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本文作者:周毛德龔水才作者單位:南昌鐵路局技術監督所
超偏載檢測裝置的結構組成:超偏載檢測裝置的室外部分包含有稱重設備和車號設備,稱重設備主要包括稱重臺面、剪力傳感器和壓力傳感器;車號設備包括磁鋼、微波天線、車號主機等。超偏載檢測裝置結構如圖1所示。
超偏載檢測裝置的穩定性和準確性除了受到設備本身的影響外,還受到外部許多因素的影響。
1安裝地點的選擇
超偏載檢測裝置是一種自動識別檢測裝置,對列車過衡速度有較高要求,其安裝位置非常重要。在理想的情況下,超偏載檢測裝置要求被安裝在一段較長的直線區段內,且該區段內過衡列車應該在規定速度內勻速通過。在選址時,應盡量選擇合理的區段,方可確保數據的準確可靠。為最大限度地掌握貨物車輛的裝載情況,杜絕貨物超偏載情況引起的事故,超偏載檢測裝置一般安裝在進(出)站信號機附近。但進(出)站信號機附近的線路具有道岔多、彎道多的特點,也處于列車提速出站和降速進站的區段,甚至有些貨物列車進站前經常停于進站信號機前(超偏載檢測裝置上)。過彎道、衡上提速和制動等非正常情況下過衡,不但容易損壞超偏載檢測裝置,而且設備檢測出的數據也不準確,易形成誤報數據。
2氣候的影響
受線路的限制,超偏載檢測裝置被安裝在自然環境中不同的地段,水、火、雷、電等自然災害都有可能對其造成破壞。在做好防水防火措施的同時,應該完善防雷、防高壓和防斷電功能。消除高壓和斷電對設備帶來的危害,可以通過加裝性能優良的空氣開關和儲電能力強的UPS來解決。完善設備的防雷功能,應在雷電流可能流入的途徑中加裝防雷元件,對檢測點房屋加裝防靜電屏蔽層,并做好地線,最大限度地降低雷電流對設備的損壞。消除電氣化區段各種電磁波對設備的干擾,為設備的正常運行提供保障。
3稱重系統的影響
稱重系統包含硬件和軟件2部分,軟件部分因不同廠家對參數的分析方法和算法不盡相同,在此不做分析,只針對硬件的影響做簡要分析。稱重部分硬件主要包含稱重臺面、剪力傳感器和壓力傳感器。
(1)稱重臺面
稱重臺面是整個稱重部分的基礎,一個穩定的稱重臺面是稱重數據可靠的基礎。稱重臺面主要采用水泥枕或鋼枕框架結構,以碎石道床為基礎,道床應飽滿清潔,稱重臺面與道床結合平穩。如果臺面不穩,傳感器受力不均,輸出信號不穩,就會影響稱重數據的穩定。為了保證稱重臺面的穩定,在新安裝超偏載檢測裝置時,臺面各聯接鋼板的緊固螺母不應先緊死,待道床經過反復搗固和過車后再緊死,這樣對臺面穩定有更好的效果。
(2)剪力傳感器
目前,采用的大部分傳感器是電阻應變式稱重傳感器,這是一種把電阻應變片粘貼在彈性敏感元件上,然后以適當方式組成電橋的一種將力(重量)轉換成電信號的轉換元件。傳感器是超偏載檢測裝置核心部件,直接反映貨車的重量信息。剪力傳感器被安裝在鋼軌的腰部,通過過車時的受力變形作用到稱重系統中。剪力傳感器直接影響稱重系統的測速、判輛和過車重量(部分廠家剪力傳感器不參與重量分析),所以剪力傳感器的各項技術性能和安裝位置都對稱重系統有著重要的影響。(1)剪力傳感器的技術參數。在對超偏載檢測裝置進行定期檢修時,除了測量剪力傳感器的各項技術參數外,還應著重觀察其近期的過車波形。波形是反應傳感器性能好壞的重要參考依據,通過查看過車波形,可以判斷傳感器是否正常工作,是否處于一個穩定的工作狀態。傳感器都有一定的使用壽命(沖擊次數),隨著使用壽命的接近,傳感器的輸出信號容易失真,影響到檢測數據的準確性。同時,穩定性也是衡量傳感器質量好壞的一個重要指標,穩定性差的傳感器其輸出信號不穩定,導致設備檢測出的數據不準確。如果發現有異常波形,應及時判斷波形異常原因并修復。正常剪力傳感器波形如圖2所示。(2)剪力傳感器的安裝位置。每一個剪力傳感器都有一個安裝標記點,如圖3所示。通過該點位剪力傳感器可以在垂直或水平方向上安裝,根據不同廠家做不同選擇。無論是安裝在水平方向還是垂直方向,安裝誤差都不能超過肉眼的判斷范圍,否則會影響正常過車。在定期檢修時,如果觀察到剪力傳感器波形異常,在檢查各項技術指標合格后,應首先檢查該標記點是否有轉動,如果有應盡快回復到正常位置,以確保傳感器工作正常。(3)剪力傳感器的安裝孔。當剪力傳感器的各項技術參數和安裝位置都正常時,維修人員經常會看到波形異常的情況出現,從而造成丟車等故障。由于剪力傳感器4個棱角受力不均造成波形異常。而棱角受力不均有2種可能原因,第一是剪力傳感器自身存在較大圓度誤差;第二是剪力傳感器安裝孔存在較大圓度誤差。如果是第1種情況,應立即更換存在缺陷的剪力傳感器。當出現第2種情況時,由于重新打孔一般不符合現場作業條件,只能對傳感器進行調整。假定傳感器的工作狀態如圖3所示,A、B、C、D分別是剪力傳感器的4個受力棱角,當剪力傳感器安裝孔出現誤差時,一般會出現A和C或B和D受力過小或者過大,圖3中為A、C受力過小。為消除這種受力不均,可以在受力過小的A、C棱角處加裝超薄硬金屬片。根據現場的維修經驗,在相對棱角同時加裝超薄硬金屬片所得到的效果往往優于只在其中1處加裝的效果。
(3)壓力傳感器
同剪力傳感器一樣,壓力傳感器也是電阻應變式稱重傳感器,是超偏載檢測裝置的主要信號來源。壓力傳感器被安裝在鋼軌的底部,通過過車時的受力變形作用到稱重系統中。由于安裝位置的特殊性,壓力傳感器能直接感應過車重量,其各項技術參數、工作狀態和連接方式直接影響著超偏載檢測裝置數據的穩定性和準確性。(1)壓力傳感器的技術參數。同剪力傳感器相似,除了測量其各項技術參數外,還應著重觀察壓力傳感器近期的過車波形。正常過車壓力傳感器波形如圖4所示。壓力傳感器的過車波形是監測壓力工作狀態的最佳指標,可以通過監測壓力波形的變化來判斷超偏載檢測裝置數據的穩定性。一旦發現有異常波形,傳感器波形幅值變化較大,應及時判斷波形異常原因并修復。壓力異常波形如圖5所示。(2)壓力傳感器的工作狀態。壓力傳感器用緊固螺母安裝在軌枕和鋼軌之間,再加上絕緣墊、絕緣擋塊、傳感器墊塊等配件才能保證傳感器的正常工作。但是絕緣墊的錯位或缺失等情況會導致傳感器不能處于最佳工作狀態,所以在檢查傳感器的工作狀態時,應首先檢查好傳感器的位置及其受力狀況。另外,由于傳感器在過車時因受力會產生彎曲變形,因此保證變形區間的充足是極為重要的一項檢查項目。壓力傳感器安裝截面如圖6所示。如果傳感器變形區間被異物填充,當列車經過稱重臺面時,傳感器受力變形受阻,變形便不能真實反映出所過列車的實際重量,所得出來的數據也不準確。因此確保壓力傳感器處于良好的工作狀態對稱重數據的穩定和準確有非常重要的作用。
(4)數據采集儀
數據采集儀又稱通道,負責對過車時傳感器輸出的電壓信號進行放大、濾波和模/數轉換,對最終過車數據有著決定性的影響。為了保證過車數據的準確和穩定,應確保采集儀的輸出電壓正常。當輸出電壓正常時,可以用傳感器模擬器來檢測采集儀的好壞;當現場沒有模擬器時,可以用工作正常的傳感器來檢測采集儀,通過查看傳感器0點碼值和信號電壓來判斷采集儀的工作狀態。如果發現采集儀故障,為了確保貨運行車安全,應及時修復。
4車號自動識別系統的影響
車號自動識別系統是超偏載檢測裝置重要的輔助系統。該系統通過自動識別每輛過衡車輛的車號信息并傳至工作計算機,與稱重系統檢測出的貨車重量信息一一合并,得出一趟完整的過車信息。該信息與確報系統匹配后傳輸到貨運計量安全檢測網,便于貨運工作人員及時掌握貨車裝載情況,排除安全隱患,確保行車安全。車號系統由車號主機、磁鋼和天線構成,在除了保證各硬件的技術性能合格外,重點探討磁鋼的問題。車號自動識別系統如圖7所示。磁鋼在車號自動識別系統中分為開機磁鋼和計軸磁鋼,分別起著開機和測速計軸的作用,是確保列車信息能夠完整地被車號自動識別系統記錄的關鍵部件。正常工作要求中除了保證磁鋼的各項技術性能符合要求外,還需要提高其抗干擾能力,將其引線屏蔽層做接地處理,以防止因干擾導致的判輛計軸故障。另外,磁鋼的安裝高度應根據不同線路區別對待。磁鋼安裝高度是磁鋼上表面距鋼軌上表面的垂直距離,如圖8所示,h即為磁鋼安裝高度。按要求35~38mm為合適的安裝高度范圍,當列車過衡速度較高時,安裝高度應相應偏大;當過衡速度較低時,安裝高度則應相應偏小,但均應在安裝高度范圍之內。
隨著我國經濟日益發展,鐵路貨運的重要性必將日益明顯。鐵路運輸量大、快捷的特點也將促進物流的發展,滿足國計民生的需要。超偏載檢測裝置的大量使用,必將在鐵路的貨運安全工作中發揮越來越重要的作用。隨著超偏載檢測裝置及配套設備的進一步優化和客車車號標簽的普及,超偏載檢測裝置可以對包括客車在內的所有車輛進行監測,為鐵路運輸的安全可靠提供保障。