一、引言
任何产品的研制，都是根据社会发展的需要来进行产品结构的优化而成。轨道衡的发展变化也说明了这一点，不同时代的新产品出世都具有不同时代的特点和功能，并在功能上满足需方的使用要求。下面着重从轨道衡秤台结构的变革，不断创新，不断改进中研究优化产品结构。
二、轨道衡秤台结构的技术发展概况
轨道衡秤台结构的发展过程也是根据时代的需求而不断进行优化改进的。建国前，旧中国工业落后，轨道衡数量极少且大部分安装在铁路车站。1949年全国解放时轨道衡总数不足40台，而且全部都是英、美、德、意、比、苏等国制造。
我国轨道衡的发展，自建国初期起至今已有50余年的历史，大体上经历了四个发展阶段：
第一个发展阶段(20世纪50年代初~60年代末)：是从静态机械杠杆式轨道衡的诞生到大量发展的阶段。
我国50年代起就开始生产第一台100t静态机械杠杆式轨道衡，其准确度一般可达到0.1，但由于需要脱钩不联挂称重，劳动量大，称量时间长，所以一般用户采用了不摘钩联挂静态称重，这样使用大大降低了准确度。秤台是由两根工字钢卞梁、串杠横梁而组成的大梁式卞梁结构，多属杠杆机械秤。我国95%以上的轨道衡采用计量杠杆型式。手动移动大小游陀，以计量杠杆的平衡位置指示重量，效率低，操作不便。极少数产品采用字盘式，由指针指示重量。个别产品采用了带数字显示和打印机构的计量装置。轨道衡的承重杠杆系统有直杆和义杆两种型式，前者居多数。根据台面长度和承载不同，承重杠杆又有一联、二联、四联和多联之分;制造工艺有铸钢、焊接结构等。承重杠杆的刀了、刀承部件结构多种多样，调试、大修和检定都不便。轨道衡的承重台面儿乎全部是金属铆接或焊接结构，长度有7,10,12,13,13.5,14m和双台面等多种规格。轨道衡最大秤量有70,80,85,100,150,180,200t，最小分度值有5,10,20,50,l00kg等多种规格。由于静态机械杠杆式轨道衡品种规格繁多，主要零部件互换性差，大部分轨道衡过载能力小，不适应铁路机车过衡的要求。
第一个发展阶段(20世纪70年代初一80年代中叶):是从静态机械杠杆式轨道衡发展到动态机械杠杆式轨道衡和机电结合式轨道衡出现的阶段。
随着科学技术的飞速发展，静态称量的机械杠杆式轨道衡己经不能完全满足生产发展的需要。因此将静态称量的机械杠杆式轨道衡改为动态称量的机械杠杆式轨道衡。对于象鞍钢这样大的钢铁企业每年都要购入大量原燃料，其中有上千万吨货物需要检斤验收。由于没有检斤衡器，有70%的单位供料不检斤。为了解决这一问题，我们计量厂在80年代初自制了4090- I型100t动态自动轨道衡，在此基础上优化改进，设计研制成功了我国第一台4090- II型100t动态自动轨道衡，由国家计量总局检定合格，并在鞍钢灵山二线投入运行。
4090- II型100t动态自动轨道衡是机电结合型的列车动态称重设备，是由数字自动显示物体重量的光栅秤。具有性能稳定、计量速度快，读数直观，使用方便、便于自动化等优点，并可输出信息供打印或供计算机输入用。自1982年3月1日投入运行以来，连续工作150天共检斤计量78 455节货车，每年可为鞍钢节约支付贷款1300多万元。科学技术的发展，机电结合秤相继应运而生，它是在原机械杠杆式轨道衡的基础上，通过测力传感器，电了测量装置测出物体重量值。这类秤除具有计量速度快、自动或手动打印记录等功能外，同时在停电时，仍可用泪L械杠杆进行计量。
4090- II型100t动态自动轨道衡虽然动态称量精度不高，但提高了称量速度，能满足生产需求，90年代中叶完全取消了机械(机电结合)轨道衡，截止90年代末己有动态电了轨道衡28台，这促进了动态电了轨道衡称量的发展。
第三个发展阶段(20世纪80年代~90年代):是从机械轨道衡发展到动态电了轨道衡阶段。
随着工艺过程控制的不断自动化，电了轨道衡愈来愈失去它作为单纯计量器具的意义，而变成了调节和控制过程中的重要一环，并为经济核算提供必要的数据，这种发展导致了许多工业部门用计算机控制生产过程，而电了轨道衡往往成为获得过程参数的决定性测量环节。它的特点是计算机学科的渗入或“智能化”。智能化的电了轨道衡具有测量、计算、控制、检验以及通讯五大功能，其应用领域仍在不断扩大。进一步提高称重准确度(特别是动态称重的准确度)、稳定性和可靠性，依然是当今衡器行业的努力目标。
动态电子轨道衡是一种可以自动按预定程序对铁路车辆进行动态称量，将所承受的重量正确地传递给称重传感器，按一定比例关系转换成相应的电信号，通过测量显示仪表或计算机反映出重量数值，并能自动显示和打印称量结果的计量设备。它能在列车行使过程中不摘钩，连续称出每节车辆的重量。称重速度快，效率高，动态称量精度一般均优于0.5 %，每称一节车皮需要的时间最多不超过17s，而静态机械轨道衡的称重速度最快的也需要2~3min，两者相差近10倍。因此，近年来电了轨道衡的应用，特别是动态电了轨衡由原来结构件秤台优化改进为铸件结构秤台有了较大的发展。90年代初，设计研制成功了我国第一台采用铸件结构秤台的100t动态电了轨道衡，由国家计量总局检定合格，并在鞍钢灵山一线投入运行。
第四个发展阶段(21世纪):电了轨道衡标准化、系列化、网络化发展阶段。
由于高新技术的发展，加快了电了轨道衡的秤的发展己进入第四个发展阶段。秤台结构优化，不断地更新换代有了突破性的发展，为鞍钢的计量事业打下了良好的基础。
90年代末，投资300万元兴建了鞍钢新华南、矿渣、小东门二台采用铸件结构秤台的100t动态电了轨道衡，实现全部外购物资到站计量结算。经过近年来的建设和改造，外购、外销、厂际间转移使用的衡器己从1998年的45台增加到目前的69台，并全部改造为电了化、自动化、网络化的衡器，彻底消除了人为因对计量结果的影响。
三、优化产品结构，不断创新是科学进步的发展、技术力量提高的结果
那么何谓优化产品结构?优化产品结构是指产品经过检验，取长补短，采用新技术，不断改进、更新的过程。
随着鞍钢生产发展，动态电了轨道衡作为一种大型称重设备，己被广泛应用于工矿企业、铁路、港日、仓库等各个部门，其额定称量也在不断扩大，从100[发展到200t, 300t, 400t，甚至800t。我们计量厂己经具有轨道衡、汽车衡、地中衡、箱式秤等多种衡器计量设备和称量系统，也具备了动态电了轨道衡100t, 200t, 300t等系列产品设计制造能力。抓住核心技术，优化产品结构，开发高附加值产品。
1.秤台轨面由平面改为1:40斜面，减少钢轨磨耗，解决了断轨问题。当初100t动态电子轨道衡秤台轨面、引轨轨面是平面，使用中增加了钢轨磨耗，引轨与线路轨轨面（1:40斜面)不一致，造成断轨现象。
车轮和钢轨接触的面，称为踏面。车轮踏面具有1:20的圆锥面，可以调整内外车轮的滚动直径，可以在直线上自动调中并使踏面磨耗比较均匀，增加车辆行驶的平稳性。从而使传力线通过钢轨轴线，并可减少钢轨磨耗。考虑到车轮1:20的踏面，经过一定时期的运转，将逐渐磨耗而增大。
因为车轮踏面的卞要部分作成1:20的斜坡，所以在直线上，钢轨不应竖直铺设，而要适当地向内倾斜。如果钢轨保持竖直，车轮的压力将离开钢轨的中线而偏向道心一侧，目略向外斜，其结果将使钢轨头部磨耗不均，腰部弯曲，在轨头与轨腰连接处发生纵裂，甚至折损。在我国铁路上，过去轨底坡规定为1:20，但在机车车辆的动力作用下，实际的轨底坡与原设置的轨底坡有较大的出入。另外，车轮踏面经过一段时间的磨耗后，原来1:20的部分也接近1:40的坡度。为此，从1965年起，把直线地段的标准轨底坡从1:20改为1:40。轨底与斜面对比如图1所示。
按照铁路的要求，将轨道衡秤台轨面优化改为1:40斜面，断轨现象得到彻底解决。
2.秤台由结构件改为铸件结构，提高了秤台的稳定性。由于资金有限，种一度采用结构件秤台，在使用中存在一些问题。结构件秤台轻而不稳定，严重影响计量的准确率。因此取消结构件秤台，采用铸件秤台，其稳定性大大提高，计量的准确率有所上升。
3.由两体秤台改为一体秤台，解决了秤台窜动问题。原秤台是由卞梁、轨道座、秤轨用螺栓连接而成。由于机车车辆行驶的惯力，使轨道座发生窜动，造成计量误差增大。原秤台结构示意图如图2所示。
改进秤体结构，取消轨道座，将秤秤台卞梁与轨道座形成一体，不但加工安装方便，秤台窜动问题也迎刃而解。改进后的秤台结构示意图如图3所示。
4.由无自锁装置改进为带有自锁装置的紧固器。现场发现动态电了轨道衡的原紧固器经常松动，造成称量台面不稳定，原紧固器如图4所示。调整紧固器时，转动丝杆(丝杆上有螺纹)带动轴杆与称量台面上的撞块相接触，限制称量台面移动。紧固器防松靠两个螺母，由于称重时紧固器承受的是周期性的交变冲击应力，振动很大，螺纹容易松动造成紧固器失效。
针对原紧固器存在的问题做了如图5所示的改进。增加了止动板(如图6所示)、止动圈(如图7所示)、键，在丝杆上开一个槽与止动圈配合，当调整紧固器转动丝杆时，止动圈与丝杆一起转动，调整后，只要止动圈不再发生转动紧固器就不会松动。
在止动板上钻24个M10螺孔，止动板通过键固定在套上;在止动圈上钻个cp 11孔，通过M10螺栓固定止动圈，紧固器就不会产生任何松动，但这种情况下紧固器不能连续调节。由于动态电子轨道衡要求紧固器对称量台面有一定的预紧力，紧固器要求能连续调节，为了连续调节，把cp 11孔改成包含2个M10螺孔的椭圆孔(如图6所示)，紧固器就可以连续调节。但存在一个缺陷，一旦M10螺栓产生松动，紧固器即产生松动，紧固器产生松动的最大位移为:(丝杆的螺距为4mm) 4mm/24=0.167mm。考虑到此松动位移稍大，把此椭圆孔分成2个相隔52.5。小孔(也可以分成更多)，同时考虑到受力的均匀，相隔120。再增加两对这样的孔，最终设计成如图7所示的止动圈。经过这样改进的紧固器可以连续调节，A.不竹紧固器调节到任何位置，都有3个相隔1200的M10螺栓可以同时拧紧。正常清况M10螺栓不应松动，紧固器也不产生任何松动，即使二处M10螺栓同时产生松动，紧固器因此而产生的最大位移为4mm/24/2=0.0833mm，加上其它误差不到0.1 mm，能够满足生产实际需要，而目非常安全可靠。
另外对轴杆进行了改进，原轴杆如图8所示。火车上秤时，称量台面与紧固器有一个微小的垂直相对位移，带动轴杆产生一个微小的转动，由于原紧固器轴A,A2B,B2，造成称量台面不稳定。改进后的轴杆(如图9所示)两端球面为一个球体上的面，这样不管轴杆怎样转动A,A2/B,B2，保证紧固器与称量台面水平方向的相对距离不变，有利于称量台面的稳定。
改进后的紧固器，在鞍钢广泛使用，效果非常好，此紧固器表现出很高的防松性能，工作稳定可靠，再也没出现松动失效现象，大大降低了维护的工作量，具有较强实用性和推广价值。
四、结束语
我们从电了轨道衡的发展来看，任一产品的诞生，都是经过广大科技人员和广大工人长期不懈努力的结果。它的发展不能说己经到顶，只有不断创新、不断改进、不断优化，将现代新技术注入到产品中，就会改变产品的生命期限，让其焕发出新的青春，为不断地研制出适应广大用户需求的新型秤台结构的电了轨道衡而努力。参考文献
[1]李大平，伏永盛主编.《衡器》轻工业出版社，1991年6月.
[2]金作康，手瑞玉，陈志编著.《轨道衡》中国计量出版社，1992年4月.
[3]全国衡器工业信息中心主办《衡器》杂志第一期.2004年3月.
[4]童大埙主编.《铁路轨道基本知识》中国铁道出版社，1997年1 月。
作者简介:马克贤，男，56岁，从事衡器设计研究作24年，仪器仪表高级工程师。鞍钢新钢铁公司计量厂设计工作室。
(作者通讯地址:辽宁省鞍山市铁东区和平路3号邮政编码:114003收稿日期:2005-05-30)
