提高鐵路貨車超偏載檢測(cè)裝置測(cè)量準(zhǔn)確性的思考

談曉曉 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

1 概述

鐵路貨車超偏載檢測(cè)裝置（以下簡(jiǎn)稱超偏載）是一種在貨車運(yùn)行過程中，按預(yù)定程序?qū)ζ漭喼剡M(jìn)行測(cè)量，計(jì)算貨車總重及偏載量，進(jìn)而自動(dòng)判斷貨車裝載質(zhì)量一種檢測(cè)裝置?，F(xiàn)廣泛安裝于全路各大編組站，是重要的鐵路貨運(yùn)計(jì)量安全檢測(cè)設(shè)備。

由于超偏載安裝地點(diǎn)常年處于露天環(huán)境（如圖1 所示），工作條件惡劣，其測(cè)量準(zhǔn)確性經(jīng)常受到設(shè)備故障、溫度、基礎(chǔ)變化、供電以及干擾等因素影響，因此超偏載在日常使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超差數(shù)據(jù)，進(jìn)而產(chǎn)生誤報(bào)警或漏報(bào)，對(duì)貨檢工作造成了許多無謂的工作量以及安全隱患。所以，提高超偏載的測(cè)量準(zhǔn)確性也是開展設(shè)備檢修工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。要提高測(cè)量準(zhǔn)確性，首先就要獲取設(shè)備的測(cè)量誤差并根據(jù)最大允許誤差找出超差的設(shè)備，然后對(duì)超差的原因進(jìn)行分析，最后再進(jìn)行針對(duì)性的措施，以提高準(zhǔn)確性。以下將圍繞對(duì)測(cè)量誤差的獲取、分析和處置這三方面進(jìn)行論述。

圖1 鐵路貨車超偏載檢測(cè)裝置

2 測(cè)量誤差的獲取

超偏載的檢測(cè)數(shù)據(jù)分為整車質(zhì)量、重心偏離量（亦稱偏載值）以及偏重差。

2.1 整車質(zhì)量

整車質(zhì)量即車輛所有車輪稱重質(zhì)量之和，其最大允許誤差為±0.5%（v≤40 km/h）、±1.0%（40 km/h＜v ≤60 km/h）。目前對(duì)整車質(zhì)量測(cè)量誤差的獲取方法主要有期間核查和比對(duì)兩種。

2.1.1 期間核查

由于超偏載期間核查需要用到超偏載計(jì)量車，但作為超偏載檢定用標(biāo)準(zhǔn)器，其使用權(quán)一直掌握在國(guó)家軌道衡計(jì)量站手中，因此只能利用軌道衡檢衡車作為標(biāo)準(zhǔn)器，僅對(duì)80 t稱量點(diǎn)的檢測(cè)能力進(jìn)行核查。

目前主要采用兩種核查方式：

（1）通過對(duì)開展數(shù)字指示軌道衡檢定期間掛運(yùn)的檢衡車途徑超偏載測(cè)點(diǎn)時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

（2）掛運(yùn)專門用于超偏載期間核查的軌道衡檢衡車，使其通過大部分的測(cè)點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

無論采取那種方式，都能一定程度地實(shí)現(xiàn)對(duì)整車質(zhì)量性能的測(cè)試，但缺點(diǎn)是難以對(duì)指定設(shè)備進(jìn)行核查，且稱量點(diǎn)單一、無法做到短時(shí)間內(nèi)來回過車（即無法判定方向性和重復(fù)性帶來的誤差）。

2.1.2 比對(duì)

目前常用的比對(duì)方式有兩種，分別是與聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)軌道衡（以下簡(jiǎn)稱路用衡）比對(duì)以及與其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備比對(duì)。

（1）與路用衡數(shù)據(jù)比對(duì)

通過“鐵路貨運(yùn)計(jì)量安全檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)”中提供的比對(duì)功能，可將超偏載的整車質(zhì)量數(shù)據(jù)與路用衡數(shù)據(jù)按日進(jìn)行比對(duì)（以路用衡數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)值）。這種比對(duì)方法的優(yōu)點(diǎn)是無需人工干預(yù)，自動(dòng)生成比對(duì)結(jié)果，數(shù)據(jù)可隨時(shí)在線查詢。缺點(diǎn)則是對(duì)路用衡數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性要求較高，如若出現(xiàn)路用衡數(shù)據(jù)失準(zhǔn)，則極易造成對(duì)超偏載數(shù)據(jù)誤差的誤判。

（2）與其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)比對(duì)

通過追蹤過車數(shù)據(jù)中的車號(hào)信息，可以得到相應(yīng)貨車近期通過的所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)，然后（以所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值）進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)。這種比對(duì)方法的優(yōu)點(diǎn)在于是稱量點(diǎn)全面，且不受個(gè)別參考設(shè)備數(shù)據(jù)失準(zhǔn)的影響，同時(shí)，還能夠兼顧重心偏離量以及偏重差檢測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)。缺點(diǎn)是只能通過人工操作，對(duì)指定設(shè)備按指定車號(hào)進(jìn)行追蹤比對(duì)，受實(shí)際過車情況影響較大，只能用于臨時(shí)判斷數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2.2 重心偏離量

重心偏離量即車輛重心距離車輛縱向中心線的距離，通過左側(cè)車輪和右側(cè)車輪稱重質(zhì)量計(jì)算所得，規(guī)定左偏為正值，而右偏為負(fù)值。其最大允許誤差為±37 mm。

目前對(duì)重心偏離量測(cè)量誤差的獲取主要采用期間核查和大數(shù)據(jù)分析法。

2.2.1 期間核查

由于前文提及的原因，無法使用超偏載計(jì)量車開展期間核查，且軌道衡計(jì)量車無法提供重心偏離量標(biāo)準(zhǔn)值，因此一般情況下是無法開展重心偏離量期間核查的。通過研究發(fā)現(xiàn)，用于簡(jiǎn)易超偏載檢測(cè)裝置校準(zhǔn)的軌道衡檢衡車，其重心偏離量經(jīng)國(guó)家軌道衡計(jì)量站測(cè)試，為已知值，因此可以作為期間核查的標(biāo)準(zhǔn)器。具體開展核查方式參考本文2.1.1。此方法的優(yōu)缺點(diǎn)亦同2.1.1，不再贅述。

2.2.2 大數(shù)據(jù)分析法

即利用大數(shù)據(jù)消除檢測(cè)數(shù)據(jù)中的隨機(jī)誤差，從而獲得重心偏離量標(biāo)準(zhǔn)值的方法。

由于理論上當(dāng)被統(tǒng)計(jì)的車輛足夠多時(shí)，這些車輛的重心偏離量平均值應(yīng)當(dāng)趨向于零。如圖2 舉例所示，當(dāng)偏載值統(tǒng)計(jì)數(shù)為20個(gè)時(shí)，其平均值僅為0.9 mm。若進(jìn)一步增加統(tǒng)計(jì)樣本，其平均值將愈發(fā)趨向于0。即便出現(xiàn)像52 mm 和-37 mm這類偏大的數(shù)據(jù)，在統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)足夠多了之后，其對(duì)平均值影響也可忽略不計(jì)。

圖2 大數(shù)據(jù)分析法舉例

利用這一特性，則可將某超偏載設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)對(duì)大量車輛的偏載檢測(cè)數(shù)據(jù)平均值，作為該設(shè)備的重心偏離量誤差。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以不依賴于標(biāo)準(zhǔn)器，只要有足夠的日常檢測(cè)數(shù)據(jù)，即可獲取誤差。缺點(diǎn)則是數(shù)據(jù)量和統(tǒng)計(jì)工作量巨大，數(shù)據(jù)量大會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理速度極慢，效率低下，同時(shí)，由于一次只能取得一個(gè)測(cè)點(diǎn)的誤差，就意味著需要大量的人工和時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析工作。

2.3 偏重差

偏重差即車輛前、后轉(zhuǎn)向架稱重質(zhì)量之差，其最大允許誤差為±500 kg。

除判軸錯(cuò)誤因素外，偏重差的準(zhǔn)確性幾乎不會(huì)受到較大影響。即便出現(xiàn)影響整車質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的因素，對(duì)偏重差誤差的影響也極為有限。例如，車輛實(shí)際前轉(zhuǎn)向架為42 t，后轉(zhuǎn)向架為40 t，則其總重為82 t，偏重差為2 t，當(dāng)超偏載整車質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差達(dá)到4 t 即86 t 時(shí)，前轉(zhuǎn)向架數(shù)據(jù)約為44.05 t，后轉(zhuǎn)向架數(shù)據(jù)為41.95 t，偏重差為2.10 t，與標(biāo)準(zhǔn)值只差100 kg，可以說誤差是非常小了。

綜上，對(duì)偏重差測(cè)量誤差的獲取不做深入探討。

3 誤差原因分析

通過上述方法獲取了誤差，并根據(jù)相應(yīng)的最大允許誤差判斷是否超差，對(duì)超差原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。根據(jù)實(shí)踐總結(jié)，主要有一下幾種原因：

（1）設(shè)備故障：主要是指稱重電氣設(shè)備故障。稱重臺(tái)面的傳感器、臺(tái)面至控制室的信號(hào)纜線、數(shù)據(jù)采集儀以及工控機(jī)中的接口卡，任意環(huán)節(jié)的故障均會(huì)對(duì)各種檢測(cè)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生影響。

（2）環(huán)境變化：主要是指基礎(chǔ)下沉、溫度變化、臺(tái)面結(jié)冰所帶來的影響。這些因素會(huì)導(dǎo)致傳感器受力情況發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生較大的誤差。特別是當(dāng)臺(tái)面結(jié)冰導(dǎo)致單側(cè)傳感器底部頂死，極易造成整車數(shù)據(jù)偏輕以及全列偏載誤報(bào)警。

（3）運(yùn)用問題：主要是指臺(tái)面加減速（包括頓鉤）或停車所導(dǎo)致的計(jì)軸判輛錯(cuò)誤以及數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。

（4）設(shè)備缺陷：主要是指稱重軟件缺陷、傳感器線性參數(shù)問題、特種/新型車型無法正確判別等。

（5）其他原因：不明原因造成的數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。

根據(jù)日常分析，造成設(shè)備失準(zhǔn)最多的原因其實(shí)是最后一項(xiàng)——不明原因。

4 提高準(zhǔn)確性的建議方法

4.1 檢修角度

（1）要及時(shí)掌握超偏載設(shè)備測(cè)量準(zhǔn)確性情況，定期通過上述方法獲取設(shè)備的誤差，并分析原因，為后續(xù)處理提供依據(jù)。

（2）進(jìn)一步提高日常值檢工作效率，特別是對(duì)影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的情況發(fā)生后，做到及時(shí)響應(yīng)，必要時(shí)暫停使用設(shè)備，并做好報(bào)備工作。

4.2 運(yùn)用方面

主要是指應(yīng)盡量滿足勻速過衡的要求。勻速過衡是使用超偏載軌道衡這類設(shè)備的最基本要求，但由于個(gè)別設(shè)備新建時(shí)設(shè)置的位置不合理，導(dǎo)致過衡時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)加減速情況，對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成很大影響。

由于運(yùn)用管理要求，如今已無法對(duì)此類異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除過濾。對(duì)此，檢修組通過與設(shè)備廠家溝通解決辦法，認(rèn)為某些廠家的應(yīng)對(duì)措施是可取的，即對(duì)加減速造成的異常數(shù)據(jù)全部打“*”處理，既不過濾也不提供，雖然會(huì)在一定程度上影響車號(hào)率及確報(bào)匹配率，但比起出現(xiàn)誤報(bào)警造成的影響還是可以接受的。這種處理方法效果較好，值得進(jìn)一步推廣。

4.3 技術(shù)處理層面

通過檢修和運(yùn)用層面的手段，對(duì)實(shí)現(xiàn)提高設(shè)備準(zhǔn)確性的作用是極為有限的。正如前文提及，造成設(shè)備失準(zhǔn)最多的原因?qū)嶋H上是未知的，檢修人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)那些數(shù)據(jù)超差的設(shè)備實(shí)際并沒有發(fā)生明顯的故障或者較大的環(huán)境變化。此時(shí)，就不得不采用從技術(shù)層面進(jìn)行處理的方法，即參數(shù)調(diào)整。

之所以敢于在這里論述“參數(shù)調(diào)整”這個(gè)敏感的話題，實(shí)際是源于現(xiàn)實(shí)中設(shè)備使用部門對(duì)超偏載設(shè)備的運(yùn)用管理方式：

（1）超偏載是計(jì)量器具，需要經(jīng)檢定合格后使用。

（2）當(dāng)某臺(tái)超偏載出現(xiàn)影響計(jì)量性能的故障，或經(jīng)期間核查、比對(duì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超差，應(yīng)作為合格失效處理，需重新進(jìn)行修理后檢定。

（3）國(guó)家軌道衡計(jì)量站沒有空余超偏載計(jì)量車，無法進(jìn)行周期檢定外的檢定工作。

（4）按照一般的計(jì)量器具運(yùn)用管理辦法，合格失效的超偏載設(shè)備應(yīng)做停用處理，但實(shí)際上作為安全檢測(cè)設(shè)備，超偏載根本無法停用，仍需要在合格時(shí)效的情況下繼續(xù)使用，直至下個(gè)周期檢定。

（5）為保證合格失效的超偏載處于較好的工作狀態(tài)，在已經(jīng)大致掌握了設(shè)備誤差的前提下，對(duì)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行合理范圍內(nèi)的調(diào)整。

參數(shù)調(diào)整對(duì)于計(jì)量器具管理雖不合法，但卻勝在合理、有效，在如今這樣的設(shè)備運(yùn)用大環(huán)境中，是對(duì)提高設(shè)備測(cè)量準(zhǔn)確性很有必要的手段之一。

5 結(jié)束語

通過對(duì)設(shè)備測(cè)量誤差的獲取、分析和處置，進(jìn)而提高超偏載的測(cè)量準(zhǔn)確性是一件十分有意義的事情，對(duì)超偏載設(shè)備更好地運(yùn)行起到積極作用，使超偏載更好地發(fā)揮其貨運(yùn)計(jì)量安全檢測(cè)設(shè)備的作用，為鐵路貨運(yùn)安全提供更有力的保障。