本文主要介绍了便携式整车侧高称重系统的设计、制作，并成功地应用于车辆厂整车侧高称重试验，达到了预期的效果，解决了机车整车称重试验时由于侧高需要解决的安全难题，在保证安全的前提下通过试验台完成机车重量、轴重和轮重在水平状态下的试验以及 100mm 、120mm、150mm 、180mm 高度差时侧高试验的技术难题，保证出厂质量要求及线路上的安全运营。

一、概述

随着机车车辆运行速度的提高，对机车车辆的动力学性能、粘着牵引性能，提出了越来越高的要求。轴重是机车的重要技术参数，机车各轮对重量分配是否均匀，直接影响到整台机车黏着牵引力的发挥和牵引运动性能的优劣。

机车整车侧高称重试验装置称重系统是按照铁路提速后运输安全要求 100mm、120mm、150mm、 180mm 侧高而专门设计的专用称重系统，是一个综合的计量系统。该系统由各个称重单元、控制终端和控制计算机及管理软件组成，可对机车车辆总装完成后对出厂前的轮重、轴重和整车重量进行检测并自动出具检测报告，以确定其在静态时的重量和重量分配，保证机车车辆的安全运营。

二、客户技术要求

宝鸡南车时代工程机械有限公司为达到机动车辆在运行至弯道时，检测每一轮子的承重变化量的要求，需在工程车辆上进行侧高称重试验，要求在现有钢轨上面安装一套便携式整车侧高称重试验台。其要求如下：

（1） 试验轨道为全埋式轨道，轨距为1370mm，称重钢轨 60Kg/m；

（2） 整车最大称重载荷：100t；每一称重单元最大称量载荷：30t；

（3） 机车总重 84t，分配给每个轮子的重量即10.5t；机车顶部重量 8.3t；

（4） 转向架轴距 2560mm； 转向架中心距离17000mm；

（5） 设计制作的称重系统要满足现场综合精度：e=d=50Kg 的工艺要求。

（6） 设计电子秤，要求安装位置能满足工艺流程、工作状态能适应现场工况，设计必须具有合理、可靠、安全性。

（7） 采用称重数据采集终端，安装在现场控制柜，水平称重及 100mm、120mm、150mm、180mm侧高称重。

（8） 基于 Windows 操作系统的管理软件，具有良好的人机互动界面，采用图形显示，专车过程清晰直观，操作简单；所有机车履历记录到数据库中，同时软件具有统计查询制表功能；故障自动诊断，当设备一旦出现故障，能自动显示故障情况；称重数据浏览功能，随时可以补打计量单；

（9） 计量轨道在轮重称重范围的最大重量作用下不允许有影响计量精度的变形；

（10） 符合中国 TB/T 2782-1997 《铁道机车车辆称重台技术条件》 标准。

三、整车侧高称重试验台设计方案

轴重是机车的重要技术参数，机车各轮对重量分配是否均匀；列车在运行至弯道时，机车各轮的受力是一个大的变量。在弯道处内外侧钢轨高低不一，从而使两边轮子上的受力也随之变化。在此种情况下，会对机车增加不同程度的倾斜，这一倾斜是否会出现危险或者多大的危险，必须通过检测每一轮子的承重变化量，即当两边轮子高低相差 100mm、120mm、150mm、180mm 时，每一轮子的实际重量值、轴重以及重心位置等参数来判别，以确保机车运行和检修的可靠性，因此，须设计一套称重试验设备来满足上述要求。

（一） 总体设计方案

（1） 整台机车通常安装 8 个车轮，并通过车轴及转向架联结。

（2） 称重检测装置主要检测机车车轮对机车重量的均匀分配，因而需对每个车轮进行称重。

（3） 每一个车轮设计一套称重单元，称重单元由称重传感器三只、中继接线盒一只和称重仪表一台构成。

（4） 整台机车称重检测装置由八套称重单元构成。

（5） 机车称重检测装置须设计传感器固定厚钢板，厚钢板底下设置防撬装置，并且轴重方向的两个秤台厚钢板用三根狭长的钢板固定连接，形成一整体结构。

单个称重单元结构图，如图 1 所示。

（6） 因须分别以不同高度检测机车倾斜时的车轮重量，我们设计不同高度的称重轨调节更换。

（二） 设计说明

（1） 称重单元选用本单位生产的高精度双剪切梁式称重传感器。传感器的安装须与铁路轨道垂直，防止挠性形变，影响称重精度。

（2） 称重传感器底部直接安装于厚钢板上面，上部连接上承载板和称量轨全套机构，组成一套机构，以此实现称重。

（三） 制作安装说明

（1） 称重单元由三只双剪切梁式高精度称重传感器，一只接线盒和一台称重仪表以及上承载板、下底板、称重轨构成。

三只传感器通过安装底板固定在厚钢板上，传感器上端与承载板联结后，再与称重轨用螺栓紧固。

中继接线盒固定在传感器安装底板上面，主线用航空插头转接。

称重仪表安装在仪表柜中。

（2） 八块厚钢板须保持同一水平面，传感器安装底板的称重单元须保持水平。

（3） 称重单元的称重轨采用钢轨截面厚钢板加工制作，通过螺栓紧固于传感器安装板。进行单边升高检测时，只需更换不同高度的称量轨即可。

四、称重装置工作原理

（1） 通过称重方式检测机车车轮重量分配。

（2） 液压装置将机车抬高，下降时车轮正好置

放在称重检测装置上，其重量通过车轮分别加载于各称重单元上，称重单元的传感器的重量信号传递于称重仪表并转换成电子信号显示并连接电脑进行一系列数据处理及打印。

五、主要配置说明

（一） 称重传感器

（1） 型号：CZL-Q-10t

（2） 结构形式：双剪切梁式传感器

（3） 额定负载：10t

（4） 最大安全过载：150％F·S

（5） 精度：OIML C3

（6） 密封等级：IP67

（7） 工作电压：10～12V

（8） 工作温度：-20～＋60℃如图 2 所示。

（二） 称重仪表 （型号：CHB）

CHB 力值显示控制仪，速度快、精度高。它

拥有的许多特殊性能很适合力值显示及控制应用。

此外，它拥有的峰值、谷值检测及保持功能，正负信号双极性处理能力很适合与拉压传感器、扭矩传感器等配接，用于试验机控制设备。

技术指标 Specification，如表 1 所示。

特点:

（1） CHB 是一款力值、测力显示仪表，显示方式：红色 LED 单显 5 位；

（2） 输入信号：±25mV 信号，正负信号双极性处理能力；

（3） 带最大负载 150mA，可最多带 4 只称重传感器；

（4） 自动零位跟踪；

（5） 具有总值、净值、峰值、谷值显示，可随时切换；

（6） 2 路比较输出，可选 6 种报警方式；

（7） 峰值谷值使用 2 个比较值作为门限值。当

实时重量超过峰值门限值时进行峰值比较。当实时重量低于谷值门限值时进行谷值比较；

（8） 面板按键测量清零，有重量去皮功能和零位自动跟踪功能、判稳功能、开机自动清零功能等；

（9） 指示灯定义：12 个指示灯，报警 1、报警2、稳定、零点、总值、净值、峰值、谷值 、t、kg、g、kN；

（10） 变送输出：将测量、变换后的显示值以标准电流、电压输出供其他设备使用。

（三） 管理软件本软件基于基于 Windows 操作系统的管理软

件，具有良好的人机互动界面，采用图形显示，专车过程清晰直观，操作简单；所有机车履历记录到数据库中，同时软件具有统计查询制表功能；故障自动诊断，当设备一旦出现故障，能自动显示故障情况；软件功能齐备，界面友好，操作方便，中英文切换。如图 3 所示。

软件功能介绍

（1） 用户设置功能：用户自定义报表格式

（2） 系统设置及用户权限设置等功能

系统分三级操作权限，系统管理员、管理员及操作员。每个功能的权限灵活分配，可由系统管理员自行分配管理员及操作员的使用权限。数据管理界面中只能由管理员权限完成对车型参数和参数标准的修改、增加及删除；可以设置管理员和操作员的权限，非管理员权限不得对计算机系统做数据库和设置修改，但可以进行数据查询。

（3） 数据库设置功能：数据库设置、数据上传设置、数据库备份、数据初始化和日志管理功能等。数据可通过局域网进行数据传输，方便企业管理人员查询、汇总；可以设定将数据保存在本机或网络的计算机上，并能自动完成数据备份，未安装设备管理软件的其它计算机可以通过网络联接实现称重数据库的数据查询和打印，但测量数据不能进行修改。

（4） 数据维护功能：进行基础数据库的添加、修改、删除等维护和数据导入。

（5） 查询打印功能：提供报表查询打印、机车履历查询打印等功能。

（6） 手工补单功能：满足在特殊情况下的手工输入称重记录的功能。

（7） 软件具有黑匣子功能，即系统日志功能，对所有进入系统、退出系统、修改信息的时间、人员、电脑名称都有详细的记录，而且只有系统管理员可以查看，更加保证了数据的安全。

（8） 系统界面：车型选择界面、称重操作界面、结果显示界面、数据管理界面、称重记录查询界面。结果显示界面显示一张完整的称重记录表单，表单上的数据分为两类，一类为计算机自动添加项，应包括：当前操作日期时间、机车车辆车型、机车车辆车号、轮重、轴重、轮重偏差、轴重偏差、左侧重量、右侧重量、两侧差、总重量、称重结果 （自动判断合格或不合格，不合格项用红色区分显示，也可以语音提示） 等；另一类为在确认合格并打印后，手动填写的项目，应包括：操作员、检查员等填写栏。

六、“便携式整车侧高称重试验台”的实践经验

由于机车行驶到弯道处，轨道内外侧钢轨高低不一，从而使两边轮子上的受力也随之变化，怎样避免称重试验台特别是在侧高 180mm 情况下，由于钢轨下面厚板大梁 （秤台） 的微弱挠度、晃动变化会使传感器产生一个不确定的侧向分力，需要达到系统精度要求，并且要保证机车侧高180mm 时侧翻安全问题，这是本试验台的技术关键，如何确保称量系统长期工作的稳定性、可靠性，这是每个使用单位和工程技术人员所最关心的焦点—传感器、大梁、秤台、基础道床结构和刚性的确定，这是本项目成功保证的关键。我们针对客户的需求成功地研制开发了 100t 便携式整车侧高称重系统，较好地解决了一系列技术难题，大大提高了机车运行和检修的可靠性。通过便携式设计，更换不同高度的垫高块，无其它测量装置，仅仅通过垫高块下面的调整垫片调整高度，即可确保所有的车轮正确感受重量；可靠性高、成本低，使得装置的造价大大降低；同时采用传感器底板一体化设计，无需日常维护，加之系统构件减少因而可靠性高。

总体前期设计示图如图 4 所示。

改进后的设计：

由于是便携式称重台，我们在前期设计虽然已通过优化设计，但在设计现场试验时还是存在比较笨重，试验不方便，特别是 180mm 时整个系统包括秤台和传感器产生了明显的变形量，将导致安全隐患以及数据的准确性，因此我们进行了改进设计，我们在连接 2 个称重单元时去掉了原设计的 3 根加强筋，直接整体箱体的设计结构，使两个称重单元相当于一个整体结构，大大提高了强度，减小变形，提高了称量精度，并且增加了滚轮装置，真正实现的其便携性和高效率，如图 5、图 6 所示。

七、使用效果

该称量系统自从 2014 年 3 月安装后，经过一年的使用和观察，现场使用一切正常，系统的使用精度完全达到客户试验和设计要求，使用至今系统稳定可靠。2014 年 12 月份，我们又将便携式称重试验台成功的应用于昆明中铁大型养路机械集团有限公司，通过实践，整车侧高称重系统的设计、制作和应用取得了完美的成功，整个系统精度符合使用要求，达到了设计预期，得到了现场的认可，取得良好的使用效果。