集裝箱超偏載智能檢測裝置的研制與應(yīng)用

徐進(jìn)立 上海鐵路局蚌埠貨運(yùn)中心

集裝箱超偏載智能檢測裝置的研制與應(yīng)用

徐進(jìn)立 上海鐵路局蚌埠貨運(yùn)中心

介紹集裝箱超偏載智能檢測裝置的研制背景和意義、主要原理及應(yīng)用，集裝箱超偏載智能檢測裝置優(yōu)點(diǎn)突出、性能可靠，對確保鐵路運(yùn)輸安全有積極的作用。

集裝箱；超偏載；檢測裝置

集裝箱超偏載智能檢測裝置是一種直接安裝在集裝箱吊具上的超偏載檢測設(shè)備。解決了集裝箱超重、偏重現(xiàn)場實(shí)時檢測的難題，現(xiàn)場作業(yè)人員在吊運(yùn)裝卸集裝箱的同時就可以檢測集裝箱的超偏載情況，可在裝車前對超載、偏重和偏載量超標(biāo)的集裝箱及時進(jìn)行處理。

1 集裝箱超偏載智能檢測裝置研制的背景和意義

鐵路貨運(yùn)組織改革實(shí)施后，貨運(yùn)新業(yè)務(wù)、新項(xiàng)目、新產(chǎn)品開發(fā)取得明顯成效，集裝箱運(yùn)輸所占比重越來越大，安全風(fēng)險(xiǎn)逐漸加大，杜絕超偏載現(xiàn)象顯得十分迫切和重要。

（1）安全風(fēng)險(xiǎn)管理要求加強(qiáng)集裝箱超偏載檢測。如果集裝箱出現(xiàn)超偏載，當(dāng)其裝上列車后，負(fù)重車輛重心在橫向或縱向上偏移超限，會造成安全隱患，甚至?xí)l(fā)列車脫軌或翻車的嚴(yán)重事故?！惰F路貨場超偏載檢測裝置運(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。

（2）原有的檢測手段不能適應(yīng)作業(yè)需要。一是軌道衡、貨檢站專用超偏載檢測儀等檢測屬于事后檢測，集裝箱已經(jīng)裝上列車，發(fā)現(xiàn)超偏載還需要到最近的裝卸作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，影響鐵路運(yùn)輸效率。這些裝置結(jié)構(gòu)龐大，造價(jià)昂貴，不適用于數(shù)量眾多、條件各異的裝車場；二是汽車衡、吊秤、鉤頭秤等只能對集裝箱超載進(jìn)行檢測，而不能檢測偏載情況。

（3）蚌埠南貨場亟須提高集裝箱超偏載檢測能力。2014 年3月，蚌埠（皖北）鐵路無水港建成啟用，蚌埠南貨場集裝箱運(yùn)輸?shù)牡匚挥葹橥怀觥Ｈ绾蜗b箱超偏載現(xiàn)象，保證集裝箱運(yùn)輸安全顯得十分迫切。一段時間里，我們從裝載方案制定、總量控制、隨機(jī)抽查等方面，花費(fèi)大量精力進(jìn)行集裝箱超偏載專項(xiàng)治理，但百密中難免有一疏，運(yùn)輸中仍然會偶爾出現(xiàn)集裝箱超偏載現(xiàn)象，處置比較困難，花費(fèi)較大的精力和財(cái)力?，F(xiàn)實(shí)情況迫切需要在人防、物防、技防等方面完善手段，從源頭控制超偏載現(xiàn)象的發(fā)生。

2 集裝箱超偏載智能檢測裝置的開發(fā)過程

該項(xiàng)目于2014年2月立項(xiàng)，由上海鐵路局貨運(yùn)處、科研所、蚌埠貨運(yùn)中心與江蘇泰力公司共同研究開發(fā)。2014年4月經(jīng)共同調(diào)研初步確定以集裝箱吊具為構(gòu)架的集裝箱超偏載檢測方案，2014年8月份完成該檢測裝置的原理設(shè)計(jì)。2014年12月份完成相關(guān)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出樣品。

2015年初到2016年1月份該產(chǎn)品先后14次在蚌埠南貨場進(jìn)行現(xiàn)場測試。試驗(yàn)使用期間，為了保證設(shè)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，班組使用人員在集裝箱吊運(yùn)前必須試吊標(biāo)準(zhǔn)砝碼箱，比較設(shè)備顯示數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的差異，確認(rèn)設(shè)備顯示數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如出現(xiàn)較大誤差，須經(jīng)研制專業(yè)人員調(diào)整數(shù)據(jù)，保證集裝箱超偏載智能檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。從試驗(yàn)使用階段數(shù)據(jù)分析來看，集裝箱超偏載智能檢測裝置性能較為穩(wěn)定，使用方便，數(shù)據(jù)直觀，出現(xiàn)超偏載數(shù)據(jù)信號時能自動報(bào)警，提醒門吊司機(jī)、貨運(yùn)員處置。數(shù)據(jù)采集、讀取、打印，均實(shí)現(xiàn)無線傳輸、遠(yuǎn)程控制比較人性化，較為適應(yīng)現(xiàn)場使用。

蚌埠南貨場于2015年初試驗(yàn)使用集裝箱超偏載智能檢測裝置，到年底發(fā)現(xiàn)超載報(bào)警信號2起，偏載信號5起，經(jīng)開箱檢查確認(rèn)，超載是貨主人為多裝造成的；偏載均為箱內(nèi)貨物堆碼不執(zhí)行裝載方案，不均勻堆碼造成的。2016年以來，蚌埠南貨場共計(jì)發(fā)送集裝箱2000TEU，未出現(xiàn)一起超偏載反映。從集裝箱超偏載智能檢測裝置在蚌埠南貨場的試驗(yàn)效果看，這種裝置在作業(yè)現(xiàn)場使用是安全有效的，可以進(jìn)一步優(yōu)化該裝置的功能和應(yīng)用，從而提高設(shè)備保安全的能力。

3 集裝箱超偏載智能檢測裝置的工作原理

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

（1）本檢測裝置主要由拉力傳感器、變送器、無線信號發(fā)射端、無線信號接收端、CPU和人機(jī)界面等部分組成。

（2）拉力傳感器安裝在集裝箱吊具的4個轉(zhuǎn)鎖上，檢測集裝箱4個角的受力情況。經(jīng)過變送器將拉力傳感器的信號轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的可供采集、處理的模擬量信號，由無線信號發(fā)射端將此信號傳遞給無線信號接收端，CPU采集無線信號接收端的信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，得出集裝箱的偏重、超偏載、總重?cái)?shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)在人機(jī)界面上進(jìn)行顯示并且歸檔記錄、打印。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

（3）在發(fā)生偏重、偏載時，智能檢測裝置發(fā)出聲光報(bào)警提醒，操作人員及時做出相應(yīng)的處理，并且完成對所有檢測和記錄數(shù)據(jù)(包括吊裝時間、箱號、各點(diǎn)偏重，偏載、總重及操作員工號）的保存和管理，便于隨時查看和打印。

工作流程原理：拉力傳感器→變送器→無線信號發(fā)射端→無線信號接收端→CPU→人機(jī)界面顯示→打印機(jī)。

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

3.2 測量方法和計(jì)算原理

上述系統(tǒng)構(gòu)成對從承吊集裝箱的旋鎖內(nèi)的4個特制拉力傳感器采集的一組數(shù)據(jù)G1、G2、G3、G4（圖2）進(jìn)行計(jì)算，得到偏載,、偏重和總重的數(shù)值。

圖2 受力平衡示意圖

圖2中，G1、G2、G3、G4為集裝箱4個角傳感器所測得的重量，G為集裝箱總重，A、B分別為4個傳感器之間的縱向和橫向中心距。以集裝箱水平面幾何中心C為坐標(biāo)原點(diǎn)0，建立x軸、y軸直角坐標(biāo)系，集裝箱重心D的坐標(biāo)為（a，b），即重心在x、y軸上的偏移量。

根據(jù)受力平衡原理，有

式中，a為偏重?cái)?shù)值，b為偏載數(shù)值。以上公式經(jīng)編程后存儲在PLC中，CPU自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和計(jì)算，獲得G、a、b的結(jié)果數(shù)。a、b值可正可負(fù)，圖示位置a、b值都是正的。當(dāng)a值為負(fù)值時，表示D點(diǎn)在Y軸左側(cè)。當(dāng)b值為負(fù)值時，表示D點(diǎn)在X軸下側(cè)?？梢姡?fù)值表示反向偏重和反向偏載。當(dāng)|b|＞100 mm時，觸摸屏?xí)詣訉⑵d數(shù)值顯示框變?yōu)榧t色并閃爍報(bào)警，提示集裝箱偏載超標(biāo)。當(dāng)|a|＞600 mm時，觸摸屏?xí)詣訉⑵財(cái)?shù)值顯示框變?yōu)榧t色并閃爍報(bào)警，提示集裝箱偏重超標(biāo)。

根據(jù)鐵路系統(tǒng)規(guī)定，允許集裝箱超載2 t。因此，X-Z20 和X-Z40型集裝箱超偏載檢測裝置的最大允許總重設(shè)為32.48 t。當(dāng)G＞32.48 t時,觸摸屏?xí)⒖傊財(cái)?shù)值顯示框變?yōu)榧t色并閃爍報(bào)警，提示集裝箱已超重。

根據(jù)偏載、偏重值的正負(fù)，重心D點(diǎn)在觸摸屏上顯示在4個不同區(qū)域，可確定集裝箱調(diào)整載荷的方向。

4 裝箱超偏載智能檢測裝置的應(yīng)用前景

經(jīng)過一年多的實(shí)驗(yàn)使用，集裝箱超偏載智能檢測裝置雖然還有某些不足或缺陷，但通過改進(jìn)和提高，我們相信會有很好的使用前景。

從鐵路推進(jìn)現(xiàn)代物流建設(shè)的發(fā)展趨勢看，安全發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展、共享發(fā)展是貨運(yùn)轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然要求，加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)管控能力，優(yōu)化勞動組織，提高運(yùn)輸生產(chǎn)效率是重要途徑，加大科技設(shè)備投入是不可缺少的管理手段；從鐵路貨運(yùn)安全的現(xiàn)狀看，據(jù)有關(guān)資料顯示，目前全路每天約有2 000輛以上的超、偏載車在冒險(xiǎn)運(yùn)行，這是一個十分令人擔(dān)憂的安全現(xiàn)狀。雖然這些隱患車輛絕大多數(shù)僥幸沒有在途中造成嚴(yán)重事故，但扣車進(jìn)行調(diào)整、倒裝的案例卻為數(shù)不少；從貨運(yùn)產(chǎn)品的需要看，以我們中心的集裝箱運(yùn)輸開發(fā)為例，蚌埠（皖北）鐵路無水港的貨源吸引力逐步擴(kuò)大，國際集裝箱業(yè)務(wù)不斷上量，淮北市也將建設(shè)鐵路無水港，開辦國際集裝箱業(yè)務(wù)。同時，我們中心開發(fā)了干熄焦入箱、糧食入箱新產(chǎn)品，而且保持著良好的經(jīng)營勢頭。集裝箱運(yùn)輸所占比例越來越大，超偏載安全壓力也越來越大。綜上所述，集裝箱超偏載智能檢測裝置需要優(yōu)化功能，推廣應(yīng)用，將不斷提高鐵路貨運(yùn)設(shè)備保安全的能力。

責(zé)任編輯：王 華

來稿日期：2016-12-12