一、前言

GCU-100型二力合成不斷軌動態電子軌道衡是一種對行進中的列車實行不停車、不摘鉤動態稱重的計量設備，在礦山、石化、電力、港口等行業已得到廣泛應用。它采用轉向架計量方式，通過壓力和剪力傳感器的組合以及測量過衡車速的變化測量鋼軌上載荷的大小，經過智能測量系統，計算出車速、節重等數據，并可完成去皮、累計、數據長期儲存、制表、打印等一系列相關工作。

該系統自2005年年底在某地投入運行以來，運行較為穩定，但從2007年5月底開始，軌道衡出現了一系列問題，影響了過衡測量的準確性，并給企業對外經濟核算造成了損失。

在軌道衡制造廠家的幫助下，該企業先后處理了零位漂移、通道放大板故障、軌道衡秤臺預埋鐵松動等多個造成軌道衡稱量不穩定的問題，消除了所有的故障，保證了系統的穩定運行。

二、軌道衡稱重原理

GCU-100型二力合成不斷軌軌道衡主要由傳感器、機械秤臺、動態通道、計算機系統、靜/動態稱重軟件包、管理軟件包組成，如圖1所示。

圖1 軌道衡結構示意圖

車廂的重量通過秤體測量區后，由壓力及剪力傳感器將車輛重量按嚴格的線性關系轉換為電壓信號，經過高性能放大器放大、濾波，再經A/D轉換后，使重量信號通過并行口送入計算機，由計算機完成數據采集、數字濾波、機車判別、計算節重、速度，并根據車速進行高精度校準補償工作。

1.傳感器部分

由4只壓力傳感器和4只剪力傳感器組成。

2.機械秤臺

機械秤臺由主梁、框架、橫向限位裝置、鋼枕、連接板、軌枕板等組成，*大載荷可達200t。秤梁之間有一套抗扭系統，防止稱重區鋼軌及秤梁內側翻轉，秤梁上有橫向限位系統限制秤梁的橫向運動。

3.通道放大器

通道放大器由高分辨率、高靈敏度A/D轉換及供橋電源系統組成，放大器由多只高質量的運算放大器組成，其分辨率高，抗干擾能力強。

4.計算機系統

計算機是動態電子軌道衡的核心部分，完成數據采集、數據處理、顯示、打印及數據管理等工作。

5.靜/動態稱重軟件

靜/動態稱重軟件能夠完成軌道衡的靜態標定及貨車的靜態稱重等工作以及數據采集處理、自檢、車種判別、速度計算、顯示、打印、保存、數據遠程傳送等工作，全部操作均為漢化界面。

6.管理軟件包

管理軟件包能自動識別所有機車車輛的車號。

三、軌道衡故障現象及分析處理

1.通道板故障導致零點漂移

軌道衡**反映出的問題是零點漂移。針對這種情況，筆者重點檢查了軌道衡通道放大器(A/D轉換系統)，確認通道放大器工作不正常，將其更換后，解決了零點漂移問題。

2.剪力傳感器

解決了通道板零漂問題后，軌道衡又出現重復對同一列車比對幾次后數據相同，而與前幾次比對數據有較大偏差的現象，有時還會丟失數據。經過檢查，判斷為檢測車輛上下秤臺的剪力傳感器波形處于臨界區造成的，在將其波形下沿調整到臨界線以下后故障現象有所好轉。但時間不長，上述現象又出現了。隨即更換了4只剪力傳感器，并將全部波形下沿調整到臨界線以下，上述問題得以解決。

3.穩定性差

2007年6月26日，國家軌道衡計量站對軌道衡進行了檢定，平均偏差為-188kg。檢衡后，為了檢查穩定性及準確度，使用了不同重量的砝碼對軌道衡進行比對性檢驗。在反復的比對中，發現軌道衡在相對短的時間內偏差不超標(一般為半天至1天)，但超過這段時間后，就會出現較大偏差，且無規律。從表1可以看出，7月27日和7月28日不同噸位的4次比對檢驗的誤差重復性指標都很好，但兩天相同噸位的比對檢驗誤差卻很大，即出現重復性好、穩定性差的現象。

表1 比對性檢驗結果

注:Δ為偏差值，車皮標稱重量為22.5t，標準砝碼為(60～70)t，全重為車皮與砝碼的總重量。

其間，為了找出影響穩定性的原因，還組織力量分別對電源、接地線、干擾等因素進行了檢查，排除了這些因素的影響。

由于秤臺基礎對軌道衡的工作有至關重要的作用，又兩次測量了軌道衡基礎的下沉情況，發現整體道床(50m范圍內)下沉約13cm?？紤]到這種下沉為全路段下沉，不應對軌道衡造成影響，這種看法同時得到了制造廠家的支持和認同。

4.軌道衡秤臺及基坑外鋼軌固定裝置預埋鐵松動

為了進一步查找穩定性差的原因，我們將檢查重點轉移到軌道衡秤臺上。后經現場檢查發現，軌道衡基坑內秤臺北側(上秤臺方向)兩塊預埋鐵及基坑外北側兩塊鋼軌固定裝置預埋鐵松動，在重車壓載下秤臺北側預埋鐵明顯下沉，下沉量分別為0.12mm和0.17mm。而基坑內秤臺南側預埋鐵無松動(下沉量為0.02mm)，基坑外南側兩塊鋼軌固定裝置預埋鐵也無明顯松動。這種現象對稱重影響很大，特別是基坑內預埋鐵直接承受秤臺的重力，如果秤臺與基礎間有縫隙，重車過衡時就會給傳感器傳遞一個額外的附加力而嚴重影響軌道衡的準確度，因此這個問題必須解決。為此決定加固基坑內北側兩塊預埋鐵及基坑外4塊預埋鐵，以排除預埋鐵松動對軌道衡的影響。

由于土建專業在施工中創造性地將植筋膠技術運用到加固預埋鐵的工程中，省去了打掉基礎二次灌漿的過程，故在短時間內就順利地完成了軌道衡基坑內外預埋鐵的加固工作。經測量，基坑內秤臺北側預埋鐵加固后下沉量約0.02mm，達到了預期目的，解決了基礎與秤臺之間有縫隙的問題。

5.調整通道放大板的平衡電壓

在排除了基礎與秤臺間的縫隙對軌道衡稱量影響后進行的比對檢驗中，環境溫度又成了影響軌道衡測量穩定性的因素。但是這種影響與前面幾種故障的影響不同，有一定的規律性，主要表現為:白天的偏差都在要求范圍內，晚上則超差。我們將通道放大板平衡電壓由±0.6mV調整到±0.7mV后，環境溫度影響穩定性的問題不復存在。

為了驗證問題是否解決，采集了9月30日到10月8日白天和夜間17組共126車次過衡比對數據，這些數據顯示:進廠方向平均偏差為-213kg，出廠方向平均偏差為-53kg，均在±%0.5誤差范圍內，說明影響軌道衡穩定性的故障已經解決。

四、結論

1.本次軌道衡處理之所以費時費力，是因為發生的問題是由通道放大板、剪力傳感器、秤臺預埋鐵松動等多種因素混合而成的復合型故障，不同故障現象相互交叉，影響了迅速準確地判斷故障原因。

2.本次軌道衡故障**反映出來的是零點發生漂移，更換通道放大板并調整剪力傳感器的波形后，解決了零漂和數據丟失的問題。之后穩定性問題開始暴露，在解決秤臺預埋鐵松動問題前，穩定性問題引起的偏差無規律可循。預埋鐵松動問題解決后，偏差則變得有規律。在調整了通道放大板的平衡電壓后，穩定性問題*終得以解決。

3.顯而易見，未嚴格按照安裝要求施工是造成預埋鐵松動的原因。然而基坑內外預埋鐵松動的具體時間不得而知，但從現場可以明顯看出，松動發生在軌道衡故障出現之前或同時則是肯定的。事實證明，對預埋鐵松動直接影響軌道衡穩定性的判斷和消除基坑內外預埋鐵松動的處理方法是正確的。

4.穩定性問題是在更換通道放大板后出現的，其原因在于更換的通道放大板與原通道板不一樣(主要是運算放大器型號不同)，但未再根據實際情況調整平衡電壓，仍采用原來的數值(±0.6mV)。

5.綜上所述，軌道衡穩定性的問題是由通道板不合理的平衡電壓及秤臺與基礎間縫隙形成的附加力共同造成的。前者是影響軌道衡穩定性的主因，后者則造成了軌道衡稱量偏差的無規律性，而更換過的剪力傳感器未必有問題。

五、比對檢驗的方法

軌道衡的運行質量直接關系到企業的經濟利益。但是，軌道衡因本身的重要性和敏感性以及對其進行法定檢定手段的特殊性，給使用單位的維護工作帶來了*大的不便。軌道衡是否正常工作的主要表征是準確性、重復性和穩定性這3項指標，但是使用單位卻不能像其他測量系統一樣及時得到軌道衡的這些狀態信息，其主要原因是使用單位缺乏獲取這些信息的手段。

為了查找軌道衡故障原因，必須在掌握大量數據的基礎上判斷軌道衡的工作狀態。在本案例中使用單位是采用比對檢驗的辦法來獲取軌道衡重復性和穩定性兩個狀態參數，作為判斷軌道衡工作狀態依據的。具體做法:在一節空車皮上裝載比對檢驗所需重量的標準砝碼，該砝碼車的全重為車皮空重(可用車皮標稱值，也可用多次過衡的平均值)+砝碼重量，以此作為比對檢驗的參照重量。由于不采集準確性指標，因此，相對于重復性和穩定性兩個指標而言，車皮空重并不重要。只需計算出車皮過衡重量與參照重量偏差間的誤差(Δ)就可得到重復性和穩定性的指標，表1中的各項數據就是這樣計算出來的。

本案例中使用的比對方法只限于企業內部對重復性和穩定性兩個指標進行檢驗，因為得不到車皮的標準重量，故不能對軌道衡的準確性指標作出有意義的評價，更談不上以比對結果對軌道衡作任何調整，它只是企業判斷軌道衡運行狀態的工具。實踐證明該方法簡單實用，為企業軌道衡的維護工作提供了一種手段。

由于外借標準砝碼的費用很高，現在該單位用鋼板和混凝土制作了24塊砌塊，放在一輛報廢的車皮上，總重90.34t。由這些經過靜態衡標定過的砌塊和車皮組成的砝碼車可以方便地改變重量以適應比對檢驗的需要，現在已成為軌道衡比對檢驗的重要工具。

六、結束語

秤臺基礎直接關系到軌道衡的工作品質，本案例就是因為這個問題導致了故障現象無規律性地變化，增加了分析判斷故障原因的復雜程度。

本案例是由多個故障組成的復合型故障，且不同故障現象相互交叉，雖然影響了迅速準確判斷故障原因，但是為全面了解和學習維護軌道衡的技術提供了一次難得機會，相信這一案例將對以后判斷處理軌道衡故障有所幫助和啟發。