基于觀光小火車的稱重調簧工藝研究

陶慶重，段智深，陳衛忠

（株洲中車特種裝備科技有限公司，湖南株洲412001）

0 引言

隨著旅游市場發展，景區中旅游觀光小火車的需求也日益提升。但目前國內游覽車輛或其他帶轎廂部件的稱重調簧[1]設備還沒有相應的專門設備，無明確的工藝方法來獲得觀光小火車上每根軸及彈簧的受力情況，不能確定輪對受到的壓力是否相同，而該力傳遞至軌道不僅會影響軌道牽引黏著力的有效發揮，還會導致車輪在運行中造成多邊形磨損和雙輪不對稱磨損，甚至會對車輛的正常運營、壽命產生不利影響。而使用稱重調簧設備的工藝方法，可以有效地測量出軸的受力情況，并在生產過程中調整分配各軸的承重力[2]，以保證車輪傳遞至軌道的壓力處于允差范圍之內。

1 工藝裝備總體方案要求

本稱重調簧系統適用于游樂設備檢測稱重，出廠前輪重、軸重和整車質量的檢測[3]，并通過計算機處理后給出車輛各支點的質量數據，還可計算出機車車輛平面重心，打印并保存報告。采用柔性可調支撐及移動式安裝平臺，用以不同類型車輛稱重調整（將稱重模塊安裝到架車墩上）。該系統由4臺稱重模塊組成，能保證被檢測游覽車箱在設備的4支點處同時稱重。為限制稱重模塊拖板自由擺動，在模塊四周安裝限位控制受力方向。

該系統在-10～55 ℃、相對濕度不高于90%的條件下能正常工作。工作電壓為（220±15）V，50 Hz。系統所有顯示同步一致，打印的數據和顯示的數據無誤差，每個稱重單元最大稱重質量為4.4 t（單點質量），整車質量≤18 t。

2 工藝裝備原理及使用

2.1 稱重調簧組成

1）該系統由1套IND880設備[4]（包含顯示儀表1臺、傳感器4件）和1套柔性工裝（包含支撐平臺2件，傳感器擺放墩柱4件）組成，如圖1～圖3所示。

圖1 傳感器

圖2 880顯示儀表

2）稱重設備精度校準。在設備正式使用前，對產品進行校準。如圖4所示，將框架放置在稱重調簧設備的感應點上，去毛重，讓設備顯示歸零，然后選擇砝碼，在2～4 t、6～10 t、11～13 t等3個范圍內各選擇1個已知質量的砝碼加載到框架上，通過對系統內置軟件電信號的系數調整控制檢測數據輸出結果總質量與砝碼誤差為±20 kg（如砝碼質量5 t，而輸出信號顯示4 t，可以對軟件的電信號乘以系數1.25，調整輸出信號顯示成5 t），然后換第2個砝碼和第3個砝碼直接放置在框架上，不再對電信號系數進行調整。如果兩次同樣誤差為±20 kg，則設備正常，可以對車體開始進行稱重。在第1次校準完成后，后續至少每年需要進行一次校準[5]，如果誤差超過±20 kg，則需更換設備中的傳感器并重新校準。

圖3 墩柱及柔性可調支撐及移動式安裝平臺

圖4 設備精度校準

2.2 稱重調簧使用

1）傳感器位置調整。首先測量車體底架4處轉向架連接板支撐位置距離，并將設備的墩柱按照車體的測量尺寸一一對應并擺放好，保證傳感器與產品的彈簧位置一致，以確保彈簧能準確落到傳感器上。測量某車型車體轉向架連接板支撐位置寬度L1=820 mm，前后兩轉向架連接板支撐位置長度L2=6000 mm。墩柱可在平臺上進行左右移動，但不能在平臺上前后移動，故左右寬度通過調節墩柱來實現，前后長度則調節擺放平臺來實現。

2）平臺水平調整。調整好位置后，使用水平儀檢測墩柱四角的水平高度，當四角高度不一致時，通過調節平臺底部的螺桿對平臺的一端進行升降。在對平臺調整完成后，再對傳感器高度進行復查，確保傳感器高度一致。

3）將設備擺放好后，將880操作儀表與傳感器相連接。注意接口的位置，如若接口位置錯位，會導致顯示的讀數與實際的質量出現不對應的情況。除此之外還需要注意，為避免發生碰撞損壞設備，此過程中880操作儀表與墩柱的最近距離需大于2 m，且不能放置在車體轉運的路上（如圖5）。

圖5 稱重擺放示意圖

4）確認連接儀器連接無誤后，打開電源，使用該車型專用吊具，將車體吊轉至設備上方，再緩慢落下，由目視的方式，確保被稱重的車體落在設備的感應點上（如圖6）。天車下落時，當快接近傳感器時，則需降低下落速度，避免傳感器受到沖擊而超出量程。因傳感器可在3～5 mm范圍內晃動，因此需要等880操作儀表讀數穩定后才能進行讀數并記錄數據。如讀數誤差過大，則需要在讀數較低的一側增加墊塊[6]。墊塊采用圖8所示的鋁合金薄板制成。如圖7所示，墊塊增加位置位于白色聚氨酯墊下方，采用螺栓進行固定。一般增加墊塊的數量需要通過預估和反復嘗試。在增加墊塊時，需要將車體再次使用專用吊具吊起，并將墊塊固定好后，再將天車緩慢下落，重復該過程，直至880顯示儀表讀數在誤差范圍內。再記錄墊塊的增加數量及尺寸等。最終保證4點的數值誤差小于車體總重的5%。每處加墊高度不超過15 mm，如果超過，則需要由設計人員重新對車體配重進行分配。

圖6 稱重示意圖

圖7 墊塊增加位置

圖8 墊塊

2.3 工藝優勢及數據的使用

1）通過收集的數據，可計算出車體的水平質心[7]所在（如表1）。

圖9 稱重水平質心計算模擬圖

表1 某車型水平質心計算表

平面質心計算公式為：

該計算方式是以被測物體的中心點為坐標原點（0，0）計算質心（x,y）（如圖9）。

2）工藝中采用的稱重設備為柔性的稱重調簧設備。在寬度方向上，該設備的稱重受力點（傳感器）可在墩柱擺放平臺上實現3 m范圍內的雙向移動；在長度方向上，可無限制移動。因此，該設備可適用性極廣。

3）該工藝所得到的稱重數據不僅僅是整車的質量，還能得到車體的四角是否存在受力偏差[8]，以便于在對轉向架進行安裝時，根據受力偏差的量來增加墊塊以實現車輪的受力一致，從而延長車輪的使用壽命，進而增加整車的使用壽命和安全系數。同時將該數據提供給設計部門，設計部門可以根據數據對車廂的配重進行合理的分配，使其軸重分布均勻[9]，便于后續對同車型的設計優化。

3 結語

通過該工藝過程可以了解具體軸重的分布情況及其受力的不同。在后續安裝轉向架和車體時，可根據車體的每個稱重點受力偏差量對轉向架進行墊高，從而使車輪的受力達到基本一致，減小車輪的多邊磨損和不對稱磨損，進而達到增長整車使用壽命和保證車輛行駛安全的效果。該工藝方法已經在公司內部進行實際應用并取得了良好的效果。