本文主要介紹了便攜式整車(chē)側高稱(chēng)重系統的設計、制作，并成功地應用于車(chē)輛廠(chǎng)整車(chē)側高稱(chēng)重試驗，達到了預期的效果，解決了機車(chē)整車(chē)稱(chēng)重試驗時(shí)由于側高需要解決的安全難題，在保證安全的前提下通過(guò)試驗臺完成機車(chē)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(shí)側高試驗的技術(shù)難題，保證出廠(chǎng)質(zhì)量要求及線(xiàn)路上的安全運營(yíng)。

一、概述

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

機車(chē)整車(chē)側高稱(chēng)重試驗裝置稱(chēng)重系統是按照鐵路提速后運輸安全要求 100mm、120mm、150mm、 180mm 側高而專(zhuān)門(mén)設計的專(zhuān)用稱(chēng)重系統，是一個(gè)綜合的計量系統。該系統由各個(gè)稱(chēng)重單元、控制終端和控制計算機及管理軟件組成，可對機車(chē)車(chē)輛總裝完成后對出廠(chǎng)前的輪重、軸重和整車(chē)重量進(jìn)行檢測并自動(dòng)出具檢測報告，以確定其在靜態(tài)時(shí)的重量和重量分配，保證機車(chē)車(chē)輛的安全運營(yíng)。

二、客戶(hù)技術(shù)要求

寶雞南車(chē)時(shí)代工程機械有限公司為達到機動(dòng)車(chē)輛在運行至彎道時(shí)，檢測每一輪子的承重變化量的要求，需在工程車(chē)輛上進(jìn)行側高稱(chēng)重試驗，要求在現有鋼軌上面安裝一套便攜式整車(chē)側高稱(chēng)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(chēng)重鋼軌 60Kg/m；

（2） 整車(chē)最大稱(chēng)重載荷：100t；每一稱(chēng)重單元最大稱(chēng)量載荷：30t；

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

（4） 轉向架軸距 2560mm； 轉向架中心距離17000mm；

（5） 設計制作的稱(chēng)重系統要滿(mǎn)足現場(chǎng)綜合精度：e=d=50Kg 的工藝要求。

（6） 設計電子秤，要求安裝位置能滿(mǎn)足工藝流程、工作狀態(tài)能適應現場(chǎng)工況，設計必須具有合理、可靠、安全性。

（7） 采用稱(chēng)重數據采集終端，安裝在現場(chǎng)控制柜，水平稱(chēng)重及 100mm、120mm、150mm、180mm側高稱(chēng)重。

（8） 基于 Windows 操作系統的管理軟件，具有良好的人機互動(dòng)界面，采用圖形顯示，專(zhuān)車(chē)過(guò)程清晰直觀(guān)，操作簡(jiǎn)單；所有機車(chē)履歷記錄到數據庫中，同時(shí)軟件具有統計查詢(xún)制表功能；故障自動(dòng)診斷，當設備一旦出現故障，能自動(dòng)顯示故障情況；稱(chēng)重數據瀏覽功能，隨時(shí)可以補打計量單；

（9） 計量軌道在輪重稱(chēng)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(chē)車(chē)輛稱(chēng)重臺技術(shù)條件》 標準。

三、整車(chē)側高稱(chēng)重試驗臺設計方案

軸重是機車(chē)的重要技術(shù)參數，機車(chē)各輪對重量分配是否均勻；列車(chē)在運行至彎道時(shí)，機車(chē)各輪的受力是一個(gè)大的變量。在彎道處內外側鋼軌高低不一，從而使兩邊輪子上的受力也隨之變化。在此種情況下，會(huì )對機車(chē)增加不同程度的傾斜，這一傾斜是否會(huì )出現危險或者多大的危險，必須通過(guò)檢測每一輪子的承重變化量，即當兩邊輪子高低相差 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來(lái)判別，以確保機車(chē)運行和檢修的可靠性，因此，須設計一套稱(chēng)重試驗設備來(lái)滿(mǎn)足上述要求。

（一） 總體設計方案

（1） 整臺機車(chē)通常安裝 8 個(gè)車(chē)輪，并通過(guò)車(chē)軸及轉向架聯(lián)結。

（2） 稱(chēng)重檢測裝置主要檢測機車(chē)車(chē)輪對機車(chē)重量的均勻分配，因而需對每個(gè)車(chē)輪進(jìn)行稱(chēng)重。

（3） 每一個(gè)車(chē)輪設計一套稱(chēng)重單元，稱(chēng)重單元由稱(chēng)重傳感器三只、中繼接線(xiàn)盒一只和稱(chēng)重儀表一臺構成。

（4） 整臺機車(chē)稱(chēng)重檢測裝置由八套稱(chēng)重單元構成。

（5） 機車(chē)稱(chēng)重檢測裝置須設計傳感器固定厚鋼板，厚鋼板底下設置防撬裝置，并且軸重方向的兩個(gè)秤臺厚鋼板用三根狹長(cháng)的鋼板固定連接，形成一整體結構。

單個(gè)稱(chēng)重單元結構圖，如圖 1 所示。

（6） 因須分別以不同高度檢測機車(chē)傾斜時(shí)的車(chē)輪重量，我們設計不同高度的稱(chēng)重軌調節更換。

（二） 設計說(shuō)明

（1） 稱(chēng)重單元選用本單位生產(chǎn)的高精度雙剪切梁式稱(chēng)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(chēng)重精度。

（2） 稱(chēng)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(chēng)量軌全套機構，組成一套機構，以此實(shí)現稱(chēng)重。

（三） 制作安裝說(shuō)明

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

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

中繼接線(xiàn)盒固定在傳感器安裝底板上面，主線(xiàn)用航空插頭轉接。

稱(chēng)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(chēng)重單元須保持水平。

（3） 稱(chēng)重單元的稱(chēng)重軌采用鋼軌截面厚鋼板加工制作，通過(guò)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(chēng)量軌即可。

四、稱(chēng)重裝置工作原理

（1） 通過(guò)稱(chēng)重方式檢測機車(chē)車(chē)輪重量分配。

（2） 液壓裝置將機車(chē)抬高，下降時(shí)車(chē)輪正好置

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

五、主要配置說(shuō)明

（一） 稱(chēng)重傳感器

（1） 型號：CZL-Q-10t

（2） 結構形式：雙剪切梁式傳感器

（3） 額定負載：10t

（4） 最大安全過(guò)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(chēng)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用。

此外，它擁有的峰值、谷值檢測及保持功能，正負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，用于試驗機控制設備。

技術(shù)指標 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：±25mV 信號，正負信號雙極性處理能力；

（3） 帶最大負載 150mA，可最多帶 4 只稱(chēng)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 種報警方式；

（7） 峰值谷值使用 2 個(gè)比較值作為門(mén)限值。當

實(shí)時(shí)重量超過(guò)峰值門(mén)限值時(shí)進(jìn)行峰值比較。當實(shí)時(shí)重量低于谷值門(mén)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、判穩功能、開(kāi)機自動(dòng)清零功能等；

（9） 指示燈定義：12 個(gè)指示燈，報警 1、報警2、穩定、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準電流、電壓輸出供其他設備使用。

（三） 管理軟件本軟件基于基于 Windows 操作系統的管理軟

件，具有良好的人機互動(dòng)界面，采用圖形顯示，專(zhuān)車(chē)過(guò)程清晰直觀(guān)，操作簡(jiǎn)單；所有機車(chē)履歷記錄到數據庫中，同時(shí)軟件具有統計查詢(xún)制表功能；故障自動(dòng)診斷，當設備一旦出現故障，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(hù)設置功能：用戶(hù)自定義報表格式

（2） 系統設置及用戶(hù)權限設置等功能

系統分三級操作權限，系統管理員、管理員及操作員。每個(gè)功能的權限靈活分配，可由系統管理員自行分配管理員及操作員的使用權限。數據管理界面中只能由管理員權限完成對車(chē)型參數和參數標準的修改、增加及刪除；可以設置管理員和操作員的權限，非管理員權限不得對計算機系統做數據庫和設置修改，但可以進(jìn)行數據查詢(xún)。

（3） 數據庫設置功能：數據庫設置、數據上傳設置、數據庫備份、數據初始化和日志管理功能等。數據可通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸，方便企業(yè)管理人員查詢(xún)、匯總；可以設定將數據保存在本機或網(wǎng)絡(luò )的計算機上，并能自動(dòng)完成數據備份，未安裝設備管理軟件的其它計算機可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接實(shí)現稱(chēng)重數據庫的數據查詢(xún)和打印，但測量數據不能進(jìn)行修改。

（4） 數據維護功能：進(jìn)行基礎數據庫的添加、修改、刪除等維護和數據導入。

（5） 查詢(xún)打印功能：提供報表查詢(xún)打印、機車(chē)履歷查詢(xún)打印等功能。

（6） 手工補單功能：滿(mǎn)足在特殊情況下的手工輸入稱(chēng)重記錄的功能。

（7） 軟件具有黑匣子功能，即系統日志功能，對所有進(jìn)入系統、退出系統、修改信息的時(shí)間、人員、電腦名稱(chēng)都有詳細的記錄，而且只有系統管理員可以查看，更加保證了數據的安全。

（8） 系統界面：車(chē)型選擇界面、稱(chēng)重操作界面、結果顯示界面、數據管理界面、稱(chēng)重記錄查詢(xún)界面。結果顯示界面顯示一張完整的稱(chēng)重記錄表單，表單上的數據分為兩類(lèi)，一類(lèi)為計算機自動(dòng)添加項，應包括：當前操作日期時(shí)間、機車(chē)車(chē)輛車(chē)型、機車(chē)車(chē)輛車(chē)號、輪重、軸重、輪重偏差、軸重偏差、左側重量、右側重量、兩側差、總重量、稱(chēng)重結果 （自動(dòng)判斷合格或不合格，不合格項用紅色區分顯示，也可以語(yǔ)音提示） 等；另一類(lèi)為在確認合格并打印后，手動(dòng)填寫(xiě)的項目，應包括：操作員、檢查員等填寫(xiě)欄。

六、“便攜式整車(chē)側高稱(chēng)重試驗臺”的實(shí)踐經(jīng)驗

由于機車(chē)行駛到彎道處，軌道內外側鋼軌高低不一，從而使兩邊輪子上的受力也隨之變化，怎樣避免稱(chēng)重試驗臺特別是在側高 180mm 情況下，由于鋼軌下面厚板大梁 （秤臺） 的微弱撓度、晃動(dòng)變化會(huì )使傳感器產(chǎn)生一個(gè)不確定的側向分力，需要達到系統精度要求，并且要保證機車(chē)側高180mm 時(shí)側翻安全問(wèn)題，這是本試驗臺的技術(shù)關(guān)鍵，如何確保稱(chēng)量系統長(cháng)期工作的穩定性、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、基礎道床結構和剛性的確定，這是本項目成功保證的關(guān)鍵。我們針對客戶(hù)的需求成功地研制開(kāi)發(fā)了 100t 便攜式整車(chē)側高稱(chēng)重系統，較好地解決了一系列技術(shù)難題，大大提高了機車(chē)運行和檢修的可靠性。通過(guò)便攜式設計，更換不同高度的墊高塊，無(wú)其它測量裝置，僅僅通過(guò)墊高塊下面的調整墊片調整高度，即可確保所有的車(chē)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計，無(wú)需日常維護，加之系統構件減少因而可靠性高。

總體前期設計示圖如圖 4 所示。

改進(jìn)后的設計：

由于是便攜式稱(chēng)重臺，我們在前期設計雖然已通過(guò)優(yōu)化設計，但在設計現場(chǎng)試驗時(shí)還是存在比較笨重，試驗不方便，特別是 180mm 時(shí)整個(gè)系統包括秤臺和傳感器產(chǎn)生了明顯的變形量，將導致安全隱患以及數據的準確性，因此我們進(jìn)行了改進(jìn)設計，我們在連接 2 個(gè)稱(chēng)重單元時(shí)去掉了原設計的 3 根加強筋，直接整體箱體的設計結構，使兩個(gè)稱(chēng)重單元相當于一個(gè)整體結構，大大提高了強度，減小變形，提高了稱(chēng)量精度，并且增加了滾輪裝置，真正實(shí)現的其便攜性和高效率，如圖 5、圖 6 所示。

七、使用效果

該稱(chēng)量系統自從 2014 年 3 月安裝后，經(jīng)過(guò)一年的使用和觀(guān)察，現場(chǎng)使用一切正常，系統的使用精度完全達到客戶(hù)試驗和設計要求，使用至今系統穩定可靠。2014 年 12 月份，我們又將便攜式稱(chēng)重試驗臺成功的應用于昆明中鐵大型養路機械集團有限公司，通過(guò)實(shí)踐，整車(chē)側高稱(chēng)重系統的設計、制作和應用取得了完美的成功，整個(gè)系統精度符合使用要求，達到了設計預期，得到了現場(chǎng)的認可，取得良好的使用效果。