机车车辆称重台轮重重复称量数据偏差原因分析与探讨

机车车辆称重台轮重重复称量数据
偏差原因分析与探讨
山东金钟科技集团股份有限公司杨纪富
[摘要]机车车辆称重台产品主要用于新制造、使用中、修理后的机车、城轨、地铁车辆的轮重、轴重、转向架重及整车重量的检测，并依据检测结果形成指导机车、车辆轮重
偏差的调整方案，但设备在实际使用过程中，所得轮重数据总是会出现各种偏差，本文就轮
重偏差的原因进行分析，并给出相应的解决方案。

[关键词]机车车辆；静态称重；轮重；偏差
[中图分类号]U296.21[文献标识码]B[文章编号]1003-5729(2019)12-0023-03
Analysis and Discussion on the Cause of Deviation of Rolling Stock Weighing Table
Wheel Weight Repeated Weighing Data
Article abstract:Locomotive vehicle weighing products mainly used for the manufacture,use and repair of locomotives,urban rail, the subway vehicle wheel load,axle load,heavy truck and vehicle weight detection,and based on the test results form guidance of locomotive and vehicle wheel load deviation adjustment scheme,but the equipment in the actual use process,the wheel load data will always appear all sorts of bias,in this paper,the reason of wheel load deviation is analyzed,and corresponding solutions are given. Key words:rolling stock;static weighing;wheel load;deviation
1引言
随着我国高速铁路行业的迅猛发展，城市轨道交通行业也呈现出一片繁荣景象，2018年全年中国大陆地区共完成轨道交通建设投资5470.2亿元，同比增长14.9%，在建线路总长6374公里，可研批复投资额累计42688.5亿元。

截止2018年底，共有63个城市的轨道交通线网规划获批（含地方政府批复的19个城市），其中，城轨交通线网建设规划在实施的城市共计61个，在实施的建设规划线路总长7611公里（不含已开通运营线路）。

规划、在建线路规模稳步增长，年度完成建设投资额创历史新高。

全国城轨交通累计配属车辆5898列，比上年增长21.1%，当年完成运营里程35.1亿车公里，比上年增长19.4%。

城轨交通全年累计完成客运量210.7亿人次，比上年增长25.9亿人次，增长14%。

高速铁路、城市轨道交通行业的蓬勃发展，人民对出行安全的要求也急剧增加，保证行车安全，成为首要的，也是必需的。

影响行车安全的因素有很多，其中一个很重要因素是车辆偏载。

相对于十几年前，经过数次铁路大提速，车辆运行速度得到很大的提升，车辆高速运行，尤其是高速转弯时，车辆偏载极易造成车辆脱轨，危及行车安全。

机车车辆称重台一直以来都是作为检测车辆轮重偏载的重要手段，近几年来也得到广泛应用。

2轮重偏差情况汇总及分析
机车车辆称重台产品主要用于新制造、使用中、修理后的机车、城轨、地铁车辆的轮重、轴重、转向架重及整车重量的检测，通过计算机处理计算出车辆轮重差、轴重差以及单边侧轮重差，确定出机车、车辆的平面重心，并能依
果计算形成指导机车、车辆轮重偏差的调整方案，依据调整方案进行调簧加垫，从而实现机车、车辆轮重、轴重均载平衡。

设备使用过程中，直接的工作是采集车辆的轮重信息，其余的轴重、转向架重、偏载等重量信息都是通过计算得出的，毫无疑问，轮重信息才是设备采集的最原始的数据信息，然而就是这个最原始的数据信息却存在一定的不确定性，在实际使用中这种不确定性主要表现在两方面：一是，车辆停在称重台的不同位置，同一车轮所得的称重数据不相同；二是，车辆停在同一位置，同一车轮多次称量所得称重数据也不相同。

这就给使用者带来很大的疑惑，甚至困扰，是称重台产品质量问题，还是车辆本身存在偏载，到底相信谁，这是一个问题。

针对上述轮重称重数据偏差的情况及解决措施，逐项分析如下：
2.1车辆停在称重台的不同位置，同一车轮所得的称重数据不相同。

该问题的出现毫无疑问，主要归结于称重设备的质量问题，但是具体是称重设备哪部分的问题却多有争议，争议主要集中在秤体机械结构刚性和称重传感器误差两方面。

个人认为：秤台机械刚性对该类称重数据偏差的影响不大，相比较汽车衡等大吨位固定式电子衡器执行标准GB/T7723中的规定“衡器承载器的最大相对变形量≤1/800”，称重台系列产品承载器最大相对变形量均＜1/3000，如果加上钢轨进行刚性计算的话，最大相对变形量＜1/5000，相对于汽车衡秤台5m、6m的长度规格，秤台变形引起称重传感器倾斜，造成称重数据不准。

称重台秤台长度一般不大于2m，而且整体刚性是汽车衡的数倍以上，因此刚性变形不足以引起称重数据偏差，分析认为引起数据偏差的主要原因是称重传感器误差和设备安装调试误差。

称重台产品单个测量单元一般选用4只称重传感器，我们都知道三点可以确定一个面，实际使用中第4点的引入，易出现称重传感器受力不均的情况，同时各称重传感器由于生产制造原因，在输出不一致的情况，安装调试过程中，角差调整不合格，造成同一载荷在秤台的不同位置，由于4只称重传感器间分配重量的不同，造成称重传感器输出的不一致，引起不同的重量信号输出，造成车辆停在称重台的不同位置，同一车轮所得的称重数据不相同。

解决这一问题，需要厂家在设备生产中严格控制产品质量和产品性能的一致性，安装调试过程中，严格执行调试规范，该类问题完全可以避免。

2.2车辆停在同一位置，同一车轮多次称量所得称重数据也不相同。

相对于第1项中数据偏差的问题，该问题才是出现频次最多，也是最易引起困惑的问题。

分析原因主要有两方面，其一、客观原因：由于车辆生产制造中尺寸允许误差的存在及称重设备安装尺寸允许误差的存在，每次车辆称重时，车辆行驶中偏离轨道几何中心，偏左行驶或偏右行驶都会造成每次轮重的称重偏差；其二、主观原因：称重设备称量性能差、车辆制作时存在较大偏载差。

具体分析如下：
根据GB/T7928-2003《地铁车辆通用技术条件》中“基本要求与一般规定”中要求：轮对内侧距离为1353mm，允许误差为±2mm，即轮对内侧距离为1351mm~1355mm。

根据TB/T449-2003《机车车辆车轮轮缘踏面外形》中规定：车轮轮缘踏面共有9中类型，轮缘最大厚度25~34mm不等，以车轮轮缘最大厚度为32mm计算分析。

轮对中两轮缘距离为1415mm （1351+32×2）~1419mm（1355+32×2）。

根据JJG（铁路）117-2015《静态机车车辆称重台检定规程》中规定：称重台轨距1435mm，误差±1mm，即轨距范围为1434mm~1436mm。

以车辆重心与车辆几何中心重合，计算：
轮缘距离钢轨最小间隙δ=1434mm-1419mm=15mm；
轮缘距离钢轨最大间隙δ=1436mm-1415mm=21mm。

以称重车辆轴重为9500kg计算：
在最理想情况下，车辆重心位于车辆的几何
中心上，同时正好落在轨距方向的中心上，那么两侧轮重均应显示为4750kg。

实际上，即使车辆重心与车辆几何中心重合，由于车辆与钢轨存在游离间隙，每次的车辆上衡并不能保证与上一次在同一个游离间隙上，因此称重结果必然存在偏差，通过计算：
轮缘距离钢轨最小间隙啄=1434mm-1419mm= 15mm计算，单轮多次称量，最大偏差为99kg，若以轮缘距离钢轨最大间隙δ=1436mm-1415mm= 21mm计算，单轮多次称量，最大偏差为139kg。

如果考虑生产制造中的车辆重心偏离车辆几何中心，则单轮多次称量的最大偏差会更大。

上述分析即是车辆停在同一位置，同一车轮多次称量所得称重数据也不相同的原因，当然这是轮重多次称量数据间存在偏差的客观原因，在可操作性范围内，是无法避免的，至于主观原因中的称重设备称量性能差、车辆制作时存在较大偏载差等因素却是可控的，因为保证设备计量性能是称重设备生产厂家必须做到的，车辆生产中本身就是存在偏载的，关键是称重设备检测出到底有多大的偏载量。

综上所述，同一车辆多次称量，同一轮重数据肯定会存在数据偏差，那么又该怎么判断到底是称重设备出现计量性能问题，还是车辆本身就有这么大的偏载量呢？
正如我们分析的那样，车辆行驶中偏离轨道几何中心，在游离间隙内偏左行驶或偏右行驶都会造成每次称重的轮重偏差，同时车辆重心与车辆几何中心偏离，会造成左、右轮相互间的重量差，所有的数据都是变化的，但是我们会注意到，在整个称重过程中，轴重和整车总重这两个重量值是不变的，也是不应该变化的，因此，可以通过判断车辆轴重和整车总重是否在计量误差允许范围内，依此来辅助判断称重设备的可信度，若轴重、整车总重不超差，则可依据称量数据进行车辆偏载调整，反之，有理由质疑称重设备的计量性能，需进行设备检修。

通过分析，我们得知，称重台设备的安装几何误差会对称重数据产品较大的影响，但是，该类产品在安装过程中的几何误差控制的并不好，虽然相关规程中对此有比较严格的要求，如：JJG （铁路）117-2015《静态机车车辆称重台检定规程》中对称重台产品的几何误差规定如下：
2.3结构参数
称重台轨道轨距最大允许误差为±1mm，每个测量单元承载面高低差应不大于0.5mm，单轴两测量单元承载面之间的高低差应不大于0.6mm，各测量单元承载面之间的高低差应不大于0.8mm。

”
轨距误差以及机车轮对尺寸误差会造成百公斤左右的轮重偏差，测量单元承载面高低差又会有多大的偏差影响呢，建模分析可以得出：由于车辆称重时，同时称重的轮数至少为8，机车一般轮数为12，力学模型为典型的超静定结构模型，单纯的力学方程无法解出轮重偏差量，这也就涉及到后续的机车车辆调簧量的计算，需要专门的分析软件进行解析处理，但是毫无疑问，测量单元承载面高低差的影响同样是很大的，所以称重台设备安装调试过程中，几何误差的调整必须得到足够的重视。

3结束语
机车车辆称重台产品作为机车、城轨、地铁车辆偏载检测的重要手段，在实际生产、检修中不可或缺，本文就轮重偏差的原因进行分析，力求减少使用者的困惑，使机车车辆称重台产品更好的为高速铁路、轨道交通行业快速发展提供一份助力。

（作者通讯地址：济南市英雄山路147号
邮政编码：25002
收稿日期：2019-08-05）
[编辑史超
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