轨道车辆四点称重设备的研制

叶亚光

摘要：轨道车辆车身的重量均匀的分配，对行车过程的平稳和安全有十分重要的影响。在轨道车辆落轮之前，需精确测得列车车体四角承载重量，为下一步转向架装配后整车落车找平提供依据，确保轨道车辆实现动平衡。为了能够对车辆进行精确称重，基于跨座式单轨的车辆特点，设计出一种四点称重设备，同步对车体四角进行称重，并用模拟量信号显示四点重量，为车辆调平提供依据。

关键词：轨道车辆;称重设备;四点;仿真

0 引言

轨道车辆具有运输量大、能耗低、安全性高、方便以及全天候运输等特点。随着轨道交通行业的蓬勃发展，轨道车辆的数量不断增长，对轨道车辆性能也提出了更高的要求。

轨道车辆称重主要有兩个目的：1、为了把车身的重量均匀的分配在各个车轮上，保证行车过程的平稳和安全;2、为了控制轨道车辆车体的重量在设计范围内，在车辆落轮前需对车体进行称重。

传统车辆称重方法中，一般采用地磅式整车称量的方法。该方法无法精确测得列车车体四角承载重量，无法为下一步转向架装配后整车落车找平提供依据，这样会导致轨道车辆无法实现动平衡。针对这一情况，本文设计了一种轨道车四点称重设备，不仅可以应用于跨座式单轨，也可以用于市域动车、快轨等不同车型、不同轴距的车辆称重。

1总体设计

设备包括机械部分和电气部分。机械部分的结构包括压头、升降机、立柱、丝杠组件、底座等。电气部分的载荷传感器与所述变送器一对一连接，变送器将传感器采集的重量值转化为电流信号并传送至PLC主机，由主机内将电流信号进行数模转化传送至触摸屏。

2 机械部分

机械部分主体结构如下图所示。主要包括压头、升降机、立柱、丝杠组件、底座等部分。

底座部分采用偏心双腹板梁焊接结构，对顶面及底面进行机械加工。丝杠组件提供横向移动的能力，并在称重过程利用丝杠的自锁能力实现立柱锁定。直线导轨提供立柱与底座连接、滑动。

升降机通过手动功能实现传感器的上下运动，该功能可实现测量过程中四点力的调整，为垫片厚度选区提供数据。升降机采用标准螺旋升降机进行改制，在升降丝杆端部加工导向、导柱套管。导柱套管提供安装传感器的基准面。

升降机选取为10吨推力型，速度为手动一转顶部上升0.25mm。在此按10吨压力，升降机机械效率0.3的情况下，需要输入扭矩为25.6Nm，可以实现人力操作调整轨道车辆位置。

压头为车厢与车体间接触过渡单元，作用在于保护传感器、提供与车体的一定接触面积，防止车体接触部分压溃。压头采用45钢调质直接加工而成，顶面接触直径34mm，按车厢单点接触重力10吨力计算时，其接触压应力为110Mpa，满足设备的使用需求。

3 电气部分

电气部分包括四个载荷传感器、四个变送器、一个PLC主机和一个HMI触摸屏，传感器分布在轨道车辆车体的四个称重点处，与变送器一对一连接，变送器将传感器采集的重量值转化为电流信号并传送至PLC主机，由PLC主机内的模拟量模块对电流信号进行数模转化并将转化出的数据传送至HMI触摸屏显示。

电气系统由电源模块进行供电，为变送器提供DC24V电压，变送器为载荷传感器提供DC10V的电压;电源模块为PLC主机的模拟量模块以及HMI提供DC24V电源，PLC主机电源为AC220V电源。

电气系统与PC终端各模块之间的通讯方式为：PLC主机与PC通讯方式为USB-PPI通讯;HMI与PC之间的通讯方式为以太网通讯;PLC与HMI通讯采用RS485的方式通讯。如下图所示。

车体的称重点作用在载荷称重传感器上，载荷传感器输出的毫伏级信号经变送器转化发送给PLC模拟量模块，PLC的模拟量模块会根据载荷传感器输出信号与重量之间的函数关系处理数据，并输出给HMI，HMI会显示四个载荷称重传感器检测的重量，然后由PC终端根据每个点的数据差异来调节车体的重量分配。

4 仿真分析

轨道车四点称重设备是轨道车辆架修以及临修的关键设备，使用频率较为频繁，其结构的安全性直接关系到被检修车辆的安全。因此，对其整体部件进行了有限元分析。有限元计算结果如下图所示。其所有承载部件均具有足够的强度和安全系数，满足使用要求。

5 结束语

轨道车辆四点称重装置由四个称重组件同步对车体四角进行称重，能够提高测量精度，同时该称重组件能够在导轨上调整相对间距，并能通过升降机调节测量高度，采用柔性化设计，简化了车辆称重作业流程，提高了检修效率。