介紹地磅定量自動裝車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和稱量技術(shù)指標(biāo)，分析采用分離控制衡器和集成控制地磅完成對裝車系統(tǒng)計量性能檢測的方法，指出在日常工作中如何通過靜態(tài)地磅核查和自帶砝碼校準(zhǔn)控制裝車系統(tǒng)稱量的準(zhǔn)確性。

0.引言

目前，融合計算機(jī)控制技術(shù)與稱重技術(shù)的自動定量裝車系統(tǒng)（以下簡稱為“裝車系統(tǒng)”）多用在鐵路運(yùn)輸部門的煤炭裝載工作中，裝車能力能達(dá)到 5 000 t/h 以上，具有極高的工作效率和自動化程度，使用普及率迅速提高。裝車系統(tǒng)的工作形式是將散裝物料分別以預(yù)定的、不同的質(zhì)量值逐次裝入整列（組）車的每節(jié)車廂中。裝車時，預(yù)裝車輛以恒定的速度運(yùn)行，裝車系統(tǒng)間斷地將散狀物料裝入運(yùn)行的車廂中，最后給出每節(jié)車輛的裝料量和整列車的裝料量。如何保證裝車系統(tǒng)稱量準(zhǔn)確，發(fā)揮使其在煤炭運(yùn)輸貿(mào)易結(jié)算中的作用，成為計量檢測機(jī)構(gòu)、煤炭運(yùn)輸部門和裝車站等使用單位關(guān)心的核心問題。因此，有必要從裝車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理入手，提出可行的檢測方法，并論述如何保證其稱量準(zhǔn)確性。

1.裝車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1   裝車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

裝車系統(tǒng)由緩沖倉、稱量倉、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和標(biāo)定砝碼等組成。稱量倉的四角裝有壓式稱重傳感器，裝料的質(zhì)量值可通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，再通過轉(zhuǎn)換放大處理后，由顯示器將裝料質(zhì)量值顯示出來。裝車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

1.2工作原理

裝料前，對裝車系統(tǒng)的設(shè)定是必須進(jìn)行的工作。先確定整列車每節(jié)廂的車皮重量，并將車皮重量值編制成序輸入裝車控制系統(tǒng)，再根據(jù)裝料要求和每節(jié)車廂的額定載重值對每節(jié)車廂進(jìn)行預(yù)裝料量設(shè)定，形成預(yù)設(shè)值順序表。

當(dāng)列車以指定的速度行駛進(jìn)入裝車系統(tǒng)區(qū)域后，系統(tǒng)將自動啟動，根據(jù)每列車（或每節(jié)車廂）設(shè)定的預(yù)裝料量，物料自動通過輸送機(jī)卸入緩沖倉。當(dāng)裝料車廂行至卸料口下方適當(dāng)位置時，開啟給料閘門，電腦指令各液壓油缸帶動緩沖倉液壓平板閘門適時開啟，此時稱量倉平板閘門應(yīng)是完全關(guān)閉狀態(tài)，煤炭經(jīng)緩沖倉下液壓平板閘門放至稱量倉內(nèi)。隨后，裝車系統(tǒng)自動稱量裝料量的數(shù)值，電腦指令液壓油缸帶動緩沖倉液壓平板閘門適時關(guān)閉，稱重過程結(jié)束。此時，控制欲裝車廂進(jìn)入卸料溜槽下方，電腦指令稱量倉平板閘門打開，煤炭經(jīng)裝車溜槽裝入正在緩慢行走的列車車廂內(nèi)。最后，稱量倉內(nèi)的煤炭全部放完后，電腦指令稱量倉液壓平板閘門關(guān)閉，進(jìn)入下一個工作循環(huán)。

1.3 稱量技術(shù)指標(biāo)

裝車系統(tǒng)是綜合性自動化系統(tǒng)，可通過通訊數(shù)據(jù)線與互聯(lián)網(wǎng)連接進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，影響裝車系統(tǒng)裝車準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是稱量及稱量控制技術(shù)。在裝車系統(tǒng)諸多技術(shù)參數(shù)中，與稱重相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)包括列車運(yùn)行速度、裝車能力、裝車速度、稱重傳感器精確度、裝車精度（整節(jié)車廂裝載精度）和稱重倉倉容等。

稱量倉是裝車系統(tǒng)稱重計量的關(guān)鍵部件，稱量倉上部的 4 個吊腳與稱重傳感器連接。稱重原理是電阻應(yīng)變式稱重原理，即當(dāng)稱量倉滿載煤炭時，因重力作用使稱重傳感器受力，這時貼服在傳感器上的應(yīng)變片產(chǎn)生變形而輸出模擬的微電壓信號，微電壓信號由外接通訊線傳入控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號顯示在顯示屏上。裝車系統(tǒng)的稱量技術(shù)指標(biāo)包括裝料稱量性能和預(yù)設(shè)定量性能。

1.3.1裝料稱量性能

裝料稱量性能是指裝車系統(tǒng)對貨車裝料的稱量功能，也就是對每次裝料量的確定。準(zhǔn)確稱取每次裝車物料的質(zhì)量值是裝車系統(tǒng)工作目的之一，主要在裝車系統(tǒng)稱量倉上進(jìn)行。裝料重量使安裝在稱量倉四角掛臂上的稱重傳感器的應(yīng)變片產(chǎn)生變形，輸出電信號并上傳到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對該信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換、放大、處理后顯示出稱量倉所裝物料的質(zhì)量值。

在稱量裝料量時，稱量倉中的物料是靜止的在稱量倉中的，此時稱量包括 2 個參量，一是稱量倉滿倉時所稱得的質(zhì)量，即稱量倉質(zhì)量值；二是稱量倉卸出物料后的殘留量。在裝料時，考慮稱量倉或裝車溜槽殘留的影響是裝車系統(tǒng)計量性能特征，每次對車輛裝料后，裝車系統(tǒng)均顯示每次的裝料殘留，并將該值記錄下來列入運(yùn)算，最終將殘留減去得到實(shí)際裝料量。裝車系統(tǒng)主要累計裝置顯示內(nèi)容為車皮型號、車皮編號、車毛重、車皮重、裝載重量、稱量倉毛重、稱量倉皮重和車廂裝料量。其中，車毛重為預(yù)裝量加上車皮重量，車皮重為事先已知的車皮重量，裝載重量是根據(jù)車皮重量和事先預(yù)裝信息設(shè)置得到的，稱量倉毛重為卸料前稱量倉稱量值，稱量倉皮重為卸料后稱量倉殘留量，車廂裝料量為稱量倉毛重減去稱量倉皮重。

裝車系統(tǒng)每次完成車廂的裝料均能顯示除去裝料殘留的實(shí)際裝料數(shù)值，而不是預(yù)設(shè)裝料量，這與定量包裝衡器有根本的區(qū)別。同時當(dāng)整列車裝料完成后，裝車系統(tǒng)會給出整列車中每節(jié)車輛的實(shí)際凈重值的累計值，作為裝料數(shù)據(jù)上報。

1.3.2   預(yù)設(shè)定量性能

每節(jié)車廂裝料的預(yù)設(shè)定量指標(biāo)也是裝車系統(tǒng)計量性能的重要指標(biāo)，由于受車廂額定載重量的限制，每節(jié)車的預(yù)裝量與該節(jié)車輛的車皮重相關(guān)聯(lián)，每節(jié)車皮重量的不同使得整列車中不同車廂的預(yù)裝值不同。因此，裝車系統(tǒng)不同于重力式自動裝料衡器（定量自動衡器），檢測定量自動衡器時預(yù)裝值是恒定的。

我國鐵路部門規(guī)定，貨車每節(jié)車廂的裝載量不允許超過一定范圍，超過一定范圍會被列入超載違章范疇，不僅會受到經(jīng)濟(jì)制裁還會影響鐵路軌道質(zhì)量，因此，對裝車系統(tǒng)裝料后，偏離預(yù)設(shè)值的量有所限制。如果裝車系統(tǒng)預(yù)設(shè)定量性能不滿足要求，導(dǎo)致裝料量超過預(yù)設(shè)值很多，就會造成某節(jié)車輛裝料后超載。

2.裝車系統(tǒng)計量性能的檢測方法

裝車系統(tǒng)作為自動衡器以及進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的衡器，必須進(jìn)行計量性能檢測，主要是檢測裝車系統(tǒng)的稱量性能，檢測項(xiàng)目主要包括裝料準(zhǔn)確性能和預(yù)設(shè)定量性能。根據(jù)國際建議，這類自動衡器的自動稱量性能檢測是利用使用物料作為中間體完成的，也就是一定數(shù)量的物料在準(zhǔn)確度較高的衡器和在被測裝車系統(tǒng)上分別稱量，所得數(shù)值進(jìn)行比較，得到被測衡器的稱量誤差，從而確定被測衡器是否滿足規(guī)定要求。因此，控制衡器是檢測裝車系統(tǒng)的主要計量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，具有 2 種控制衡器，一是分離控制衡器，二是集成控制衡器。采用不同的控制衡器，檢測方法有所不同。

2.1分離檢測法

分離檢測法是利用分離控制衡器完成物料檢測。分離控制衡器是與被測裝車系統(tǒng)分離的衡器，多采用靜態(tài)軌道衡。將靜態(tài)軌道衡與被測裝車系統(tǒng)安裝固定在同一的軌道上，靜態(tài)軌道衡常安裝在被測裝車系統(tǒng)的尾端。每次裝料后，每節(jié)車輛均通過作為分離控制衡器的靜態(tài)軌道衡進(jìn)行稱量，該稱量值作為裝料的約定真值，與裝車系統(tǒng)上顯示的裝料凈重值比較而得到裝車系統(tǒng)的單次裝料誤差。分離檢測法如圖 2 所示。

裝車系統(tǒng)單節(jié)車廂裝料示值誤差為

式（2）和（3）中，E 累計為累計裝料稱量誤差；I 累計為累計裝料示值；P 累計為靜態(tài)軌道衡累計裝料稱量值，即為累計裝料約定真值；n 為每組檢定中單次裝料次數(shù)。

由于安裝靜態(tài)軌道衡需要一定條件的鐵路軌道場地，因此利用靜態(tài)軌道衡進(jìn)行裝車系統(tǒng)的稱量控制具有一定的局限性。

2.2集成檢測法

集成檢測法是利用集成控制衡器進(jìn)行物料檢測。集成檢測法如圖 3 所示。

集成控制衡器是經(jīng)過靜態(tài)檢定后的被測裝車系統(tǒng)，即利用被測衡器自身進(jìn)行控制稱量過程，被測衡器自身作為控制衡器，即集成控制衡器。可利用該方法的原則是具有一個專門的指示裝置顯示裝車系統(tǒng)非自動稱量時稱量倉上的載荷值。

在利用集成檢測法之前，需利用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對裝車系統(tǒng)的非自動稱量性能進(jìn)行檢測，確定裝車系統(tǒng)的非自動稱量性能的最大誤差值是否符合不大于其自動稱量最大允許誤差的 1/3 要求，如果符合要求則裝車系統(tǒng)的非自動稱量計量功能可作為集成控制衡器使用。

裝車系統(tǒng)均配有砝碼校正裝置，在稱量倉的油缸控制架上放置著 10 t 標(biāo)準(zhǔn)砝碼（10 個 1 t 的鑄鐵砝碼，分為 2 組），通過固定在稱量倉兩邊的砝碼校正裝置，將砝碼懸掛在其兩側(cè)。此方法受系統(tǒng)的油壓系統(tǒng)控制，在校準(zhǔn)時可分組從小到大逐漸加載到稱量倉。此方法可用于集成法靜態(tài)檢定，前提是砝碼需通過具有 1 t 的 M1 等級砝碼檢定資質(zhì)的機(jī)構(gòu)檢定，并出具符合 JJG 99—2006《砝碼》的檢定證書。

由于裝車系統(tǒng)的稱量倉所處位置多在幾十米以上的平臺上，且為料斗式的，要將滿載 60 t 的標(biāo)準(zhǔn)砝碼放置在稱量倉上是不現(xiàn)實(shí)的，因此需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代工作，即利用物料多次替代標(biāo)準(zhǔn)砝碼，逐漸累加到最大裝載量，這時需啟用裝車系統(tǒng)的中斷功能。在裝車系統(tǒng)作為集成控制衡器使用時，自動操作的中斷是作為自動稱量程序一部分的中斷程序。正常情況下，自動裝料操作應(yīng)該是運(yùn)行的，然而在下列條件下，在每個裝料周期內(nèi)自動運(yùn)行要中斷 2 次。

（1）裝車系統(tǒng)卸料前（稱量倉滿載）中斷。在承載器被加載和已經(jīng)自動稱量出毛重值后，自動運(yùn)行應(yīng)被操作停止程序中斷。

（2）裝車系統(tǒng)卸料后（稱量倉空載）中斷。在承載器已卸載或已自動稱量出皮重值后，自動運(yùn)行應(yīng)被操作停止程序中斷。

裝車系統(tǒng)單節(jié)車廂裝料示值誤差為

式（5）中，E 累計為累計裝料誤差；I 累計專門的指示裝置累計裝料示值，即為累計裝料示值；p 控制累計為累計裝料約定真值。

3.裝車系統(tǒng)稱量準(zhǔn)確性能的控制

隨著對煤炭計量的逐漸重視，以動態(tài)稱量為主的自動衡器稱量精度往往不能滿足貿(mào)易結(jié)算要求。如何對在用裝車系統(tǒng)的稱量性能進(jìn)行控制，成為使用裝車系統(tǒng)用戶亟待解決的問題，以下給出 2 種稱量性能準(zhǔn)確控制的方法。

3.1   靜態(tài)衡器核查

所謂靜態(tài)衡器是一種非自動衡器，在鐵路部門就是靜態(tài)軌道衡，是稱量準(zhǔn)確性達(dá)到中準(zhǔn)確度級（級）衡器，可以滿足貿(mào)易結(jié)算要求。利用這種靜態(tài)衡器對在用裝車系統(tǒng)進(jìn)行期間核查，是有效掌握裝車系統(tǒng)稱量性能是否準(zhǔn)確的方法。通常裝車系統(tǒng)與 1 臺靜態(tài)軌道衡相配套使用，即在裝車系統(tǒng)尾端一定距離處安裝 1 臺靜態(tài)軌道衡，可定期或不定期的核查裝車系統(tǒng)稱量準(zhǔn)確性。

 利用靜態(tài)衡器核查裝車系統(tǒng)的工作過程為，首先對一定數(shù)量的預(yù)裝車輛進(jìn)行車皮重量的稱重，之后將這些車輛回退到裝車系統(tǒng)裝料位置之前，啟動裝車系統(tǒng)對這些車廂進(jìn)行裝料，然后逐一對每節(jié)裝料后的車輛進(jìn)行稱量。比較靜態(tài)衡器稱得的裝料量與裝車系統(tǒng)顯示的裝料量，差值作為修正裝車系統(tǒng)示值的依據(jù)，并啟動裝車系統(tǒng)修正功能調(diào)整稱量示值。

3.2   自帶砝碼校準(zhǔn)

裝車系統(tǒng)均自帶校準(zhǔn)砝碼，可用于對裝車系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)砝碼需通過計量檢測機(jī)構(gòu)的檢定，并使其達(dá)到 M1 等級砝碼允差要求。

倒錐臺式稱量倉的外側(cè)安裝有校準(zhǔn)砝碼油缸和校準(zhǔn)砝碼。砝碼通過聯(lián)接裝置分別懸掛在稱量倉兩側(cè)，倉壁固定著砝碼升降液壓缸上，砝碼校正裝置用來定期校準(zhǔn)稱量倉的稱量精度。GB/T 28013— 2011《非連續(xù)累計自動衡器》對自帶校準(zhǔn)砝碼數(shù)量的要求見表 1。

稱量倉倉容多為 60 t，因此裝車系統(tǒng)的自帶校準(zhǔn)砝碼是 10 t。進(jìn)行校準(zhǔn)時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，油壓控制裝置啟動掛碼杠桿，將自校砝碼落在稱量倉四角位置，當(dāng)顯示數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量有差別時，校準(zhǔn)軟件會自動調(diào)整，使裝車系統(tǒng)顯示與標(biāo)準(zhǔn)砝碼盡可能一致。此項(xiàng)工作可在裝車系統(tǒng)工作一定時間后，或者在計量部門剛剛進(jìn)行完檢測后進(jìn)行。

由于裝車系統(tǒng)所配套砝碼僅有 10 t，只占裝車量的 1/6，自帶砝碼校準(zhǔn)僅保證了 10 t 處示值的準(zhǔn)確，但實(shí)際工作中，要求保證裝車系統(tǒng)從最小裝料量到最大裝料量的各個稱量示值的準(zhǔn)確性。因此，要先由檢測機(jī)構(gòu)對裝車系統(tǒng)集成控制性能進(jìn)行靜態(tài)檢定，得到裝車系統(tǒng)非自動稱量誤差曲線后，并通過裝車系統(tǒng)自帶修正軟件將誤差線與標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)數(shù)據(jù)一并進(jìn)入校準(zhǔn)程序，再用自帶校準(zhǔn)砝碼驗(yàn)證示值的準(zhǔn)確性，這樣才能保證各稱量示值誤差均在誤差曲線之內(nèi)。

4.結(jié)語

自動定量裝車系統(tǒng)是計算機(jī)技術(shù)、稱重技術(shù)和裝車技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品，其稱重計量技術(shù)的完善和提高是現(xiàn)代貨運(yùn)技術(shù)發(fā)展的趨勢。發(fā)揮定量自動裝車系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、稱量精度高和裝車效率高等優(yōu)勢，將有助于對外加強(qiáng)貨源營銷，對內(nèi)挖掘運(yùn)輸潛力。