徐進(jìn)立 上海鐵路局蚌埠貨運(yùn)中心

集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置的研制與應(yīng)用

徐進(jìn)立 上海鐵路局蚌埠貨運(yùn)中心

介紹集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置的研制背景和意義、主要原理及應(yīng)用，集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置優(yōu)點(diǎn)突出、性能可靠，對(duì)確保鐵路運(yùn)輸安全有積極的作用。

集裝箱；超偏載；檢測(cè)裝置

集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置是一種直接安裝在集裝箱吊具上的超偏載檢測(cè)設(shè)備。解決了集裝箱超重、偏重現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)的難題，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在吊運(yùn)裝卸集裝箱的同時(shí)就可以檢測(cè)集裝箱的超偏載情況，可在裝車前對(duì)超載、偏重和偏載量超標(biāo)的集裝箱及時(shí)進(jìn)行處理。

1 集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置研制的背景和意義

鐵路貨運(yùn)組織改革實(shí)施后，貨運(yùn)新業(yè)務(wù)、新項(xiàng)目、新產(chǎn)品開發(fā)取得明顯成效，集裝箱運(yùn)輸所占比重越來越大，安全風(fēng)險(xiǎn)逐漸加大，杜絕超偏載現(xiàn)象顯得十分迫切和重要。

（1）安全風(fēng)險(xiǎn)管理要求加強(qiáng)集裝箱超偏載檢測(cè)。如果集裝箱出現(xiàn)超偏載，當(dāng)其裝上列車后，負(fù)重車輛重心在橫向或縱向上偏移超限，會(huì)造成安全隱患，甚至?xí)l(fā)列車脫軌或翻車的嚴(yán)重事故。《鐵路貨場(chǎng)超偏載檢測(cè)裝置運(yùn)用管理辦法》要求運(yùn)用科技手段嚴(yán)格檢查超載和偏載。

（2）原有的檢測(cè)手段不能適應(yīng)作業(yè)需要。一是軌道衡、貨檢站專用超偏載檢測(cè)儀等檢測(cè)屬于事后檢測(cè)，集裝箱已經(jīng)裝上列車，發(fā)現(xiàn)超偏載還需要到最近的裝卸作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，影響鐵路運(yùn)輸效率。這些裝置結(jié)構(gòu)龐大，造價(jià)昂貴，不適用于數(shù)量眾多、條件各異的裝車場(chǎng)；二是汽車衡、吊秤、鉤頭秤等只能對(duì)集裝箱超載進(jìn)行檢測(cè)，而不能檢測(cè)偏載情況。

（3）蚌埠南貨場(chǎng)亟須提高集裝箱超偏載檢測(cè)能力。2014 年3月，蚌埠（皖北）鐵路無水港建成啟用，蚌埠南貨場(chǎng)集裝箱運(yùn)輸?shù)牡匚挥葹橥怀?。如何消除集裝箱超偏載現(xiàn)象，保證集裝箱運(yùn)輸安全顯得十分迫切。一段時(shí)間里，我們從裝載方案制定、總量控制、隨機(jī)抽查等方面，花費(fèi)大量精力進(jìn)行集裝箱超偏載專項(xiàng)治理，但百密中難免有一疏，運(yùn)輸中仍然會(huì)偶爾出現(xiàn)集裝箱超偏載現(xiàn)象，處置比較困難，花費(fèi)較大的精力和財(cái)力。現(xiàn)實(shí)情況迫切需要在人防、物防、技防等方面完善手段，從源頭控制超偏載現(xiàn)象的發(fā)生。

2 集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置的開發(fā)過程

該項(xiàng)目于2014年2月立項(xiàng)，由上海鐵路局貨運(yùn)處、科研所、蚌埠貨運(yùn)中心與江蘇泰力公司共同研究開發(fā)。2014年4月經(jīng)共同調(diào)研初步確定以集裝箱吊具為構(gòu)架的集裝箱超偏載檢測(cè)方案，2014年8月份完成該檢測(cè)裝置的原理設(shè)計(jì)。2014年12月份完成相關(guān)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出樣品。

2015年初到2016年1月份該產(chǎn)品先后14次在蚌埠南貨場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。試驗(yàn)使用期間，為了保證設(shè)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，班組使用人員在集裝箱吊運(yùn)前必須試吊標(biāo)準(zhǔn)砝碼箱，比較設(shè)備顯示數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的差異，確認(rèn)設(shè)備顯示數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如出現(xiàn)較大誤差，須經(jīng)研制專業(yè)人員調(diào)整數(shù)據(jù)，保證集裝箱超偏載智能檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。從試驗(yàn)使用階段數(shù)據(jù)分析來看，集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置性能較為穩(wěn)定，使用方便，數(shù)據(jù)直觀，出現(xiàn)超偏載數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)能自動(dòng)報(bào)警，提醒門吊司機(jī)、貨運(yùn)員處置。數(shù)據(jù)采集、讀取、打印，均實(shí)現(xiàn)無線傳輸、遠(yuǎn)程控制比較人性化，較為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用。

蚌埠南貨場(chǎng)于2015年初試驗(yàn)使用集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置，到年底發(fā)現(xiàn)超載報(bào)警信號(hào)2起，偏載信號(hào)5起，經(jīng)開箱檢查確認(rèn)，超載是貨主人為多裝造成的；偏載均為箱內(nèi)貨物堆碼不執(zhí)行裝載方案，不均勻堆碼造成的。2016年以來，蚌埠南貨場(chǎng)共計(jì)發(fā)送集裝箱2000TEU，未出現(xiàn)一起超偏載反映。從集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置在蚌埠南貨場(chǎng)的試驗(yàn)效果看，這種裝置在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用是安全有效的，可以進(jìn)一步優(yōu)化該裝置的功能和應(yīng)用，從而提高設(shè)備保安全的能力。

3 集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置的工作原理

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

（1）本檢測(cè)裝置主要由拉力傳感器、變送器、無線信號(hào)發(fā)射端、無線信號(hào)接收端、CPU和人機(jī)界面等部分組成。

（2）拉力傳感器安裝在集裝箱吊具的4個(gè)轉(zhuǎn)鎖上，檢測(cè)集裝箱4個(gè)角的受力情況。經(jīng)過變送器將拉力傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的可供采集、處理的模擬量信號(hào)，由無線信號(hào)發(fā)射端將此信號(hào)傳遞給無線信號(hào)接收端，CPU采集無線信號(hào)接收端的信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，得出集裝箱的偏重、超偏載、總重?cái)?shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)在人機(jī)界面上進(jìn)行顯示并且歸檔記錄、打印。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

（3）在發(fā)生偏重、偏載時(shí)，智能檢測(cè)裝置發(fā)出聲光報(bào)警提醒，操作人員及時(shí)做出相應(yīng)的處理，并且完成對(duì)所有檢測(cè)和記錄數(shù)據(jù)(包括吊裝時(shí)間、箱號(hào)、各點(diǎn)偏重，偏載、總重及操作員工號(hào)）的保存和管理，便于隨時(shí)查看和打印。

工作流程原理：拉力傳感器→變送器→無線信號(hào)發(fā)射端→無線信號(hào)接收端→CPU→人機(jī)界面顯示→打印機(jī)。

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

3.2 測(cè)量方法和計(jì)算原理

上述系統(tǒng)構(gòu)成對(duì)從承吊集裝箱的旋鎖內(nèi)的4個(gè)特制拉力傳感器采集的一組數(shù)據(jù)G1、G2、G3、G4（圖2）進(jìn)行計(jì)算，得到偏載,、偏重和總重的數(shù)值。

圖2 受力平衡示意圖

圖2中，G1、G2、G3、G4為集裝箱4個(gè)角傳感器所測(cè)得的重量，G為集裝箱總重，A、B分別為4個(gè)傳感器之間的縱向和橫向中心距。以集裝箱水平面幾何中心C為坐標(biāo)原點(diǎn)0，建立x軸、y軸直角坐標(biāo)系，集裝箱重心D的坐標(biāo)為（a，b），即重心在x、y軸上的偏移量。

根據(jù)受力平衡原理，有

式中，a為偏重?cái)?shù)值，b為偏載數(shù)值。以上公式經(jīng)編程后存儲(chǔ)在PLC中，CPU自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和計(jì)算，獲得G、a、b的結(jié)果數(shù)。a、b值可正可負(fù)，圖示位置a、b值都是正的。當(dāng)a值為負(fù)值時(shí)，表示D點(diǎn)在Y軸左側(cè)。當(dāng)b值為負(fù)值時(shí)，表示D點(diǎn)在X軸下側(cè)。可見，負(fù)值表示反向偏重和反向偏載。當(dāng)|b|＞100 mm時(shí)，觸摸屏?xí)詣?dòng)將偏載數(shù)值顯示框變?yōu)榧t色并閃爍報(bào)警，提示集裝箱偏載超標(biāo)。當(dāng)|a|＞600 mm時(shí)，觸摸屏?xí)詣?dòng)將偏重?cái)?shù)值顯示框變?yōu)榧t色并閃爍報(bào)警，提示集裝箱偏重超標(biāo)。

根據(jù)鐵路系統(tǒng)規(guī)定，允許集裝箱超載2 t。因此，X-Z20 和X-Z40型集裝箱超偏載檢測(cè)裝置的最大允許總重設(shè)為32.48 t。當(dāng)G＞32.48 t時(shí),觸摸屏?xí)⒖傊財(cái)?shù)值顯示框變?yōu)榧t色并閃爍報(bào)警，提示集裝箱已超重。

根據(jù)偏載、偏重值的正負(fù)，重心D點(diǎn)在觸摸屏上顯示在4個(gè)不同區(qū)域，可確定集裝箱調(diào)整載荷的方向。

4 裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置的應(yīng)用前景

經(jīng)過一年多的實(shí)驗(yàn)使用，集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置雖然還有某些不足或缺陷，但通過改進(jìn)和提高，我們相信會(huì)有很好的使用前景。

從鐵路推進(jìn)現(xiàn)代物流建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)看，安全發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展、共享發(fā)展是貨運(yùn)轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然要求，加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)管控能力，優(yōu)化勞動(dòng)組織，提高運(yùn)輸生產(chǎn)效率是重要途徑，加大科技設(shè)備投入是不可缺少的管理手段；從鐵路貨運(yùn)安全的現(xiàn)狀看，據(jù)有關(guān)資料顯示，目前全路每天約有2 000輛以上的超、偏載車在冒險(xiǎn)運(yùn)行，這是一個(gè)十分令人擔(dān)憂的安全現(xiàn)狀。雖然這些隱患車輛絕大多數(shù)僥幸沒有在途中造成嚴(yán)重事故，但扣車進(jìn)行調(diào)整、倒裝的案例卻為數(shù)不少；從貨運(yùn)產(chǎn)品的需要看，以我們中心的集裝箱運(yùn)輸開發(fā)為例，蚌埠（皖北）鐵路無水港的貨源吸引力逐步擴(kuò)大，國際集裝箱業(yè)務(wù)不斷上量，淮北市也將建設(shè)鐵路無水港，開辦國際集裝箱業(yè)務(wù)。同時(shí)，我們中心開發(fā)了干熄焦入箱、糧食入箱新產(chǎn)品，而且保持著良好的經(jīng)營勢(shì)頭。集裝箱運(yùn)輸所占比例越來越大，超偏載安全壓力也越來越大。綜上所述，集裝箱超偏載智能檢測(cè)裝置需要優(yōu)化功能，推廣應(yīng)用，將不斷提高鐵路貨運(yùn)設(shè)備保安全的能力。

責(zé)任編輯：王 華

來稿日期：2016-12-12