便携式机车车辆动态称重仪的研制

　　1 引言

　　在铁路轨道上对各种铁路车辆及其装载货物重量计量称量的器具称为轨道衡。轨道衡广泛应用于铁路、城轨、地铁、煤炭、矿山、冶金、石化、港口等行业。随着国民经济的高速发展, 各行业对铁路车辆计量工作提出了快速、准确的更高要求。

　　本项目研制一种不需要对现有轨道线路进行任何改动, 仅需在两轨道之间放置称量装置, 通过车轮轮缘将重量传递给称量装置, 实现便携、高精度动态称重。该仪器具有重量轻、携带和操作方便、成本低、可靠性高、维护方便、适用于各种环境及各类轨道车辆等优点, 必将具有广泛的社会应用前景。

　　2 便携式轨道衡设计

　　设计的基本流程如图1 所示:

　　传感器采用应变式传感器将车重转换为电压信号, 应变片贴于以合金钢为材料的弹性元件上, 构成全桥电路, 测量变形量。

　　信号调理包括信号放大, 信号滤波。电桥输出电压是毫伏级, 测量起来不方便, 需要将其放大到满量程 10 V。本设计采用低漂移, 共模抑制比大的仪用放大器来实现放大。信号滤波部分采用巴特沃斯型低通滤波器。

　　数据采集部分通过 LabJack U12 多功能数据采集控制器和 LabVIEW 程序实现。

　　信号处理部分以 LabVIEW 作为平台, 开发虚拟仪器, 对轮重信号进行处理, 得到轮重值。

　　2.1 便携式称重传感器设计

　　2.1.1 称重传感器选择

　　测量动态车重信号, 常用的传感器有压电式力传感器、压磁式传感器、电容式力传感器、电感式测力传感器、应变式传感器。本设计选用应变式传感器。

　　应变式传感器是利用弹性敏感元件把被测力(作用力、荷重)转换为应变量的变化,而在弹性敏感元件上粘贴的应变片再将应变量转换为电阻变化。它可适应从小到大范围内的任何动态或静态力的测量需要, 而且测量精度可在 0.010%～0.10%, 其量程与精度均优于其他测力传感器。

　　2.1.2 弹性体结构设计

　　传感器弹性元件材料采用合金钢, 其屈服极限为 860 MPa,强度极限为 1 020 MPa。火车轮从上方压过去, 火车重量引起弹性元件形变,应变片感受形变, 并相应输出电压值。

　　设计的便携式轨道车辆动态称重仪, 安装在铁轨之间,传感器弹性体要塞入铁轨钢槽内, 所以弹性体尺寸受铁轨限制。钢轨又坐在枕木上, 由道钉固定。所以传感器设计由钢轨截面及安装条件决定。称重时, 机车/车辆的轮对通过导向块上的斜面引导,使轮缘压在称重梁上, 车轮踏面离开轨面, 机车/车辆的重力则通过称重梁、支撑块传至钢轨下翼缘乃至地基上。通过测量称重梁的弹性变形得到机车/车辆的重量。所以弹性体的长度应满足道钉的要求。弹性体侧面塞进钢轨的钢槽内, 剩余宽度要与轮缘宽度一致, 高度要与轨面一致。