一、前言

GCU-100型二力合成不斷軌動態(tài)電子軌道衡是一種對行進(jìn)中的列車實(shí)行不停車、不摘鉤動態(tài)稱重的計(jì)量設(shè)備，在礦山、石化、電力、港口等行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。它采用轉(zhuǎn)向架計(jì)量方式，通過壓力和剪力傳感器的組合以及測量過衡車速的變化測量鋼軌上載荷的大小，經(jīng)過智能測量系統(tǒng)，計(jì)算出車速、節(jié)重等數(shù)據(jù)，并可完成去皮、累計(jì)、數(shù)據(jù)長期儲存、制表、打印等一系列相關(guān)工作。

該系統(tǒng)自2005年年底在某地投入運(yùn)行以來，運(yùn)行較為穩(wěn)定，但從2007年5月底開始，軌道衡出現(xiàn)了一系列問題，影響了過衡測量的準(zhǔn)確性，并給企業(yè)對外經(jīng)濟(jì)核算造成了損失。

在軌道衡制造廠家的幫助下，該企業(yè)先后處理了零位漂移、通道放大板故障、軌道衡秤臺預(yù)埋鐵松動等多個(gè)造成軌道衡稱量不穩(wěn)定的問題，消除了所有的故障，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

二、軌道衡稱重原理

GCU-100型二力合成不斷軌軌道衡主要由傳感器、機(jī)械秤臺、動態(tài)通道、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、靜/動態(tài)稱重軟件包、管理軟件包組成，如圖1所示。

圖1 軌道衡結(jié)構(gòu)示意圖

車廂的重量通過秤體測量區(qū)后，由壓力及剪力傳感器將車輛重量按嚴(yán)格的線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過高性能放大器放大、濾波，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，使重量信號通過并行口送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、機(jī)車判別、計(jì)算節(jié)重、速度，并根據(jù)車速進(jìn)行高精度校準(zhǔn)補(bǔ)償工作。

1.傳感器部分

由4只壓力傳感器和4只剪力傳感器組成。

2.機(jī)械秤臺

機(jī)械秤臺由主梁、框架、橫向限位裝置、鋼枕、連接板、軌枕板等組成，*大載荷可達(dá)200t。秤梁之間有一套抗扭系統(tǒng)，防止稱重區(qū)鋼軌及秤梁內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)，秤梁上有橫向限位系統(tǒng)限制秤梁的橫向運(yùn)動。

3.通道放大器

通道放大器由高分辨率、高靈敏度A/D轉(zhuǎn)換及供橋電源系統(tǒng)組成，放大器由多只高質(zhì)量的運(yùn)算放大器組成，其分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)。

4.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)是動態(tài)電子軌道衡的核心部分，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及數(shù)據(jù)管理等工作。

5.靜/動態(tài)稱重軟件

靜/動態(tài)稱重軟件能夠完成軌道衡的靜態(tài)標(biāo)定及貨車的靜態(tài)稱重等工作以及數(shù)據(jù)采集處理、自檢、車種判別、速度計(jì)算、顯示、打印、保存、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送等工作，全部操作均為漢化界面。

6.管理軟件包

管理軟件包能自動識別所有機(jī)車車輛的車號。

三、軌道衡故障現(xiàn)象及分析處理

1.通道板故障導(dǎo)致零點(diǎn)漂移

軌道衡**反映出的問題是零點(diǎn)漂移。針對這種情況，筆者重點(diǎn)檢查了軌道衡通道放大器(A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng))，確認(rèn)通道放大器工作不正常，將其更換后，解決了零點(diǎn)漂移問題。

2.剪力傳感器

解決了通道板零漂問題后，軌道衡又出現(xiàn)重復(fù)對同一列車比對幾次后數(shù)據(jù)相同，而與前幾次比對數(shù)據(jù)有較大偏差的現(xiàn)象，有時(shí)還會丟失數(shù)據(jù)。經(jīng)過檢查，判斷為檢測車輛上下秤臺的剪力傳感器波形處于臨界區(qū)造成的，在將其波形下沿調(diào)整到臨界線以下后故障現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)。但時(shí)間不長，上述現(xiàn)象又出現(xiàn)了。隨即更換了4只剪力傳感器，并將全部波形下沿調(diào)整到臨界線以下，上述問題得以解決。

3.穩(wěn)定性差

2007年6月26日，國家軌道衡計(jì)量站對軌道衡進(jìn)行了檢定，平均偏差為-188kg。檢衡后，為了檢查穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度，使用了不同重量的砝碼對軌道衡進(jìn)行比對性檢驗(yàn)。在反復(fù)的比對中，發(fā)現(xiàn)軌道衡在相對短的時(shí)間內(nèi)偏差不超標(biāo)(一般為半天至1天)，但超過這段時(shí)間后，就會出現(xiàn)較大偏差，且無規(guī)律。從表1可以看出，7月27日和7月28日不同噸位的4次比對檢驗(yàn)的誤差重復(fù)性指標(biāo)都很好，但兩天相同噸位的比對檢驗(yàn)誤差卻很大，即出現(xiàn)重復(fù)性好、穩(wěn)定性差的現(xiàn)象。

表1 比對性檢驗(yàn)結(jié)果

注:Δ為偏差值，車皮標(biāo)稱重量為22.5t，標(biāo)準(zhǔn)砝碼為(60～70)t，全重為車皮與砝碼的總重量。

其間，為了找出影響穩(wěn)定性的原因，還組織力量分別對電源、接地線、干擾等因素進(jìn)行了檢查，排除了這些因素的影響。

由于秤臺基礎(chǔ)對軌道衡的工作有至關(guān)重要的作用，又兩次測量了軌道衡基礎(chǔ)的下沉情況，發(fā)現(xiàn)整體道床(50m范圍內(nèi))下沉約13cm。考慮到這種下沉為全路段下沉，不應(yīng)對軌道衡造成影響，這種看法同時(shí)得到了制造廠家的支持和認(rèn)同。

4.軌道衡秤臺及基坑外鋼軌固定裝置預(yù)埋鐵松動

為了進(jìn)一步查找穩(wěn)定性差的原因，我們將檢查重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到軌道衡秤臺上。后經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，軌道衡基坑內(nèi)秤臺北側(cè)(上秤臺方向)兩塊預(yù)埋鐵及基坑外北側(cè)兩塊鋼軌固定裝置預(yù)埋鐵松動，在重車壓載下秤臺北側(cè)預(yù)埋鐵明顯下沉，下沉量分別為0.12mm和0.17mm。而基坑內(nèi)秤臺南側(cè)預(yù)埋鐵無松動(下沉量為0.02mm)，基坑外南側(cè)兩塊鋼軌固定裝置預(yù)埋鐵也無明顯松動。這種現(xiàn)象對稱重影響很大，特別是基坑內(nèi)預(yù)埋鐵直接承受秤臺的重力，如果秤臺與基礎(chǔ)間有縫隙，重車過衡時(shí)就會給傳感器傳遞一個(gè)額外的附加力而嚴(yán)重影響軌道衡的準(zhǔn)確度，因此這個(gè)問題必須解決。為此決定加固基坑內(nèi)北側(cè)兩塊預(yù)埋鐵及基坑外4塊預(yù)埋鐵，以排除預(yù)埋鐵松動對軌道衡的影響。

由于土建專業(yè)在施工中創(chuàng)造性地將植筋膠技術(shù)運(yùn)用到加固預(yù)埋鐵的工程中，省去了打掉基礎(chǔ)二次灌漿的過程，故在短時(shí)間內(nèi)就順利地完成了軌道衡基坑內(nèi)外預(yù)埋鐵的加固工作。經(jīng)測量，基坑內(nèi)秤臺北側(cè)預(yù)埋鐵加固后下沉量約0.02mm，達(dá)到了預(yù)期目的，解決了基礎(chǔ)與秤臺之間有縫隙的問題。

5.調(diào)整通道放大板的平衡電壓

在排除了基礎(chǔ)與秤臺間的縫隙對軌道衡稱量影響后進(jìn)行的比對檢驗(yàn)中，環(huán)境溫度又成了影響軌道衡測量穩(wěn)定性的因素。但是這種影響與前面幾種故障的影響不同，有一定的規(guī)律性，主要表現(xiàn)為:白天的偏差都在要求范圍內(nèi)，晚上則超差。我們將通道放大板平衡電壓由±0.6mV調(diào)整到±0.7mV后，環(huán)境溫度影響穩(wěn)定性的問題不復(fù)存在。

為了驗(yàn)證問題是否解決，采集了9月30日到10月8日白天和夜間17組共126車次過衡比對數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)顯示:進(jìn)廠方向平均偏差為-213kg，出廠方向平均偏差為-53kg，均在±%0.5誤差范圍內(nèi)，說明影響軌道衡穩(wěn)定性的故障已經(jīng)解決。

四、結(jié)論

1.本次軌道衡處理之所以費(fèi)時(shí)費(fèi)力，是因?yàn)榘l(fā)生的問題是由通道放大板、剪力傳感器、秤臺預(yù)埋鐵松動等多種因素混合而成的復(fù)合型故障，不同故障現(xiàn)象相互交叉，影響了迅速準(zhǔn)確地判斷故障原因。

2.本次軌道衡故障**反映出來的是零點(diǎn)發(fā)生漂移，更換通道放大板并調(diào)整剪力傳感器的波形后，解決了零漂和數(shù)據(jù)丟失的問題。之后穩(wěn)定性問題開始暴露，在解決秤臺預(yù)埋鐵松動問題前，穩(wěn)定性問題引起的偏差無規(guī)律可循。預(yù)埋鐵松動問題解決后，偏差則變得有規(guī)律。在調(diào)整了通道放大板的平衡電壓后，穩(wěn)定性問題*終得以解決。

3.顯而易見，未嚴(yán)格按照安裝要求施工是造成預(yù)埋鐵松動的原因。然而基坑內(nèi)外預(yù)埋鐵松動的具體時(shí)間不得而知，但從現(xiàn)場可以明顯看出，松動發(fā)生在軌道衡故障出現(xiàn)之前或同時(shí)則是肯定的。事實(shí)證明，對預(yù)埋鐵松動直接影響軌道衡穩(wěn)定性的判斷和消除基坑內(nèi)外預(yù)埋鐵松動的處理方法是正確的。

4.穩(wěn)定性問題是在更換通道放大板后出現(xiàn)的，其原因在于更換的通道放大板與原通道板不一樣(主要是運(yùn)算放大器型號不同)，但未再根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整平衡電壓，仍采用原來的數(shù)值(±0.6mV)。

5.綜上所述，軌道衡穩(wěn)定性的問題是由通道板不合理的平衡電壓及秤臺與基礎(chǔ)間縫隙形成的附加力共同造成的。前者是影響軌道衡穩(wěn)定性的主因，后者則造成了軌道衡稱量偏差的無規(guī)律性，而更換過的剪力傳感器未必有問題。

五、比對檢驗(yàn)的方法

軌道衡的運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。但是，軌道衡因本身的重要性和敏感性以及對其進(jìn)行法定檢定手段的特殊性，給使用單位的維護(hù)工作帶來了*大的不便。軌道衡是否正常工作的主要表征是準(zhǔn)確性、重復(fù)性和穩(wěn)定性這3項(xiàng)指標(biāo)，但是使用單位卻不能像其他測量系統(tǒng)一樣及時(shí)得到軌道衡的這些狀態(tài)信息，其主要原因是使用單位缺乏獲取這些信息的手段。

為了查找軌道衡故障原因，必須在掌握大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上判斷軌道衡的工作狀態(tài)。在本案例中使用單位是采用比對檢驗(yàn)的辦法來獲取軌道衡重復(fù)性和穩(wěn)定性兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)，作為判斷軌道衡工作狀態(tài)依據(jù)的。具體做法:在一節(jié)空車皮上裝載比對檢驗(yàn)所需重量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，該砝碼車的全重為車皮空重(可用車皮標(biāo)稱值，也可用多次過衡的平均值)+砝碼重量，以此作為比對檢驗(yàn)的參照重量。由于不采集準(zhǔn)確性指標(biāo)，因此，相對于重復(fù)性和穩(wěn)定性兩個(gè)指標(biāo)而言，車皮空重并不重要。只需計(jì)算出車皮過衡重量與參照重量偏差間的誤差(Δ)就可得到重復(fù)性和穩(wěn)定性的指標(biāo)，表1中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)就是這樣計(jì)算出來的。

本案例中使用的比對方法只限于企業(yè)內(nèi)部對重復(fù)性和穩(wěn)定性兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，因?yàn)榈貌坏杰嚻さ臉?biāo)準(zhǔn)重量，故不能對軌道衡的準(zhǔn)確性指標(biāo)作出有意義的評價(jià)，更談不上以比對結(jié)果對軌道衡作任何調(diào)整，它只是企業(yè)判斷軌道衡運(yùn)行狀態(tài)的工具。實(shí)踐證明該方法簡單實(shí)用，為企業(yè)軌道衡的維護(hù)工作提供了一種手段。

由于外借標(biāo)準(zhǔn)砝碼的費(fèi)用很高，現(xiàn)在該單位用鋼板和混凝土制作了24塊砌塊，放在一輛報(bào)廢的車皮上，總重90.34t。由這些經(jīng)過靜態(tài)衡標(biāo)定過的砌塊和車皮組成的砝碼車可以方便地改變重量以適應(yīng)比對檢驗(yàn)的需要，現(xiàn)在已成為軌道衡比對檢驗(yàn)的重要工具。

六、結(jié)束語

秤臺基礎(chǔ)直接關(guān)系到軌道衡的工作品質(zhì)，本案例就是因?yàn)檫@個(gè)問題導(dǎo)致了故障現(xiàn)象無規(guī)律性地變化，增加了分析判斷故障原因的復(fù)雜程度。

本案例是由多個(gè)故障組成的復(fù)合型故障，且不同故障現(xiàn)象相互交叉，雖然影響了迅速準(zhǔn)確判斷故障原因，但是為全面了解和學(xué)習(xí)維護(hù)軌道衡的技術(shù)提供了一次難得機(jī)會，相信這一案例將對以后判斷處理軌道衡故障有所幫助和啟發(fā)。