便携式铁道车辆智能轮重仪的研制

浦丽华 上海交通大学（上海铁路局科研所）张 峰 上海交通大学

1 研制背景

随着铁路的快速发展，货物运输中超偏载引起的安全隐患时有发生，已严重威胁铁路运输的安全。为了保障货运安全，铁路部门投入巨资，在重点站、重点专用线、重点货场、重点编组站安装了轨道衡、超偏载仪等大型计量检测设备，有效控制了货物运输超偏载现象的发生。但是，轨道衡和超偏载仪等设备的应用具有一定的局限性：(1)大型计量检测设备投资较大，在许多分散的装车点配置成本过高。(2)大型计量检测设备一般配置在站内股道上，与各专用线装车点无法做到装车与称量安全检测同步，发现超、偏载车后处理很不方便。因此，为了保障货运安全，从装车源头上控制货车超偏载情况，研制一种可在装车现场测量货车超偏载情况的轻便型计量设备是很有必要的，也是提高货物运输效率的有效工具。

2 设计思路

在前期的调研过程中，发现在部分货场配备了一种称为手压式轮重仪的计量设备。该设备是测量铁道车辆超载、偏载重量的专用设备，是专门用于对装车现场的车辆进行测量的计量设备。铁道部也专门颁布了《JJG(铁道)179-2004铁道车辆轮重测定仪检定规程》（以下简称规程）对该设备的计量性能进行了规定。但是，在实际使用过程中，这种手压式轮重仪在现场正常使用有一定的困难:首先是手压式轮重仪的性能不稳定，对同一货车的测量误差较大，且容易漏油；其次是操作非常吃力，一个人最多连续测量二至三节车辆；另外经计量室检定表明，这种手压式轮重仪经过使用一段时间后(一般在使用1个月左右)，很难达到规程规定的示值引用误差不大于±0.9%的要求。

为此，上海铁路局科研所提出研发一种新型的便携式智能铁道车辆智能轮重仪（以下简称轮重仪），并针对老式轮重仪存在的问题提出了新型轮重仪的研制目标：计量性能稳定、操作方便的电动轮重仪。项目研究小组根据研制目标确定了以下设计思路：采用电动机驱动，降低操作者的劳动强度；采用一体结构，降低重量，便于操作；采用电测技术测定举升力，提高测定精度；采用数字技术和屏幕显示，提高数据的运算精度和判读精度；采用高性能液压系统和密封件，提高油路的保压能力。

3 设计方案

基于上述设计思路，轮重仪采用微型电动机驱动液压泵，再由油缸举起车轮的方式测量车轮的重量，依次测量货车8个车轮从而得出整个车厢重量、超载和偏载量。它采用微型电动机驱动液压泵来替代传统轮重仪笨重的手工操作；采用数字屏幕直接显示测量数据，直观又清晰；采用智能芯片及专用软件自动输入、运算和储存各种数据信息，简便又准确，采用航空铝合金材料一体式结构设计，携带轻巧又便于现场操作。

轮重仪由主机和电池盒两大部分组成，它们通过带有可插拔插头的电缆进行连接，它的基本外部结构如图1所示，在现场使用如图2所示。

图1 便携式铁道车辆智能轮重仪结构示意图

图2 便携式铁道车辆智能轮重仪测量车轮重量图

轮重仪主机包括动力箱、左右起重架、横拉杆、微型电动机和电子线路板等部件，以完成举升货车车轮、测量等功能，其中横拉杆上的扳杆棘轮装置可通过旋转调节螺母来改变其长度，以适应760 mm～840 mm范围内不同的货车车轮直径。轮重仪电池盒内装有电子线路及专用高性能锂电池等部件，通过连接电缆为主机提供工作电源，使用配套的单相220 V平衡充电器对锂电池进行充电。LCD液晶屏可显示信息如图3所示。

图3 便携式铁道车辆智能轮重仪液晶屏显示信息示意图

4 主要技术参数

额定称重量：13 t（最大称重量18 t）；

测量精度：±0.9%；

保压性能：工作载荷为13 t和3 t时，均保压30 s，示值下降不大于0.1 t；

专用塞尺厚度：不大于1 mm；

油缸活塞行程：不大于5 mm；

拉杆行程：最小行程不大于410 mm，最大行程不小于440 mm；

过载能力：升压至最大称重量的125%，保压30 s，无异常。

5 技术参数校核

5.1 实验室计量检定

根据《JJG（铁道）179-2004铁道车辆轮重测定仪检定规程》的要求，随机抽取一台轮重仪（出厂编号为WY-RI-00116）进行计量检定。检定项目包括外观、专用塞尺、拉杆行程、油缸活塞行程、保压性能、过载能力和示值误差，具体检定内容见表1。

表1 轮重仪计量检定记录

各项检定内容及结果显示，该轮重仪的技术指标符合规程的要求，计量性能满足使用要求。

5.2 测量不确定度评定

5.2.1 数学模型

轮重仪的示值误差：

式中：Wm-轮重仪的示值

W0-轮重仪校验装置的指示值

5.2.2 各分量的标准不确定度

(1)轮重仪校验装置示值误差引入的标准不确定度分量

轮重仪校验装置示值误差δ=±0.2%，服从均匀分布，于是

(2)轮重仪校验装置数字显示引入的标准不确定度分量轮重仪校验装置数字显示分辨率为0.001 t，服从均匀分布，于是

(3)轮重仪数字显示引入的标准不确定度分量

轮重仪数字显示分辨率为0.01 t，服从均匀分布，于是

5.2.3 合成标准不确定度μc

5.2.4 扩展不确定度U

取k=2，于是

轮重仪的示值误差要求为 ±0.9% ，满足量值传递原则，符合规程要求。

6 结束语

2010年4月，便携式铁道车辆智能轮重仪研制成功，并通过了路局组织的科技成果鉴定，获得了 2010年度路局科技进步二等奖。2011年取得了铁道部铁路专用计量器具新产品技术认证证书。该轮重仪完全满足规程规定的计量性能要求，并且多个车务段进行试用，功能上满足现场工人的使用需求，达到了预期的目的。同时，为了确保计量准确的轮重仪在现场应用，相关使用部门应遵守规程要求，将轮重仪定期送至计量部门进行计量性能的确认；在平时使用过程中，做好设备的自检工作，确保计量准确的设备投入现场使用。

大量新型便携式智能铁道车辆智能轮重仪的应用，将大大方便装车现场货车车重的测量工作及测量效率，提高了路局货物运输安全性，为铁路的货物运输创造良好的安全保障。