本文主要介紹了便攜式整車側(cè)高稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作，并成功地應(yīng)用于車輛廠整車側(cè)高稱重試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的效果，解決了機(jī)車整車稱重試驗(yàn)時(shí)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(yàn)臺(tái)完成機(jī)車重量、軸重和輪重在水平狀態(tài)下的試驗(yàn)以及 100mm 、120mm、150mm 、180mm 高度差時(shí)側(cè)高試驗(yàn)的技術(shù)難題，保證出廠質(zhì)量要求及線路上的安全運(yùn)營。

一、概述

隨著機(jī)車車輛運(yùn)行速度的提高，對(duì)機(jī)車車輛的動(dòng)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(jī)車的重要技術(shù)參數(shù)，機(jī)車各輪對(duì)重量分配是否均勻，直接影響到整臺(tái)機(jī)車黏著牽引力的發(fā)揮和牽引運(yùn)動(dòng)性能的優(yōu)劣。

機(jī)車整車側(cè)高稱重試驗(yàn)裝置稱重系統(tǒng)是按照鐵路提速后運(yùn)輸安全要求 100mm、120mm、150mm、 180mm 側(cè)高而專門設(shè)計(jì)的專用稱重系統(tǒng)，是一個(gè)綜合的計(jì)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由各個(gè)稱重單元、控制終端和控制計(jì)算機(jī)及管理軟件組成，可對(duì)機(jī)車車輛總裝完成后對(duì)出廠前的輪重、軸重和整車重量進(jìn)行檢測并自動(dòng)出具檢測報(bào)告，以確定其在靜態(tài)時(shí)的重量和重量分配，保證機(jī)車車輛的安全運(yùn)營。

二、客戶技術(shù)要求

寶雞南車時(shí)代工程機(jī)械有限公司為達(dá)到機(jī)動(dòng)車輛在運(yùn)行至彎道時(shí)，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(yàn)，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(yàn)臺(tái)。其要求如下：

（1） 試驗(yàn)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(jī)車總重 84t，分配給每個(gè)輪子的重量即10.5t；機(jī)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(jì)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(jì)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(jì)必須具有合理、可靠、安全性。

（7） 采用稱重?cái)?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(jī)互動(dòng)界面，采用圖形顯示，專車過程清晰直觀，操作簡單；所有機(jī)車履歷記錄到數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)軟件具有統(tǒng)計(jì)查詢制表功能；故障自動(dòng)診斷，當(dāng)設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，能自動(dòng)顯示故障情況；稱重?cái)?shù)據(jù)瀏覽功能，隨時(shí)可以補(bǔ)打計(jì)量單；

（9） 計(jì)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(jì)量精度的變形；

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

三、整車側(cè)高稱重試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案

軸重是機(jī)車的重要技術(shù)參數(shù)，機(jī)車各輪對(duì)重量分配是否均勻；列車在運(yùn)行至彎道時(shí)，機(jī)車各輪的受力是一個(gè)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(huì)對(duì)機(jī)車增加不同程度的傾斜，這一傾斜是否會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)或者多大的危險(xiǎn)，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(shí)，每一輪子的實(shí)際重量值、軸重以及重心位置等參數(shù)來判別，以確保機(jī)車運(yùn)行和檢修的可靠性，因此，須設(shè)計(jì)一套稱重試驗(yàn)設(shè)備來滿足上述要求。

（一） 總體設(shè)計(jì)方案

（1） 整臺(tái)機(jī)車通常安裝 8 個(gè)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(jī)車車輪對(duì)機(jī)車重量的均勻分配，因而需對(duì)每個(gè)車輪進(jìn)行稱重。

（3） 每一個(gè)車輪設(shè)計(jì)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(tái)構(gòu)成。

（4） 整臺(tái)機(jī)車稱重檢測裝置由八套稱重單元構(gòu)成。

（5） 機(jī)車稱重檢測裝置須設(shè)計(jì)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(gè)秤臺(tái)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(gè)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(jī)車傾斜時(shí)的車輪重量，我們設(shè)計(jì)不同高度的稱重軌調(diào)節(jié)更換。

（二） 設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，組成一套機(jī)構(gòu)，以此實(shí)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(tái)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(shí)，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(jī)車車輪重量分配。

（2） 液壓裝置將機(jī)車抬高，下降時(shí)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(hào)傳遞于稱重儀表并轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)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(hào)：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(jí)：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(hào)：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(hào)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(yàn)機(jī)控制設(shè)備。

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

特點(diǎn):

（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(hào)：±25mV 信號(hào)，正負(fù)信號(hào)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(dòng)零位跟蹤；

（5） 具有總值、凈值、峰值、谷值顯示，可隨時(shí)切換；

（6） 2 路比較輸出，可選 6 種報(bào)警方式；

（7） 峰值谷值使用 2 個(gè)比較值作為門限值。當(dāng)

實(shí)時(shí)重量超過峰值門限值時(shí)進(jìn)行峰值比較。當(dāng)實(shí)時(shí)重量低于谷值門限值時(shí)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(dòng)跟蹤功能、判穩(wěn)功能、開機(jī)自動(dòng)清零功能等；

（9） 指示燈定義：12 個(gè)指示燈，報(bào)警 1、報(bào)警2、穩(wěn)定、零點(diǎn)、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(jī)互動(dòng)界面，采用圖形顯示，專車過程清晰直觀，操作簡單；所有機(jī)車履歷記錄到數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)軟件具有統(tǒng)計(jì)查詢制表功能；故障自動(dòng)診斷，當(dāng)設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，能自動(dòng)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(bào)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(jí)操作權(quán)限，系統(tǒng)管理員、管理員及操作員。每個(gè)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(duì)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(duì)計(jì)算機(jī)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(jī)或網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)上，并能自動(dòng)完成數(shù)據(jù)備份，未安裝設(shè)備管理軟件的其它計(jì)算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?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(bào)表查詢打印、機(jī)車履歷查詢打印等功能。

（6） 手工補(bǔ)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(duì)所有進(jìn)入系統(tǒng)、退出系統(tǒng)、修改信息的時(shí)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(jì)算機(jī)自動(dòng)添加項(xiàng)，應(yīng)包括：當(dāng)前操作日期時(shí)間、機(jī)車車輛車型、機(jī)車車輛車號(hào)、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(dòng)判斷合格或不合格，不合格項(xiàng)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(dòng)填寫的項(xiàng)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(yàn)臺(tái)”的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

由于機(jī)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(yàn)臺(tái)特別是在側(cè)高 180mm 情況下，由于鋼軌下面厚板大梁 （秤臺(tái)） 的微弱撓度、晃動(dòng)變化會(huì)使傳感器產(chǎn)生一個(gè)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(jī)車側(cè)高180mm 時(shí)側(cè)翻安全問題，這是本試驗(yàn)臺(tái)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(gè)使用單位和工程技術(shù)人員所最關(guān)心的焦點(diǎn)—傳感器、大梁、秤臺(tái)、基礎(chǔ)道床結(jié)構(gòu)和剛性的確定，這是本項(xiàng)目成功保證的關(guān)鍵。我們針對(duì)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(jī)車運(yùn)行和檢修的可靠性。通過便攜式設(shè)計(jì)，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(jià)大大降低；同時(shí)采用傳感器底板一體化設(shè)計(jì)，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(jì)示圖如圖 4 所示。

改進(jìn)后的設(shè)計(jì)：

由于是便攜式稱重臺(tái)，我們在前期設(shè)計(jì)雖然已通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，但在設(shè)計(jì)現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)還是存在比較笨重，試驗(yàn)不方便，特別是 180mm 時(shí)整個(gè)系統(tǒng)包括秤臺(tái)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(jì)，我們在連接 2 個(gè)稱重單元時(shí)去掉了原設(shè)計(jì)的 3 根加強(qiáng)筋，直接整體箱體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使兩個(gè)稱重單元相當(dāng)于一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，大大提高了強(qiáng)度，減小變形，提高了稱量精度，并且增加了滾輪裝置，真正實(shí)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(yàn)和設(shè)計(jì)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(yàn)臺(tái)成功的應(yīng)用于昆明中鐵大型養(yǎng)路機(jī)械集團(tuán)有限公司，通過實(shí)踐，整車側(cè)高稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用取得了完美的成功，整個(gè)系統(tǒng)精度符合使用要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期，得到了現(xiàn)場的認(rèn)可，取得良好的使用效果。