电动轮卡车称重系统浅析

黄 勇

（江西铜业集团有限公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

江西省德兴铜矿作为江西铜业股份有限公司的主干矿山，具有储量大、矿体埋藏深、矿石可选性好、综合利用组分多等特点，是我国重点铜矿之一。矿山的开采使用的是露天方式，主要依靠电动轮卡车将废石和矿石分别运输到排土场和矿石破碎站。电动轮卡车作业时运输量非常大，传统的称重方式并不能准确的进行测量且很不方便，因此电动轮卡车车载式称重系统对准确测量卡车运输量，为生产调度及运输成本管理提供参考，具有十分重要的意义。

2 主要部件介绍

电动轮卡车称重系统主要包括安装在4个悬挂上的悬挂压力传感器、测量倾斜角度的水平倾斜仪、系统数据分析模块及通信端口、操作显示器和其他部分［1-3］。图1为730E电动轮卡车称重系统各部件组成。

2.1 悬挂压力传感器

悬挂压力传感器共有4个，分别安装在卡车的4根悬挂上，用于测量不同装载情况下4个悬挂当前的压力值，通过压力转换为电信号，然后将电信号传输至称重系统模块进行计算，得出当前载重量。我们使用的传感器是一个两线的压力传感器，压力传感器的测量范围是0～4000psi。传感器的一根导线是提供电源电压，该电压为称重系统模块提供+18V电源电压，另一根导线为18V电源电压经过传感器后返回称重系统模块的反馈电压信号。

图1 730E电动轮卡车称重系统

2.2 水平倾斜仪

水平倾斜仪用于提高车身倾斜或车辆处于坡度时载重量计算精度。传感器有3根导线，一根是电源线，也是来自于称重系统模块的+18V电源，一根是地线，还有一根线为反馈信号线。反馈信号电压是1V至4V之间的电压，零度水平的倾斜信号电压为2.6V，倾斜角度与倾斜信号电压为线性变化，即倾斜角度每上仰1°，信号线电压则下降0.103V。

2.3 称重系统模块及通信端口

称重模块是整个电动轮称重系统的核心部分，也就是整个系统的大脑，它的主要工作是负责将输入的各个信号进行计算整理得出卡车在工作过程中的装载情况及各项装载数据并进行输出。其中输入的信号除以上介绍的悬挂压力信号和水平倾斜仪信号外，还有翻斗举升的接近开关信号、装载制动开关信号、GE系统提供的车辆运行速度信号。

通信端口包括2个RS232通信串口和2个CAN端口。2个串口通信主要是用于模块与车载显示器之间的通信以及手提电脑与称重模块的连接。CAN端口主要负责称重数据与卡调系统及GE系统之间的通信。

2.4 驾驶室操作显示器及操作开关

操作显示器一般为一个显示运行速度和吨位的表头，也可采用中央显示器的形式进行显示及操作。速度表显示的为从左马达速度传感器得到的车辆运行速度信号，可以通过改变速度表背后的接地端子的接线方式，来显示的速度单位为英里每小时或公里每小时。吨位表平时显示的就是模块计算出来的当前载重量，同时通过转换开关可以在这里查看当前的各个悬挂压力值、水平倾斜度、总的吨位及驾驶员ID。

2.5 其他部分

构成操作系统部件除以上介绍的外，还有驾驶员操作的装载制动开关、检测翻斗举升卸载后已完全落到大梁上的接近开关、电动轮车平台两侧的装载量指示灯。装载制动开关给称重系统提供装车信号，接近开关给称重系统提供举升卸车信号。称重指示灯包括安装在平台左右两边的2组灯，每组有红黄绿3种颜色的灯各1个。称重指示灯通过不同颜色的灯光点亮情况显示当前卡车装载情况，电铲驾驶员可以通过称重指示灯的闪亮情况来判断装载情况，从而提高装车质量。

3 称重系统工作状态

称重系统的工作状态按照车斗装载情况来分主要包括空车、装车、重车、卸车四个状态。

3.1 空车状态

当车斗内装载量为0时，称重系统处于空车状态，此时吨位显示为0。称重系统的空车状态包括空车静止和空车运行两种情况。空车静止时，车辆4根悬挂所承受的压力不会发生变化，均来自于车身的自重；空车运行时，悬挂承受的压力除车身自重外，还有车辆在运行过程中带来的冲击，是处于一定范围内的变化中的。这两种情况下称重系统显示的载重吨位都是0，但这两种情况下悬挂的压力是不一样的，因此，称重系统的0值需要一个计算过程来得到，这个过程我们称之为校正皮重。

校正皮重是称重系统处于空车状态下的一项功能，因此对电动轮进行校正皮重操作前，要确保车斗内没有物体，才能得到准确的0值。然后空车以正常的速度运行几分钟，让系统获取空车运行过程中悬挂压力的变化数据，最后停稳车辆，系统对这些数据进行计算分析，得出最终的载重0值。

3.2 装车状态

当电动轮卡车来到电铲或其它装载机械下进行装载，电动轮驾驶员按下装载制动开关，装载制动投入，称重系统接收到来自装载制动开关的动作信号，称重系统进入装载状态。装载制动与停车制动不同，装载制动仅抱住后轮的刹车盘，车身还会有轻微的摆动。因此，装载是可以利用这种特性消除部分装载过程中车身收到的装载冲击，起到保护电动轮卡车悬挂的作用。装载过程中，称重系统会根据装载情况对悬挂压力变化值进行计算，得出当前的载重量，然后通过装载指示灯显示告知电铲驾驶员，起到提高装车质量的作用。

3.3 重车状态

重车状态就是车斗满载时的状态。装车完成时，系统会计算出一个大概的当前吨位数值，并显示在吨位表上，但由于地面不水平以及装载往一边倾斜等因素，此时的吨位值并不准确。这时候系统需要电动轮卡车在运行过程中悬挂压力变化的范围来进行一个精度计算，类似于空车状态下0值的计算过程，卡车重车运行一段距离后，计算完成，得出最终的载重量数值，这个过程称之为动态称重。

3.4 卸车状态

卸车状态是电动轮卡车称重过程的最后一个状态。卡车将装载的矿石/废石运输到破碎站/排土场，翻斗举起将矿石/废石卸下，然后翻斗落回，称重系统的完整的称重运输循环才算完成，然后进入下个称重运输循环。在这个过程中，翻斗举升时，判断翻斗举升的翻斗接近开关动作，称重系统得到来自接近开关的翻斗举升信号，称重系统进入卸车状态，卸完车后翻斗落回，系统接收到信号，退出卸车状态，此时载重值归零，重新开始循环。

4 称重误差来源及消除

电动轮卡车称重系统的主要误差来源就是对于悬挂的维护［4］。由前面的介绍可知，系统的有效载重值是通过空车状态和重车状态时悬挂压力的差异进行计算的得到的，悬挂如果维护不及时或者维护不正确，那么两种状态下的悬挂压力值会有很大的变化。这里两个重要的因素就是悬挂里面的液压油高度和预充的氮气压力。预充的氮气压力过低或过高，悬挂压力传感器所测的压力值都不能准确地反映悬挂当前所承受的压力，而液压油液位过低那么悬挂就不能正确地支撑起卡车的负载，因此悬挂如果没有正确及时地进行维护保养，称重系统就不能进行准确地测量载重量［5］。此外，悬挂的维护保养对电动轮卡车的使用寿命也十分重要。

还有就是悬挂压力传感器及线路的维护，称重系统是通过压力传感器的反馈电压来计算悬挂的压力值，若传感器或相关线路发生故障，系统将无法获取悬挂的压力值或得到的压力值不准确，同样的会造成称重系统不工作或称重不准，因此维护好悬挂的同时，传感器及相关线路的维护也很重要。

5 对生产效率提升意义及对减少维护成本意义

电动轮卡车称重系统会记录卡车在工作过程中的各项运行数据，维护人员可以将这些数据下载下来，通过分析这些数据可以检测出卡车本身的多项指标及工作状况［6-7］。这对于提高生产效率及减少卡车维护成本很有帮助，下面从几个方面来进行说明。

5.1 监控装车质量和电铲装车效率

称重系统最基本的功能便是记录卡车每一次的装载重量，维护人员通过称重系统的计算机软件可以直接生成装载重量分布的柱状图，很直观地监控卡车的装车质量，针对装车质量不理想的卡车合理安排作业，提高工作效率。图2为86#电动轮卡车6月份装载重量及车数分布柱状图。

图2 86#卡车装载重量分布图

称重系统还会记录每一车的电铲装铲数，对于不同车型将电铲装铲数控制在最合理的范围内将大大减少电动轮的装铲时间，提高作业车数及产量；同时电铲司机装铲数过多容易造成超载，增大车辆负荷，造成相应部件加速损坏；装铲数过少造成车辆欠载，导致车辆作业效率低下。通过监控电铲装铲数量，提高电铲司机装铲技术水平，可以大大提高电铲及电动轮卡车生产作业效率，保障设备安全高效作业。图3为16#电铲装载830E电动轮装铲数近几年数据的对比图。

图3 16#铲装载830E平均铲数

5.2 监控路面平整状况

电动轮卡车在运行过程中由于路面平整度的变化，4根悬挂所承受的压力值会随之发生变化，称重系统可以通过计算悬挂压力值变化的情况得出此时车身大梁的受力情况及扭矩变化。维护人员可以分析大梁的受力情况及扭矩变化，当发现某一时刻大梁出现超过极限扭矩的情况，可能是此时卡车作业路面平整度较差，及时对路面进行检查及整改，杜绝卡车大梁及悬挂发生疲劳性损伤，保障电动轮卡车安全作业。

5.3 监控轮胎TKPH值

当电动轮卡车超载时，卡车轮胎承受超过正常范围的压力，不仅会加快磨损速度还会由于气压过高造成轮胎过热，这两点都会减少轮胎的使用寿命，而卡车超载可分为整车超载和局部超载两种情况。局部超载即为由于电铲司机操作不当使卡车装载不均时，使单边或部分轮胎承受过大的重量，除轮胎磨损异常外还可能导致前轮转向困难甚至发生侧翻的危险。

称重系统通过4根悬挂压力值和卡车载重量以及卡车速度几个参数，可以计算出卡车左右前轮及后轮平均的TKPH值，通过TKPH值可以反映轮胎当前的使用情况，对于轮胎的维护计划起到很重要的作用。

5.4 监控驾驶员操作情况

在电动轮卡车运行过程中，超速行驶会存在较大的安全隐患，同时对设备的损耗也比较大。称重系统会从左后轮获取速度信号，并将每一车的空车及重车最大瞬时速度记录下来。维护人员通过下载分析这些数据，可以知道电动轮驾驶员在作业过程中有没有超速行驶，对于有过超速行为的驾驶员做出相应提醒及警告，杜绝由于超速引发的相关问题。

6 小结

通过称重系统，我们可以直接获取电动轮卡车的各项生产数据资料，然后更好地安排电动轮卡车与大型电铲之间的生产配合，通过分析这些数据，

可以更好地了解卡车的运行情况，对于维修人员故障产生原因的判断及故障的处理能起到十分重要的作用。因此称重系统不仅能使电动轮卡车在额定装载的情况下工作，保证车体各部位均匀受力，还能在平时维修保养中提供帮助，使电动轮卡车能最大限度的延长寿命，创造大量的经济价值。