附加式压磁测力传感器在动态称重轨中的应用

　　1　引　言

　　在铁路、矿山、港口、电力、冶金等广泛采用轨道运输的行业,对运输货物进行测重的设备称为轨道衡。轨道衡的作用不仅是计量,它还具有防止运输车辆偏载、超载,保障运输安全等功能。

　　目前,经济发达国家广泛采用的轨道衡为无坑基动态轨道衡,或称称重轨(Weigh Rail),它是利用传感器测量普通钢轨或经过特制的钢轨在车辆通过时的变形量来实现称重的系统。这种动态称重轨完全不要基坑和秤台,不改变原有轨下基础,所以安装方便快捷。另外,它称量速度高,最高可达70 km/h,称量误差为5%,而在30 km/h范围内,称量误差低于3%,不计量时不限速[1]。显然,这种称重系统的传感器应具有信号强、响应速度快、可靠性高、结构坚固、寿命长、适应室外恶劣工作环境等特点。

　　2　剪力型动态称重轨的工作原理[2,3]

　　目前国际上动态称重轨主要有两种类型,第一种是测量当车轮通过时钢轨的弯矩变化,称为弯矩型;第二种是测量当车轮通过时钢轨的剪应力变化,称为剪力型。

　　剪力型称重轨的工作原理如图1所示。剪力型称重轨是当车辆通过称重区时,钢轨因加载发生弯曲弯形,钢轨中性轴(图中0-0)以上的部分受到压力,中性轴以下的部分受到拉力,中性轴上任意一点既不受压又不受拉,属于纯剪切应力状态,在该点沿45°为最大主应力σmax方向,沿135°方向为最小主应力σmin方向。因此,可在钢轨中性轴位置沿主应力方向安装剪切力称重传感器,通过剪切力信号大小进行称重。图1所示为这种称重轨的工作原理。图中称重轨支承于AB上,支距为S;M、N为钢轨上的两个截面,分别离支承点距离为m。W为轮重,当W的位置x变化时,在M、N截面中性轴上的剪力QM和QN也随之变化。当轮重位于M、N截面之间时,两截面上的剪力合成为一常量,其值即为轮重。

　　目前,在以测量轨道变形为核心的无坑基动态轨道衡中,主要采用电阻应变片和塞孔型压磁剪力传感器。电阻应变片有较高的测试灵敏度和精度,但要将应变片长期牢固地粘贴于钢轨上依然是一个难题。中国铁道科学院于1986年研制成功了塞孔式压磁传感器,并在郑州、丰西等近50多个编组场使用,效果良好。塞孔式压磁传感器信号强、可靠性高、结构坚固,寿命长(不少于500万次),很适应室外恶劣工作环境。但由于轨道变形时,应力先要穿过磁芯柱才能使其磁导率发生变化,所以这种传感器响应慢,限制了被测车辆车速的提高。另外,安装这种传感器时要先在钢轨腹板上钻1∶30锥度的孔,该孔的加工精度要求较高。本文研究的附加式压磁测力传感器能够弥补上述两种传感器的缺陷。