便携式货物装载实时检测系统研制.pdf

242023 年 11 月（总第 445 期）第 51 卷Vol.51第 11 期No.11铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL计量工作MEASUREMENT WORK收稿日期：2023-04-01作者简介：邓辉，高级工程师；姚青峰，高级工程师；裴浩，高级工程师1概述目前，我国许多铁路货运站场的货物装载作业依靠人工控制，用传统量尺划线再目测的方法确定装载重心位置。装车过程无法定量控制，易带来超载、偏重或偏载问题。国内外学者在铁道货车超偏载检测方面做了大量研究，目前，轨道衡、超偏载检测装置和轮重仪在车辆装载计量中应用最为广泛。其中，轨道衡、超偏载检测装置这 2 种设备只能在货物装车完成后用机车牵引到设备安装位置检测，当发生超偏载时，需将车辆暂扣、回送进行倒装整改。而采用轮重仪检测，则存在作业效率低、操作繁重、人为因素干扰较大、检测时间长等缺点。针对以上问题，根据货物装车现场实际情况，在分析货车结构及载荷分布原理的基础上，构建车辆载荷数学模型，设计一种便携式货物装载实时检测系统。在装车作业时，使用高精度传感器测量转向架枕簧压缩量，进而计算出装载货物重量及重心位置，再通过蓝牙将数据传输到智能终端，实时掌握车辆载重及超偏载信息，指导装车作业，实现铁路货物装载作业规范化管理。2检测原理及计算方法2.1检测原理目前，我国货车常用的转向架为转 K2 型转向架、转 K6 型转向架，主要由轮轴、侧架、摇枕、枕簧、基础制动装置、心盘、下旁承等部件组成。通过分析车辆的力传递特性，得到车辆垂向载荷自上而下传递顺序为：货物车体上心盘下心盘摇枕枕簧侧架弹簧承台侧架导框承载鞍轴承轮对钢轨。枕簧是转向架支承车辆自重、载重的弹性部件。载荷纵向传递顺序表明，弹簧组受力之和即为车厢及心盘、摇枕重量。因此，车辆载重可近似表示为 4 组枕簧装载前后压缩量的差与各枕簧刚度系数的乘积。部分型号转向架单侧枕簧参数见表 1。便携式货物装载实时检测系统研制邓辉，姚青峰，裴浩（中国铁路武汉局集团有限公司科学技术研究所，湖北 武汉 430071）摘要：针对现有铁路货物装载过程中，货物无法定量控制，检测结果准确性和可靠性相对较低，并且货车易出现超载、偏载或偏重的问题，根据货物装载现场实际情况，在分析货车结构及载荷分布的基础上，构建车辆载荷数学模型，推导载荷计算公式，设计一种便携式货物装载实时检测系统，实时掌握车辆超偏载情况，指导装车作业，实现装车作业规范化管理。关键词：货物；装车；超载；偏载；检测装置中图分类号：U294.17文献标识码：A文章编号：1006-9178（2023）11-0024-04Abstract：In response to the current process of railway freight loading,the goods cannot be quantitatively controlled,the accuracy and reliability of detection results are relatively low and freight car are prone to overload,unbalanceload,or overweight issues,based on the actual situation of the freight loading site and the analysis of the truck structure and load distribution,a mathematical model of the vehicle load is constructed,the load calculation formula is derived,and a portable real-time detection system for freight loading is designed to grasp the overload and unbalanceload situation of the vehicle in real time,which guides loading operations and achieves standardized management ofloading operations.Keywords：Freight;Loading;Overload;Unbalance Load;Detection System25铁道技术监督第 51 卷第 11 期考虑到弹簧磨损与疲劳，假设载重与弹簧形变量及弹簧刚度之间的关系为高阶，为了简化计算，将关系式确定为二阶模型。2.2计算方法车辆载重模型如图 1 所示。1 位重2 位重3 位重4 位重后架重前架重重心位置图 1车辆载重模型由图 1 可知，车辆载重模型总重为装车货物净重，并可根据该重量控制车辆超载；两端显示的重量为装车状态时，前后转向架的承载重量差不得大于 10 t。图中央虚线小框代表车辆纵向、横向重心容许偏移范围，十字代表重心位置。当十字偏离小框时，按显示的四角差值调整装载货物，直至调整到允许偏差范围内。每组转向架上装有 4 组具有同种规格的弹簧组，其刚度系数为 K。通过位移传感器采集 4 组弹簧形变量 S1，S2，S3，S4，计算车体总重。总重=1 位重+2 位重+3 位重+4 位重。其中，1 位重=S1K；2 位重=S2K；3 位重=S3K；4 位重=S4K。以车体中心为坐标原点，计算重心偏移坐标（X，Y）：X=3位重+4位重总重L-L2，（1）Y=1位重+3位重总重1970-1 9702。（2）式（1）、式（2）中，L 为车辆前后心盘中心距；1 970 mm 为枕簧横向跨距。3系统设计3.1系统硬件设计便携式货物装载实时检测系统主要由充电箱、检测装置和智能终端组成。作业完毕后，检测装置、智能终端定置存放在充电箱内，接通外部电源可对检测装置实时充电。3.1.1充电箱充电箱采用重量轻、强度好的 PPT 工程塑料制成，以适应现场作业需要。充电箱采用无线充电模式，可同时给 4 套检测装置充电。充满电，续航时间大于 30 h。充电输入为 AC 220 V/50 Hz，2A；输出为 DC 5 V，10 A。充电箱布局如图 2 所示。图 2充电箱布局3.1.2检测装置检测装置采用一体式数显指示表。数据传输采用蓝牙 5.2 协议架构，传输距离大于 50 m，可有效覆盖作业环境。采用无线充电模式，支持手动开关断电和自动低功耗省电模式。可在-20 60 下工作。全量程误差小于 0.01 mm，为测量弹簧形变量误差，准确度由测量仪器保证。在试用期间，通过样机测量车辆总重、偏重、偏载量值与轨道衡、超偏载检测装置检测量值全部进行了对比，最终测量误差不大于 3%，满足现场使用要求。检测装置安装方位如图 3 所示，检测装置安装位置如图 4 所示。转向架型号K2K4K6数量/个减振内簧222减振外簧222承载內簧547承载外簧547刚度/（N/mm）减振内簧77.7136372.6减振外簧142.39247202.75承载內簧389.158505248.5承载外簧489.02310372.1合计刚度/（N/mm）4 831.094 4804 894.9表 1部分型号转向架单侧枕簧参数26便携式货物装载实时检测系统研制计量工作1 位2 位3 位4 位手制动机图 3检测装置安装方位检测装置侧架摇枕图 4检测装置安装位置如图 3、图 4 所示，装车作业时，根据车辆手制动机方位，将 14 号检测装置分别安装在车辆1 位侧4 位侧侧架摇枕结合部位。检测装置垂直轨面，依靠永磁铁吸附在侧架外侧。检测装置表头顶在摇枕端部上表面。通过检测摇枕相对侧架的位移获取各组枕簧压缩量。检测数据显示在液晶屏上，可人工读取。3.1.3智能终端智能终端采用安卓智能手机，装有专用 APP管理软件，防摔（防振/抗压）、防水、防尘，保证在恶劣天气及环境下作业。装车作业时，运行智能终端上的管理软件，通过蓝牙接收检测数据并计算，获取货运车辆载重。通过智能手机可实时掌握货物超偏载情况，指导装车作业，保证装车作业质量，并可查询以往作业记录，有效卡控作业质量。3.2系统软件设计系 统 具 有 身 份 识别、卡控作业过程实时数据、追溯作业结果、统计分析作业数据等功能，可以记录每次装车总重及重心偏移量，实时记录不合格情况并发出声光报警，确保装车重量及偏载在合格范围之内。数据保存在手持智能终端，所有作业信息自动记录到统计报表中。3.2.1软件功能设计软件运行流程如图 5 所示。智能称重系统操作人员登录车号载入开机空车位移计归零重车位移计测量载重及重心坐标显示数据存储转向架型号是否正确否是结束图 5软件运行流程3.2.2软件界面设计主界面分为工具箱和位移计列表 2 栏。工具箱包含维护界面、工作界面、数据检索界面 3 个模块；位移计列表显示 4 组在线位移计数据。（1）维护界面。点击维护界面，进入信息维护。信息维护包含：作业人员信息维护、车型信息维护、转向架参数信息维护 3 个子模块。信息维护界面如图 6 所示。（2）工作界面。用于填入工作计划信息，其（a）作业人员信息维护（b）车型信息维护（c）转向架参数信息维护图 6信息维护界面27铁道技术监督第 51 卷第 11 期中车间、操作人、车型、转向架型号等信息通过下拉菜单点选，车号填入 7 位数字后进入工作页面。工作页面如图 7 所示。图 7工作页面工作页面显示车号，弹簧形变量 S1S4和 1 位重4 位重，总重，重心偏移坐标。（3）数据检索界面。输入检索条件，实现作业记录查询。数据检索结果记录页面如图 8 所示。图 8数据检索结果记录页面4结语2023 年 13 月，样机在吴家山铁路货场、应城东铁路货场试用。试用期间，将通过样机检测的车辆总重、偏重、偏载量值与轨道衡、超偏载检测装置检测量值全部进行对比，测量误差不大于 3%。样机以指导货物装车作业为目标，防止货物偏载偏重与防止货物超载同步进行，避免倒装作业，确保装车质量满足加固规则要求。采用高准确度位移测量技术，通过测量铁路货车转向架枕簧压缩量，计算装载货物重量及重心位置，搭建一套铁路货车装载动态称重系统。便携式货物装载实时检测系统兼容性好，扩展性强，功耗低，抗干扰能力强。测量数据通过无线蓝牙实时传输至终端，有效避免了人工测量记录误差，能实时掌握超偏载情况，指导装车作业，并有效卡控作业质量。经现场应用与数据分析，该装置检测结果数据准确稳定，实现了“方便携带、操作简单、有效卡控”的研究目标和相关功能，各项性能均满足现场装车作业要求。参考文献1 铁路货运计量安全检测设备运用管理规则：铁总运 2016272 号S 2 铁路货物装载加固规则：铁总运2015296 号S 3 谭覃，高广军，张亚妮，等非接触式铁路货运车辆超偏载检测系统研究 J 铁道科学与工程学报，2018，16（4）：1081-10854 杨凤，王俭宝，侯龙请基于转向架载荷的货车超偏载检测装置的设计J 铁路计算机应用，2014，17（5）：5-75 曹奉城，文义诚提高铁路货车装载质量的思考J 铁道技术监督，2019，47（9）：35-37（编辑吴磊）CRCC 顺利通过 CNAS 检测和校准实验室扩项变更与CMA 检验检测机构扩项“二合一”现场评审2023 年 10 月 1415 日，中国合格评定国家认可委员会（CNAS）对中铁检验认证中心有限公司（CRCC）进行CNAS 检测和校准实验室扩项变更及 CMA 检验检测机构扩项的“二合一”现场评审。CRCC 执行董事常山、副总经理孙超及相关部门负责人参加了首末次会议。执行董事常山对评审组表示热烈欢迎和衷心感谢。要求各部门，严格遵循评审程序，积极主动协调配合，认真对待评审组专家指出的问题和意见建议，举一反三，逐条逐项对照检查，抓好整改落实，不断加强质量管理、严守质量底线，进一步提高检测和校准工作质量和有效性。评审组听取了副总经理兼技术总负责人孙超的汇报。这次评审，涉及 7 个专业检验站和校准事业部，覆盖机车车辆、接触网、金属化学、铁道建筑、通信信号、运输包装、安全卫生以及校准等专业领域，涉及 200 余个检测标准和校准规范。由 10 名专家组成的评审组一致认为 CRCC 在整体上持续符合 CNAS 实验室认可/CMA 资质认定要求，同意 CRCC通过 CNAS 检测校准实验室和 CMA 检验检测机构“二合一”现场评审。摘编自中铁检验认证中心微信公众号