介紹地磅定量自動(dòng)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(duì)裝車系統(tǒng)計(jì)量性能檢測(cè)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)與稱重技術(shù)的自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)，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(jì)量檢測(cè)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(cè)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(hào)，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(duì)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(duì)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(dòng)啟動(dòng)，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(dòng)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(shí)，開啟給料閘門，電腦指令各液壓油缸帶動(dòng)緩沖倉液壓平板閘門適時(shí)開啟，此時(shí)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(dòng)稱量裝料量的數(shù)值，電腦指令液壓油缸帶動(dòng)緩沖倉液壓平板閘門適時(shí)關(guān)閉，稱重過程結(jié)束。此時(shí)，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(gè)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(dòng)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(jì)量的關(guān)鍵部件，稱量倉上部的 4 個(gè)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(shí)，因重力作用使稱重傳感器受力，這時(shí)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(hào)，微電壓信號(hào)由外接通訊線傳入控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(duì)貨車裝料的稱量功能，也就是對(duì)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(hào)并上傳到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對(duì)該信號(hào)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(shí)，稱量倉中的物料是靜止的在稱量倉中的，此時(shí)稱量包括 2 個(gè)參量，一是稱量倉滿倉時(shí)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(shí)，考慮稱量倉或裝車溜槽殘留的影響是裝車系統(tǒng)計(jì)量性能特征，每次對(duì)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(jì)裝置顯示內(nèi)容為車皮型號(hào)、車皮編號(hào)、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(shí)當(dāng)整列車裝料完成后，裝車系統(tǒng)會(huì)給出整列車中每節(jié)車輛的實(shí)際凈重值的累計(jì)值，作為裝料數(shù)據(jù)上報(bào)。

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(jì)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(dòng)裝料衡器（定量自動(dòng)衡器），檢測(cè)定量自動(dòng)衡器時(shí)預(yù)裝值是恒定的。

我國(guó)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(huì)被列入超載違章范疇，不僅會(huì)受到經(jīng)濟(jì)制裁還會(huì)影響鐵路軌道質(zhì)量，因此，對(duì)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(huì)造成某節(jié)車輛裝料后超載。

2.裝車系統(tǒng)計(jì)量性能的檢測(cè)方法

裝車系統(tǒng)作為自動(dòng)衡器以及進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的衡器，必須進(jìn)行計(jì)量性能檢測(cè)，主要是檢測(cè)裝車系統(tǒng)的稱量性能，檢測(cè)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(guó)際建議，這類自動(dòng)衡器的自動(dòng)稱量性能檢測(cè)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(cè)裝車系統(tǒng)上分別稱量，所得數(shù)值進(jìn)行比較，得到被測(cè)衡器的稱量誤差，從而確定被測(cè)衡器是否滿足規(guī)定要求。因此，控制衡器是檢測(cè)裝車系統(tǒng)的主要計(jì)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(cè)方法有所不同。

2.1分離檢測(cè)法

分離檢測(cè)法是利用分離控制衡器完成物料檢測(cè)。分離控制衡器是與被測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(jì)為累計(jì)裝料稱量誤差；I 累計(jì)為累計(jì)裝料示值；P 累計(jì)為靜態(tài)軌道衡累計(jì)裝料稱量值，即為累計(jì)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(chǎng)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(cè)法

集成檢測(cè)法是利用集成控制衡器進(jìn)行物料檢測(cè)。集成檢測(cè)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(cè)裝車系統(tǒng)，即利用被測(cè)衡器自身進(jìn)行控制稱量過程，被測(cè)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(gè)專門的指示裝置顯示裝車系統(tǒng)非自動(dòng)稱量時(shí)稱量倉上的載荷值。

在利用集成檢測(cè)法之前，需利用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)裝車系統(tǒng)的非自動(dòng)稱量性能進(jìn)行檢測(cè)，確定裝車系統(tǒng)的非自動(dòng)稱量性能的最大誤差值是否符合不大于其自動(dòng)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(dòng)稱量計(jì)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(gè) 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(shí)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(jí)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(tái)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(shí)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(shí)，自動(dòng)操作的中斷是作為自動(dòng)稱量程序一部分的中斷程序。正常情況下，自動(dòng)裝料操作應(yīng)該是運(yùn)行的，然而在下列條件下，在每個(gè)裝料周期內(nèi)自動(dòng)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(dòng)稱量出毛重值后，自動(dòng)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(dòng)稱量出皮重值后，自動(dòng)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(jì)為累計(jì)裝料誤差；I 累計(jì)專門的指示裝置累計(jì)裝料示值，即為累計(jì)裝料示值；p 控制累計(jì)為累計(jì)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(duì)煤炭計(jì)量的逐漸重視，以動(dòng)態(tài)稱量為主的自動(dòng)衡器稱量精度往往不能滿足貿(mào)易結(jié)算要求。如何對(duì)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(dòng)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(jí)（級(jí)）衡器，可以滿足貿(mào)易結(jié)算要求。利用這種靜態(tài)衡器對(duì)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(tái)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(tái)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(duì)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(dòng)裝車系統(tǒng)對(duì)這些車廂進(jìn)行裝料，然后逐一對(duì)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(dòng)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(duì)裝車系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)砝碼需通過計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢定，并使其達(dá)到 M1 等級(jí)砝碼允差要求。

倒錐臺(tái)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(jì)自動(dòng)衡器》對(duì)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(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，油壓控制裝置啟動(dòng)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(shí)，校準(zhǔn)軟件會(huì)自動(dòng)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(shí)間后，或者在計(jì)量部門剛剛進(jìn)行完檢測(cè)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(gè)稱量示值的準(zhǔn)確性。因此，要先由檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)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(dòng)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(dòng)定量裝車系統(tǒng)是計(jì)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(jì)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(shì)。發(fā)揮定量自動(dòng)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(shì)，將有助于對(duì)外加強(qiáng)貨源營(yíng)銷，對(duì)內(nèi)挖掘運(yùn)輸潛力。