國(guó)外冶金工業(yè)軌道衡技術(shù)研究

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1前言

日本冶金工業(yè)軌道衡技術(shù)的發(fā)展應(yīng)追溯到日本戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)振興的年代。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,使日本冶金工業(yè)迅速崛起,成為世界上技術(shù)最強(qiáng)的冶金大國(guó)之一。改革開放以來,我國(guó)冶金行業(yè)的特大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè),如寶鋼、首鋼、武鋼、太鋼、鞍鋼、昆鋼、濟(jì)鋼等,都先后隨著大項(xiàng)目的引進(jìn),進(jìn)口了代表日本先進(jìn)技術(shù)的Yamato電子稱重技術(shù),其中不乏各種軌道衡技術(shù)。下面分別介紹Yamato的幾種軌道衡技術(shù),看日本冶金工業(yè)軌道衡技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

2軌道衡在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程中的應(yīng)用

大型冶金鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)全過程中采礦、選礦、燒結(jié)、煉鐵(鐵水罐車或魚雷罐車的鐵水液面計(jì)量)、焦化煤塔用寬軌裝煤車計(jì)量、煉鋼(寬軌鐵水包車或鋼水包車計(jì)量)、軋鋼型材、板材、線材(寬軌車計(jì)量)。外進(jìn)原料如原料煤、礦石、鐵精礦、石灰石、耐火材料、合金料、廢鋼計(jì)量、高爐灰,礦碴等副產(chǎn)品出廠的標(biāo)準(zhǔn)軌道衡的計(jì)量。

3整體式秤臺(tái)結(jié)構(gòu)軌道衡

早期日本冶金行業(yè)甚至最近還在使用的稱重軌道衡,除了采用標(biāo)準(zhǔn)軌距、標(biāo)準(zhǔn)車輛外,還有大量的非標(biāo)車型的深基坑超大型整體式秤臺(tái)結(jié)構(gòu)軌道衡。根據(jù)車輛參數(shù)軌距、軸距、軸數(shù)、心盤距、轉(zhuǎn)向架數(shù),全軸距、鉤舌距的不同,從而采用不同類型的軌道衡。其中軌距從1435-6700mm,軸距從900-2000mm,軸數(shù)從2-16軸,心盤距6680-14230mm,轉(zhuǎn)向架數(shù)2-3個(gè),鉤舌距從1210-25800mm,載荷規(guī)格從10-800t。其中較為典型的Yamato整體式秤臺(tái)結(jié)構(gòu),大多為厚鋼板箱型焊接大梁,橫向采用X型聯(lián)系梁形成整體結(jié)構(gòu)。限位采用拉桿或碰撞式相結(jié)合,構(gòu)成復(fù)合式縱、橫向限位裝置。秤臺(tái)特點(diǎn)為安裝簡(jiǎn)便、秤臺(tái)剛度大、適用于稱重頻率大的場(chǎng)合。整體式秤臺(tái)基礎(chǔ)一般為深基坑或淺基坑基礎(chǔ)。稱重傳感器采用日本Yamato經(jīng)典的CC2/CC5系列搖柱式電阻應(yīng)變式稱重傳感器,該傳感器采用了抽真空充氮全密封焊接結(jié)構(gòu)以及超高度不倒翁結(jié)構(gòu),使秤臺(tái)受沖擊后回復(fù)性優(yōu)于其它任何結(jié)構(gòu)。傳感器規(guī)格從10-500t。準(zhǔn)確等級(jí)符合OIMLR60C級(jí)1000-3000分度。該傳感器是當(dāng)今日本和我國(guó)冶金行業(yè)在用的傳感器使用壽命最長(zhǎng)的優(yōu)選產(chǎn)品之一。稱重儀表采用日本Yamato在九十年代中期開發(fā)的一款多功能超小型的EDI-800型通用工業(yè)儀表。該儀表最大的特點(diǎn)是顯示碼可達(dá)300000,采樣速度為100次/秒,自我診斷,人機(jī)對(duì)話,屏幕菜單,各種I/O定值控制,各種通訊接口以及三菱CC-link現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

4軌枕式電子軌道衡

日本Yamato在八、九十年代,開發(fā)了一種適用于因現(xiàn)場(chǎng)條件所限,秤臺(tái)必須橫向分離的軌枕式電子軌道衡。規(guī)格從100~800t,秤量方式為靜態(tài)。該秤臺(tái)最大特點(diǎn)是兩根獨(dú)立的稱重大梁,就像兩根長(zhǎng)軌枕。承重梁厚度僅為100mm左右,整個(gè)秤臺(tái)高350mm,承重梁與底座采用特殊密封技術(shù),縱、橫向限位采用了彈簧膜片式,兩個(gè)秤臺(tái)之間僅有數(shù)根力矩桿連接。每個(gè)秤臺(tái)橫向分別有一個(gè)或兩個(gè)CC2/CC5傳感器支承。一臺(tái)魚雷罐車可配置4-8個(gè)秤臺(tái)。該裝置特別適用于超長(zhǎng)秤臺(tái)無法運(yùn)輸,現(xiàn)場(chǎng)有障礙物使秤臺(tái)必須橫向分離的場(chǎng)合。安裝調(diào)試也特別方便。該種類型的電子軌道衡已在日本新日制鐵、韓國(guó)的項(xiàng)浦鋼鐵、上海寶鋼4000m3煉鋼高爐魚雷罐車計(jì)量得到了廣泛的應(yīng)用。一般冶金行業(yè)的大型煉鐵高爐有2個(gè)出鐵口,相應(yīng)有4個(gè)魚雷罐車位?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置稱重顯示裝置,并將信號(hào)送高爐中控室。主要輸出信號(hào)為總重(4-20mA/0-F.S)、皮重(4-20mA/0-F.S)、魚雷罐車號(hào)(BCD2位);主要輸入信號(hào)為凈重(4-20mA/0-F.S)、90%重量值(4-20mA/0-F.S)、100%重量值(4-20mA/0-F.S)、魚雷罐車號(hào)(BCD2位)。

5模塊式電子軌道衡

日本Yamato在九十年代又開發(fā)了一種適用于寬軌鐵路車輛稱重的模塊式電子軌道衡。規(guī)格為100~240t,秤量方式靜態(tài)。適用于現(xiàn)場(chǎng)條件所限,不允許長(zhǎng)時(shí)間施工的線路。整體高度低,大大節(jié)約土建成本。特別方便拆卸、維修、調(diào)試。每一個(gè)模塊為一個(gè)單獨(dú)的稱量箱,每一個(gè)模塊相當(dāng)于一個(gè)稱重單元,從而取消了大型機(jī)械構(gòu)件的秤臺(tái)。在不影響線路正常運(yùn)輸情況下,可利用間隙時(shí)間完成安裝調(diào)試。其秤臺(tái)最大的特點(diǎn)是類似于我國(guó)的板式結(jié)構(gòu)。在每根鋼軌下密排著稱重模塊(稱量箱)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝與維修可很方便地裝、拆稱重模塊。

6車輪測(cè)定用電子軌道衡

日本Yamato近年來,為了適應(yīng)鐵路車輛超偏載檢測(cè)的需要,開發(fā)了一種適用于鐵路車輛、機(jī)車車輛的輪重、軸重進(jìn)行偏載測(cè)定的車輪測(cè)定用電子軌道衡。其特點(diǎn)小巧輕便,無須秤臺(tái),可低速動(dòng)態(tài)稱重。此裝置已在日本的鐵路車站、編組站、機(jī)車車輛廠、修理廠得到了廣泛的應(yīng)用。測(cè)定范圍0.1～10t/輪,分度值10kg,靜態(tài)準(zhǔn)確度:±1%,動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確度:±3%,動(dòng)態(tài)車速小于10km/h。該裝置另一個(gè)特點(diǎn)是可附帶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)力標(biāo)定裝置。

7不斷軌電子軌道衡

日本在不斷軌軌道衡的研究技術(shù)上雖未見大量公開的報(bào)導(dǎo),實(shí)際上也與西方各國(guó)一樣進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。最近日本Yamato最新推出的不斷軌、具有數(shù)字化標(biāo)定功能的電子軌道衡,足以證明了這一點(diǎn)。該裝置為無秤臺(tái)、不斷軌結(jié)構(gòu),整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)僅有2套剪切式數(shù)字傳感器,每套傳感器分別由2個(gè)左、右側(cè)固定傳感器組成,每個(gè)傳感器用高強(qiáng)度螺栓固定在鋼軌腹部。秤量軌支承點(diǎn)長(zhǎng)度為600mm,2套傳感器中心距為400mm,儀表有效采樣段為200mm,該裝置最大秤量為100t,分度值為100kg,秤量范圍10-100t,靜態(tài)準(zhǔn)確度可達(dá)1%。目前由于種種因素的制約,其動(dòng)、靜態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確度,還未達(dá)到可以作為貿(mào)易計(jì)量的用途。該裝置為無秤臺(tái)、不斷軌結(jié)構(gòu),整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)僅有2套剪切式數(shù)字傳感器,每套傳感器分別由2個(gè)左、右側(cè)固定傳感器組成,每個(gè)傳感器用高強(qiáng)度螺栓固定在鋼軌腹部。秤量軌支承點(diǎn)長(zhǎng)度為600mm,2套傳感器中心距為400mm,儀表有效采樣段為200mm,該裝置最大秤量為100t,分度值為100kg,秤量范圍10-100t,靜態(tài)準(zhǔn)確度可達(dá)1%。目前由于種種因素的制約,其動(dòng)、靜態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確度,還未達(dá)到可以作為貿(mào)易計(jì)量的用途。根據(jù)材料力學(xué)關(guān)于受集中載荷的簡(jiǎn)支梁的常規(guī)彎矩與剪力分析很容易看出:輪重P在400mm稱量段中心位置Xi=0.5×L時(shí),彎矩最大MX=P×L/4,而輪重P在400mm稱量段內(nèi)剪力卻是恒定的QXi=P×Xi/L,其值與輪重P成正比。從稱量鋼軌截面進(jìn)行力學(xué)分析可知,其中性軸上的剪應(yīng)力最大為τMax=Q×S(/Jx×b),剪應(yīng)變?chǔ)肕ax=τMax/G,中性軸45°方向主應(yīng)力σ=τMax,主應(yīng)變?chǔ)?±0.5×γMax。即當(dāng)列車通過測(cè)量區(qū)時(shí),車輪重量通過稱重軌下剪力傳感器對(duì)剪應(yīng)力產(chǎn)生的兩個(gè)拉壓對(duì)應(yīng)的主應(yīng)力的測(cè)試,將重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),進(jìn)行放大與A/D轉(zhuǎn)換,完成車輛的稱重。日本Yamato最新開發(fā)的USUI型剪切型鋼軌傳感器的特點(diǎn)是由于具有左、右側(cè)兩種傳感器成對(duì)設(shè)置,稱重段內(nèi)的載荷不均勻?qū)⒉挥绊懹?jì)量準(zhǔn)確度。具有高靈敏度,耐高溫對(duì)策。應(yīng)變片基底及接線采用耐用熱高分子材料,電纜采用硅膠電纜,這樣可使傳感器保存溫度達(dá)到150℃,使用溫度達(dá)到100℃。不銹鋼彈性體激光焊接密封,電纜接頭采用O型圈密封,可適用于各種惡劣的高溫、粉塵、潮濕的環(huán)境。USUI型傳感器可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝,拆裝方便。也可根據(jù)需要選擇鋼軌單面或雙面安裝。該傳感器另一最大的特點(diǎn)是具有獨(dú)特的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)力標(biāo)定裝置,供用戶作模擬加載測(cè)試。上圖為USUI型傳感器的外觀尺寸圖。該不斷軌軌道衡的控制器為日本Yamato最新款的EDI-910型稱重顯示控制器。采用了ΔΣ型20位高速A/D轉(zhuǎn)換。該儀表具有獨(dú)特的數(shù)字化標(biāo)定功能,可輸入所有傳感器的靈敏度值,對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化的標(biāo)定,并開放其零點(diǎn),量程的標(biāo)定系數(shù),便于了調(diào)整和互換?？蓪?duì)稱量批次,時(shí)間、累計(jì)值、平均值、稱量范圍、偏差、極限值等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ),并能存儲(chǔ)出錯(cuò)記錄和斷電瞬時(shí)的數(shù)據(jù)及自我診斷功能。該儀表具有各種豐富的通訊接口功能,外部參數(shù)輸入可分成命令設(shè)置和自動(dòng)設(shè)置二種,分時(shí)分批設(shè)置?？赏ㄟ^串行口與PLC聯(lián)網(wǎng),并支持歐姆龍的Hostlink協(xié)議和三菱CC-LINK協(xié)議,通過現(xiàn)場(chǎng)總線融入企業(yè)的ERP管理系統(tǒng)。

8結(jié)束語

總之,各種型式的電子軌道衡是根據(jù)不同的生產(chǎn)需要而發(fā)展起來的。由于稱量物質(zhì)的不同、工作環(huán)境與工況的不同、車輛型式的不同、用戶需求的不同,因此產(chǎn)生了不同的稱量手段與措施。我們不能籠統(tǒng)地說,不同型式的軌道衡產(chǎn)品的好與壞。從以上介紹日本Yamato不同時(shí)期提供給冶金、鐵路系統(tǒng)的不同型式的軌道衡產(chǎn)品,可以從某一側(cè)面反映了日本冶金行業(yè)軌道衡技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。秤體結(jié)構(gòu)從整體式———軌枕式———模塊式———不斷軌式的發(fā)展過程,秤體結(jié)構(gòu)的發(fā)展也伴隨著傳感器技術(shù)與稱重儀表技術(shù)的發(fā)展與更新?lián)Q代。從“用戶至上”的理念出發(fā),不斷軌技術(shù)的應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)力標(biāo)定裝置的應(yīng)用,以及儀表數(shù)字化標(biāo)定技術(shù)、數(shù)字化通訊與聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并融入企業(yè)的ERP管理系統(tǒng),都是在用戶不同的需求中發(fā)展起來的。日本軌道衡產(chǎn)品技術(shù)在冶金行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用,同樣值得我國(guó)同行的借鑒。