本文主要介紹了便攜式整車側高稱重系統的設計、制作，并成功地應用于車輛廠整車側高稱重試驗，達到了預期的效果，解決了機車整車稱重試驗時由于側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下的試驗以及 100mm 、120mm、150mm 、180mm 高度差時側高試驗的技術難題，保證出廠質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參數，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揮和牽引運動性能的優劣。

機車整車側高稱重試驗裝置稱重系統是按照鐵路提速后運輸安全要求 100mm、120mm、150mm、 180mm 側高而專門設計的專用稱重系統，是一個綜合的計量系統。該系統由各個稱重單元、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、軸重和整車重量進行檢測并自動出具檢測報告，以確定其在靜態時的重量和重量分配，保證機車車輛的安全運營。

二、客戶技術要求

寶雞南車時代工程機械有限公司為達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，需在工程車輛上進行側高稱重試驗，要求在現有鋼軌上面安裝一套便攜式整車側高稱重試驗臺。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） 轉向架軸距 2560mm； 轉向架中心距離17000mm；

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

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

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

（8） 基于 Windows 操作系統的管理軟件，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據庫中，同時軟件具有統計查詢制表功能；故障自動診斷，當設備一旦出現故障，能自動顯示故障情況；稱重數據瀏覽功能，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條件》 標準。

三、整車側高稱重試驗臺設計方案

軸重是機車的重要技術參數，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，會對機車增加不同程度的傾斜，這一傾斜是否會出現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來判別，以確保機車運行和檢修的可靠性，因此，須設計一套稱重試驗設備來滿足上述要求。

（一） 總體設計方案

（1） 整臺機車通常安裝 8 個車輪，并通過車軸及轉向架聯結。

（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行稱重。

（3） 每一個車輪設計一套稱重單元，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成。

（4） 整臺機車稱重檢測裝置由八套稱重單元構成。

（5） 機車稱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秤臺厚鋼板用三根狹長的鋼板固定連接，形成一整體結構。

單個稱重單元結構圖，如圖 1 所示。

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

（二） 設計說明

（1） 稱重單元選用本單位生產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，組成一套機構，以此實現稱重。

（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結后，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換成電子信號顯示并連接電腦進行一系列數據處理及打印。

五、主要配置說明

（一） 稱重傳感器

（1） 型號：CZL-Q-10t

（2） 結構形式：雙剪切梁式傳感器

（3） 額定負載：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。

技術指標 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，正負信號雙極性處理能力；

（3） 帶最大負載 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

實時重量超過峰值門限值時進行峰值比較。當實時重量低于谷值門限值時進行谷值比較；

（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據庫中，同時軟件具有統計查詢制表功能；故障自動診斷，當設備一旦出現故障，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） 用戶設置功能：用戶自定義報表格式

（2） 系統設置及用戶權限設置等功能

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，但可以進行數據查詢。

（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。數據可通過局域網進行數據傳輸，方便企業管理人員查詢、匯總；可以設定將數據保存在本機或網絡的計算機上，并能自動完成數據備份，未安裝設備管理軟件的其它計算機可以通過網絡聯接實現稱重數據庫的數據查詢和打印，但測量數據不能進行修改。

（4） 數據維護功能：進行基礎數據庫的添加、修改、刪除等維護和數據導入。

（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，即系統日志功能，對所有進入系統、退出系統、修改信息的時間、人員、電腦名稱都有詳細的記錄，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：車型選擇界面、稱重操作界面、結果顯示界面、數據管理界面、稱重記錄查詢界面。結果顯示界面顯示一張完整的稱重記錄表單，表單上的數據分為兩類，一類為計算機自動添加項，應包括：當前操作日期時間、機車車輛車型、機車車輛車號、輪重、軸重、輪重偏差、軸重偏差、左側重量、右側重量、兩側差、總重量、稱重結果 （自動判斷合格或不合格，不合格項用紅色區分顯示，也可以語音提示） 等；另一類為在確認合格并打印后，手動填寫的項目，應包括：操作員、檢查員等填寫欄。

六、“便攜式整車側高稱重試驗臺”的實踐經驗

由于機車行駛到彎道處，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、晃動變化會使傳感器產生一個不確定的側向分力，需要達到系統精度要求，并且要保證機車側高180mm 時側翻安全問題，這是本試驗臺的技術關鍵，如何確保稱量系統長期工作的穩定性、可靠性，這是每個使用單位和工程技術人員所最關心的焦點—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鍵。我們針對客戶的需求成功地研制開發了 100t 便攜式整車側高稱重系統，較好地解決了一系列技術難題，大大提高了機車運行和檢修的可靠性。通過便攜式設計，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整墊片調整高度，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計，無需日常維護，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。

改進后的設計：

由于是便攜式稱重臺，我們在前期設計雖然已通過優化設計，但在設計現場試驗時還是存在比較笨重，試驗不方便，特別是 180mm 時整個系統包括秤臺和傳感器產生了明顯的變形量，將導致安全隱患以及數據的準確性，因此我們進行了改進設計，我們在連接 2 個稱重單元時去掉了原設計的 3 根加強筋，直接整體箱體的設計結構，使兩個稱重單元相當于一個整體結構，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

該稱量系統自從 2014 年 3 月安裝后，經過一年的使用和觀察，現場使用一切正常，系統的使用精度完全達到客戶試驗和設計要求，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，通過實踐，整車側高稱重系統的設計、制作和應用取得了完美的成功，整個系統精度符合使用要求，達到了設計預期，得到了現場的認可，取得良好的使用效果。