CN219830075U - 一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动轨道衡技术领域，且公开了一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，包括Y型轨道称重检测传感装置模块组件和双垂直力输出的轨垫传感器，所述Y型轨道称重检测传感装置模块组件通过夹具永久固定于钢轨轨腰，所述Y型轨道称重检测传感装置组件。该无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，实现在钢轨轨腰上不钻孔、不焊接，就能安装具有剪力功能的传感器，确保动态轨道衡的不断轨特征；本实用新型复合而成的结构，保持动态轨道衡的无基坑的特征；突破以往采用实用新型专利:附着式钢轨轮重传感器需要在钢轨上进行在线钻孔安装的局限、实用专利:夹紧接触式钢轨轮重传感器传感器输出信号弱的局限。

Description

一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡

技术领域

本实用新型涉及自动轨道衡技术领域，具体为一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡。

背景技术

近三十年来，我们早前所实用新型（含新型实用）的各种与无基坑不断轨轨道称重技术相关的专利技术——〖实用新型专利：塞入式轮重测力传感器〗、〖实用新型专利：附着式钢轨轮重传感器〗、〖实用新型专利：四合一传感器〗、〖实用专利：复合式不断轨轨道称重装置〗、〖实用专利：一种复合式不断轨整车称量装置〗、〖实用专利:静动态三合一轨垫传感器〗、〖实用专利:轨垫式无基坑不断轨轨道衡〗、〖实用专利:夹紧接触式钢轨轮重传感器〗、〖实用新型专利受理—专用线超偏载〗、〖实用新型专利受理—重载超偏载〗等等，先后用于我国国铁、专用线、动车、高铁、地铁、轨道交通、钢铁、冶金、矿山、港口、配套出口。至今，从没发生过或由此引发的铁路安全事故，为我国在该领域的公平交易、安全运输、工矿企业产品的准确配方与快速计量的技术发展，做出了较大贡献。

为了消除使用单位由于对在钢轨轨腰进行钻孔（或者是通过在钢轨轨腰焊接）方式安装传感器，所存在的思想顾虑（钢轨轨腰被钻孔或者是通过在钢轨轨腰焊接）后安装传感器，难免会引起对安全的担心）。

早期，我们所研究与实用新型了有关〖实用新型专利：附着式钢轨轮重传感器〗、〖实用专利:夹紧接触式钢轨轮重传感器〗，实现无基坑不断轨轨道称重装置中不钻孔传感器的技术创新与探索，取得了较好的实践成果。

当初，我们研制不钻孔安装传感器的〖实用新型专利：附着式钢轨轮重传感器〗、〖实用专利:夹紧接触式钢轨轮重传感器〗的主要目的——是替代以往需要在钢轨轨腰通过钻孔安装传感器的〖实用新型专利：塞入式轮重测力传感器〗，已经被应用于我国铁路货物列车的快速安全检测领域，以及动车、高铁的中高速的安全检测领域。

随着动态轨道衡的称重技术与自动化的发展，人们期盼——动态轨道衡（或工矿企业应用的动态轨道称重装置）结构，能在对钢轨轨腰不钻孔、不焊接的前提下，实现具有不断轨剪力功能的传感器结构、实现具有无基坑不断轨特征的0.5级计量准确度、还能具有快速安装与快速维护的本实用新型问世。

以往的动态轨道衡结构，通常有以下三种：

以往的无基坑不断轨复合式动态轨道衡，又称无梁式不断轨动态轨道衡，该结构的研究工作始于2002年，2015年被纳入《自动轨道衡》的国家标准。

无基坑不断轨复合式动态轨道衡（或无梁式不断轨动态轨道衡），是采用在钢轨轨腰上进行钻孔后安装具有“无基坑+剪切力功能的传感器——既2008的自有实用新型专利：“塞入式轮重测力传感器+ 单路输出的轨垫传感器”复合而成的结构，存在以下问题：

在钢轨轨腰的腹板上钻孔，安装剪切力功能的塞入式传感器，要求钻孔的精度高、速度慢。

在繁忙的国铁线路上，对钢轨轨腰的腹板钻孔，需要中断行车计划。

安装与更换时的技术要求高，安装技术的好坏，会直接影响到系统的准确度。

有梁式断轨结构动态轨道衡

有梁式断轨结构动态轨道衡=基坑结构（或浅基坑）+柱式传感器等结构+大梁+（或秤台）+过渡轨

存在的问题：

秤台上的称重轨与外轨相连接处，需要通过过渡轨连接，属于断轨方式连接，车轮行驶到钢轨接缝位置时，极易对称重轨、秤台机械设备、传感器等，带来冲击、震动、维护量大。

断轨结构的动态轨道衡，安全性相对较差，在计量过程或是在正常通行时，都要限速（低速）行驶，制约了线路的通行能力。

机械结构复杂、维护量大；机械秤体的混凝土基础型腔复杂，土建造价高。

无论是浅基坑，还是深基坑的基础结构，易积水，腐蚀秤体。

断轨处的钢轨接缝位置，冬季遇有雨雪结冰，极易导致无法计量，或计量失准。

对防止秤台前后左右晃动的限位控制要求严格。

有梁式不断轨动态轨道衡

属于2014年后，是对有梁式断轨结构动态轨道衡（老产品），进行技术提升或技术改造为不断轨结构而研制。

采用在钢轨轨腰上进行钻孔后安装具有剪切力功能的传感器（2008的自有实用新型专利：塞入式轮重测力传感器）+深基坑+柱式等结构传感器+秤台+大梁的结构——称作“深基坑不断轨动态轨道衡”，或称“不断轨有梁式动态轨道衡”。

采用在钢轨轨腰上进行钻孔后，安装具有剪切力功能的塞入式传感器（2008的自有实用新型专利：塞入式轮重测力传感器）+浅基坑+柱式等结构传感器+大梁（或秤台）的结构——称作“浅基坑不断轨动态轨道衡”，或称“不断轨有梁式动态轨道衡”。

存在的问题：

机械结构复杂、维护量大；机械秤体的混凝土基础型腔复杂，土建造价高。

无论是浅基坑，还是深基坑的基础结构，易积水，腐蚀机械秤体。

在钢轨轨腰的腹板上进行钻孔，安装剪切力功能的“塞入式轮重测力传感器”，要求钻孔的精度高。

在繁忙的国铁线路，对钢轨轨腰的腹板上进行钻孔，需要中断行车计划。

安装和更换传感器的要求高，直接影响到系统的准确度。

对防止秤台前后左右晃动的限位控制要求严格。

可见，亟需一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，包括Y型轨道称重检测传感装置模块组件和双垂直力输出的轨垫传感器，所述Y型轨道称重检测传感装置模块组件通过夹具永久固定于钢轨轨腰，所述Y型轨道称重检测传感装置组件，包括：左右侧两个Y型轨道称重传感器合成为一套完整的Y型轨道称重检测传感器，其中：左侧Y型轨道称重传感器、右侧Y型轨道称重传感器、安装基座、可调定位杆、锁紧扣、特制夹紧压杆、钢轨或刚性构件部件组成；

所述双垂直力输出的轨垫传感器包括，弹性体、电阻应变片、弹条扣件固定螺孔、弹条及弹条附件、钢轨就位槽、减震胶垫、钢轨、电路及补偿板、硅胶及氮气及不锈钢密封焊接盖、传感器安装固定孔、传感器高强度固定螺栓及附件、防水密封接头、双路输出屏蔽电缆、传感器安装底座、混凝土基础的预埋钢板组成。

优选的，所述Y型轨道称重检测传感装置模块夹持在钢轨或刚性构件上，或采用金属胶直接粘于钢轨或刚性构件轨腰的腹板上。

优选的，所述钢轨轨腰左、右侧的Y型轨道称重传感器，均由弹性体、惠斯顿电桥与补偿电路板、防水密封出线接头、屏蔽信号电缆、腔体内密封胶和隋性气体、柔性过渡隔离区、三抓、电阻应变片布置粘贴于应力控制区腔体腹板内侧、应力控制区腔体腹板、防滑阻尼接触面、Y型轨道称重传感器固定和力矩施加定位孔组成。

优选的，惠斯顿电桥与补偿电路板中的R1、R2为拉向电阻应变片；R3、R4为压向电阻应变片；Rct/2为弹性模量补偿电阻；R0:输出电阻标准化补偿电阻；Rz:零点输出补偿电阻；Rs:灵敏度系数补偿电阻；Ri:输入电阻标准化补偿电阻；RL:非线性补偿电阻；Rmt:灵敏度温度补偿电阻；Rt:零点温度补偿电阻；Rp:灵敏度温度补偿的线性补偿电阻；“U+”为供桥电源正极；“U-”为供桥电源负极；“E+”为信号输出正极；“E-”为信号输出负极。

优选的，在P>0时，电阻应变片R1、R3在钢轨或刚性构件形变时呈拉向应力，电阻应变片R2、R4在钢轨或刚性构件形变时呈压向应力的特征。

优选的，将电阻应变片R1、R2、R3、R4，通过惠斯登电桥电路及补偿电路板，把左、右两个Y型轨道称重传感器弹性体上的电阻应变片R1、R2、R3、R4合成为一个完整的Y型轨道称重检测传感器。

优选的，Y型轨道称重检测传感装置呈三角形波形，所述双垂直力输出轨垫传感器呈梯形波形。

优选的，Y型轨道称重检测传感装置三角形的波形特点，与双垂直力输出轨垫传感器梯形的波形叠加、互补，形成一个适应动态轨道衡所需的矩形波形。

优选的，所述双垂直力输出轨垫传感器的电阻应变片由成对的拉片和压片组成；

其中

R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15为拉片；

R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16为压片。

优选的，通过韦斯顿电桥电路将R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及补偿电路组成一个独立输出的垂直力传感器A；

通过韦斯顿电桥电路将R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16及补偿电路组成另一个独立输出的垂直力传感器B。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：

实现在钢轨轨腰上不钻孔、不焊接，就能安装具有剪力功能的传感器，确保动态轨道衡的不断轨特征；

本实用新型复合而成的结构，保持动态轨道衡的无基坑的特征；

突破以往采用实用新型专利:附着式钢轨轮重传感器需要在钢轨上进行在线钻孔安装的局限、实用专利:夹紧接触式钢轨轮重传感器传感器输出信号弱的局限；

本实用新型中，采用具有剪切力功能的传感器，可以有以下二种模式；

采用Y型轨道称重检测传感装置模块式安装方法，依靠专用夹具进行固定的方式，实现无损安装无需对钢轨腹板位置钻孔、无需对钢轨腹板位置电焊，达到利用行车间隙时间，就能实现模块化的快速安装、快速维护、快速更新；

本实用新型也可以直接采用Y型轨道称重传感器结构，通过专用金属胶将Y型轨道称重传感器粘贴于钢轨轨腰，在三抓的防滑阻尼接触面，涂上厚薄均匀的专用金属胶粘，用专用夹具按照一定压紧力夹紧，待12小时常温自然固化后，卸掉夹具，实现无损安装无需对钢轨腹板位置钻孔、无需对钢轨腹板位置电焊，达到利用行车间隙，实现快速粘贴安装、快速维护、快速更新；

采用双垂直力输出的轨垫传感器，当在同样的计量速度下，在有效称量区域长度一定的情况下，采集的计量数据提高一倍，有利于动态轨道衡准确度从1级，提升到0.5级—0.2级的技术突破，动态轨道衡系统准确度≤0.5级；

采用双垂直力输出的轨垫传感器，有利于系统对被计量的车轮，由于车轮自身扁疤、失圆、称重轨翻边引起的突然冲击、称重轨翻边卡轨的异常突变数据，进行及时的比较、判断、排除，有利于动态轨道衡系统准确度的提升。

附图说明

图1为本实用新型Y型轨道称重检测传感装置模块组件示意图；

图2为本实用新型Y型轨道称重传感器示意图；

图3为本实用新型金属胶粘贴的左右侧Y型轨道称重传感器示意图；

图4为本实用新型钢轨腹板左侧的Y型轨道称重传感器示意图；

图5为本实用新型钢轨腹板右侧的Y型轨道称重传感器示意图；

图6为本实用新型左右侧Y型轨道称重传感器电阻应变片布置图；

图7为本实用新型Y型轨道称重检测传感装置受力示意图；

图8为本实用新型P>0时Y型轨道称重检测传感装置模块形变分析图；

图9为本实用新型P>0时Y型轨道称重传感器金属胶粘贴形变分析图；

图10为本实用新型惠斯登电桥电路及其补偿电原理图；

图11为本实用新型Y型轨道称重检测传感装置A、B处信号合成图；

图12为本实用新型双垂直力输出轨垫传感器装配示意图；

图13为本实用新型双垂直力输出轨垫传感器电阻应变片布置图；

图14为本实用新型n个双垂直力输出轨垫传感器A路并联双路图；

图15为本实用新型n个双垂直力输出轨垫传感器B路并联双路图；

图16为本实用新型双垂直力轨垫传感器A、B路输出测量原理图；

图17为本实用新型Y型轨道称重检测传感装置与双垂直力轨垫A路输出波形对比图；

图18为本实用新型自动轨道衡测量原理；

图19为本实用新型系统原理框图。

其中：1、安装基座；2、可调定位杆；3、锁紧扣；4、左侧Y型轨道称重传感器；5、特制夹紧压杆；6、左侧Y型防滑阻尼三抓；7、钢轨或刚性构件；8、右侧Y型防滑阻尼三抓；9、右侧Y型轨道称重传感器；A、弹性体；B、惠斯顿电桥与补偿电路板；C、防水密封出线接头；D、屏蔽信号电缆；E、腔体内密封胶和隋性气体；F、柔性过渡隔离区；G、三抓；H、电阻应变片；I、应力控制区腔体腹板；J、防滑阻尼接触面；K、Y型轨道称重传感器固定和力矩施加定位孔；10、弹性体；11、电阻应变片；12、弹条扣件固定螺孔；13、弹条及弹条附件；14、钢轨就位槽；15、减震胶垫；16、钢轨；17、电路及补偿板；18、硅胶及氮气及不锈钢密封焊接盖；19、传感器安装固定孔；20、传感器高强度固定螺栓及附件；21、防水密封接头；22、双路输出屏蔽电缆；23、传感器安装底座；24、混凝土基础的预埋钢板。

实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-19，一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，Y型轨道称重检测传感装置模块图1所示既Y型轨道称重检测传感装置模块 和双垂直力输出的轨垫传感器图12复合而成；

或采用特制金属胶将Y型轨道称重传感器图2所示，直接粘于钢轨（含型钢）轨腰的腹板的Y型轨道称重传感器图1所示 和双垂直力输出的轨垫传感器图12复合而成；

包括具有剪力功能的Y型轨道称重检测传感装置模块组件或直接采用专用金属胶将Y型轨道称重传感器粘贴于钢轨轨腰、双垂直力输出的轨垫传感器、混凝土预埋钢板基础、钢轨、扣件、电器、软件等组成。其中：

钢轨，可以是12.5米或25米标准长度的轻轨、重轨、起重机钢轨或型钢。

基础，可以是混凝土预埋钢板基础、也可以是混凝土浇筑的特制水泥枕木预埋基础、混凝土浇筑的型钢预埋基础、混凝土浇筑的钢制框架预埋基础。

Y型轨道称重检测传感装置模块或Y型轨道称重传感器，采用Y型轨道称重检测传感装置模块组件图1，通过夹具永久固定于钢轨轨腰，或直接采用专用金属胶将Y型轨道称重传感器图2通过粘贴于钢轨轨腰；

Y型轨道称重检测传感装置模块，采用属于模块化结构的Y型轨道称重检测传感装置组件，图1所示，包括：左右侧两个Y型轨道称重传感器合成为一套完整的Y型轨道称重检测传感器图2，其中：左侧Y型轨道称重传感器（安装于构件正面图4）、右侧Y型轨道称重传感器（安装于构件背面图5）、安装基座1、可调定位杆2、锁紧扣3、特制夹紧压杆4、钢轨或刚性构件5等部件组成图1。

采用Y型轨道称重传感器图2，采用与Y型轨道称重检测传感装置模块化结构的的原理一样（装配方法不一样），

采用Y型轨道称重传感器时，需要通过专用金属胶图3方式粘贴，配备专用金属胶粘贴时的临时夹紧工装，包括：左侧Y型轨道称重传感器（安装于构件正面图4）、右侧Y型轨道称重传感器（安装于构件背面图5）、专用金属胶、临时夹紧工装。

钢轨腹板左、右侧的Y型轨道称重传感器图4-5，均由弹性体A、惠斯顿电桥与补偿电路板B、防水密封出线接头C、屏蔽信号电缆D、腔体内密封胶和隋性气体E、柔性过渡隔离区F、三抓G、电阻应变片H（R1、R2、R3、R4）布置粘贴于应力控制区腔体腹板内侧图6、应力控制区腔体腹板I、防滑阻尼接触面J、Y型轨道称重传感器固定和力矩施加定位孔K等组成。

Y型轨道称重检测传感装置模块或Y型轨道称重传感器的原理

根据Y型轨道称重检测传感装置模块图1-8受力分析如下；

同理，根据Y型轨道称重传感器，图2-6、图9受力分析如下；

在P>0时，电阻应变片R1、R3在钢轨或刚性构件形变时呈拉向应力，电阻应变片R2、R4在钢轨或刚性构件形变时呈压向应力的特征。将电阻应变片R1、R2、R3、R4，通过惠斯登电桥电路及补偿电路图10，把左、右两个Y型轨道称重传感器弹性体上的电阻应变片R1、R2、R3、R4合成为一个完整的Y型轨道称重检测传感器图2，其中：

R1、R2为拉向电阻应变片；R3、R4为压向电阻应变片；Rct/2为弹性模量补偿电阻；R0:输出电阻标准化补偿电阻；Rz:零点输出补偿电阻；Rs:灵敏度系数补偿电阻；Ri:输入电阻标准化补偿电阻；RL:非线性补偿电阻；Rmt:灵敏度温度（弹性模量）补偿电阻；Rt:零点温度补偿电阻；Rp:灵敏度温度补偿的线性补偿电阻；“U+”为供桥电源正极；“U-”为供桥电源负极；“E+”为信号输出正极；“E-”为信号输出负极。

Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器的作用

替代以往复合式不断轨轨道称重装置中常用的“塞入式轮重测力传感器”，实现对钢轨或构件的无损安装；

提高灵敏度输出系数、克服以往对微弱信号加大增益过大，带来失真的技术难题，对改善动态轨道衡的计量性能及其准确性、可靠性、稳定性极为有利；

替代以往复合式不断轨轨道称重装置中常用的“附着式钢轨轮重传感器”、“夹紧接触式钢轨轮重传感器”，使早期的预紧力过大极易干扰正常剪应力传递的比重大大减少，有利于提高动态轨道衡合成波形更加线性化及传感器自身计量性能的提升；

采用Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，依旧能够对位于称量区以外的邻轮，进行邻轮重量影响的隔离，且实现不断轨的特征。

采用Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，该装置中的传感器，参与重量补偿的计算；

采用 Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，起到能够识别来车方向的判别；

采用Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，为动态轨道衡的车轮或车轴实时计数；

采用Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，能为动态轨道衡测定过衡时的车速；

采用Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，能对进进退退的车辆进行识别，还特别适应铁路货场对轨道车辆安全编组的自动化管理；

利用Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器三角形的波形特点，与双垂直力输出轨垫传感器梯形的波形叠加、互补，形成一个适应动态轨道衡所需的矩形波形。

测量原理

Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器在A处的测量原理

将一套Y型轨道称重检测传感装置模块或Y型轨道称重传感器，安装在两根枕木之间的钢轨腹板或刚性构件A处，钢轨腹板或刚性构件A点的左、右侧合成的Y型轨道称重传感器，被固定（夹紧）于钢轨或刚性构件腹板A点剪应力效果最佳的检测区域，当外力或轮重P作用于具有支撑点支撑的钢轨或刚性构件上，在P>0时，钢轨或刚性构件发生扰度弯曲变形，Y型轨道称重传感器输出的剪应力的大小如图8或如图9所示。

钢轨或刚性构件的扰度形变传递到图3-6，Y型轨道称重传感器弹性体呈120度分布的防滑阻尼三抓接触面J，促使弹性体A和应力控制区腔体腹板I发生椭圆形变形，图6-9中的Ⅰ、Ⅲ方向间的挤压力（控制区内）增大而压缩，Ⅱ、Ⅳ方向间的挤压力减小（控制区内）而拉伸。

粘贴在应力控制区腔体腹板内侧的电阻应变片丝栅沿45°方向布置的R2、R4二片电阻值减小，呈压片；粘贴在应力控制区腔体腹板内侧的电阻应变片丝栅沿135°方向布置的R1、R3二片电阻值增加，呈拉片。

Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器在A、B二处的测量原理

将二套Y型轨道称重检测传感装置模块或二套Y型轨道称重传感器，分别安装在两根枕木之间的钢轨腹板或刚性构件的A、B二处，当外力或轮重P作用在A处的Y型轨道称重检测传感装置、或A处的Y型轨道称重传感器所测到的剪力为QA。当外力或轮重P作用在B处的Y型轨道称重检测传感装置或B处的二套Y型轨道称重传感器所测到的剪力为QB，二套Y型轨道称重检测传感装置或二套Y型轨道称重传感器所测得的剪力信号合成图11，由于Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，是安装在枕木开档位置的钢轨轨腰（钢性构件）A、B二处，铁路规范规定枕木开档的间距为1760根/1000米，要实现较长的称量区域，就需要借助若干轨垫式称重传感器，形成多支点受力结构 。

双垂直力输出轨垫传感器

要对目前动态轨道衡的系统准确度，从1级，提升到0.5级—0.2级，除了前面谈及的创新之外，还需要对以往轨道衡使用的“单路垂直力输出轨垫传感器”创新，还需在对原有的“单路垂直力输出轨垫传感器”，通过对传感器工艺优化，设计出新颖的双垂直力输出轨垫传感器。

双垂直力输出轨垫传感器的作用

1）、在同一个轨垫传感器的弹性体上，设计出二台结构与技术参数相同的双垂直力输出传感器。其中的一路，既能参与双路同时采集计量数据，也能作为系统的备用。

2）、在同样长度的轨道衡称量区（或称为“秤台长度”）内，由于传感器的双垂直力输出，相当于多出了一倍数量和准确度一致的轨垫传感器，根据传感器数量使用多少及传感器准确度与轨道衡系统误差之间的数理统计结论，对缩小动态轨道衡的系统误差极为有利。

3）、在同样长度的轨道衡称量区（或称为“秤台长度”）内，由于采用双垂直力输出轨垫传感器，称重仪表通过双路采集，意味着在同样长度的称量区域或“秤台”区域内，采集的计量数据增加一倍，有利于提高计量数据的更加稳定、更加准确。

4）、由于采集有效计量数据扩大了一倍，更有利于称量软件对遇到被测车轮的扁疤、失圆、缺角、制动、加速、冲击、震动、称量轨轨头翻边等状况，防范这些异常冲击脉冲的误录的分析、判断，使数学模型的计算更加。

5）、使称量区域的钢轨形成多支点的传力结构，通过增减双垂直力输出轨垫传感器，就可以实现对称量区域“秤体”长度增减的设计。

6）、动静态轨道衡采集重量数据的主要来源；

7）、既起到轨道称重或测力传感器的作用，同时又能起到固定钢轨的枕木作用；

8）、突破了以往有基坑、有大梁、有秤台结构轨道衡（因以往采用的不是轨垫式传感器结构——承重台或承载大梁的下方四角，往往分别安装一个压式结构的传感器）无法科学而真实准确的区别车辆每个轮重的尴尬；

9）、采用该传感器，可以省略掉通常动态轨道衡的机械大梁、过渡器、过渡轨、秤台、秤体、纵向限位拉杆、横向限位拉杆、称重传感器加载压头等等机械部件及基坑结构，使这些部件引起的附加误差，降低或接近零，对提升动态轨道衡的准确度极为有利。

10）、传感器不确定度对轨道衡不确定度的影响

传感器的不确定度主要由测量传感器的力标准机的不确定度及独立重复测量的复现性二部分合成。由于力标准机的不确定度与传感器的复现性误差引起的不确定度要小得多，故传感器的不确定度近似等于传感器复现性误差引起的不确定度。传感器复现性误差包括了重复性误差和方位误差，假设传感器的复现性误差为δ，则:传感器的标准不确定度近似于u= 。

多个传感器组成的轨道衡不确定度与传感器不确定度u之间的关系：

假设轨道衡的不确定度为uG，i=1、2.....n，

则由传感器引入的轨道衡不确定度为：

uG=

由多个传感器组成的轨道衡特性分析，假设由n个传感器组成一个秤台，每个传感器的特性为线性误差L、滞后误差H、重复性误差R，如果把一个秤台看成是一台复合传感

器，这秤台的线性误差仍为L，滞后误差仍为H，重复性误差为：R'=。

注：上面分析不考虑秤台结构变形及传力部件引起的附加误差。（当采用本实用新型的无基坑不断轨结构，对避免原有的机械大梁、过渡器、秤台、秤体结构引起的附加误差，更为有利）：

由于线性误差可以通过仪表修正，动态轨道衡快速计量过程中的滞后远远小于空车轮重，该滞后立刻会被后续车辆的轮重成线性的覆盖。为此，多传感器复合组成的轨道衡系统，主要误差为重复性误差。所以多个传感器组成的轨道衡，实际上可以比由四个传感器或少量传感器组成的轨道衡，获得更为较好的计量性能。

通过上述的各种技术措施，足以确保动态轨道衡的系统准确度，从1级，提升到0.5级的技术性跨越。

双垂直力输出轨垫传感器的结构

双垂直力输出轨垫传感器图12，由弹性体10、电阻应变片11、弹条扣件固定螺孔12、弹条及弹条附件13、钢轨就位槽14、减震胶垫15、钢轨16电路及补偿板17、硅胶及氮气及不锈钢密封焊接盖18、传感器安装固定孔19、传感器高强度固定螺栓及附件20、防水密封接头21、双路输出屏蔽电缆22、传感器安装底座23、混凝土基础的预埋钢板24等组成。

双垂直力输出轨垫传感器的电原理

双垂直力输出轨垫传感器电阻应变片布置如图13由R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16组成。

其中：R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15为拉片；

R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16为压片。

通过韦斯顿电桥电路将R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及补偿电路组成一个独立输出的垂直力传感器A如图14；

通过韦斯顿电桥电路将R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16及补偿电路组成另一个独立输出的垂直力传感器B如图15。

若干个双垂直力输出轨垫传感器组合的测量原理

根据车型、轴距、转向架中心距、换长、轨型等参数，按照铁专技术规范的间距要求，通过增减双垂直力输出轨垫传感器的数量，达到拓展轨道衡称量区域的长度。

将称量区内所有双垂直力输出轨垫传感器中A路（A1、A2﹍An）输出信号，经并联送入动态称重仪表（也可将A1、A2﹍An各自独立的传感器输出信号,对应接入动态称重仪表的输入接口进行放大、滤波、模/数转换）。动态称重仪表输出的码值或重量（经计算机显示码值波形或重量波形）图16中双垂直力A路（A1、A2﹍An）合成“梯形”输出波形。

同理，将称量区内所有双垂直力输出轨垫传感器中B路（B1、B2﹍Bn）输出信号，经并联后送入动态称重仪表（也可以将B1、B2﹍Bn各自独立的传感器输出信号,对应接入动态称重仪表的输入接口进行放大、滤波、模/数转换等）。动态称重仪表输出的数字信号（经计算机显示码值波形或重量波形）图16中双垂直力B路（B1、B2﹍Bn）合成的“梯形”输出波形。

双垂直力输出轨垫传感器在无基坑不断轨轨道衡中的作用，是巧妙的利用了多支点力学的原理，将轮重直接通过钢轨分散传递到车轮下方附近的各个轨垫传感器上，由若干个双垂直力输出轨垫传感器来形成了一个多支点传感器的信号输出。随着一定载荷的轮重沿着轨垫式传感器上方轨道移动过程中，多支点传感器区域内所叠加的输出信号就是一个常数——从而构成了一个称量区域，这称量区域就类似形成了一个秤台如图17-18所示。图中Ei=E1+E2+En，其中E1、E2……En为每台传感器的信号输出值；称量区域的长短取决于轨垫式传感器数量的多少。

二类传感器输出信号合成的测量原理

由Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器B的三角波形，与所有双垂直力输出轨垫传感器合成的梯形波形叠加成矩形波形。

将位于动态轨道衡称量区二端A、B位置的Y型轨道称重检测传感装置A或Y型轨道称重传感器A、Y型轨道称重检测传感装置B或Y型轨道称重传感器B、所有双垂直力输出轨垫传感器中A路（A1、A2﹍An）输出信号并联后，送入动态称重仪表进行放大、滤波、模/数转换等（也可以将上述各自独立的传感器输出信号,分别对应接入动态称重仪表的相应的输入接口，进行放大、滤波、模/数转换等）。动态称重仪表输出的数字信号（经计算机显示码值波形或重量波形）图17-18中Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器与双垂直力输出轨垫传感器中的A路（A1、A2﹍An）复合而成的输出P波形。

同理，将位于动态轨道衡称量区二端A、B位置的Y型轨道称重检测传感装置A或Y型轨道称重传感器A、Y型轨道称重检测传感装置B或Y型轨道称重传感器B、所有双垂直力输出轨垫传感器中B路（B1、B2﹍Bn）输出信号经复合并联后，送入动态称重仪表进行放大、滤波、模/数转换等（也可以将上述各自独立的传感器输出信号,对应接入动态称重仪表的输入接口，进行放大、滤波、模/数转换等）。动态称重仪表输出的数字信号（经计算机显示码值波形或重量P波形）。图17-18中Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器B与双垂直力输出轨垫传感器中B路（B1、B2﹍Bn）合成的输出P'波形——该采集到的数据，相当于给称量区域的长度拓展了一倍。

当电阻应变片的电阻随外力P的大小变化时，惠斯顿电桥电路，产生一个与外力大小成正比的电压输出信号：

E = K×P。

其中：E—传感器输出电压；P—轮重（或外力）；

K—常数。

车轮沿X轴在A——B之间移动为常数，这一常数的区间，称为动态轨道衡的有效称量区域。

计算机对称重仪表采集上述数据进行分析、比较、判断、计算处理、合成P、P'，达到动态轨道衡准确度的提升，也使计量的可靠性得到了进一步的改善。

本实用新型的系统

如图19所述，Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，与双垂直力输出轨垫传感器，是决定无基坑不断轨动静态轨道衡结构的关键；这些传感器是新颖无基坑不断轨转向架结构自动轨道衡的一次仪表，在当配备了传感器的通道电源、交流稳压电源、UPS不间断直流电源、传感器调试盒、称重仪表、工控机、车号识别、摄像监控、计量软件、管理软件、网络通讯、打印机、称重轨及外轨防爬装置、钢轨扣件、传感器底座、传感器保护罩等机械零部件、混凝土预埋钢板基础等之后，就形成了一台高性能的轨道衡。

本实用新型传感器合成的作用

实现在钢轨轨腰上不钻孔、不焊接，就能安装具有剪力功能的传感器，确保动态轨道衡的不断轨特征。

规避了在繁忙的国铁线路，对钢轨轨腰的腹板上进行钻孔，需要中断行车，影响通行能力所带来的不利。

本实用新型的结构，保持动态轨道衡的无基坑不断轨结构的特征。

采用双垂直力输出轨垫传感器，能够确保不同车速条件下采集到足够的计量数据，促进系统准确度的提升。

解决了在钢轨轨腰的腹板上进行钻孔，安装和更换剪切力功能的“塞入式轮重测力传感器”钻孔的精度要求高，会直接影响到系统的准确度；

通过对Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器、双垂直力输出轨垫传感器二类传感器不同数量的组合，可以便捷的设计成无基坑不断轨动态轨道衡的轮、轴、转向架、整车计量方式。

突破了以往有基坑、有秤台结构轨道衡结构无法科学而真正准确区别车辆左右轮重量的尴尬；

本实用新型不仅满足国家标准对动态轨道衡或轨道称量装置的最高最低计量速度，当本实用新型在不计量时，能满足铁路对该线路的最高通行速度。

本实用新型，实现轨道衡设备的无损安装，消除了人们对以往应用Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器传感器所存在的担心忧虑。

本实用新型的新颖组合，提高了Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器自身灵敏度输出系数后，减少以往依靠加大增益带来的失真，有利于提高动态轨道衡合成波形更加线性化，对改善轨道衡的动态计量性能及其准确性、可靠性、稳定性极为有利。

通过Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，阻隔处于称量区以外的车轮（邻轮）重量不对计量区带来邻轮影响。

通过Y型轨道称重检测传感装置或Y型轨道称重传感器，与双垂直力输出轨垫传感器二类传感器的技术创新以及技术措施的保障，达到动态轨道衡的系统准确度，从1级，提升到0.5级的技术性跨越。

本实用新型的其它说明：

本实用新型所述的计量方式主要是转向架计量的方式，也可以是轮重计量方式，或是轴重计量方式。

本实用新型所述的钢轨可以是各种规格型号的轻轨、各种规格型号的重轨、各种规格型号的起重机钢轨。

本实用新型所述的基础可以是钢筋混凝土预埋钢板基础、特制水泥枕木的钢筋混凝土基础、特制钢件枕木的钢筋混凝土基础、钢制框架秤体的碎石道床基础等形式。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，包括Y型轨道称重检测传感装置模块组件和双垂直力输出的轨垫传感器，其特征在于：所述Y型轨道称重检测传感装置模块组件通过夹具永久固定于钢轨轨腰，所述Y型轨道称重检测传感装置组件，包括：左右侧两个Y型轨道称重传感器合成为一套完整的Y型轨道称重检测传感器，其中：左侧Y型轨道称重传感器(4)、右侧Y型轨道称重传感器(9)、安装基座(1)、可调定位杆(2)、锁紧扣(3)、特制夹紧压杆(5)、钢轨或刚性构件部件(5)组成；

所述双垂直力输出的轨垫传感器包括，弹性体(10)、电阻应变片(11)、弹条扣件固定螺孔(12)、弹条及弹条附件(13)、钢轨就位槽(14)、减震胶垫(15)、钢轨(16)、电路及补偿板(17)、硅胶及氮气及不锈钢密封焊接盖(18)、传感器安装固定孔(19)、传感器高强度固定螺栓及附件(20)、防水密封接头(21)、双路输出屏蔽电缆(22)、传感器安装底座(23)、混凝土基础的预埋钢板(24)组成。

2.根据权利要求1所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：所述Y型轨道称重检测传感装置模块夹持在钢轨或刚性构件(7)上，或采用金属胶直接粘于钢轨或刚性构件(7)轨腰的腹板上。

3.根据权利要求1所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：所述钢轨轨腰左、右侧的Y型轨道称重传感器，均由弹性体(A)、惠斯顿电桥与补偿电路板(B)、防水密封出线接头(C)、屏蔽信号电缆(D)、腔体内密封胶和隋性气体(E)、柔性过渡隔离区(F)、三抓(G)、电阻应变片(H)布置粘贴于应力控制区腔体腹板内侧、应力控制区腔体腹板(I)、防滑阻尼接触面(J)、Y型轨道称重传感器固定和力矩施加定位孔(K)组成。

4.根据权利要求3所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：惠斯顿电桥与补偿电路板(B)中的R1、R2为拉向电阻应变片；R3、R4为压向电阻应变片；Rct/2为弹性模量补偿电阻；R0:输出电阻标准化补偿电阻；Rz:零点输出补偿电阻；Rs:灵敏度系数补偿电阻；Ri:输入电阻标准化补偿电阻；RL:非线性补偿电阻；Rmt:灵敏度温度补偿电阻；Rt:零点温度补偿电阻；Rp:灵敏度温度补偿的线性补偿电阻；“U+”为供桥电源正极；“U-”为供桥电源负极；“E+”为信号输出正极；“E-”为信号输出负极。

5.根据权利要求4所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：在P>0时，电阻应变片R1、R3在钢轨或刚性构件(7)形变时呈拉向应力，电阻应变片R2、R4在钢轨或刚性构件形(7)变时呈压向应力的特征。

6.根据权利要求5所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：将电阻应变片R1、R2、R3、R4，通过惠斯登电桥电路及补偿电路板，把左、右两个Y型轨道称重传感器弹性体上的电阻应变片R1、R2、R3、R4合成为一个完整的Y型轨道称重检测传感器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：Y型轨道称重检测传感装置输出呈三角形的波形，所述双垂直力输出轨垫传感器输出呈梯形的波形。

8.根据权利要求7所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：Y型轨道称重检测传感装置输出的三角形的波形特点与双垂直力输出轨垫传感器输出的梯形的波形叠加、互补，形成一个适应动态轨道衡所需的矩形波形。

9.根据权利要求1所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：所述双垂直力输出轨垫传感器的电阻应变片(11)由成对的拉片和压片组成；

其中

R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15为拉片；

R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16为压片。

10.根据权利要求9所述的一种无基坑不断轨转向架计量结构的轨道衡，其特征在于：通过韦斯顿电桥电路将R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及补偿电路组成一个独立输出的垂直力传感器A；

通过韦斯顿电桥电路将R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16及补偿电路组成另一个独立输出的垂直力传感器B。