兩種集裝箱超偏載檢測(cè)裝置的應(yīng)用對(duì)比

魏 剛，張軍偉

（1.中鐵集裝箱運(yùn)輸有限責(zé)任公司 技術(shù)裝備部，北京 100055；2.鄭州鐵路局 裝卸機(jī)械廠，河南 鄭州 450052）

集裝箱運(yùn)輸是現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展方向。近年來(lái)，集裝箱運(yùn)輸進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，我國(guó)鐵路貨運(yùn)中集裝箱運(yùn)輸所占的比重逐年上升。但是集裝箱運(yùn)輸中的超載、偏載現(xiàn)象給安全運(yùn)輸帶來(lái)一定影響。一旦集裝箱出現(xiàn)超偏載，當(dāng)其裝上列車(chē)后，負(fù)重車(chē)輛重心在橫向或縱向上偏移超限，會(huì)造成安全隱患，甚至?xí)l(fā)列車(chē)脫軌或翻車(chē)的嚴(yán)重事故。為了確保安全運(yùn)輸，必須要在源頭控制，即對(duì)集裝箱進(jìn)行超偏載檢測(cè)。

同樣，在國(guó)際聯(lián)運(yùn)中，由于沒(méi)有相關(guān)承運(yùn)前的超偏載檢測(cè)裝置，雖然在碼箱時(shí)憑借經(jīng)驗(yàn)觀察能發(fā)現(xiàn)有偏載情況，但不能提供相關(guān)數(shù)據(jù)，就不能要求委托人進(jìn)行開(kāi)箱檢查或拒絕承運(yùn)，從而不能及時(shí)消除隱患以保證安全運(yùn)輸。為了做好源頭控制，安裝集裝箱超偏載檢測(cè)裝置十分必要。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)集裝箱超偏載檢測(cè)的有效專(zhuān)用計(jì)量設(shè)備主要有兩種，下面將對(duì)這兩種設(shè)備進(jìn)行闡述。

1 集裝箱超偏載檢測(cè)現(xiàn)狀

根據(jù)鐵道部《鐵路貨車(chē)超偏載檢測(cè)裝置運(yùn)用管理辦法》，要求運(yùn)用科技手段嚴(yán)格檢查超載和偏載。規(guī)定中要求集裝箱裝載時(shí)重心允許偏差 (偏離中心軸線(xiàn)的距離) 橫向200 mm，縱向600 mm (20英尺箱)、1 200 mm (40英尺箱)。但為了保證鐵路運(yùn)輸車(chē)輛通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)的安全性，《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》規(guī)定：集裝箱貨物的重心偏移車(chē)輛縱向中心線(xiàn) (即重心橫向偏移) 容許的極限值為100 mm。另外，我國(guó)鐵路車(chē)輛允許最大軸重23 t，所以集裝箱的縱向偏移量也要符合要求。因此，可以通過(guò)控制集裝箱的超偏載量來(lái)達(dá)到控制運(yùn)輸車(chē)輛超偏載的目的。

目前，鐵路貨場(chǎng)在裝卸過(guò)程中，對(duì)集裝箱超載的檢測(cè)已有汽車(chē)衡、吊秤、鉤頭秤等，但對(duì)于集裝箱偏載的檢測(cè)還沒(méi)有科學(xué)有效的檢測(cè)設(shè)備，目前已有的檢測(cè)裝置不能方便快捷地提供相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)。這些設(shè)備一般由專(zhuān)人操作，主要存在以下缺點(diǎn)：

（1）使用不方便，功能單一。用地磅測(cè)重時(shí)，空車(chē)、重載需要各測(cè)1次，若車(chē)輛裝載2個(gè)20英尺箱時(shí)則要測(cè)3次，而且不能檢測(cè)偏載情況；用門(mén)式起重機(jī)鉤頭秤也同樣存在不能檢測(cè)偏載的問(wèn)題。

（2）設(shè)備投資大，檢測(cè)效率低。車(chē)輛專(zhuān)用超偏載檢測(cè)儀設(shè)備投資大，且不能在裝卸過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)集裝箱的超偏載情況。如果發(fā)現(xiàn)超偏載現(xiàn)象，還需要到指定地點(diǎn)用裝卸設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。

（3）軌道衡檢測(cè)屬于事后檢測(cè)，集裝箱已經(jīng)裝上列車(chē)，調(diào)整還需到最近的裝卸作業(yè)點(diǎn)才能進(jìn)行。

目前已研制的集裝箱超偏載檢測(cè)設(shè)備中，有效的專(zhuān)用設(shè)備主要有2種，一種是地面數(shù)字式集裝箱超偏載檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置相當(dāng)于1臺(tái)汽車(chē)衡，使用需要專(zhuān)門(mén)的場(chǎng)地，且需要將集裝箱全部運(yùn)輸?shù)侥骋还潭ǖ攸c(diǎn)檢測(cè)之后才能裝車(chē)。另一種是在集裝箱吊具上安裝檢測(cè)計(jì)量設(shè)備的集裝箱超偏載檢測(cè)稱(chēng)重裝置，在集裝箱吊運(yùn)的過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)。

2 集裝箱超偏載檢測(cè)裝置的工作原理

2.1 地面數(shù)字式集裝箱超偏載檢測(cè)裝置

該系統(tǒng)是利用4只稱(chēng)重傳感器對(duì)承載平臺(tái)作水平支撐，承載平臺(tái)上設(shè)置有2組定位銷(xiāo)，保證集裝箱在平臺(tái)上能準(zhǔn)確定位，一組是供20英尺集裝箱之用，另一組是供40英尺集裝箱之用。定位銷(xiāo)的位置可以保證集裝箱放上承載平臺(tái)后，其幾何中心與承載平臺(tái)的幾何中心點(diǎn)重合。見(jiàn)圖1。

4個(gè)支點(diǎn)單獨(dú)計(jì)量，計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)稱(chēng)重儀表掃描檢測(cè)各支點(diǎn)稱(chēng)重傳感器的載荷，并計(jì)算出集裝箱的總重及偏重。通過(guò)各稱(chēng)重傳感器相對(duì)承載平臺(tái)幾何中心的坐標(biāo)和稱(chēng)重傳感器上所受的載荷，計(jì)算出集裝箱重心位置相對(duì)承載平臺(tái)的幾何中心的坐標(biāo)x和y的數(shù)值。由于設(shè)計(jì)保證承載平臺(tái)的幾何中心與集裝箱的幾何中心重合，因此所得的x和y值也是集裝箱的中心偏移量。計(jì)算機(jī)檢測(cè)裝置帶有專(zhuān)用的校準(zhǔn)程序?qū)ρb置進(jìn)行校準(zhǔn)，保證了裝置檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。計(jì)算機(jī)記錄保存的測(cè)量結(jié)果，也可以通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)。

2.2 吊具式集裝箱超偏載檢測(cè)稱(chēng)重裝置

目前鐵路集裝箱辦理站大部分使用集裝箱專(zhuān)用門(mén)式起重機(jī)來(lái)裝卸集裝箱。門(mén)式起重機(jī)小車(chē)下方設(shè)20/40英尺箱伸縮吊具 (圖2)，如果在吊具的轉(zhuǎn)鎖處安裝稱(chēng)重裝置，那么在裝卸作業(yè)的同時(shí)即可進(jìn)行超載、偏載檢測(cè)。

集裝箱專(zhuān)用門(mén)式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)為4吊點(diǎn)布置形式如圖3，從起重小車(chē)上放4根起升鋼絲繩，繞過(guò)吊具上架的4個(gè)動(dòng)滑輪組后，再回到小車(chē)起升機(jī)構(gòu)的卷筒上，20/40英尺箱伸縮吊具與吊具上架通過(guò)銷(xiāo)軸或轉(zhuǎn)銷(xiāo)連成一體。起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，吊具和集裝箱作上下平移運(yùn)動(dòng)，吊具始終處于水平狀態(tài)。另外，吊具結(jié)構(gòu)的剛性很好 (在40英尺集裝箱偏載量最大時(shí)，同側(cè)吊具懸臂2個(gè)轉(zhuǎn)鎖的下?lián)喜钪禐?.6 mm，產(chǎn)生的坡度為0.000 026，對(duì)傳感器精度的影響可以忽略不計(jì))，所以吊具可視為1個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)，可以在這個(gè)平臺(tái)的特定位置布置稱(chēng)重傳感器。

起重機(jī)作業(yè)時(shí)，布置在吊具四角上的轉(zhuǎn)鎖伸入對(duì)應(yīng)的集裝箱角件孔，然后由液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鎖轉(zhuǎn)動(dòng)90°，鎖緊集裝箱。集裝箱被吊離地面后，4個(gè)轉(zhuǎn)鎖承載了整個(gè)集裝箱及貨物的重量。由于4個(gè)轉(zhuǎn)鎖布置方向?yàn)樨Q直向下且互相平行，為了消除其他方向力的影響，將轉(zhuǎn)鎖螺母下部加工成凸球面，傳感器上部加工成凹球面，轉(zhuǎn)鎖可以繞球心微量擺動(dòng)，見(jiàn)圖4。這樣即使吊運(yùn)有變形的集裝箱時(shí)，也能確保轉(zhuǎn)鎖所受荷載通過(guò)球面均勻傳遞到傳感器 (轉(zhuǎn)鎖擺動(dòng)量在±5°范圍內(nèi)不影響傳感器測(cè)量精度)，因此可以認(rèn)為轉(zhuǎn)鎖只受豎直荷載，沒(méi)有水平方向荷載。根據(jù)轉(zhuǎn)鎖的受力狀況，在4個(gè)轉(zhuǎn)鎖處布置4個(gè)稱(chēng)重傳感器，集裝箱4個(gè)角的重量通過(guò)轉(zhuǎn)鎖傳遞到轉(zhuǎn)鎖螺母，再由轉(zhuǎn)鎖螺母把力傳遞到稱(chēng)重傳感器，然后通過(guò)中央處理器把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出集裝箱的總重和偏載量，計(jì)算模型見(jiàn)圖5。

圖5中F1、F2、F3、F4為4個(gè)傳感器測(cè)出的集裝箱每個(gè)角的重量，C為集裝箱的水平形心，D為集裝箱的重心，A、B為集裝箱角孔之間的距離 (20英尺集裝箱，A為5 853 mm，B為2 259 mm；40英尺集裝箱，A為11 985 mm，B為2 259 mm)，a、b為集裝箱重心在縱向、橫向的偏移量，其中集裝箱及貨物的總重量G＝F1＋F2＋F3＋F4。

根據(jù)力矩平衡原理，分別以吊具的寬邊和長(zhǎng)邊為軸，求力矩和，可以得出：

對(duì)于20英尺集裝箱，當(dāng)F1＋F2＋F3＋F4≤30 480 kg、|a|≤600 mm、|b|≤100 mm同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，為裝載合格，否則檢測(cè)裝置會(huì)報(bào)警，提醒工作人員采取措施。

對(duì)于40英尺集裝箱，當(dāng)F1＋F2＋F3＋F4≤30 480 kg、|a|≤1 200 mm和|b|≤100 mm同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，為裝載合格，否則檢測(cè)裝置會(huì)報(bào)警，提醒工作人員采取措施。

對(duì)于偏載的集裝箱，可以從顯示屏上看出重心偏移的方向和距離，也可以外接打印機(jī)把檢測(cè)數(shù)據(jù)打印出來(lái)，指導(dǎo)工作人員重新裝載。

3 集裝箱超偏載檢測(cè)裝置的應(yīng)用對(duì)比

3.1 地面數(shù)字式檢測(cè)裝置

地面數(shù)字式集裝箱超偏載檢測(cè)裝置在實(shí)際應(yīng)用中，具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）稱(chēng)重平臺(tái)經(jīng)嚴(yán)格精確設(shè)計(jì)，能檢測(cè)20英尺和40英尺集裝箱。當(dāng)前貨運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱主要是這兩種規(guī)格時(shí)，該裝置具備一定的普遍性。

（2）稱(chēng)重系統(tǒng)各通道的輸入靈敏度高。

（3）能夠準(zhǔn)確而迅速檢測(cè)出集裝箱的總重量，集裝箱縱、橫中心線(xiàn)的重量偏載位置，即集裝箱重心相對(duì)集裝箱幾何中心的坐標(biāo)。

（4）設(shè)備安裝在地面固定位置，維修維護(hù)方便。

3.2 吊具式檢測(cè)裝置

吊具式集裝箱超偏載檢測(cè)稱(chēng)重裝置解決了集裝箱超重、偏重現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)的難題，使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在吊運(yùn)裝卸集裝箱的同時(shí)就可以檢測(cè)集裝箱的超偏載情況，可在裝車(chē)之前對(duì)超載、偏重和偏載量超標(biāo)的集裝箱進(jìn)行處理。該設(shè)備的應(yīng)用不需要專(zhuān)門(mén)的場(chǎng)地，也不需要增加額外的作業(yè)成本，在吊裝集裝箱的同時(shí)完成了檢測(cè)，省時(shí)省力，方便快捷，把集裝箱超偏載隱患消滅在裝車(chē)源頭，為集裝箱的安全運(yùn)輸提供了保障。

4 結(jié)論

吊具式集裝箱超偏載檢測(cè)稱(chēng)重裝置性能可靠、操作簡(jiǎn)單，只需起重機(jī)司機(jī)在吊裝時(shí)完成操作，為運(yùn)輸安全提供了保證，提高了工作效率，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)需求。因此，吊具式集裝箱超偏載檢測(cè)稱(chēng)重裝置比地面數(shù)字式集裝箱超偏載檢測(cè)裝置更具有市場(chǎng)推廣應(yīng)用價(jià)值。