新型多功能轨道衡的研制

金少月 中国铁路上海局集团有限公司科研所

1 概述

控制铁路货车装车质量是确保铁路货物运输安全的重要环节。目前铁路货车装载质量监控主要依靠静态轨道衡、动态轨道衡、铁道货车超偏载检测装置等计量和安全检测设备来进行监控。静态轨道衡、动态轨道衡主要设置在具有铁路专用线的企业和铁路货场，用于对铁路货车进行计量和超载检测；铁道货车超偏载检测装置主要安装于铁路货检站，用于对运行途中的铁路货车进行超载、偏载、偏重状态的安全监控。因此，货运计量安全检测设备的合理配置及产品质量的好坏直接影响到对铁路货车装载质量的检测监控置信度，关联到铁路运输安全。

2 铁路计量设备的配置和技术状态存在的问题

根据货运计量安全检测监控的“控制装车源头，强化途中监控”、“货运计量安全检测全覆盖”和设备“先进、成熟、经济、适用、可靠”等管理要求，目前上海局集团公司管内用于对铁路货车计量和安全检测监控设备的配置和技术状态存在以下待解决的问题。

绝大多数具有铁路专用线的企业。只安装了用于贸易结算用的轨道衡，没有安装偏重、偏载检测设备，因此，操作人员在货车装载过程中不能了解货车的偏载值，从而无法合理调配装载货物在货车车厢内的均匀分布和控制装载量，其铁路货车装载的偏重、偏载状况是处于失控管理状态，装载后的货车在交付铁路交接站运输过程中进行超偏载检测，一旦被检测出超偏载货车，将无法截留处置，给铁路运输安全造成了隐患。

铁路货运站对货车装载的超偏载检测主要依靠铁道车辆轮重测定仪来检测，而铁道车辆轮重测定仪因存在检测精度不稳定、人员操作安全隐患较多、检测效率低下等因素，不能对装载货车进行全覆盖的检测，由于检测结果不准确或漏检，也曾发生多起货车装载的偏载事件，加之铁道车辆轮重测定仪其检测结果无法作为贸易结算依据，仅可作为安全检测装置使用，对超载货物的补收易产生争议。

铁路货检站安装的铁道货车超偏载检测装置投资较大，养护成本高，设备安装需要换特制轨枕，对线路几何尺寸整治和道砟的密实度要求较高，设备的安装和维修影响线路运行时间长，加之设备故障率较高，故无法在铁路货场和铁路专用线推广使用。

3 多功能双台面数字指示轨道衡研制

多功能双台面数字指示轨道衡由转向架单边独立承载模块、防爬底架、铰接式横向限位拉杆装置、横向限位装置、纵向限位装置、称重传感器、称重仪表、接线盒、称量钢轨、防爬钢轨、轨道过渡装置、走行结构、工控机、防浪涌保护器、UPS隔离稳压电源、控制柜、称重管理软件、基础（含防爬基础）等组成。

3.1 技术特点

轨道衡的承载结构是按简支梁原理设计成带有牛腿结构的转向架单边独立承载模块，通过横向铰接式连接和限位、纵向顶针式限位的方式，构成两两对应并串联在一起的静定简支梁结构，如图1。

图1 多功能双台面数字指示轨道衡总装图

各转向架单边独立承载模块的横向限位采用铰接式横向限位拉环装置，可有效控制钢轨的轨距变化。纵向限位采用顶针式装置，可有效控制承载结构的纵向位移和窜动。承载后模块相互间不会因为横向限位和纵向限位产生力矩传递。

轨道衡的称重系统是由四套相对独立的转向架单边独立称重模块组合而成。

智能称重仪表具有能使传感器数字化、显示传感器零点码值、自动寻址修正传感器参数、在显示界面上同时显示货车称量值、各转向架单边车轮称量值、偏载值的功能智能。

3.2 与数字指示轨道衡的比较

数字指示轨道衡的承载结构为框架式连续梁，其通过8只传感器支撑承载结构如图2，多功能双台面数字指示轨道衡的承载结构由四个简支梁式承载模块通过铰接式横向限位拉环和纵向限位顶针组合而成，每个承载模块通过4只传感器支撑。

图2 传统数字指示轨道衡结构图

数字指示轨道衡的称重结果只能是货车的整车重量，多功能双台面数字指示轨道衡的称重结果是得出货车的每个转向架单边车轮质量，然后通过称重仪表合成后得到货车的整车重量。

多功能双台面数字指示轨道衡的超偏载性能检测是运用检衡车通过对各转向架单边独立承载模块的重复性检测，并运用JJG(铁道)129-2004《铁道货车超偏载检测装置》检定规程中的偏载率、偏重差计算方法得出误差值。

3.3多功能双台面数字指示轨道衡的优势

多功能双台面数字指示轨道衡的承载结构为为分段式钢轨，能自动释放钢结构形变或热胀冷缩的影响，不会产生梁的扭曲和拱翘，传感器的受力状态稳定，不易产生轨道衡的零点偏移和计量失准，如图3。一旦货车进入称量区，货车质量通过承载结构传递到所在台面的所有传感器承载，且因采用铰接式横向限位和顶针式纵向限位；每个承载模块所承载的载荷不会产生力矩，因此每个承载模块只将所承载的转向架单边车轮载荷传递到模块自身的传感器承载，通过称量得到其称量值，经称重仪表运算，实现对货车的称重计量和超偏载检测。

图3 多功能双台面数字指示轨道衡三维设计图

多功能双台面数字指示轨道衡是由两个独立的单台面串联组合为一体，每次检定时需分别对两个台面进行检定，所以一旦更换某个台面的传感器，可通过另一台面临时建标法，实现对更换传感器台面的量值溯源。称重仪表有主、辅二个显示界面，主界面用于显示货车称重的整体称量值，辅助界面用于显示每个转向架独立称重模块对承载转向架单边车轮的称量值以及货车前后转向架、整车的偏载、偏重值。多功能双台面数字指示轨道衡将静态电子轨道衡、自动轨道衡和铁路货车超偏载检测装置的工作原理有机结合在一起，在保证贸易结算用轨道衡的静态、动态准确度等级的要求下，还可进行超偏载检测，提升货车超偏载检测的准确度和置信度，实现一机多用。

4 多功能不断轨自动轨道衡研制

多功能不断轨自动轨道衡主要由转向架单边独立承载模块、限位装置、柱式称重传感器、卡扣式轨腰传感器模块（剪力传感器）、车号自动识别系统、称重仪表等组成。秤体结构布置图如图4。

图4 多功能不断轨自动轨道衡秤体结构布置图

4.1 技术特点

承载结构采用左、右两个转向架单边独立承载模块，通过与称重传感器、卡扣式轨腰传感器模块和称重仪表的结合，形成两套相对独立的转向架单边称重系统，如图5。

图5 多功能不断轨自动轨道衡结构示意图

轨道衡的剪力传感器采用卡扣式轨腰传感器模块。该模块是将钢轨视为传感器弹性体，通过使用弹性夹具，将卡扣式轨腰传感器固定在钢轨的轨腰上，从而使其与钢轨成为一个整体。

采用限位装置将左、右转向架单边独立承载模块进行连接，使两个转向架单边独立承载模块所受的力不会相互传递和影响，同时牵制了有效称量区域内轨道的轨距变化。

4.2 多功能不断轨自动轨道衡的优势

多功能不断轨自动轨道衡将不断轨自动轨道衡与铁道货车超偏载检测装置的工作原理有机结合在一起，在动态称重的同时，能够显示出货车的整车、转向架整体、转向架单边车轮轮载质量和货车的纵向横向偏载值以及车辆的相关信息。

多功能不断轨自动轨道衡安装在承载基础上，线路几何形态相对固定，因此，与铁道货车超偏载检测装置相比，其称重结果精度更高，稳定性好，设备故障少，维护简便，维修成本更加节约。

5 总结

当今衡器产品的发展趋势是智能化和多功能化。近年来，铁路部门和铁路专用线企业为了实现货车装载质量的源头控制，迫切希望能够将轨道衡的称重计量功能和铁道货车超偏载检测装置的偏载检测功能融合在一起，同步实现计量和超偏载检测功能，同时又能够满足安装工艺简单，对线路影响小，容易养护维修，仪表智能化等特点。使用适合的检测设备对装载货车进行称重计量，不仅是为了获取装载货物的贸易结算依据，还可源头控制货车的装车质量，是确保铁路货物运输安全不可缺失的重要环节,这也是未来轨道衡新产品的主要研究方向。