铁路用轮式装载机装载量检测仪的发展现状及检定

1、21435铁路用轮式装载机装载量检测仪的发展现状及检定张玉东（西安铁路局科学技术研究所计量站，陕西 西安 710054）中图分类号：U294.27文献标识码：B文章编号：1006-9178（2008）11-0018-04值最大 、波动最小且稳定 ，触发位置开关采集的压力数据可保证称重精度 。引言随 着 铁 路 、公 路 、港 口 、码头等物流装卸业的发 展， 需要一种先进的装载机称重系统来实现装载过 程中对货物的自动准确计量 ， 实现装载机在正常作 业的同时进行动态称重 。 铁 道 部 于 2007 年 4 月 23 日 发 布 了 “JJG（铁 道 ）195-2007 铁 路 用 轮 式 装

2、 载 机 装载量检测仪 检 定 规 程 ”（以 下 简 称 “规 程 ”），并 于2007 年 10 月 1 日 开 始 实 施 ，西 安 铁 路 局 于 2008 年3 月 19 日 印 发 了 西安铁路局装载 机电子秤运用管 理办法 ，这对于规范装载机电子秤的运用与管理起到了一定的作用 。0装载秤基本功能（1） 累计装载 ，重量设定 、显示和超重报警 。（2） 单斗重量称重和累计 、显示。（3） 货车车型选择或输入 ，货车车号录入 。（4） 操作者 、装载机编号和装车站代号输入 。（5） 作业时间 （年，月，日，时，分）记录。（6） 作业基本数据存储 、打印与查询 。装载机特点（1） 采用

3、动态采样和模糊算法 , 实 现 动 态 标 定1.21.3和动态称量 ，举升过程中自动称重 。（2） 采用双液压传感器及高精度 A/D 转 换 器 ，精度更高 。（3） 具有零点跟踪装置和半自动清零装置 。称重系统原理、功能及特点11.1称重系统工作原理以 PKV 型为例 ，该装载机的称重系统是将电子 称重信号采集2称重装置安装在装载机上 ，它包括对装载机举升油缸进行压力测量的压力变送器 、 输出组件以及称重显示仪表 。装载机举升油缸的上 、下腔室分别装有测根据装载机的作业特点 ， 信号采集部分一般有称重传感器 、压力（油压）传感器 、压力（油压）变送器3 种。 传感器的要求是防过载 、抗振动

4、 、绝缘性 、抗干 扰等性能好 。 传感器的安装位置见图 1。量其两端压力的压力变送器 ，压力变送器接称重仪表的输入端 ，装载机动臂和车体的相应位置装有位置开关 ， 在动臂与车体和铲斗 2 个铰接点处于等高位置时 ，触发位置开关开始计重 。车载电子称重系统利用压力变送器测量举升油 缸的上 、下 2 个腔室的压力 ，根据油缸内径和活塞杆 外径，计算出活塞的推力和阻力之差 ，换算为油缸的举升力 ，从而得到所载物料真实的重量 。在动臂 2 个铰接点处于等高状态时 ，因举升油缸中液体的压力1.显 示 仪 表 ； 2.位 置 传 感 器 ； 3.液 压 传 感 器 ； 4.接 线 盒 ； 5.油 路 三

5、 通图 1 轮式装载机载量检测仪示意收稿日期：2008-07-14作者简介：张 玉 东 ， 工 程 师 18 2008年 11 月 （总 第 265 期 ）摘 要：介绍了铁路用轮式装 载机装载量检测仪的称重基本原理和发展现状 ，并对检定方法及存在的问 题 进 行 了 探 讨 。关键词：轮 式 装 载 机 ； 装 载 量 ； 检 测 仪 ； 检 定 方 法铁道技术监督第 36 卷 第 11 期2.1称重传感器一般是用称重传感器代替轴销使用 ，带背景光 。（8） 尺 寸 ：130 mm230 mm120 mm 。3.1.2METTLER TOLEDO LOADDRITE 系 列 车 载 称重系统M

6、ETTLER TOLEDO 公 司 开 发 ( 新 西 兰 Actronic limited 生 产 ) 的 Loaddrite 系 列 车 载 称 重 系 统 ， 包 括 Pro 型 、Express 型 和 Force 型 、Sprint 型 和 Excaweigh型，由压力变送器 、触发开关 、数据采集模块 、无线传送模块和显示仪表组成 。在正常的操作情况下 ，称重 精度范围是 0.2%1.0%，当称重精度要求较 高 时 ，可选用双压力变送器 。 双压力变送器是指用 2 个压力同时达到称重的目的 。 该方案对传感器的结构设计和安装尺寸精度要求较高 ，在实际作业中经常会出现精度低 、安装更

7、换不方便等问题 ，导致检定结果出现准确度等级降低 ，所以目前没有得到推广使用 。2.2 压力传感器通过液体压力转换为装载斗的重量来完成称重作业，改装方便快捷 ，测量精度相对于使用称重传感 器大大提高 ，安全性能得到了保证 。压力传感器有溅 射薄膜压力传感器和电阻应变压力传感器 。2.3 压力变送器变送器连接到装载机液压系统中 ，使仪表获得重量由于压力传感器输出的是毫伏级信号 ，在传输信号。 Loaddrite Pro、Express 和 Force 都有双压 力 变送器，2 个压力变送器将大大提高称重精度 。 它们的 基本技术参数是 ：（1） 准确度等级达到 OIML R51（1996 版 ）

8、规 定 的 Y（b）级。（2） 测量范围 ：0100 t。（3） 检定分度数 ：100n1 000。（4） 显示分度值 ：e20 kg。（5） 工作温度 ：-10+40 。（6） 尺寸 ：145 mm240 mm110 mm 。该 系 列 车 载 称重系统可以根据需要配接打印 机 、远 程 控 制 按 钮 、数 据 采 集 模 块 、无线数据发送装 置。3.2发展展望和处理的时候容易受到干扰 ， 折算出来的重量容易引起误差 ， 对显示部分的要求比较高 。 压力变送器抗 干 扰 能 力 强 、输 出 信 号 大（一 般 为 420 mA 或者 010 V DC、05 V DC），对信号处理部分和

9、显示 部分要求大大降低 ， 称 重 系 统的准确度也相应增 强。 溅射薄膜压力 （油 压 ）变 送 器 （PPM-241A）通 过测量油压采 集 重 量 信 号 ， 采用数字电路对传感器信 号进行处理 。该产品特点是 ： 信号大 ，易换算 ； 精度高 ， 稳 定 性 好 ； 抗 振 动 、冲 击 ，耐 过 载 能 力 强 ； 抗 干 扰能力强 ； 耐腐蚀 ，耐高温 ，温度漂移小 。装载机电子秤发展现状33.12 种装载机电子秤介绍3.1.1PKV 型装载机电子秤芬 兰 TAMTRON 集 团 的 PKV 型装载机电子秤 系统硬件设计有待优化大部分装载机称重装置一般都由压力传感器调 理 电 路

10、、位置传感器匹配电路 、数 据 采 集 电 路 、单 片3.2.1为自动称重装置 ，整个称重过程在翻斗提升过程中机系统 、显示器 、打印机和键盘组成 。在称重时得到完成，翻斗无须在提升时停止 。电子秤的微处理器把采集的压力信号进行处理转换 ， 使称重结果显示在的数据没能实现实时传输 ，而是由打印机打印出来 ，待操作工人完成所有的装车任务后 ， 再将打印数据显 示 屏 上 。它 们（包 括 PKV-100、PKV-200、PKV-交付管理中心 。这种方式使得管理中心对装载现场300M、PKV-300R）的基本技术参数是 ：（1） 准 确 度 ：（0.5%1.0% ）， 准 确 度 等 级 达 到

11、OIML R51（1996 版）规定的 Y（b）级。（2） 最大称量 2 000 kg，最小称量 200 kg。（3） 检定分度数 ：n300。（4） 检定分度值 ：e20 kg。（5） 工 作 电 压 ：24（125%）VDC， 12（125% ）VDC，700 mA。（6） 工作温度 ：-20+50 。（7） 显示仪表 ：LCD 液晶显示 （70 mm70 mm），的管理时间上滞后 ，管理效率低 ；其次，打印机 、键盘受装载机工作时产生的振动 、灰尘等影响易损坏 ；此 外 ，打 印 机 、键 盘 体 积 大 ，微型打印机能够打印的数 据 有 限 ，需要经常更换色带 和 打 印 纸 卷 ，使

12、 用 不 便 。 因此，硬件设计有待优化 ，以满足实际需求 。3.2.2 应推广使用具有 GPRS（General Packet RadioService 通用分组无线业务 ）远程数据传输功能 的 嵌 入式装载机称重装置系统以嵌入式处理器为核心 ， 应用开源的操作 系统，能有效提高数据处理能力 ，实现复杂编程处理 19 计量工作铁路用轮式装载机装载量检测仪的发展现状及检定 功 能 ；采用动态建模方式 ，大大降低标定要求 ，解 决标定难的问题 ，简 化 标 定 过 程 ，方 便 现 场 使 用 ；GPRS 技术的应用 ，可大大减小称重装置的体积 ，实现数据 远距离实时传送和同时管理多台装载机称重

13、装置的 目的，提高货物装载管理效率 。近的装载现场仍应尽量全部采用砝码检定 。4.3 测量的最大允许误差检测仪的准确度等级按单次测量和累计 测 量 各分为 3 个等级，单次测量分为 1 级、2 级和 5 级；累计 测量分为 0.5 级、1 级和 2 级。 JJG （铁道）1952007 规定，单次测量（包括置零测试、走行测试和称量性能 测试）的最大允许误差应符合表 1、表 2 的规定。检定方法的研究44.1测量次数的确定在多次测量的测量列中 ，是以算术平均值作为表 1单次测量的最大允许误差测量结果的 ，因此必须研究算术平均值不可靠性的评 定 标 准 。 算 术 平 均值的标准差是表征同一被测

14、量的各个独立测量列 算术平均值分散性的参数 ，可 作为算术平均值不可靠性的评定标准 。由式 可 知 ， 在 n 次测量的等精度测量 軍姨 n表 2累计测量的最大允许误差列 中 ， 算术平均值的标准差 为单次测量标准差的 1/ 姨 n ，测 量 次 数 n 愈 大 ，算 术 平 均 值 愈 接 近 被 测量 的 真 值 ，测量精度也愈高 。 增 加 测 量 次 数 ， 可 以 提 高 测 量 精 度 。 测 量 精 度 与 测量次数的平方根成 反 比 ，要想显著提高测量精度 ，必 须 付 出 较 多 的 劳由 表 1、表 2 可 知 ，对于准确度等级 3 级 、最 大称 量 为 5 t 的 电

15、子 秤 ，装 载 目 标 值 5 t 的 货 物 ，最 大 正 偏 差 为 5 000 kg2.5%=125 kg，若 取 12 次 装 车 均 为最大极限正 偏 差 ， 则 比 12 次装车的累计目标值 60 t 多装 125 kg12=1 500 kg， 这是一种极限情况 。实际情况是 ，在铁路装车中 ，累计测量误差更具有实 用价值 。检定中使用的引用误差为最大称量 ，实际上动 。 一 定 时 ，当 n10， 减少得非常缓慢 。 此 外 ，軍由于测量次数愈大愈难保证测量条件的恒定 ， 从而带来新的误差 ， 因 此 ， 一 般 情 况 下 取 n 10 较 为 适 宜 。 总 之 ，要提高测

16、量精度 ，应 采 用 适 当 精 度 的 仪 器 ，选取适当的测量次数 。现有“规程”对称量性能和走行测试规定对每个 称量点进行不少于 12 次 测 试 （“ 规 程 ”6.3.2.4 和6.3.2.5），测 量 次 数 较 多 ，依 据可能是考虑铁路货场 降低了对装载机电子秤的准确度要求 。秤溯源见图 2。装载机电子用装载机对单节货车的装车次数 ，用 最 大 称 量 5 t的装载机对满载量 60 t 的单节货车装车 ，至 少 需 要12 次。用替代物检定的方法在实际检定工作中 ，对偏远山区货场 ，由于用汽 车 （含 随 车 吊 ）拉 45 t 砝码到现场检定存在实际困 难， 致使许多装载机电

17、子秤从安装到使用超过 1 年也未检定过 。 针对这一问题 ，建议采用 “规程”6.1.1.2的方法 ，采用其他质量稳定的载荷替代标准砝码 ，对4.2最 大 称 量 5 t 的 装 载 机 ，至少使用检测仪最大称量 图 2装载机电子秤称重溯源20%的标准砝码 ，即用不少于 1 t 的标准砝码另加不 少 于 3 t 的 替 代 物 ，由 于 3 t 的 替代物可由装车单位 按 要 求制作存放在现场 ，成 本 低 廉 ，而 运 输 1 t 的 标准砝码可使用小型货车 ，行驶安全性大大提高 ，运输成本也大幅降低 ，从而使检定工作简单易行 。对于就 20 检定工作应解决的问题首次检定困难称 重装置在使用

18、之前的现场 （下转第 23 页）55.1标 准 天 平 （精 密 天 平 ） 级砝 码 20 kg M3 等 级 砝 码 1 t M23 等 级单 次 测 量 5 级 秤 对 应 允 差2.5%，累 计 测 量 2 级 秤 对 应 允 差1.0%装 载 机 电 子 秤20 kg 砝 码 M3 等 级 ，MPE=10 000 mg1 t 砝 码 M23 等 级 ，MPE=300 g准确度等级 首次检定和后续检 定使用中检验 0.50.25%0.5%10.5 %1.0%21.0 %2.0%准确度等级 首次检定和后续检 定使用中检验 10.5%1.0%21.0%2.0%52.5%5.0%铁道技术监督

19、第 36 卷 第 11 期配，无线信号传输 、终端信号接收正常 。定，降低了维修成本 ，减少了维修人员的劳动强度 。改造后效果通过对轨道衡基础改造 ，对部分设备更新 ，经国 家轨道衡计量总站检定全部合格 。 设备开通运行后 效果显著 。（1） 保证了行车安全 。 轨道衡基础进行改造 ，断 轨方式改为不断轨方式后 ，没 有 秤 台 下 陷 、错 牙 、断轨的情形出现 ，也未出现其它异常现象 ，根除了行车 安全隐患 。几点建议（1） 大型项目及设施的建设尽可能由专业部门 审定和管理 。 轨道衡设备的建设必须经计量和相关 业务管理部门对其技术要求 、 选址、 适用性进行论 证，多考虑投资项目的经济效

20、益和后续影响 ，做到专 业化管理 ，不能“有钱就买 、有权就批 ”。（2） 设备故障的处理要追根溯源 、对症下药 。 断 轨轨道衡问题的出现主要是因技术设计不合理和建 设监管不利造成的 ，只有从根源上解决问题 ，才能根 除后患 。45（2） 保证了计量准确度 。原断轨方式改为不断 轨方式后能保持轨面平顺 ， 货车通过时不会造成秤台 位 移 、传 感 器 脱 位 ，保 证 了轨道衡的计量准确度 。（3） 保证维修费用到位 。轨道衡为高价值的设 运营几个月来 ，内，很好用 。各货运室反映计量误差在标准范围备，也直接影响到行车安全和贸易结算 ，出现问题没有备用配件或不及时修护 ，暂 时 处 理 ，既

21、 影 响 生 产 ， 又影响行车安全 ，且不久后问题又会重现 ，需充分备 足易损部件 ，以保证设备出现问题时立即修复 。（3） 降低了维修成本 。 轨道衡基础改造后 ，仅仙塘站出现过 2 次传感器损坏故障 ，设备运行基本稳!（上接第 20 页）标定条件要求很高 ，标 定 过 程 复 杂 ，需 要 总 质 量 5 t 的 砝 码 5 只 、铲 车 （或 吊 车 ）等 设 备 ，采用 110 n、210 n、510 n，载荷标准化相配套 。5.4确定检定收费标准同时与电子秤的额定 对地处偏远的装载现场 ，要完成首次检定中的标定建议仍用标准砝码 ，但“规程”6.1 并未规定首次检定中的标定不能采用标准砝码的替代物 ， 只是采用替 代载荷时 ， 所使用的控制衡器的重复性误差应小于0.2 e， 至少使用检测仪最大称量 20%的 标 准 砝 码 ，替代载荷应保证质量稳定 。 最合理的检定方法是使 用 砝 码 检 衡 车 （自 带 吊 车 ）， 配 有 4 只 1 t 的 砝 码 和25 只 20 kg 的砝码 。铁路用轮式装载机装载 量 检 测 仪 是 铁 道 部首次颁布的装载量检测仪部门检定规程 ， 目前尚无 国家计量检定规程 ， 检定机构人员隶属各铁路局质量技术监督所 ，收费标准由各铁路局质量技术监督所确定 ，各铁路局收费标准不统