簡易超偏載檢測(cè)裝置研究與應(yīng)用

陳俊皓 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

1 國內(nèi)超偏載檢測(cè)裝置發(fā)展趨勢(shì)

鐵道貨車超偏載檢測(cè)裝置（以下簡稱超偏載）是一種自動(dòng)對(duì)運(yùn)行中的貨物列車進(jìn)行不停車、不摘鉤、連續(xù)動(dòng)態(tài)稱量的計(jì)量設(shè)備。在現(xiàn)今科技高速發(fā)展的前提下鐵路運(yùn)輸?shù)捏w量和效率已經(jīng)大大提升，遍布各地的鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)無時(shí)無刻不在進(jìn)行著高速的運(yùn)輸作業(yè)。那么作為貨運(yùn)體系中的安全控制環(huán)節(jié)，超偏載檢測(cè)裝置的作用當(dāng)然不可忽視。

目前全路使用的超偏載設(shè)備，其主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)條件均須符合《鐵路貨運(yùn)安全檢測(cè)監(jiān)控與管理系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范》（鐵運(yùn)[2013]56 號(hào)）文（以下簡稱：56 號(hào)文）的規(guī)定要求。但以此為標(biāo)準(zhǔn)的超偏載在設(shè)備安裝、檢修過程中，還存在一定的缺陷和不足。以往的做法是采用定制的專用軌枕連接成一個(gè)整體框架基礎(chǔ)滿足檢測(cè)要求。這方法存在施工難度大時(shí)間長、對(duì)行車干擾多、成本費(fèi)用高的缺陷。新建設(shè)備的線路條件要求高，施工周期長，工藝要求高，安裝較復(fù)雜；檢修中更換壓力傳感器時(shí)，需要起道作業(yè)，影響行車安全,并且一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)配置的超偏載設(shè)備投資費(fèi)用較高，它需要更換大量軌枕，每一根軌枕都需耗資1萬元左右，它還需要標(biāo)配一個(gè)前端機(jī)房，這又是一筆不小的支出。總的投入一般要在120 萬元左右。而一臺(tái)簡易超偏載設(shè)備由于這些大投入項(xiàng)都不需要，一臺(tái)耗資僅在35萬元左右，從經(jīng)濟(jì)角度來說確實(shí)少了很多投入。對(duì)一般的裝車站和專用線而言，檢測(cè)時(shí)貨車通過的速度多在5 km/h～30 km/h,稱重準(zhǔn)確度≤1%，即可達(dá)到設(shè)備安全檢測(cè)使用要求，對(duì)用戶來說更希望使用安裝施工簡便、使用維護(hù)工作量少、對(duì)線路要求不高、資金投入不多的檢測(cè)設(shè)備。因此，需要研制一款能夠簡化施工流程、安裝維護(hù)便捷、對(duì)工務(wù)部門線路作業(yè)影響小的簡易超偏載檢測(cè)裝置，在滿足檢測(cè)過車速度小于30 km/h，檢測(cè)精度優(yōu)于1%要求下，降低檢修難度、減少維護(hù)工作量和投資費(fèi)用,以達(dá)到更好的使用效果。

2 簡易超偏載檢測(cè)裝置研究成果

2.1 簡易超偏載檢測(cè)裝置技術(shù)特點(diǎn)

鐵路現(xiàn)有的超偏載檢測(cè)裝置雖然已經(jīng)能夠完成日常的檢測(cè)任務(wù)，但是其有著購買價(jià)格高、施工周期長、選址要求高、故障觸發(fā)點(diǎn)多等問題。如何在不影響檢測(cè)功能的情況下將這些問題慢慢解決是我們的研究方向。針對(duì)現(xiàn)有超偏載存在的不足，在現(xiàn)有傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)新的發(fā)展基礎(chǔ)上，充分吸收近十幾年來在自動(dòng)軌道衡、超偏載領(lǐng)域的研究理論和實(shí)踐成果研究開發(fā)一種簡易智能超偏載檢測(cè)裝置（以下簡稱簡易超偏載），滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鐵路貨車超偏載檢測(cè)的應(yīng)用要求，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)超偏載的所有功能，具有結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性廣、安裝簡便，施工時(shí)間短，作業(yè)時(shí)工務(wù)部門協(xié)助配合工作量小，日常檢修便捷高效，投資費(fèi)用少等特點(diǎn)，并具備以下技術(shù)功能特點(diǎn)：

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)超偏載的檢測(cè)功能；

（2）能與簡配車號(hào)識(shí)別裝置匹配工作；

（3）能便捷更換故障剪力傳感器；

（4）不需要更換原有軌枕；

（5）不需要建秤房或控制室，稱重設(shè)備安裝在軌道邊控制箱內(nèi)。

2.2 簡易超偏載技術(shù)結(jié)構(gòu)

簡易超偏載由軌枕連接裝置、插銷剪力傳感器、高精度稱重控制器、軌溫檢測(cè)儀、車號(hào)識(shí)別裝置、數(shù)據(jù)采集儀、工控計(jì)算機(jī)、檢測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)器及相關(guān)軟件等組成。裝置由框架基礎(chǔ)、6 段傳感器測(cè)區(qū)，每邊3 個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)輪子通過時(shí)被重復(fù)測(cè)量三次，取其平均值以提高檢測(cè)精度，裝置配有車號(hào)自動(dòng)識(shí)別裝置，提高檢測(cè)自動(dòng)化程度，減少人工操作工作量。稱重控制器、車號(hào)識(shí)別主機(jī)、軌溫測(cè)試儀以及系統(tǒng)主機(jī)集中放置在一個(gè)軌邊設(shè)備箱中,不需要建設(shè)秤房或控制室，不僅節(jié)約投資，減少施工工作量，還加快了安裝的速度。為此選用了工業(yè)級(jí)的器件標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格檢驗(yàn)，確報(bào)設(shè)備能全年全天候24 h 不間斷工作。圖1 是簡易超偏載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1 簡易超偏載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

傳感器采用軸銷式剪力傳感器，具有安裝便捷，穩(wěn)定可靠，精度高等特點(diǎn)。相比超偏載需要壓力與剪力傳感器共同工作，簡超只依靠剪力傳感器就能測(cè)重測(cè)速的原理為:在兩根軌枕之間的一段鋼軌上安裝一個(gè)剪力傳感器（兩孔）構(gòu)成一個(gè)輪重檢測(cè)區(qū)間。在車輪的作用點(diǎn)剪力有一個(gè)跳變，兩邊的剪力是固定值，其差值就是車輪的重量。

當(dāng)貨車的車輪沒有進(jìn)入到檢測(cè)區(qū)間時(shí)，剪力傳感器的輸出是一段水平的基本不變化的值，當(dāng)輪子剛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)間，剪力傳感器的輸出急劇上升，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的輸出值，這個(gè)值大小正比例于被測(cè)量輪的重量值，當(dāng)輪子駛出檢測(cè)區(qū)間，剪力傳感器的輸出值急劇下降回復(fù)到原來的初始值。

如果我們用一個(gè)固定的信號(hào)采樣頻率去采集剪力傳感器的信號(hào)輸出，由于測(cè)區(qū)的長度是事先設(shè)計(jì)好的，則采集到的信號(hào)波形的長度包含了被測(cè)車輪通過的速度，信號(hào)波形的幅度包含了被測(cè)車輪的重量。

通過對(duì)波形信號(hào)的特征提取，就可以得到貨車車輪通過測(cè)區(qū)時(shí)的重量、速度等信息。綜合左右兩邊測(cè)區(qū)的檢測(cè)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)整車重量、縱向、橫向偏載率等參數(shù)的計(jì)算。

線路基礎(chǔ)由專用軌枕連接裝置相互連接，組成一個(gè)穩(wěn)定堅(jiān)固的承重基礎(chǔ)，發(fā)揮支承鋼軌（傳感器）和軌枕減振等作用，保證列車平穩(wěn)通過檢測(cè)區(qū)段（見圖2）。

圖2 線路基礎(chǔ)及傳感器布置圖

3 簡易超偏載的推廣應(yīng)用

3.1 簡易超偏載實(shí)際使用

2018年9月25日在喬司站（峰尾牽出一線）安裝試驗(yàn)點(diǎn)，總共封鎖線路3 次，每次2h。2018 年10 月8 日通過國家軌道衡計(jì)量站檢測(cè)驗(yàn)收后開通試用。此簡易超偏載正式投入使用之后，截止2020 年12 月底共檢測(cè) 6 378 列265 092 輛（相當(dāng)于貨檢行走7 410 km 以上），其中報(bào)警465 輛（超載291 偏載174 偏重0）。現(xiàn)在該測(cè)點(diǎn)每天平均過車14 列600 多輛，平均每列43 輛。以往貨檢人員需要逐列逐輛往返檢查不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大耗費(fèi)時(shí)間長，且效率低下裝載質(zhì)量無法保證?，F(xiàn)在簡易超偏載的運(yùn)用極大地提高了貨檢工作質(zhì)量和工作效率，減少了貨檢人員的工作強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，確報(bào)車站編組之后列車的安全穩(wěn)定可控。

目前，簡易超偏載檢測(cè)裝置在上海局管內(nèi)已經(jīng)安裝20余臺(tái)，三年內(nèi)將達(dá)到70多臺(tái)。每天每個(gè)測(cè)點(diǎn)都有大量的車列經(jīng)過我們簡易超偏載的檢測(cè)。根據(jù)報(bào)警值設(shè)定：超載＞3t 偏載＞50 mm 偏重＞5 t 的要求，2021 年前兩個(gè)月的所有測(cè)點(diǎn)總過車數(shù)量合計(jì)為10 247 列，總超載列數(shù)426 列，總偏載列數(shù) 1 378輛，總偏重529輛。

3.2 簡易超偏載的推廣前景

簡易超偏載能夠進(jìn)一步簡化施工流程、安裝便捷、減少行車影響，降低檢修難度，投資費(fèi)用低。因此可以更廣泛地運(yùn)用于車站貨場(chǎng)專用線，對(duì)貨車裝載質(zhì)量起到很好的安全監(jiān)控作用。在編組站中，他可以以低投資來代替超偏載進(jìn)行超偏載的檢測(cè)工作，在貨運(yùn)站中，他可以在裝車后先確定重量和偏載，并且覆蓋檢測(cè)盲區(qū)，提高貨運(yùn)安全。在一些專用線上，裝載完貨物后可以經(jīng)過簡易超偏載的整理再發(fā)出，可以提高裝載質(zhì)量并減少不必要的麻煩。該設(shè)備已引起車站貨運(yùn)部門的高度重視，特別是在一些無法長時(shí)間封鎖線路、施工條件不具備的地點(diǎn)，能夠充分發(fā)揮其技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。具有廣泛的市場(chǎng)前景和推廣使用價(jià)值。上海局集團(tuán)公司內(nèi)部需求就不少，其他鐵路集團(tuán)公司也有大量需求，外局現(xiàn)在已有意向進(jìn)行咨詢具體使用情況，安全效益和經(jīng)濟(jì)效益巨大，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3.3 存在的問題

（1）無法溯源。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有不少簡易超偏載投入使用，但由于缺乏相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范，這些設(shè)備無法有效溯源，僅能采用靜態(tài)檢衡車總重測(cè)量和其他超偏載檢測(cè)裝置比對(duì)的方式來評(píng)估和調(diào)整其測(cè)量的準(zhǔn)確性。研究簡易超偏載檢測(cè)裝置量值溯源方案及校準(zhǔn)裝置，將有效解決簡易超偏載檢測(cè)裝置無法溯源的難題，更好地發(fā)揮其保障貨運(yùn)安全應(yīng)有的作用。

（2）沒有確報(bào)信息。簡易超偏載是只進(jìn)行稱重、測(cè)速，綜合左右兩邊測(cè)區(qū)的測(cè)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)整車重量、縱向、橫向偏載率等參數(shù)的計(jì)算。他并不能夠與超偏載一樣提供確報(bào)信息，也就是說在監(jiān)控頁面上，能夠看到的信息有車種車型、車號(hào)、速度、自重、標(biāo)重、總重、凈重、超偏載信息等，但是他是沒有到發(fā)站和品名信息的。如果對(duì)這方面信息有需求的話簡易超偏載并不能夠?qū)崿F(xiàn)。

（3）行車不配合?；诟鱾€(gè)編組站或者裝車站安裝的簡易超偏載都會(huì)有一些位置上的差異，對(duì)于司機(jī)進(jìn)行調(diào)車編組作業(yè)的要求都會(huì)有些不同?，F(xiàn)在時(shí)常出現(xiàn)的狀況是簡易超偏載安裝要求中需要20 m的長直道，但是司機(jī)常常一拉過道岔位置便開始停車回拉，導(dǎo)致簡易超偏載出現(xiàn)臺(tái)面停車、過車不全等問題。雖然已經(jīng)和各使用單位提出過要完全拉過檢測(cè)設(shè)備的要求，但是現(xiàn)在完成情況并不理想。

（4）監(jiān)控不便。簡易超偏載的數(shù)據(jù)傳輸目前只實(shí)現(xiàn)了二級(jí)聯(lián)網(wǎng)，也就是說不錄入總公司的監(jiān)控網(wǎng)頁頁面而是使用獨(dú)立的頁面。這一情況對(duì)于我們檢修人員來說是一個(gè)不太方便的事項(xiàng)。不能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的問題或者設(shè)備狀態(tài)的異常。

4 結(jié)束語

簡易超偏載檢測(cè)裝置作為現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛推廣到各個(gè)貨場(chǎng)與編組站的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性廣、安裝簡便，施工時(shí)間短，作業(yè)時(shí)工務(wù)部門協(xié)助配合工作量小，日常檢修便捷高效，投資費(fèi)用少等特點(diǎn)使其成為了之后保證貨運(yùn)計(jì)量安全的重要一環(huán)。在實(shí)際的使用過程中，簡易超偏載檢測(cè)裝置的提前預(yù)警能夠幫助使用單位及時(shí)的進(jìn)行扣車重整等工作，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行把控以此來確保整個(gè)貨運(yùn)計(jì)量體系流暢運(yùn)作。相比安裝需求和預(yù)算經(jīng)費(fèi)更高的超偏載檢測(cè)裝置，簡易超偏載檢測(cè)裝置的使用和推廣之路一定會(huì)更為寬廣。