陳俊皓 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 國內(nèi)超偏載檢測裝置發(fā)展趨勢

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

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《鐵路貨運安全檢測監(jiān)控與管理系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范》（鐵運[2013]56 號）文（以下簡稱：56 號文）的規(guī)定要求。但以此為標準的超偏載在設(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整體框架基礎(chǔ)滿足檢測要求。這方法存在施工難度大時間長、對行車干擾多、成本費用高的缺陷。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，需要起道作業(yè)，影響行車安全,并且一臺標準配置的超偏載設(shè)備投資費用較高，它需要更換大量軌枕，每一根軌枕都需耗資1萬元左右，它還需要標配一個前端機房，這又是一筆不小的支出。總的投入一般要在120 萬元左右。而一臺簡易超偏載設(shè)備由于這些大投入項都不需要，一臺耗資僅在35萬元左右，從經(jīng)濟角度來說確實少了很多投入。對一般的裝車站和專用線而言，檢測時貨車通過的速度多在5 km/h～30 km/h,稱重準確度≤1%，即可達到設(shè)備安全檢測使用要求，對用戶來說更希望使用安裝施工簡便、使用維護工作量少、對線路要求不高、資金投入不多的檢測設(shè)備。因此，需要研制一款能夠簡化施工流程、安裝維護便捷、對工務(wù)部門線路作業(yè)影響小的簡易超偏載檢測裝置，在滿足檢測過車速度小于30 km/h，檢測精度優(yōu)于1%要求下，降低檢修難度、減少維護工作量和投資費用,以達到更好的使用效果。

2 簡易超偏載檢測裝置研究成果

2.1 簡易超偏載檢測裝置技術(shù)特點

鐵路現(xiàn)有的超偏載檢測裝置雖然已經(jīng)能夠完成日常的檢測任務(wù)，但是其有著購買價格高、施工周期長、選址要求高、故障觸發(fā)點多等問題。如何在不影響檢測功能的情況下將這些問題慢慢解決是我們的研究方向。針對現(xiàn)有超偏載存在的不足，在現(xiàn)有傳感器技術(shù)、計算機技術(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軌道衡、超偏載領(lǐng)域的研究理論和實踐成果研究開發(fā)一種簡易智能超偏載檢測裝置（以下簡稱簡易超偏載），滿足現(xiàn)場對鐵路貨車超偏載檢測的應(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，施工時間短，作業(yè)時工務(wù)部門協(xié)助配合工作量小，日常檢修便捷高效，投資費用少等特點，并具備以下技術(shù)功能特點：

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)超偏載的檢測功能；

（2）能與簡配車號識別裝置匹配工作；

（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、軌溫檢測儀、車號識別裝置、數(shù)據(jù)采集儀、工控計算機、檢測數(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 段傳感器測區(qū)，每邊3 個測區(qū)，每個輪子通過時被重復(fù)測量三次，取其平均值以提高檢測精度，裝置配有車號自動識別裝置，提高檢測自動化程度，減少人工操作工作量。稱重控制器、車號識別主機、軌溫測試儀以及系統(tǒng)主機集中放置在一個軌邊設(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)級的器件標準，嚴格檢驗，確報設(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。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重測速的原理為:在兩根軌枕之間的一段鋼軌上安裝一個剪力傳感器（兩孔）構(gòu)成一個輪重檢測區(qū)間。在車輪的作用點剪力有一個跳變，兩邊的剪力是固定值，其差值就是車輪的重量。

當貨車的車輪沒有進入到檢測區(qū)間時，剪力傳感器的輸出是一段水平的基本不變化的值，當輪子剛進入檢測區(qū)間，剪力傳感器的輸出急劇上升，達到一個穩(wěn)定的輸出值，這個值大小正比例于被測量輪的重量值，當輪子駛出檢測區(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。

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

通過對波形信號的特征提取，就可以得到貨車車輪通過測區(qū)時的重量、速度等信息。綜合左右兩邊測區(qū)的檢測信息實現(xiàn)對整車重量、縱向、橫向偏載率等參數(shù)的計算。

線路基礎(chǔ)由專用軌枕連接裝置相互連接，組成一個穩(wěn)定堅固的承重基礎(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 簡易超偏載實際使用

2018年9月25日在喬司站（峰尾牽出一線）安裝試驗點，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量站檢測驗收后開通試用。此簡易超偏載正式投入使用之后，截止2020 年12 月底共檢測 6 378 列265 092 輛（相當于貨檢行走7 410 km 以上），其中報警465 輛（超載291 偏載174 偏重0）?，F(xiàn)在該測點每天平均過車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強度大耗費時間長，且效率低下裝載質(zhì)量無法保證。現(xiàn)在簡易超偏載的運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度和作業(yè)風險，確報車站編組之后列車的安全穩(wěn)定可控。

目前，簡易超偏載檢測裝置在上海局管內(nèi)已經(jīng)安裝20余臺，三年內(nèi)將達到70多臺。每天每個測點都有大量的車列經(jīng)過我們簡易超偏載的檢測。根據(jù)報警值設(shè)定：超載＞3t 偏載＞50 mm 偏重＞5 t 的要求，2021 年前兩個月的所有測點總過車數(shù)量合計為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，投資費用低。因此可以更廣泛地運用于車站貨場專用線，對貨車裝載質(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行超偏載的檢測工作，在貨運站中，他可以在裝車后先確定重量和偏載，并且覆蓋檢測盲區(qū)，提高貨運安全。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)備已引起車站貨運部門的高度重視，特別是在一些無法長時間封鎖線路、施工條件不具備的地點，能夠充分發(fā)揮其技術(shù)特點和優(yōu)勢。具有廣泛的市場前景和推廣使用價值。上海局集團公司內(nèi)部需求就不少，其他鐵路集團公司也有大量需求，外局現(xiàn)在已有意向進行咨詢具體使用情況，安全效益和經(jīng)濟效益巨大，具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。

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)檢衡車總重測量和其他超偏載檢測裝置比對的方式來評估和調(diào)整其測量的準確性。研究簡易超偏載檢測裝置量值溯源方案及校準裝置，將有效解決簡易超偏載檢測裝置無法溯源的難題，更好地發(fā)揮其保障貨運安全應(yīng)有的作用。

（2）沒有確報信息。簡易超偏載是只進行稱重、測速，綜合左右兩邊測區(qū)的測信息實現(xiàn)對整車重量、縱向、橫向偏載率等參數(shù)的計算。他并不能夠與超偏載一樣提供確報信息，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、速度、自重、標重、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。基于各個編組站或者裝車站安裝的簡易超偏載都會有一些位置上的差異，對于司機進行調(diào)車編組作業(yè)的要求都會有些不同?，F(xiàn)在時常出現(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)傳輸目前只實現(xiàn)了二級聯(lián)網(wǎng)，也就是說不錄入總公司的監(jiān)控網(wǎng)頁頁面而是使用獨立的頁面。這一情況對于我們檢修人員來說是一個不太方便的事項。不能夠及時地發(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

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