动态电子轨道衡复合性故障的分析及处理

一、前言

GCU-100型二力合成不断轨动态电子轨道衡是一种对行进中的列车实行不停车、不摘钩动态称重的计量设备，在矿山、石化、电力、港口等行业已得到广泛应用。它采用转向架计量方式，通过压力和剪力传感器的组合以及测量过衡车速的变化测量钢轨上载荷的大小，经过智能测量系统，计算出车速、节重等数据，并可完成去皮、累计、数据长期储存、制表、打印等一系列相关工作。

该系统自2005年年底在某地投入运行以来，运行较为稳定，但从2007年5月底开始，轨道衡出现了一系列问题，影响了过衡测量的准确性，并给企业对外经济核算造成了损失。

在轨道衡制造厂家的帮助下，该企业先后处理了零位漂移、通道放大板故障、轨道衡秤台预埋铁松动等多个造成轨道衡称量不稳定的问题，消除了所有的故障，保证了系统的稳定运行。

二、轨道衡称重原理

GCU-100型二力合成不断轨轨道衡主要由传感器、机械秤台、动态通道、计算机系统、静/动态称重软件包、管理软件包组成，如图1所示。

图1 轨道衡结构示意图

车厢的重量通过秤体测量区后，由压力及剪力传感器将车辆重量按严格的线性关系转换为电压信号，经过高性能放大器放大、滤波，再经A/D转换后，使重量信号通过并行口送入计算机，由计算机完成数据采集、数字滤波、机车判别、计算节重、速度，并根据车速进行高精度校准补偿工作。

1.传感器部分

由4只压力传感器和4只剪力传感器组成。

2.机械秤台

机械秤台由主梁、框架、横向限位装置、钢枕、连接板、轨枕板等组成，*大载荷可达200t。秤梁之间有一套抗扭系统，防止称重区钢轨及秤梁内侧翻转，秤梁上有横向限位系统限制秤梁的横向运动。

3.通道放大器

通道放大器由高分辨率、高灵敏度A/D转换及供桥电源系统组成，放大器由多只高质量的运算放大器组成，其分辨率高，抗干扰能力强。

4.计算机系统

计算机是动态电子轨道衡的核心部分，完成数据采集、数据处理、显示、打印及数据管理等工作。

5.静/动态称重软件

静/动态称重软件能够完成轨道衡的静态标定及货车的静态称重等工作以及数据采集处理、自检、车种判别、速度计算、显示、打印、保存、数据远程传送等工作，全部操作均为汉化界面。

6.管理软件包

管理软件包能自动识别所有机车车辆的车号。

三、轨道衡故障现象及分析处理

1.通道板故障导致零点漂移

轨道衡**反映出的问题是零点漂移。针对这种情况，笔者重点检查了轨道衡通道放大器(A/D转换系统)，确认通道放大器工作不正常，将其更换后，解决了零点漂移问题。

2.剪力传感器

解决了通道板零漂问题后，轨道衡又出现重复对同一列车比对几次后数据相同，而与前几次比对数据有较大偏差的现象，有时还会丢失数据。经过检查，判断为检测车辆上下秤台的剪力传感器波形处于临界区造成的，在将其波形下沿调整到临界线以下后故障现象有所好转。但时间不长，上述现象又出现了。随即更换了4只剪力传感器，并将全部波形下沿调整到临界线以下，上述问题得以解决。

3.稳定性差

2007年6月26日，国家轨道衡计量站对轨道衡进行了检定，平均偏差为-188kg。检衡后，为了检查稳定性及准确度，使用了不同重量的砝码对轨道衡进行比对性检验。在反复的比对中，发现轨道衡在相对短的时间内偏差不超标(一般为半天至1天)，但超过这段时间后，就会出现较大偏差，且无规律。从表1可以看出，7月27日和7月28日不同吨位的4次比对检验的误差重复性指标都很好，但两天相同吨位的比对检验误差却很大，即出现重复性好、稳定性差的现象。

表1 比对性检验结果

注:Δ为偏差值，车皮标称重量为22.5t，标准砝码为(60～70)t，全重为车皮与砝码的总重量。

其间，为了找出影响稳定性的原因，还组织力量分别对电源、接地线、干扰等因素进行了检查，排除了这些因素的影响。

由于秤台基础对轨道衡的工作有至关重要的作用，又两次测量了轨道衡基础的下沉情况，发现整体道床(50m范围内)下沉约13cm。考虑到这种下沉为全路段下沉，不应对轨道衡造成影响，这种看法同时得到了制造厂家的支持和认同。

4.轨道衡秤台及基坑外钢轨固定装置预埋铁松动

为了进一步查找稳定性差的原因，我们将检查重点转移到轨道衡秤台上。后经现场检查发现，轨道衡基坑内秤台北侧(上秤台方向)两块预埋铁及基坑外北侧两块钢轨固定装置预埋铁松动，在重车压载下秤台北侧预埋铁明显下沉，下沉量分别为0.12mm和0.17mm。而基坑内秤台南侧预埋铁无松动(下沉量为0.02mm)，基坑外南侧两块钢轨固定装置预埋铁也无明显松动。这种现象对称重影响很大，特别是基坑内预埋铁直接承受秤台的重力，如果秤台与基础间有缝隙，重车过衡时就会给传感器传递一个额外的附加力而严重影响轨道衡的准确度，因此这个问题必须解决。为此决定加固基坑内北侧两块预埋铁及基坑外4块预埋铁，以排除预埋铁松动对轨道衡的影响。

由于土建专业在施工中创造性地将植筋胶技术运用到加固预埋铁的工程中，省去了打掉基础二次灌浆的过程，故在短时间内就顺利地完成了轨道衡基坑内外预埋铁的加固工作。经测量，基坑内秤台北侧预埋铁加固后下沉量约0.02mm，达到了预期目的，解决了基础与秤台之间有缝隙的问题。

5.调整通道放大板的平衡电压

在排除了基础与秤台间的缝隙对轨道衡称量影响后进行的比对检验中，环境温度又成了影响轨道衡测量稳定性的因素。但是这种影响与前面几种故障的影响不同，有一定的规律性，主要表现为:白天的偏差都在要求范围内，晚上则超差。我们将通道放大板平衡电压由±0.6mV调整到±0.7mV后，环境温度影响稳定性的问题不复存在。

为了验证问题是否解决，采集了9月30日到10月8日白天和夜间17组共126车次过衡比对数据，这些数据显示:进厂方向平均偏差为-213kg，出厂方向平均偏差为-53kg，均在±%0.5误差范围内，说明影响轨道衡稳定性的故障已经解决。

四、结论

1.本次轨道衡处理之所以费时费力，是因为发生的问题是由通道放大板、剪力传感器、秤台预埋铁松动等多种因素混合而成的复合型故障，不同故障现象相互交叉，影响了迅速准确地判断故障原因。

2.本次轨道衡故障**反映出来的是零点发生漂移，更换通道放大板并调整剪力传感器的波形后，解决了零漂和数据丢失的问题。之后稳定性问题开始暴露，在解决秤台预埋铁松动问题前，稳定性问题引起的偏差无规律可循。预埋铁松动问题解决后，偏差则变得有规律。在调整了通道放大板的平衡电压后，稳定性问题*终得以解决。

3.显而易见，未严格按照安装要求施工是造成预埋铁松动的原因。然而基坑内外预埋铁松动的具体时间不得而知，但从现场可以明显看出，松动发生在轨道衡故障出现之前或同时则是肯定的。事实证明，对预埋铁松动直接影响轨道衡稳定性的判断和消除基坑内外预埋铁松动的处理方法是正确的。

4.稳定性问题是在更换通道放大板后出现的，其原因在于更换的通道放大板与原通道板不一样(主要是运算放大器型号不同)，但未再根据实际情况调整平衡电压，仍采用原来的数值(±0.6mV)。

5.综上所述，轨道衡稳定性的问题是由通道板不合理的平衡电压及秤台与基础间缝隙形成的附加力共同造成的。前者是影响轨道衡稳定性的主因，后者则造成了轨道衡称量偏差的无规律性，而更换过的剪力传感器未必有问题。

五、比对检验的方法

轨道衡的运行质量直接关系到企业的经济利益。但是，轨道衡因本身的重要性和敏感性以及对其进行法定检定手段的特殊性，给使用单位的维护工作带来了*大的不便。轨道衡是否正常工作的主要表征是准确性、重复性和稳定性这3项指标，但是使用单位却不能像其他测量系统一样及时得到轨道衡的这些状态信息，其主要原因是使用单位缺乏获取这些信息的手段。

为了查找轨道衡故障原因，必须在掌握大量数据的基础上判断轨道衡的工作状态。在本案例中使用单位是采用比对检验的办法来获取轨道衡重复性和稳定性两个状态参数，作为判断轨道衡工作状态依据的。具体做法:在一节空车皮上装载比对检验所需重量的标准砝码，该砝码车的全重为车皮空重(可用车皮标称值，也可用多次过衡的平均值)+砝码重量，以此作为比对检验的参照重量。由于不采集准确性指标，因此，相对于重复性和稳定性两个指标而言，车皮空重并不重要。只需计算出车皮过衡重量与参照重量偏差间的误差(Δ)就可得到重复性和稳定性的指标，表1中的各项数据就是这样计算出来的。

本案例中使用的比对方法只限于企业内部对重复性和稳定性两个指标进行检验，因为得不到车皮的标准重量，故不能对轨道衡的准确性指标作出有意义的评价，更谈不上以比对结果对轨道衡作任何调整，它只是企业判断轨道衡运行状态的工具。实践证明该方法简单实用，为企业轨道衡的维护工作提供了一种手段。

由于外借标准砝码的费用很高，现在该单位用钢板和混凝土制作了24块砌块，放在一辆报废的车皮上，总重90.34t。由这些经过静态衡标定过的砌块和车皮组成的砝码车可以方便地改变重量以适应比对检验的需要，现在已成为轨道衡比对检验的重要工具。

六、结束语

秤台基础直接关系到轨道衡的工作品质，本案例就是因为这个问题导致了故障现象无规律性地变化，增加了分析判断故障原因的复杂程度。

本案例是由多个故障组成的复合型故障，且不同故障现象相互交叉，虽然影响了迅速准确判断故障原因，但是为全面了解和学习维护轨道衡的技术提供了一次难得机会，相信这一案例将对以后判断处理轨道衡故障有所帮助和启发。