1前言

日本冶金工業軌道衡技術的發展應追溯到日本戰后經濟振興的年代。隨著經濟的發展,使日本冶金工業迅速崛起,成為世界上技術最強的冶金大國之一。改革開放以來,我國冶金行業的特大型鋼鐵生產企業,如寶鋼、首鋼、武鋼、太鋼、鞍鋼、昆鋼、濟鋼等,都先后隨著大項目的引進,進口了代表日本先進技術的Yamato電子稱重技術,其中不乏各種軌道衡技術。下面分別介紹Yamato的幾種軌道衡技術,看日本冶金工業軌道衡技術的發展與應用。

2軌道衡在鋼鐵企業生產流程中的應用

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

3整體式秤臺結構軌道衡

早期日本冶金行業甚至最近還在使用的稱重軌道衡,除了采用標準軌距、標準車輛外,還有大量的非標車型的深基坑超大型整體式秤臺結構軌道衡。根據車輛參數軌距、軸距、軸數、心盤距、轉向架數,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,軸數從2-16軸,心盤距6680-14230mm,轉向架數2-3個,鉤舌距從1210-25800mm,載荷規格從10-800t。其中較為典型的Yamato整體式秤臺結構,大多為厚鋼板箱型焊接大梁,橫向采用X型聯系梁形成整體結構。限位采用拉桿或碰撞式相結合,構成復合式縱、橫向限位裝置。秤臺特點為安裝簡便、秤臺剛度大、適用于稱重頻率大的場合。整體式秤臺基礎一般為深基坑或淺基坑基礎。稱重傳感器采用日本Yamato經典的CC2/CC5系列搖柱式電阻應變式稱重傳感器,該傳感器采用了抽真空充氮全密封焊接結構以及超高度不倒翁結構,使秤臺受沖擊后回復性優于其它任何結構。傳感器規格從10-500t。準確等級符合OIMLR60C級1000-3000分度。該傳感器是當今日本和我國冶金行業在用的傳感器使用壽命最長的優選產品之一。稱重儀表采用日本Yamato在九十年代中期開發的一款多功能超小型的EDI-800型通用工業儀表。該儀表最大的特點是顯示碼可達300000,采樣速度為100次/秒,自我診斷,人機對話,屏幕菜單,各種I/O定值控制,各種通訊接口以及三菱CC-link現場總線聯網技術。

4軌枕式電子軌道衡

日本Yamato在八、九十年代,開發了一種適用于因現場條件所限,秤臺必須橫向分離的軌枕式電子軌道衡。規格從100~800t,秤量方式為靜態。該秤臺最大特點是兩根獨立的稱重大梁,就像兩根長軌枕。承重梁厚度僅為100mm左右,整個秤臺高350mm,承重梁與底座采用特殊密封技術,縱、橫向限位采用了彈簧膜片式,兩個秤臺之間僅有數根力矩桿連接。每個秤臺橫向分別有一個或兩個CC2/CC5傳感器支承。一臺魚雷罐車可配置4-8個秤臺。該裝置特別適用于超長秤臺無法運輸,現場有障礙物使秤臺必須橫向分離的場合。安裝調試也特別方便。該種類型的電子軌道衡已在日本新日制鐵、韓國的項浦鋼鐵、上海寶鋼4000m3煉鋼高爐魚雷罐車計量得到了廣泛的應用。一般冶金行業的大型煉鐵高爐有2個出鐵口,相應有4個魚雷罐車位。現場設置稱重顯示裝置,并將信號送高爐中控室。主要輸出信號為總重(4-20mA/0-F.S)、皮重(4-20mA/0-F.S)、魚雷罐車號(BCD2位);主要輸入信號為凈重(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(BCD2位)。

5模塊式電子軌道衡

日本Yamato在九十年代又開發了一種適用于寬軌鐵路車輛稱重的模塊式電子軌道衡。規格為100~240t,秤量方式靜態。適用于現場條件所限,不允許長時間施工的線路。整體高度低,大大節約土建成本。特別方便拆卸、維修、調試。每一個模塊為一個單獨的稱量箱,每一個模塊相當于一個稱重單元,從而取消了大型機械構件的秤臺。在不影響線路正常運輸情況下,可利用間隙時間完成安裝調試。其秤臺最大的特點是類似于我國的板式結構。在每根鋼軌下密排著稱重模塊(稱量箱)。現場安裝與維修可很方便地裝、拆稱重模塊。

6車輪測定用電子軌道衡

日本Yamato近年來,為了適應鐵路車輛超偏載檢測的需要,開發了一種適用于鐵路車輛、機車車輛的輪重、軸重進行偏載測定的車輪測定用電子軌道衡。其特點小巧輕便,無須秤臺,可低速動態稱重。此裝置已在日本的鐵路車站、編組站、機車車輛廠、修理廠得到了廣泛的應用。測定范圍0.1～10t/輪,分度值10kg,靜態準確度:±1%,動態準確度:±3%,動態車速小于10km/h。該裝置另一個特點是可附帶現場測力標定裝置。

7不斷軌電子軌道衡

日本在不斷軌軌道衡的研究技術上雖未見大量公開的報導,實際上也與西方各國一樣進行了大量的試驗研究。最近日本Yamato最新推出的不斷軌、具有數字化標定功能的電子軌道衡,足以證明了這一點。該裝置為無秤臺、不斷軌結構,整個機械結構僅有2套剪切式數字傳感器,每套傳感器分別由2個左、右側固定傳感器組成,每個傳感器用高強度螺栓固定在鋼軌腹部。秤量軌支承點長度為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,靜態準確度可達1%。目前由于種種因素的制約,其動、靜態計量準確度,還未達到可以作為貿易計量的用途。該裝置為無秤臺、不斷軌結構,整個機械結構僅有2套剪切式數字傳感器,每套傳感器分別由2個左、右側固定傳感器組成,每個傳感器用高強度螺栓固定在鋼軌腹部。秤量軌支承點長度為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,靜態準確度可達1%。目前由于種種因素的制約,其動、靜態計量準確度,還未達到可以作為貿易計量的用途。根據材料力學關于受集中載荷的簡支梁的常規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,彎矩最大MX=P×L/4,而輪重P在400mm稱量段內剪力卻是恒定的QXi=P×Xi/L,其值與輪重P成正比。從稱量鋼軌截面進行力學分析可知,其中性軸上的剪應力最大為τMax=Q×S(/Jx×b),剪應變γMax=τMax/G,中性軸45°方向主應力σ=τMax,主應變ε=±0.5×γMax。即當列車通過測量區時,車輪重量通過稱重軌下剪力傳感器對剪應力產生的兩個拉壓對應的主應力的測試,將重量轉換成電壓信號,進行放大與A/D轉換,完成車輛的稱重。日本Yamato最新開發的USUI型剪切型鋼軌傳感器的特點是由于具有左、右側兩種傳感器成對設置,稱重段內的載荷不均勻將不影響計量準確度。具有高靈敏度,耐高溫對策。應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到150℃,使用溫度達到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、潮濕的環境。USUI型傳感器可實現現場安裝,拆裝方便。也可根據需要選擇鋼軌單面或雙面安裝。該傳感器另一最大的特點是具有獨特的現場測力標定裝置,供用戶作模擬加載測試。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轉換。該儀表具有獨特的數字化標定功能,可輸入所有傳感器的靈敏度值,對其進行數字化的標定,并開放其零點,量程的標定系數,便于了調整和互換。可對稱量批次,時間、累計值、平均值、稱量范圍、偏差、極限值等數據進行統計存儲,并能存儲出錯記錄和斷電瞬時的數據及自我診斷功能。該儀表具有各種豐富的通訊接口功能,外部參數輸入可分成命令設置和自動設置二種,分時分批設置。可通過串行口與PLC聯網,并支持歐姆龍的Hostlink協議和三菱CC-LINK協議,通過現場總線融入企業的ERP管理系統。

8結束語

總之,各種型式的電子軌道衡是根據不同的生產需要而發展起來的。由于稱量物質的不同、工作環境與工況的不同、車輛型式的不同、用戶需求的不同,因此產生了不同的稱量手段與措施。我們不能籠統地說,不同型式的軌道衡產品的好與壞。從以上介紹日本Yamato不同時期提供給冶金、鐵路系統的不同型式的軌道衡產品,可以從某一側面反映了日本冶金行業軌道衡技術的發展與應用。秤體結構從整體式———軌枕式———模塊式———不斷軌式的發展過程,秤體結構的發展也伴隨著傳感器技術與稱重儀表技術的發展與更新換代。從“用戶至上”的理念出發,不斷軌技術的應用、現場模擬測力標定裝置的應用,以及儀表數字化標定技術、數字化通訊與聯網技術并融入企業的ERP管理系統,都是在用戶不同的需求中發展起來的。日本軌道衡產品技術在冶金行業的發展與應用,同樣值得我國同行的借鑒。