CN108303169A - 一种基于摇枕测量货运列车的车载称重方法 - Google Patents

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王龙刚
张荣军
郑致远
张伟
安春平
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Xi'an Spaceflight Three Waugh Mechanical And Electrical Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于摇枕测量货运列车的车载称重方法，该方法通过在转向架中摇枕上表面加装车载称重传感器，用于感知摇枕表面因车身重量变化而产生的应变值，并将应变值转换为对应电压或AD信号。在车厢底部安装车载智能终端，用于实时采集并处理各传感器数据，最终通过标定得到准确重量。本发明克服了传统称重装备存在的上述缺点，具有高效率、高精度、易安装维护、低成本、功能易拓展等优点，完全适合于货运列车的超载偏载的实时快速检测。

Description

一种基于摇枕测量货运列车的车载称重方法
技术领域
本发明涉及货运列车车载称重。
背景技术
随着经济的发展，促使铁路运输行业向着高速、重载、智能、安全方向加快前进，铁路运输在发展过程中也面临众多问题。随着列车运行速度的提升，货运安全在铁路运输过程中越来越重要。货运列车超载与偏载问题是引起车辆脱轨、影响铁路行车安全的重要因素，铁路部门对列车超偏载的监测工作日益加强，各科研机构对铁路货运车辆超偏载检测技术和装置的研究与应用领域的投入不断加大。
传统称重方式是在固定位置安装轨道衡器，在车辆低速通过或者静止时实现称重。该种方式具有一定的局限性和滞后性，在装车的过程中由于检测设备在固定站点，不能对质心实时检测，影响工作效率，带来经济损失。另外，立足于地面对运行车辆的动态称重，需要沿铁路干线建立众多的监测站，但存在检测死区，不能实现随车检测；无法检测列车运行过程中，由于弯道、变速、倾斜等原因而引起的列车偏载现象，因此对重载货运列车超、偏载实时检测具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于摇枕测量货运列车的车载称重方法，克服了传统称重装备存在的上述缺点，具有高效率、高精度、易安装维护、低成本、功能易拓展等优点，完全适合于货运列车的超载偏载的实时快速检测。
本发明的技术方案是：一种基于摇枕测量货运列车的车载称重方法，该方法通过在转向架中摇枕上表面加装车载称重传感器，用于感知摇枕表面因车身重量变化而产生的应变值，并将应变值转换为对应电压或AD信号。在车厢底部安装车载智能终端，用于实时采集并处理各传感器数据，最终通过标定得到准确重量。
车载智能终端由ARM嵌入式控制器单元、电源单元、定位单元、无线数传单元、数字I/O接口单元、称重信号放大与调理电路与模数转换电路构成的称重单元以及高可靠性监控数据存储单元构成。
本发明通过在货运列车转向架中摇枕上表面指定位置安装专用传感器，再通过砝码或已知重量物对***进行标定，最终形成货运列车车载称重***。本方法克服了传统货运列车定点称重及运行过程中存在的诸多问题，具有实时超偏载监测、动静态结合、精度高、适用车型广泛、成本低等优点。
附图说明
图1是转向架结构示意图。
图2是货运列车车载称重传感器安装位置示意图。
图3是***组成示意图。
图4是***标定过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明内容进行详细说明。
从图1可以看出，货运列车在加装货物后重量传递顺序，车厢坐于转向架下心盘3之上，心盘3将力传递给摇枕4，摇枕4通过弹簧5将力传递给侧架2，侧架2再通过轴承1将力传递给轮轴6，最后作用于钢轨7之上。其中摇枕4作为独立承力部件，且无遗漏力可能，因此可以通过间接测量摇枕变形信息实现车载称重。
经过建模仿真分析，摇枕中心盘与旁承中间上表面位置应力输出较大且线性较好，因此车载称重传感器11安装位置如2所示。
一节货运车厢共需要4-8只专用车载称重传感器，其中一套转向架的摇枕两侧各安装1-2只。四组车载称重传感器独立上传重量信息，通过四只车载称重传感器数据组合，可以得出单节列车总重量、前后转向架偏载情况及各转向架左右偏载情况。
车载称重传感器在安装时，采取微束焊接、粘接、螺纹固定等方式都可以，安装方便，不会造成对列车安全造成影响，具有低成本、便捷安装等特点。
如2、图3所示，以下对车载称重传感器安装过程进行详细说明1)对车载称重传感器安装位置(心盘与旁承中间位置摇枕上表面)进行确定及打磨抛光；
2)确定所安装车载称重传感器状态；
3)按要求在摇枕选定位置安装车载称重传感器4-8只(单套转向架安装2-4只车载称重传感器，粘接、焊接、螺栓等固定方式均可)各传感器采用独立(传感器数＝通道数，例如：安装4只传感器，分4个通道数)或分组(传感器数>通道数，例如：安装8只传感器，每2只一组，分4个通道采集)形式通过线缆汇总于车身底部安装的车载智能仪表8，最终通道数为C(C＝1～4)；
4)在车身底部中间位置安装车载称智能仪表8及供能模块9，若车身自带电源，通过该供能模块将电压转换为仪表所需电压值，若车身不具备电源，该供能模块直接给仪表供能；
5)通过屏蔽线缆10将车载称重传感器11分通道接入仪表；
6)确定车载称重传感器11接入状态，固定各部件，完成***安装；
7)确定数据传输正常，数据可通过4G、蓝牙等多种途径完成传输通过标定实现车载称重功能。
如4所示，标定过程如下：
1)将车辆停放在相对平直路段，清零后开始进行标定加载(加载物重量Mi已知，i＝1～N，均匀覆盖全量程)；
2)将车辆停放在轨道衡器上，清零后开始进行标定加载(加载物重量Mi未知，i＝1～N，通过轨道衡确定加载物准确重量，均匀覆盖全量程)；
3)最终加载重量数组为Mi，加载次数为N，N≥C，通道采集电压值或AD值数组为Aij，i为加载次数1～N，j为通道数1～C；
4)求解方程组因为N≥C，即方程个数≥通道数，该方程组为超静定方程组，采用最小二乘法求解出各通道系数Kj；
5)对***进行动态修正，通过在车载仪表中加装定位模块识别车辆动静态，车辆在动态过程中真实重量为Wi(i＝1～5)，将满量程均匀分成1～5个重量段进行修正，***动态测量重量为Mij(i为对应重量段，j为对应重量段下所测得重量数组)，Pi为对应重量段动态修正系数，最终动态重量为W＝PM，P为动态修正系数数组(各重量段修正系数会有差异)；
6)将所求得的通道系数Kj及动态修正系数数组P对应输入到仪表中，空车清零后即完成***的动静态标定。

Claims (4)

1.一种基于摇枕测量货运列车的车载称重方法，其特征是该方法通过在转向架中摇枕(4)上表面加装车载称重传感器(11)，用于感知摇枕表面因车身重量变化而产生的应变值，并将应变值转换为对应电压或AD信号，在车厢底部安装车载智能终端，用于实时采集并处理各车载称重传感器(11)数据，最终通过标定得到准确重量。
2.如权利要求1所述的基于摇枕测量货运列车的车载称重方法，其特征是，标定过程如下：
1)将车辆停放在相对平直路段，清零后开始进行标定加载，加载物重量Mi已知，i＝1～N，均匀覆盖全量程；
2)将车辆停放在轨道衡器上，清零后开始进行标定加载，加载物重量Mi未知，i＝1～N，通过轨道衡确定加载物准确重量，均匀覆盖全量程；
3)最终加载重量数组为Mi，加载次数为N，N≥C，通道采集电压值或AD值数组为Aij，i为加载次数1～N，j为通道数1～C；
4)求解方程组因为N≥C，即方程个数≥通道数，该方程组为超静定方程组，采用最小二乘法求解出各通道系数Kj；
5)对***进行动态修正，通过在车载仪表中加装定位模块识别车辆动静态，车辆在动态过程中真实重量为Wi，其中i＝1～5，将满量程均匀分成1～5个重量段进行修正，***动态测量重量为Mij其中i为对应重量段，j为对应重量段下所测得重量数组，Pi为对应重量段动态修正系数，最终动态重量为W＝PM，P为动态修正系数数组；
6)将所求得的通道系数Kj及动态修正系数数组P对应输入到仪表中，空车清零后即完成***的动静态标定。
3.如权利要求1所述的基于摇枕测量货运列车的车载称重方法，其特征是，按要求在摇枕转向架中摇枕(4)上表面位置安装4-8只车载称重传感器(11)，各称重传感器11采用独立或分组形式通过屏蔽线缆(10)汇总于车身底部安装的车载智能仪表(8)，最终通道数为C。
4.如权利要求3所述的基于摇枕测量货运列车的车载称重方法，其特征是，采用独立形式时，车载称重传感器数等于通道数；采用分组形式时，车载称重传感器数大于通道数；最终通道数C＝1～4。
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