本文主要介紹了便攜式整車側(cè)高稱重系統(tǒng)的設(shè)計、制作，并成功地應(yīng)用于車輛廠整車側(cè)高稱重試驗，達(dá)到了預(yù)期的效果，解決了機車整車稱重試驗時由于側(cè)高需要解決的安全難題，在保證安全的前提下通過試驗臺完成機車重量、軸重和輪重在水平狀態(tài)下的試驗以及 100mm 、120mm、150mm 、180mm 高度差時側(cè)高試驗的技術(shù)難題，保證出廠質(zhì)量要求及線路上的安全運營。

一、概述

隨著機車車輛運行速度的提高，對機車車輛的動力學(xué)性能、粘著牽引性能，提出了越來越高的要求。軸重是機車的重要技術(shù)參數(shù)，機車各輪對重量分配是否均勻，直接影響到整臺機車黏著牽引力的發(fā)揮和牽引運動性能的優(yōu)劣。

機車整車側(cè)高稱重試驗裝置稱重系統(tǒng)是按照鐵路提速后運輸安全要求 100mm、120mm、150mm、 180mm 側(cè)高而專門設(shè)計的專用稱重系統(tǒng)，是一個綜合的計量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由各個稱重單元、控制終端和控制計算機及管理軟件組成，可對機車車輛總裝完成后對出廠前的輪重、軸重和整車重量進(jìn)行檢測并自動出具檢測報告，以確定其在靜態(tài)時的重量和重量分配，保證機車車輛的安全運營。

二、客戶技術(shù)要求

寶雞南車時代工程機械有限公司為達(dá)到機動車輛在運行至彎道時，檢測每一輪子的承重變化量的要求，需在工程車輛上進(jìn)行側(cè)高稱重試驗，要求在現(xiàn)有鋼軌上面安裝一套便攜式整車側(cè)高稱重試驗臺。其要求如下：

（1） 試驗軌道為全埋式軌道，軌距為1370mm，稱重鋼軌 60Kg/m；

（2） 整車最大稱重載荷：100t；每一稱重單元最大稱量載荷：30t；

（3） 機車總重 84t，分配給每個輪子的重量即10.5t；機車頂部重量 8.3t；

（4） 轉(zhuǎn)向架軸距 2560mm； 轉(zhuǎn)向架中心距離17000mm；

（5） 設(shè)計制作的稱重系統(tǒng)要滿足現(xiàn)場綜合精度：e=d=50Kg 的工藝要求。

（6） 設(shè)計電子秤，要求安裝位置能滿足工藝流程、工作狀態(tài)能適應(yīng)現(xiàn)場工況，設(shè)計必須具有合理、可靠、安全性。

（7） 采用稱重數(shù)據(jù)采集終端，安裝在現(xiàn)場控制柜，水平稱重及 100mm、120mm、150mm、180mm側(cè)高稱重。

（8） 基于 Windows 操作系統(tǒng)的管理軟件，具有良好的人機互動界面，采用圖形顯示，專車過程清晰直觀，操作簡單；所有機車履歷記錄到數(shù)據(jù)庫中，同時軟件具有統(tǒng)計查詢制表功能；故障自動診斷，當(dāng)設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，能自動顯示故障情況；稱重數(shù)據(jù)瀏覽功能，隨時可以補打計量單；

（9） 計量軌道在輪重稱重范圍的最大重量作用下不允許有影響計量精度的變形；

（10） 符合中國 TB/T 2782-1997 《鐵道機車車輛稱重臺技術(shù)條件》 標(biāo)準(zhǔn)。

三、整車側(cè)高稱重試驗臺設(shè)計方案

軸重是機車的重要技術(shù)參數(shù)，機車各輪對重量分配是否均勻；列車在運行至彎道時，機車各輪的受力是一個大的變量。在彎道處內(nèi)外側(cè)鋼軌高低不一，從而使兩邊輪子上的受力也隨之變化。在此種情況下，會對機車增加不同程度的傾斜，這一傾斜是否會出現(xiàn)危險或者多大的危險，必須通過檢測每一輪子的承重變化量，即當(dāng)兩邊輪子高低相差 100mm、120mm、150mm、180mm 時，每一輪子的實際重量值、軸重以及重心位置等參數(shù)來判別，以確保機車運行和檢修的可靠性，因此，須設(shè)計一套稱重試驗設(shè)備來滿足上述要求。

（一） 總體設(shè)計方案

（1） 整臺機車通常安裝 8 個車輪，并通過車軸及轉(zhuǎn)向架聯(lián)結(jié)。

（2） 稱重檢測裝置主要檢測機車車輪對機車重量的均勻分配，因而需對每個車輪進(jìn)行稱重。

（3） 每一個車輪設(shè)計一套稱重單元，稱重單元由稱重傳感器三只、中繼接線盒一只和稱重儀表一臺構(gòu)成。

（4） 整臺機車稱重檢測裝置由八套稱重單元構(gòu)成。

（5） 機車稱重檢測裝置須設(shè)計傳感器固定厚鋼板，厚鋼板底下設(shè)置防撬裝置，并且軸重方向的兩個秤臺厚鋼板用三根狹長的鋼板固定連接，形成一整體結(jié)構(gòu)。

單個稱重單元結(jié)構(gòu)圖，如圖 1 所示。

（6） 因須分別以不同高度檢測機車傾斜時的車輪重量，我們設(shè)計不同高度的稱重軌調(diào)節(jié)更換。

（二） 設(shè)計說明

（1） 稱重單元選用本單位生產(chǎn)的高精度雙剪切梁式稱重傳感器。傳感器的安裝須與鐵路軌道垂直，防止撓性形變，影響稱重精度。

（2） 稱重傳感器底部直接安裝于厚鋼板上面，上部連接上承載板和稱量軌全套機構(gòu)，組成一套機構(gòu)，以此實現(xiàn)稱重。

（三） 制作安裝說明

（1） 稱重單元由三只雙剪切梁式高精度稱重傳感器，一只接線盒和一臺稱重儀表以及上承載板、下底板、稱重軌構(gòu)成。

三只傳感器通過安裝底板固定在厚鋼板上，傳感器上端與承載板聯(lián)結(jié)后，再與稱重軌用螺栓緊固。

中繼接線盒固定在傳感器安裝底板上面，主線用航空插頭轉(zhuǎn)接。

稱重儀表安裝在儀表柜中。

（2） 八塊厚鋼板須保持同一水平面，傳感器安裝底板的稱重單元須保持水平。

（3） 稱重單元的稱重軌采用鋼軌截面厚鋼板加工制作，通過螺栓緊固于傳感器安裝板。進(jìn)行單邊升高檢測時，只需更換不同高度的稱量軌即可。

四、稱重裝置工作原理

（1） 通過稱重方式檢測機車車輪重量分配。

（2） 液壓裝置將機車抬高，下降時車輪正好置

放在稱重檢測裝置上，其重量通過車輪分別加載于各稱重單元上，稱重單元的傳感器的重量信號傳遞于稱重儀表并轉(zhuǎn)換成電子信號顯示并連接電腦進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)處理及打印。

五、主要配置說明

（一） 稱重傳感器

（1） 型號：CZL-Q-10t

（2） 結(jié)構(gòu)形式：雙剪切梁式傳感器

（3） 額定負(fù)載：10t

（4） 最大安全過載：150％F·S

（5） 精度：OIML C3

（6） 密封等級：IP67

（7） 工作電壓：10～12V

（8） 工作溫度：-20～＋60℃如圖 2 所示。

（二） 稱重儀表 （型號：CHB）

CHB 力值顯示控制儀，速度快、精度高。它

擁有的許多特殊性能很適合力值顯示及控制應(yīng)用。

此外，它擁有的峰值、谷值檢測及保持功能，正負(fù)信號雙極性處理能力很適合與拉壓傳感器、扭矩傳感器等配接，用于試驗機控制設(shè)備。

技術(shù)指標(biāo) Specification，如表 1 所示。

特點:

（1） CHB 是一款力值、測力顯示儀表，顯示方式：紅色 LED 單顯 5 位；

（2） 輸入信號：±25mV 信號，正負(fù)信號雙極性處理能力；

（3） 帶最大負(fù)載 150mA，可最多帶 4 只稱重傳感器；

（4） 自動零位跟蹤；

（5） 具有總值、凈值、峰值、谷值顯示，可隨時切換；

（6） 2 路比較輸出，可選 6 種報警方式；

（7） 峰值谷值使用 2 個比較值作為門限值。當(dāng)

實時重量超過峰值門限值時進(jìn)行峰值比較。當(dāng)實時重量低于谷值門限值時進(jìn)行谷值比較；

（8） 面板按鍵測量清零，有重量去皮功能和零位自動跟蹤功能、判穩(wěn)功能、開機自動清零功能等；

（9） 指示燈定義：12 個指示燈，報警 1、報警2、穩(wěn)定、零點、總值、凈值、峰值、谷值 、t、kg、g、kN；

（10） 變送輸出：將測量、變換后的顯示值以標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓輸出供其他設(shè)備使用。

（三） 管理軟件本軟件基于基于 Windows 操作系統(tǒng)的管理軟

件，具有良好的人機互動界面，采用圖形顯示，專車過程清晰直觀，操作簡單；所有機車履歷記錄到數(shù)據(jù)庫中，同時軟件具有統(tǒng)計查詢制表功能；故障自動診斷，當(dāng)設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，能自動顯示故障情況；軟件功能齊備，界面友好，操作方便，中英文切換。如圖 3 所示。

軟件功能介紹

（1） 用戶設(shè)置功能：用戶自定義報表格式

（2） 系統(tǒng)設(shè)置及用戶權(quán)限設(shè)置等功能

系統(tǒng)分三級操作權(quán)限，系統(tǒng)管理員、管理員及操作員。每個功能的權(quán)限靈活分配，可由系統(tǒng)管理員自行分配管理員及操作員的使用權(quán)限。數(shù)據(jù)管理界面中只能由管理員權(quán)限完成對車型參數(shù)和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的修改、增加及刪除；可以設(shè)置管理員和操作員的權(quán)限，非管理員權(quán)限不得對計算機系統(tǒng)做數(shù)據(jù)庫和設(shè)置修改，但可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。

（3） 數(shù)據(jù)庫設(shè)置功能：數(shù)據(jù)庫設(shè)置、數(shù)據(jù)上傳設(shè)置、數(shù)據(jù)庫備份、數(shù)據(jù)初始化和日志管理功能等。數(shù)據(jù)可通過局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，方便企業(yè)管理人員查詢、匯總；可以設(shè)定將數(shù)據(jù)保存在本機或網(wǎng)絡(luò)的計算機上，并能自動完成數(shù)據(jù)備份，未安裝設(shè)備管理軟件的其它計算機可以通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接實現(xiàn)稱重數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢和打印，但測量數(shù)據(jù)不能進(jìn)行修改。

（4） 數(shù)據(jù)維護(hù)功能：進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的添加、修改、刪除等維護(hù)和數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

（5） 查詢打印功能：提供報表查詢打印、機車履歷查詢打印等功能。

（6） 手工補單功能：滿足在特殊情況下的手工輸入稱重記錄的功能。

（7） 軟件具有黑匣子功能，即系統(tǒng)日志功能，對所有進(jìn)入系統(tǒng)、退出系統(tǒng)、修改信息的時間、人員、電腦名稱都有詳細(xì)的記錄，而且只有系統(tǒng)管理員可以查看，更加保證了數(shù)據(jù)的安全。

（8） 系統(tǒng)界面：車型選擇界面、稱重操作界面、結(jié)果顯示界面、數(shù)據(jù)管理界面、稱重記錄查詢界面。結(jié)果顯示界面顯示一張完整的稱重記錄表單，表單上的數(shù)據(jù)分為兩類，一類為計算機自動添加項，應(yīng)包括：當(dāng)前操作日期時間、機車車輛車型、機車車輛車號、輪重、軸重、輪重偏差、軸重偏差、左側(cè)重量、右側(cè)重量、兩側(cè)差、總重量、稱重結(jié)果 （自動判斷合格或不合格，不合格項用紅色區(qū)分顯示，也可以語音提示） 等；另一類為在確認(rèn)合格并打印后，手動填寫的項目，應(yīng)包括：操作員、檢查員等填寫欄。

六、“便攜式整車側(cè)高稱重試驗臺”的實踐經(jīng)驗

由于機車行駛到彎道處，軌道內(nèi)外側(cè)鋼軌高低不一，從而使兩邊輪子上的受力也隨之變化，怎樣避免稱重試驗臺特別是在側(cè)高 180mm 情況下，由于鋼軌下面厚板大梁 （秤臺） 的微弱撓度、晃動變化會使傳感器產(chǎn)生一個不確定的側(cè)向分力，需要達(dá)到系統(tǒng)精度要求，并且要保證機車側(cè)高180mm 時側(cè)翻安全問題，這是本試驗臺的技術(shù)關(guān)鍵，如何確保稱量系統(tǒng)長期工作的穩(wěn)定性、可靠性，這是每個使用單位和工程技術(shù)人員所最關(guān)心的焦點—傳感器、大梁、秤臺、基礎(chǔ)道床結(jié)構(gòu)和剛性的確定，這是本項目成功保證的關(guān)鍵。我們針對客戶的需求成功地研制開發(fā)了 100t 便攜式整車側(cè)高稱重系統(tǒng)，較好地解決了一系列技術(shù)難題，大大提高了機車運行和檢修的可靠性。通過便攜式設(shè)計，更換不同高度的墊高塊，無其它測量裝置，僅僅通過墊高塊下面的調(diào)整墊片調(diào)整高度，即可確保所有的車輪正確感受重量；可靠性高、成本低，使得裝置的造價大大降低；同時采用傳感器底板一體化設(shè)計，無需日常維護(hù)，加之系統(tǒng)構(gòu)件減少因而可靠性高。

總體前期設(shè)計示圖如圖 4 所示。

改進(jìn)后的設(shè)計：

由于是便攜式稱重臺，我們在前期設(shè)計雖然已通過優(yōu)化設(shè)計，但在設(shè)計現(xiàn)場試驗時還是存在比較笨重，試驗不方便，特別是 180mm 時整個系統(tǒng)包括秤臺和傳感器產(chǎn)生了明顯的變形量，將導(dǎo)致安全隱患以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此我們進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，我們在連接 2 個稱重單元時去掉了原設(shè)計的 3 根加強筋，直接整體箱體的設(shè)計結(jié)構(gòu)，使兩個稱重單元相當(dāng)于一個整體結(jié)構(gòu)，大大提高了強度，減小變形，提高了稱量精度，并且增加了滾輪裝置，真正實現(xiàn)的其便攜性和高效率，如圖 5、圖 6 所示。

七、使用效果

該稱量系統(tǒng)自從 2014 年 3 月安裝后，經(jīng)過一年的使用和觀察，現(xiàn)場使用一切正常，系統(tǒng)的使用精度完全達(dá)到客戶試驗和設(shè)計要求，使用至今系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。2014 年 12 月份，我們又將便攜式稱重試驗臺成功的應(yīng)用于昆明中鐵大型養(yǎng)路機械集團(tuán)有限公司，通過實踐，整車側(cè)高稱重系統(tǒng)的設(shè)計、制作和應(yīng)用取得了完美的成功，整個系統(tǒng)精度符合使用要求，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期，得到了現(xiàn)場的認(rèn)可，取得良好的使用效果。