度、計量率都直接和軟件系統的質量相關。所以國家軌道衡計量站在對動態軌道衡設備的生產企業注冊備案時，以軟件系統作為依據。但是軟件系統對各生產企業來說屬于知識產權保護范疇，各企業采取什么數學模型識別車輛，進行數據處理，其他企業無從知曉，其軟件質量只能從實際使用過程中的效果做出判斷。一般企業對車輛的判別多采用臺階閥值法或斜率法，對特殊情況的處理各企業編程人員的思路和嚴謹程度也不同。

5 動態軌道衡維護中的經驗

在重載與高吞吐量環境下要定期監測設備的狀態，安人工檢測與軟件自動檢測的方式進行，做好檢測數據備份并進行比對分析，判斷設備當前狀態，根據情況安排維護方案。

在每年國家檢定后，及時將設備檢測數據備份存檔，以作為后續維護中的重要參考數據。

每次例行檢測后與檢定時數據比對分析，發現異常及時制定檢修方案，盡快實施排除。

對一些易損部件和部位按照過去的周期安排定期維護。