简易超偏载检测装置研究与应用
时间：2023-02-13 10:45:10 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
陈俊皓 中国铁路上海局集团有限公司科研所
铁道货车超偏载检测装置（以下简称超偏载）是一种自动对运行中的货物列车进行不停车、不摘钩、连续动态称量的计量设备。在现今科技高速发展的前提下铁路运输的体量和效率已经大大提升，遍布各地的铁路运输网络无时无刻不在进行着高速的运输作业。那么作为货运体系中的安全控制环节，超偏载检测装置的作用当然不可忽视。
目前全路使用的超偏载设备，其主要结构及技术条件均须符合《铁路货运安全检测监控与管理系统总体技术规范》（铁运[2013]56 号）文（以下简称：56 号文）的规定要求。但以此为标准的超偏载在设备安装、检修过程中，还存在一定的缺陷和不足。以往的做法是采用定制的专用轨枕连接成一个整体框架基础满足检测要求。这方法存在施工难度大时间长、对行车干扰多、成本费用高的缺陷。新建设备的线路条件要求高，施工周期长，工艺要求高，安装较复杂；
检修中更换压力传感器时，需要起道作业，影响行车安全,并且一台标准配置的超偏载设备投资费用较高，它需要更换大量轨枕，每一根轨枕都需耗资1万元左右，它还需要标配一个前端机房，这又是一笔不小的支出。总的投入一般要在120 万元左右。而一台简易超偏载设备由于这些大投入项都不需要，一台耗资仅在35万元左右，从经济角度来说确实少了很多投入。对一般的装车站和专用线而言，检测时货车通过的速度多在5 km/h～30 km/h,称重准确度≤1%，即可达到设备安全检测使用要求，对用户来说更希望使用安装施工简便、使用维护工作量少、对线路要求不高、资金投入不多的检测设备。因此，需要研制一款能够简化施工流程、安装维护便捷、对工务部门线路作业影响小的简易超偏载检测装置，在满足检测过车速度小于30 km/h，检测精度优于1%要求下，降低检修难度、减少维护工作量和投资费用,以达到更好的使用效果。
2.1 简易超偏载检测装置技术特点
铁路现有的超偏载检测装置虽然已经能够完成日常的检测任务，但是其有着购买价格高、施工周期长、选址要求高、故障触发点多等问题。如何在不影响检测功能的情况下将这些问题慢慢解决是我们的研究方向。针对现有超偏载存在的不足，在现有传感器技术、计算机技术、数据处理技术新的发展基础上，充分吸收近十几年来在自动轨道衡、超偏载领域的研究理论和实践成果研究开发一种简易智能超偏载检测装置（以下简称简易超偏载），满足现场对铁路货车超偏载检测的应用要求，能够实现传统超偏载的所有功能，具有结构简单、适应性广、安装简便，施工时间短，作业时工务部门协助配合工作量小，日常检修便捷高效，投资费用少等特点，并具备以下技术功能特点：
（1）能够实现超偏载的检测功能；
（2）能与简配车号识别装置匹配工作；
（3）能便捷更换故障剪力传感器；
（4）不需要更换原有轨枕；
（5）不需要建秤房或控制室，称重设备安装在轨道边控制箱内。
2.2 简易超偏载技术结构
简易超偏载由轨枕连接装置、插销剪力传感器、高精度称重控制器、轨温检测仪、车号识别装置、数据采集仪、工控计算机、检测数据服务器及相关软件等组成。装置由框架基础、6 段传感器测区，每边3 个测区，每个轮子通过时被重复测量三次，取其平均值以提高检测精度，装置配有车号自动识别装置，提高检测自动化程度，减少人工操作工作量。称重控制器、车号识别主机、轨温测试仪以及系统主机集中放置在一个轨边设备箱中,不需要建设秤房或控制室，不仅节约投资，减少施工工作量，还加快了安装的速度。为此选用了工业级的器件标准，严格检验，确报设备能全年全天候24 h 不间断工作。图1 是简易超偏载系统结构图
图1 简易超偏载系统结构示意图
传感器采用轴销式剪力传感器，具有安装便捷，稳定可靠，精度高等特点。相比超偏载需要压力与剪力传感器共同工作，简超只依靠剪力传感器就能测重测速的原理为:在两根轨枕之间的一段钢轨上安装一个剪力传感器（两孔）构成一个轮重检测区间。在车轮的作用点剪力有一个跳变，两边的剪力是固定值，其差值就是车轮的重量。
当货车的车轮没有进入到检测区间时，剪力传感器的输出是一段水平的基本不变化的值，当轮子刚进入检测区间，剪力传感器的输出急剧上升，达到一个稳定的输出值，这个值大小正比例于被测量轮的重量值，当轮子驶出检测区间，剪力传感器的输出值急剧下降回复到原来的初始值。
如果我们用一个固定的信号采样频率去采集剪力传感器的信号输出，由于测区的长度是事先设计好的，则采集到的信号波形的长度包含了被测车轮通过的速度，信号波形的幅度包含了被测车轮的重量。
通过对波形信号的特征提取，就可以得到货车车轮通过测区时的重量、速度等信息。综合左右两边测区的检测信息实现对整车重量、纵向、横向偏载率等参数的计算。
线路基础由专用轨枕连接装置相互连接，组成一个稳定坚固的承重基础，发挥支承钢轨（传感器）和轨枕减振等作用，保证列车平稳通过检测区段（见图2）。
图2 线路基础及传感器布置图
3.1 简易超偏载实际使用
2018年9月25日在乔司站（峰尾牵出一线）安装试验点，总共封锁线路3 次，每次2h。2018 年10 月8 日通过国家轨道衡计量站检测验收后开通试用。此简易超偏载正式投入使用之后，截止2020 年12 月底共检测 6 378 列265 092 辆（相当于货检行走7 410 km 以上），其中报警465 辆（超载291 偏载174 偏重0）。现在该测点每天平均过车14 列600 多辆，平均每列43 辆。以往货检人员需要逐列逐辆往返检查不仅劳动强度大耗费时间长，且效率低下装载质量无法保证。现在简易超偏载的运用极大地提高了货检工作质量和工作效率，减少了货检人员的工作强度和作业风险，确报车站编组之后列车的安全稳定可控。
目前，简易超偏载检测装置在上海局管内已经安装20余台，三年内将达到70多台。每天每个测点都有大量的车列经过我们简易超偏载的检测。根据报警值设定：超载＞3t 偏载＞50 mm 偏重＞5 t 的要求，2021 年前两个月的所有测点总过车数量合计为10 247 列，总超载列数426 列，总偏载列数 1 378辆，总偏重529辆。
3.2 简易超偏载的推广前景
简易超偏载能够进一步简化施工流程、安装便捷、减少行车影响，降低检修难度，投资费用低。因此可以更广泛地运用于车站货场专用线，对货车装载质量起到很好的安全监控作用。在编组站中，他可以以低投资来代替超偏载进行超偏载的检测工作，在货运站中，他可以在装车后先确定重量和偏载，并且覆盖检测盲区，提高货运安全。在一些专用线上，装载完货物后可以经过简易超偏载的整理再发出，可以提高装载质量并减少不必要的麻烦。该设备已引起车站货运部门的高度重视，特别是在一些无法长时间封锁线路、施工条件不具备的地点，能够充分发挥其技术特点和优势。具有广泛的市场前景和推广使用价值。上海局集团公司内部需求就不少，其他铁路集团公司也有大量需求，外局现在已有意向进行咨询具体使用情况，安全效益和经济效益巨大，具有广泛的推广应用价值。
3.3 存在的问题
（1）无法溯源。虽然现在已经有不少简易超偏载投入使用，但由于缺乏相应的校准规范，这些设备无法有效溯源，仅能采用静态检衡车总重测量和其他超偏载检测装置比对的方式来评估和调整其测量的准确性。研究简易超偏载检测装置量值溯源方案及校准装置，将有效解决简易超偏载检测装置无法溯源的难题，更好地发挥其保障货运安全应有的作用。
（2）没有确报信息。简易超偏载是只进行称重、测速，综合左右两边测区的测信息实现对整车重量、纵向、横向偏载率等参数的计算。他并不能够与超偏载一样提供确报信息，也就是说在监控页面上，能够看到的信息有车种车型、车号、速度、自重、标重、总重、净重、超偏载信息等，但是他是没有到发站和品名信息的。如果对这方面信息有需求的话简易超偏载并不能够实现。
（3）行车不配合。基于各个编组站或者装车站安装的简易超偏载都会有一些位置上的差异，对于司机进行调车编组作业的要求都会有些不同。现在时常出现的状况是简易超偏载安装要求中需要20 m的长直道，但是司机常常一拉过道岔位置便开始停车回拉，导致简易超偏载出现台面停车、过车不全等问题。虽然已经和各使用单位提出过要完全拉过检测设备的要求，但是现在完成情况并不理想。
（4）监控不便。简易超偏载的数据传输目前只实现了二级联网，也就是说不录入总公司的监控网页页面而是使用独立的页面。这一情况对于我们检修人员来说是一个不太方便的事项。不能够及时地发现设备数据的问题或者设备状态的异常。
简易超偏载检测装置作为现在已经被广泛推广到各个货场与编组站的设备，其结构简单、适应性广、安装简便，施工时间短，作业时工务部门协助配合工作量小，日常检修便捷高效，投资费用少等特点使其成为了之后保证货运计量安全的重要一环。在实际的使用过程中，简易超偏载检测装置的提前预警能够帮助使用单位及时的进行扣车重整等工作，对安全风险进行把控以此来确保整个货运计量体系流畅运作。相比安装需求和预算经费更高的超偏载检测装置，简易超偏载检测装置的使用和推广之路一定会更为宽广。
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