本文分析了  PKV-100型裝載機電子秤設計上存在的問題，結合鐵路貨運計量管理的要求提出改進方案，經(jīng)改進形成了新一代智能化 PKV-300M型產(chǎn)品，使裝車操作更加方便、快捷，更好地滿足了鐵路貨運裝車計量要求。

1.引言

近年來，隨著裝載機電子秤在我國鐵路貨運裝卸系統(tǒng)的大量應用，對裝車數(shù)據(jù)的準確性和可靠性要求越來越顯著，操作者則更加追求操作簡便、效率更高、功能豐富實用、適應環(huán)境能力更強的產(chǎn)品，設計原理及其結構應滿足量值準確的要求，實現(xiàn)的計量方式要與鐵路實際相適應。PKV-100型裝載機電子秤自2003年在中國鐵路行業(yè)應用以來，在準確性、穩(wěn)定性方面基本滿足鐵路貨運計量技術要求，2007年10月關于裝載機電子秤的部門計量檢定規(guī)程《鐵路用輪式裝載機裝載量檢測儀》開始實施，鐵路計量技術機構開始對裝載機電子秤進行檢定，檢定合格的裝載機電子秤單次和累計測量準確度等級分別能夠達到2級、1級，但產(chǎn)品在應用中存在操作方式不完全適應現(xiàn)場使用條件等缺陷。

芬蘭 TAMTRON公司針對鐵路部門近年來提出的改進方案，對產(chǎn)品做了有效的改進，形成了新一代智能化PKV-300M型產(chǎn)品，并于2014年在西安鐵路局獲得應用。該項產(chǎn)品的技術在歐洲和中國申請了發(fā)明專利，2015年在太原鐵路局投入使用。改進后的裝載機電子秤更加適應了鐵路現(xiàn)場作業(yè)要求，保證了鐵路運輸安全生產(chǎn)。

2.工作原理

2.1系統(tǒng)原理

裝載機電子秤的工作原理是通過測量液壓活塞兩端的壓力差，運用數(shù)學模型軟件將壓力差轉換為重量信號，在鏟裝物料和連續(xù)提升的過程中進行稱重。它是對預定的散裝物料自動稱量的自動衡器。通過動態(tài)稱量的方式，在稱量過程中能自行指示單次重量、累計總重量，裝載機電子秤在裝載機行進中完成稱量的特有功能，適應在不能使用固定

電子衡器的貨場、建筑工地等場合。裝載機電子秤可以用于輪式、履帶式裝載機，它主要由承載器、液壓傳輸裝置、位置傳感器和動態(tài)稱重顯示器等組成，一般具有打印裝置等。

2.2舉升過程分析

圖1為裝載機動臂舉升示意圖，結合圖2所示，受動臂提升角度和裝載機本身所在位置傾角變化的影響，所稱物料重心與裝載機舉升油缸的壓力值（油缸液壓壓力）都會產(chǎn)生變化。在動臂舉升過程中由于動臂舉升角度的變化，鏟斗內(nèi)物料的重心位置會發(fā)生前后傾角的變化，鏟斗內(nèi)的物料質量W（kg）不變，但受分力的影響，油缸出力F值（N）

卻會發(fā)生變化。裝載機在有前傾、后傾角度約0°～13°（裝載機安全作業(yè)角度）左右范圍內(nèi)進行舉臂稱重時，貨物的重心受分力影響會產(chǎn)生位移。

依據(jù)杠桿原理，重心前移會造成油缸出力 F（N）值增大，反之則 F(N)值會減小。

因此，在整個系統(tǒng)中還需要安裝“角度傳感器”來對裝載機車輛本身和動臂的各種角度以及位置進行補償，同時也需要在鏟斗處安裝位置傳感器來對貨物重心的位置進行限定或跟蹤。

PKV-100型裝載機電子秤設計中，不但需要安裝用于角度補償?shù)慕嵌葌鞲衅?，還需要固定采集測試數(shù)據(jù)的稱重區(qū)間，將在稱重區(qū)收集到的信號加以運算和補償，確保采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和可靠，此類設計雖然可以使測量設備在稱重中的數(shù)據(jù)達到精度要求，但由于固定稱重區(qū)限定了舉升角度范圍和工作方式，不便于現(xiàn)場操作。

3.系統(tǒng)組成

裝載機電子秤一般由三大部分組成（以 PKV-100型為例）：（1）兩只壓力傳感器：

用來測定裝載機液壓系統(tǒng)的壓力變化；（2）兩只位置傳感器：當動臂舉升地面后在達到采樣角度和采樣空間時，對液壓數(shù)據(jù)進行采集；（3）車載稱重顯示器：對稱重數(shù)據(jù)進行計算，并在稱重顯示器的顯示屏幕上顯示出稱重結果。

4.鐵路貨運計量要求及主要技術參數(shù)

4.1鐵路貨運計量要求

（1）根據(jù)鐵路貨車超偏載檢測裝置運用管理辦法相關規(guī)定，鐵路貨車裝的散裝貨物不得大于貨車容許載重量5t。鐵路超偏載檢測裝置檢測的貨車超載分為嚴重、一般分兩級，作為行車事故分析的依據(jù)。大于貨車容許載重量5t、不超過10t為一般超載，大于貨車容許載重量10t為嚴重超載。用于對鐵路貨車裝車計量的裝載機電子秤應滿足以

上規(guī)定。

（2）裝載機電子秤應盡量消除司機使用中因操作停頓、變換檔位引起提升速度的變化和車輛行進時的顛簸對稱重結果的影響。

（3）通過儀表自動完成稱重和累計工作。在非連續(xù)裝車的情況下，儀表可提供多個車廂的同時裝載供操作人員任意切換目標車輛，司機在稱重過程中無論是動臂或是車輛都無需停頓，保證連貫的提升和傾倒。

（4）儀表的累計計量方式為，提升到測量穩(wěn)定高度以上翻斗累計。測量穩(wěn)定高度可由調(diào)試人員根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來設定，在未達到測量穩(wěn)定高度時打開或關閉翻斗儀表不會累計數(shù)據(jù)，但可以顯示出翻斗內(nèi)的現(xiàn)有重量。

4.2主要技術參數(shù)

（1）稱重顯示器分辨率（Imageresolution）：320x240；（2）顯示分度值：10kg、20kg、50kg；（3）準確度等級：達到 JJG(鐵道)195-2007檢定規(guī)程規(guī)定的準確度等級，單次測量準確度等級達到1、2、5級，累計測量準確度等級達到0.5、1、2級；或達到OIMLY(b)級；（3）工作電壓：（9～30）VDC；（4）工作溫度范圍：（-30～+50）℃；（5）

傳感器測量范圍：0～35Mpa（6）根據(jù)裝載機車型、參數(shù)不同，裝載機電子秤單次最大秤量范圍為：（5～10）t。

5存在的問題及改進方案

5.1  PKV-100型裝載機電子秤存在的問題

（1）電子秤的稱重區(qū)所在位置通常固定在圖3中的a～b之間，一般稱重區(qū)間α角度范圍在α =5～10內(nèi)。裝載機稱重時受稱重區(qū)域范圍的限制，在高站臺或裝車高度較低的情況下，司機的稱重操作就會很不方便，操作中容易出現(xiàn)錯誤或者因為動臂提舉的太高倒料造成貨物的遺撒。

具體操作：高站臺裝載時司機需要將動臂舉過稱重區(qū)稱出翻斗內(nèi)物料的重量，然后為避免傾倒時的遺撒將動臂降低后再傾倒，如此的操作不但麻煩、耽誤時間而且在操作中還容易引發(fā)錯誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。

（2）受固定稱重區(qū)范圍的影響，在動臂經(jīng)過稱重區(qū)時應盡量保證油門平穩(wěn)，特別是在顛簸路面上行進中稱重時，如剛好在動臂經(jīng)過稱重區(qū)電子秤采集數(shù)據(jù)時，裝載機有過度的顛簸、傾斜或司機因變換檔位而造成油門間歇，電子秤很有可能判為無效操作從而要求重新提舉稱重。為避免數(shù)據(jù)采集時的干擾，在使用中應盡量避免行進中稱重。

（3）受裝載機工作時液壓系統(tǒng)變化和司機作業(yè)時操作習慣的影響，稱重區(qū) α不能夠定得太低。

（4）最后一斗目標重量稱重時，為獲得目標重量需在料堆處重復提舉。方法為：在料堆處將動臂舉起以稱出翻斗內(nèi)的物料重量，而后將動臂降至稱重區(qū)以下根據(jù)司機的經(jīng)驗預估倒出，再次提舉確認翻斗內(nèi)的重量為可接受的重量值，然后再往火車車廂內(nèi)傾倒物料完成裝載。

（5）電子秤在發(fā)生錯誤稱重或報警的情況下司機必需在打開翻斗倒料前，降下動臂重新提舉以消除之前的錯誤警報或錯誤數(shù)據(jù)，否則將會影響到累計重量的準確性。

（6）針對不同的用戶和管理者而言，儀表的打印、輸入和報警等功能還有欠缺。

5.2改進方案及效果

5.2.1改進方案

針對以往產(chǎn)品的不足，改進后設計的 PKV-300M型裝載機電子秤在部件設計和操作方式上的變化見表1、表2：

（1）部件上的改進

（2）操作方式的改進

5.2.2改進效果

⑴如圖 3所示，由于數(shù)據(jù)采集的區(qū)域范圍廣（接近動臂的全部舉升空間），在舉臂的過程中電子秤一直在針對數(shù)據(jù)采樣、計算和補償，同時濾掉錯誤的數(shù)據(jù)和信息。遇有車輛顛簸、速度變換或加減動臂提升速度時，程序將根據(jù)情況自動進行調(diào)節(jié)，減少了錯誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和報警。

⑵由于多只角度傳感器的應用，便于車輛在坡路行駛中稱重時進行角度補償。前后傾角的最大補償值可達到 12.5，左右傾斜補償值達到 5，接近裝載機作業(yè)時的安全范圍。

⑶程序上的修改，使得裝載機在最后一斗目標重量獲取時不必再像以往一樣重復提舉。裝載最后一斗目標重量時，在鏟料后司機只需將翻斗提升少許就可以讀出此時斗內(nèi)的重量，既可以根據(jù)經(jīng)驗倒出多余的物料，也可以通過儀表上顯示的數(shù)字觀察傾倒物料的情況（在傾倒物料的同時儀表上會有剩余重量的顯示），然后將裝載機開到車廂前提

舉即可，省卻重復提舉的麻煩，提高了工作效率。

⑷可根據(jù)站臺的高度或現(xiàn)場的實際情況，在調(diào)試時設定測量穩(wěn)定高度值，從而避免稱重區(qū)過高影響裝車。

⑸針對未傾倒干凈或粘黏在翻斗內(nèi)的物料，在動臂降下時程序將自動從累計重量中將其扣除，累計重量不會因為物料粘斗而產(chǎn)生誤差。

⑹稱重顯示器程序中的“信息項”中大多已由廠家在出廠時預先設定好，司機在使用中可以通過快捷鍵的方式調(diào)閱和使用。

⑺通過車載單片機的使用，電子秤將以前的模擬信號傳輸改為數(shù)字信號傳輸，防止了模擬信號在傳輸過程中受外界電磁的干擾；稱重顯示器設置有密碼權限，為不同級別的用戶設定不同使用權限。以上措施提高了防作弊效果。

⑻儀表增加了外接拓展空間和輔助功能，可通過USB接口外接蜂鳴器、U盤、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，或將儀表升級為無線傳輸?shù)脑O備。輔助管理的“燃料報告”功能更可以幫助車隊管理者獲取更多車輛運行狀況的信息。

⑼改進后的裝載機電子秤經(jīng)現(xiàn)場檢定，單次測量準確度等級符合1級，累計測量準確度等級符合 0.5級?？己擞?/span> PKV-300M裝載機電子秤計量所裝散裝物料的鐵路貨車，從鐵路超偏載檢測裝置檢測的數(shù)據(jù)來看，均在貨車容許載重量范圍，更好地滿足了鐵路貨運計量要求。