集裝箱超偏載智能檢測裝置的研制與應用

徐進立 上海鐵路局蚌埠貨運中心

集裝箱超偏載智能檢測裝置的研制與應用

徐進立 上海鐵路局蚌埠貨運中心

介紹集裝箱超偏載智能檢測裝置的研制背景和意義、主要原理及應用，集裝箱超偏載智能檢測裝置優點突出、性能可靠，對確保鐵路運輸安全有積極的作用。

集裝箱；超偏載；檢測裝置

集裝箱超偏載智能檢測裝置是一種直接安裝在集裝箱吊具上的超偏載檢測設備。解決了集裝箱超重、偏重現場實時檢測的難題，現場作業人員在吊運裝卸集裝箱的同時就可以檢測集裝箱的超偏載情況，可在裝車前對超載、偏重和偏載量超標的集裝箱及時進行處理。

1 集裝箱超偏載智能檢測裝置研制的背景和意義

鐵路貨運組織改革實施后，貨運新業務、新項目、新產品開發取得明顯成效，集裝箱運輸所占比重越來越大，安全風險逐漸加大，杜絕超偏載現象顯得十分迫切和重要。

（1）安全風險管理要求加強集裝箱超偏載檢測。如果集裝箱出現超偏載，當其裝上列車后，負重車輛重心在橫向或縱向上偏移超限，會造成安全隱患，甚至會引發列車脫軌或翻車的嚴重事故。《鐵路貨場超偏載檢測裝置運用管理辦法》要求運用科技手段嚴格檢查超載和偏載。

（2）原有的檢測手段不能適應作業需要。一是軌道衡、貨檢站專用超偏載檢測儀等檢測屬于事后檢測，集裝箱已經裝上列車，發現超偏載還需要到最近的裝卸作業點進行調整，影響鐵路運輸效率。這些裝置結構龐大，造價昂貴，不適用于數量眾多、條件各異的裝車場；二是汽車衡、吊秤、鉤頭秤等只能對集裝箱超載進行檢測，而不能檢測偏載情況。

（3）蚌埠南貨場亟須提高集裝箱超偏載檢測能力。2014 年3月，蚌埠（皖北）鐵路無水港建成啟用，蚌埠南貨場集裝箱運輸的地位尤為突出。如何消除集裝箱超偏載現象，保證集裝箱運輸安全顯得十分迫切。一段時間里，我們從裝載方案制定、總量控制、隨機抽查等方面，花費大量精力進行集裝箱超偏載專項治理，但百密中難免有一疏，運輸中仍然會偶爾出現集裝箱超偏載現象，處置比較困難，花費較大的精力和財力。現實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象的發生。

2 集裝箱超偏載智能檢測裝置的開發過程

該項目于2014年2月立項，由上海鐵路局貨運處、科研所、蚌埠貨運中心與江蘇泰力公司共同研究開發。2014年4月經共同調研初步確定以集裝箱吊具為構架的集裝箱超偏載檢測方案，2014年8月份完成該檢測裝置的原理設計。2014年12月份完成相關設計并生產出樣品。

2015年初到2016年1月份該產品先后14次在蚌埠南貨場進行現場測試。試驗使用期間，為了保證設備數據的準確性，班組使用人員在集裝箱吊運前必須試吊標準砝碼箱，比較設備顯示數據與實際數據之間的差異，確認設備顯示數據的準確性，如出現較大誤差，須經研制專業人員調整數據，保證集裝箱超偏載智能檢測設備的數據準確。從試驗使用階段數據分析來看，集裝箱超偏載智能檢測裝置性能較為穩定，使用方便，數據直觀，出現超偏載數據信號時能自動報警，提醒門吊司機、貨運員處置。數據采集、讀取、打印，均實現無線傳輸、遠程控制比較人性化，較為適應現場使用。

蚌埠南貨場于2015年初試驗使用集裝箱超偏載智能檢測裝置，到年底發現超載報警信號2起，偏載信號5起，經開箱檢查確認，超載是貨主人為多裝造成的；偏載均為箱內貨物堆碼不執行裝載方案，不均勻堆碼造成的。2016年以來，蚌埠南貨場共計發送集裝箱2000TEU，未出現一起超偏載反映。從集裝箱超偏載智能檢測裝置在蚌埠南貨場的試驗效果看，這種裝置在作業現場使用是安全有效的，可以進一步優化該裝置的功能和應用，從而提高設備保安全的能力。

3 集裝箱超偏載智能檢測裝置的工作原理

3.1 系統結構原理

（1）本檢測裝置主要由拉力傳感器、變送器、無線信號發射端、無線信號接收端、CPU和人機界面等部分組成。

（2）拉力傳感器安裝在集裝箱吊具的4個轉鎖上，檢測集裝箱4個角的受力情況。經過變送器將拉力傳感器的信號轉化為標準的可供采集、處理的模擬量信號，由無線信號發射端將此信號傳遞給無線信號接收端，CPU采集無線信號接收端的信號，經過數據處理，得出集裝箱的偏重、超偏載、總重數據，并將相關數據在人機界面上進行顯示并且歸檔記錄、打印。

圖1 系統構成

（3）在發生偏重、偏載時，智能檢測裝置發出聲光報警提醒，操作人員及時做出相應的處理，并且完成對所有檢測和記錄數據(包括吊裝時間、箱號、各點偏重，偏載、總重及操作員工號）的保存和管理，便于隨時查看和打印。

工作流程原理：拉力傳感器→變送器→無線信號發射端→無線信號接收端→CPU→人機界面顯示→打印機。

系統構成如圖1。

3.2 測量方法和計算原理

上述系統構成對從承吊集裝箱的旋鎖內的4個特制拉力傳感器采集的一組數據G1、G2、G3、G4（圖2）進行計算，得到偏載,、偏重和總重的數值。

圖2 受力平衡示意圖

圖2中，G1、G2、G3、G4為集裝箱4個角傳感器所測得的重量，G為集裝箱總重，A、B分別為4個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為坐標原點0，建立x軸、y軸直角坐標系，集裝箱重心D的坐標為（a，b），即重心在x、y軸上的偏移量。

根據受力平衡原理，有

式中，a為偏重數值，b為偏載數值。以上公式經編程后存儲在PLC中，CPU自動進行數據采集和計算，獲得G、a、b的結果數。a、b值可正可負，圖示位置a、b值都是正的。當a值為負值時，表示D點在Y軸左側。當b值為負值時，表示D點在X軸下側。可見，負值表示反向偏重和反向偏載。當|b|＞100 mm時，觸摸屏會自動將偏載數值顯示框變為紅色并閃爍報警，提示集裝箱偏載超標。當|a|＞600 mm時，觸摸屏會自動將偏重數值顯示框變為紅色并閃爍報警，提示集裝箱偏重超標。

根據鐵路系統規定，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裝置的最大允許總重設為32.48 t。當G＞32.48 t時,觸摸屏會將總重數值顯示框變為紅色并閃爍報警，提示集裝箱已超重。

根據偏載、偏重值的正負，重心D點在觸摸屏上顯示在4個不同區域，可確定集裝箱調整載荷的方向。

4 裝箱超偏載智能檢測裝置的應用前景

經過一年多的實驗使用，集裝箱超偏載智能檢測裝置雖然還有某些不足或缺陷，但通過改進和提高，我們相信會有很好的使用前景。

從鐵路推進現代物流建設的發展趨勢看，安全發展、協調發展、共享發展是貨運轉型發展的必然要求，加強安全風險管控能力，優化勞動組織，提高運輸生產效率是重要途徑，加大科技設備投入是不可缺少的管理手段；從鐵路貨運安全的現狀看，據有關資料顯示，目前全路每天約有2 000輛以上的超、偏載車在冒險運行，這是一個十分令人擔憂的安全現狀。雖然這些隱患車輛絕大多數僥幸沒有在途中造成嚴重事故，但扣車進行調整、倒裝的案例卻為數不少；從貨運產品的需要看，以我們中心的集裝箱運輸開發為例，蚌埠（皖北）鐵路無水港的貨源吸引力逐步擴大，國際集裝箱業務不斷上量，淮北市也將建設鐵路無水港，開辦國際集裝箱業務。同時，我們中心開發了干熄焦入箱、糧食入箱新產品，而且保持著良好的經營勢頭。集裝箱運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裝置需要優化功能，推廣應用，將不斷提高鐵路貨運設備保安全的能力。

責任編輯：王 華

來稿日期：2016-12-12