便攜式鐵道車輛智能輪重儀的研制

浦麗華 上海交通大學(xué)（上海鐵路局科研所）張 峰 上海交通大學(xué)

1 研制背景

隨著鐵路的快速發(fā)展，貨物運輸中超偏載引起的安全隱患時有發(fā)生，已嚴(yán)重威脅鐵路運輸?shù)陌踩?。為了保障貨運安全，鐵路部門投入巨資，在重點站、重點專用線、重點貨場、重點編組站安裝了軌道衡、超偏載儀等大型計量檢測設(shè)備，有效控制了貨物運輸超偏載現(xiàn)象的發(fā)生。但是，軌道衡和超偏載儀等設(shè)備的應(yīng)用具有一定的局限性：(1)大型計量檢測設(shè)備投資較大，在許多分散的裝車點配置成本過高。(2)大型計量檢測設(shè)備一般配置在站內(nèi)股道上，與各專用線裝車點無法做到裝車與稱量安全檢測同步，發(fā)現(xiàn)超、偏載車后處理很不方便。因此，為了保障貨運安全，從裝車源頭上控制貨車超偏載情況，研制一種可在裝車現(xiàn)場測量貨車超偏載情況的輕便型計量設(shè)備是很有必要的，也是提高貨物運輸效率的有效工具。

2 設(shè)計思路

在前期的調(diào)研過程中，發(fā)現(xiàn)在部分貨場配備了一種稱為手壓式輪重儀的計量設(shè)備。該設(shè)備是測量鐵道車輛超載、偏載重量的專用設(shè)備，是專門用于對裝車現(xiàn)場的車輛進(jìn)行測量的計量設(shè)備。鐵道部也專門頒布了《JJG(鐵道)179-2004鐵道車輛輪重測定儀檢定規(guī)程》（以下簡稱規(guī)程）對該設(shè)備的計量性能進(jìn)行了規(guī)定。但是，在實際使用過程中，這種手壓式輪重儀在現(xiàn)場正常使用有一定的困難:首先是手壓式輪重儀的性能不穩(wěn)定，對同一貨車的測量誤差較大，且容易漏油；其次是操作非常吃力，一個人最多連續(xù)測量二至三節(jié)車輛；另外經(jīng)計量室檢定表明，這種手壓式輪重儀經(jīng)過使用一段時間后(一般在使用1個月左右)，很難達(dá)到規(guī)程規(guī)定的示值引用誤差不大于±0.9%的要求。

為此，上海鐵路局科研所提出研發(fā)一種新型的便攜式智能鐵道車輛智能輪重儀（以下簡稱輪重儀），并針對老式輪重儀存在的問題提出了新型輪重儀的研制目標(biāo)：計量性能穩(wěn)定、操作方便的電動輪重儀。項目研究小組根據(jù)研制目標(biāo)確定了以下設(shè)計思路：采用電動機(jī)驅(qū)動，降低操作者的勞動強(qiáng)度；采用一體結(jié)構(gòu)，降低重量，便于操作；采用電測技術(shù)測定舉升力，提高測定精度；采用數(shù)字技術(shù)和屏幕顯示，提高數(shù)據(jù)的運算精度和判讀精度；采用高性能液壓系統(tǒng)和密封件，提高油路的保壓能力。

3 設(shè)計方案

基于上述設(shè)計思路，輪重儀采用微型電動機(jī)驅(qū)動液壓泵，再由油缸舉起車輪的方式測量車輪的重量，依次測量貨車8個車輪從而得出整個車廂重量、超載和偏載量。它采用微型電動機(jī)驅(qū)動液壓泵來替代傳統(tǒng)輪重儀笨重的手工操作；采用數(shù)字屏幕直接顯示測量數(shù)據(jù)，直觀又清晰；采用智能芯片及專用軟件自動輸入、運算和儲存各種數(shù)據(jù)信息，簡便又準(zhǔn)確，采用航空鋁合金材料一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計，攜帶輕巧又便于現(xiàn)場操作。

輪重儀由主機(jī)和電池盒兩大部分組成，它們通過帶有可插拔插頭的電纜進(jìn)行連接，它的基本外部結(jié)構(gòu)如圖1所示，在現(xiàn)場使用如圖2所示。

圖1 便攜式鐵道車輛智能輪重儀結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 便攜式鐵道車輛智能輪重儀測量車輪重量圖

輪重儀主機(jī)包括動力箱、左右起重架、橫拉桿、微型電動機(jī)和電子線路板等部件，以完成舉升貨車車輪、測量等功能，其中橫拉桿上的扳桿棘輪裝置可通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母來改變其長度，以適應(yīng)760 mm～840 mm范圍內(nèi)不同的貨車車輪直徑。輪重儀電池盒內(nèi)裝有電子線路及專用高性能鋰電池等部件，通過連接電纜為主機(jī)提供工作電源，使用配套的單相220 V平衡充電器對鋰電池進(jìn)行充電。LCD液晶屏可顯示信息如圖3所示。

圖3 便攜式鐵道車輛智能輪重儀液晶屏顯示信息示意圖

4 主要技術(shù)參數(shù)

額定稱重量：13 t（最大稱重量18 t）；

測量精度：±0.9%；

保壓性能：工作載荷為13 t和3 t時，均保壓30 s，示值下降不大于0.1 t；

專用塞尺厚度：不大于1 mm；

油缸活塞行程：不大于5 mm；

拉桿行程：最小行程不大于410 mm，最大行程不小于440 mm；

過載能力：升壓至最大稱重量的125%，保壓30 s，無異常。

5 技術(shù)參數(shù)校核

5.1 實驗室計量檢定

根據(jù)《JJG（鐵道）179-2004鐵道車輛輪重測定儀檢定規(guī)程》的要求，隨機(jī)抽取一臺輪重儀（出廠編號為WY-RI-00116）進(jìn)行計量檢定。檢定項目包括外觀、專用塞尺、拉桿行程、油缸活塞行程、保壓性能、過載能力和示值誤差，具體檢定內(nèi)容見表1。

表1 輪重儀計量檢定記錄

各項檢定內(nèi)容及結(jié)果顯示，該輪重儀的技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)程的要求，計量性能滿足使用要求。

5.2 測量不確定度評定

5.2.1 數(shù)學(xué)模型

輪重儀的示值誤差：

式中：Wm-輪重儀的示值

W0-輪重儀校驗裝置的指示值

5.2.2 各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

(1)輪重儀校驗裝置示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

輪重儀校驗裝置示值誤差δ=±0.2%，服從均勻分布，于是

(2)輪重儀校驗裝置數(shù)字顯示引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量輪重儀校驗裝置數(shù)字顯示分辨率為0.001 t，服從均勻分布，于是

(3)輪重儀數(shù)字顯示引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

輪重儀數(shù)字顯示分辨率為0.01 t，服從均勻分布，于是

5.2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度μc

5.2.4 擴(kuò)展不確定度U

取k=2，于是

輪重儀的示值誤差要求為 ±0.9% ，滿足量值傳遞原則，符合規(guī)程要求。

6 結(jié)束語

2010年4月，便攜式鐵道車輛智能輪重儀研制成功，并通過了路局組織的科技成果鑒定，獲得了 2010年度路局科技進(jìn)步二等獎。2011年取得了鐵道部鐵路專用計量器具新產(chǎn)品技術(shù)認(rèn)證證書。該輪重儀完全滿足規(guī)程規(guī)定的計量性能要求，并且多個車務(wù)段進(jìn)行試用，功能上滿足現(xiàn)場工人的使用需求，達(dá)到了預(yù)期的目的。同時，為了確保計量準(zhǔn)確的輪重儀在現(xiàn)場應(yīng)用，相關(guān)使用部門應(yīng)遵守規(guī)程要求，將輪重儀定期送至計量部門進(jìn)行計量性能的確認(rèn)；在平時使用過程中，做好設(shè)備的自檢工作，確保計量準(zhǔn)確的設(shè)備投入現(xiàn)場使用。

大量新型便攜式智能鐵道車輛智能輪重儀的應(yīng)用，將大大方便裝車現(xiàn)場貨車車重的測量工作及測量效率，提高了路局貨物運輸安全性，為鐵路的貨物運輸創(chuàng)造良好的安全保障。