國外冶金工業(yè)軌道衡技術研究

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1前言

日本冶金工業(yè)軌道衡技術的發(fā)展應追溯到日本戰(zhàn)后經(jīng)濟振興的年代。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,使日本冶金工業(yè)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(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(yè)軌道衡技術的發(fā)展與應用。

2軌道衡在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程中的應用

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(chǎn)品出廠的標準軌道衡的計量。

3整體式秤臺結(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(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,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(jīng)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(jié)構(gòu)以及超高度不倒翁結(jié)構(gòu),使秤臺受沖擊后回復性優(yōu)于其它任何結(jié)構(gòu)。傳感器規(guī)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(yè)在用的傳感器使用壽命最長的優(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(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)技術。

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)場條件所限,秤臺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(shù)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(xiàn)場有障礙物使秤臺必須橫向分離的場合。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(yè)的大型煉鐵高爐有2個出鐵口,相應有4個魚雷罐車位?，F(xiàn)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(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)場條件所限,不允許長時間施工的線路。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(gòu)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(diào)試。其秤臺最大的特點是類似于我國的板式結(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(fā)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(tài)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(tài)準確度:±1%,動態(tài)準確度:±3%,動態(tài)車速小于10km/h。該裝置另一個特點是可附帶現(xiàn)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(shù)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(jié)構(gòu),整個機械結(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個左、右側(cè)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(tài)準確度可達1%。目前由于種種因素的制約,其動、靜態(tài)計量準確度,還未達到可以作為貿(mào)易計量的用途。該裝置為無秤臺、不斷軌結(jié)構(gòu),整個機械結(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個左、右側(cè)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(tài)準確度可達1%。目前由于種種因素的制約,其動、靜態(tài)計量準確度,還未達到可以作為貿(mào)易計量的用途。根據(jù)材料力學關于受集中載荷的簡支梁的常規(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,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(qū)時,車輪重量通過稱重軌下剪力傳感器對剪應力產(chǎn)生的兩個拉壓對應的主應力的測試,將重量轉(zhuǎn)換成電壓信號,進行放大與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是由于具有左、右側(cè)兩種傳感器成對設置,稱重段內(nèi)的載荷不均勻?qū)⒉挥绊懹嬃繙蚀_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(huán)境。USUI型傳感器可實現(xiàn)現(xiàn)場安裝,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是具有獨特的現(xiàn)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(zhuǎn)換。該儀表具有獨特的數(shù)字化標定功能,可輸入所有傳感器的靈敏度值,對其進行數(shù)字化的標定,并開放其零點,量程的標定系數(shù),便于了調(diào)整和互換?？蓪ΨQ量批次,時間、累計值、平均值、稱量范圍、偏差、極限值等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計存儲,并能存儲出錯記錄和斷電瞬時的數(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)輸入可分成命令設置和自動設置二種,分時分批設置。可通過串行口與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)軌道衡技術的發(fā)展與應用。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與稱重儀表技術的發(fā)展與更新?lián)Q代。從“用戶至上”的理念出發(fā),不斷軌技術的應用、現(xiàn)場模擬測力標定裝置的應用,以及儀表數(shù)字化標定技術、數(shù)字化通訊與聯(lián)網(wǎng)技術并融入企業(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)品技術在冶金行業(yè)的發(fā)展與應用,同樣值得我國同行的借鑒。