提高铁路货车超偏载检测装置测量准确性的思考

谈晓晓 中国铁路上海局集团有限公司科研所

1 概述

铁路货车超偏载检测装置（以下简称超偏载）是一种在货车运行过程中，按预定程序对其轮重进行测量，计算货车总重及偏载量，进而自动判断货车装载质量一种检测装置。现广泛安装于全路各大编组站，是重要的铁路货运计量安全检测设备。

由于超偏载安装地点常年处于露天环境（如图1 所示），工作条件恶劣，其测量准确性经常受到设备故障、温度、基础变化、供电以及干扰等因素影响，因此超偏载在日常使用中经常会出现超差数据，进而产生误报警或漏报，对货检工作造成了许多无谓的工作量以及安全隐患。所以，提高超偏载的测量准确性也是开展设备检修工作中的一项重要内容。要提高测量准确性，首先就要获取设备的测量误差并根据最大允许误差找出超差的设备，然后对超差的原因进行分析，最后再进行针对性的措施，以提高准确性。以下将围绕对测量误差的获取、分析和处置这三方面进行论述。

图1 铁路货车超偏载检测装置

2 测量误差的获取

超偏载的检测数据分为整车质量、重心偏离量（亦称偏载值）以及偏重差。

2.1 整车质量

整车质量即车辆所有车轮称重质量之和，其最大允许误差为±0.5%（v≤40 km/h）、±1.0%（40 km/h＜v ≤60 km/h）。目前对整车质量测量误差的获取方法主要有期间核查和比对两种。

2.1.1 期间核查

由于超偏载期间核查需要用到超偏载计量车，但作为超偏载检定用标准器，其使用权一直掌握在国家轨道衡计量站手中，因此只能利用轨道衡检衡车作为标准器，仅对80 t称量点的检测能力进行核查。

目前主要采用两种核查方式：

（1）通过对开展数字指示轨道衡检定期间挂运的检衡车途径超偏载测点时的检测数据进行收集。

（2）挂运专门用于超偏载期间核查的轨道衡检衡车，使其通过大部分的测点，进而对检测数据进行收集。

无论采取那种方式，都能一定程度地实现对整车质量性能的测试，但缺点是难以对指定设备进行核查，且称量点单一、无法做到短时间内来回过车（即无法判定方向性和重复性带来的误差）。

2.1.2 比对

目前常用的比对方式有两种，分别是与联网的自动轨道衡（以下简称路用衡）比对以及与其他联网设备比对。

（1）与路用衡数据比对

通过“铁路货运计量安全检测监控系统”中提供的比对功能，可将超偏载的整车质量数据与路用衡数据按日进行比对（以路用衡数据作为标准值）。这种比对方法的优点是无需人工干预，自动生成比对结果，数据可随时在线查询。缺点则是对路用衡数据的准确性及稳定性要求较高，如若出现路用衡数据失准，则极易造成对超偏载数据误差的误判。

（2）与其他联网设备数据比对

通过追踪过车数据中的车号信息，可以得到相应货车近期通过的所有联网设备的检测数据，然后（以所有联网设备检测数据的平均值作为标准值）进行数据比对。这种比对方法的优点在于是称量点全面，且不受个别参考设备数据失准的影响，同时，还能够兼顾重心偏离量以及偏重差检测数据的比对。缺点是只能通过人工操作，对指定设备按指定车号进行追踪比对，受实际过车情况影响较大，只能用于临时判断数据准确性。

2.2 重心偏离量

重心偏离量即车辆重心距离车辆纵向中心线的距离，通过左侧车轮和右侧车轮称重质量计算所得，规定左偏为正值，而右偏为负值。其最大允许误差为±37 mm。

目前对重心偏离量测量误差的获取主要采用期间核查和大数据分析法。

2.2.1 期间核查

由于前文提及的原因，无法使用超偏载计量车开展期间核查，且轨道衡计量车无法提供重心偏离量标准值，因此一般情况下是无法开展重心偏离量期间核查的。通过研究发现，用于简易超偏载检测装置校准的轨道衡检衡车，其重心偏离量经国家轨道衡计量站测试，为已知值，因此可以作为期间核查的标准器。具体开展核查方式参考本文2.1.1。此方法的优缺点亦同2.1.1，不再赘述。

2.2.2 大数据分析法

即利用大数据消除检测数据中的随机误差，从而获得重心偏离量标准值的方法。

由于理论上当被统计的车辆足够多时，这些车辆的重心偏离量平均值应当趋向于零。如图2 举例所示，当偏载值统计数为20个时，其平均值仅为0.9 mm。若进一步增加统计样本，其平均值将愈发趋向于0。即便出现像52 mm 和-37 mm这类偏大的数据，在统计样本数足够多了之后，其对平均值影响也可忽略不计。

图2 大数据分析法举例

利用这一特性，则可将某超偏载设备一段时间内对大量车辆的偏载检测数据平均值，作为该设备的重心偏离量误差。这种方法的优点是可以不依赖于标准器，只要有足够的日常检测数据，即可获取误差。缺点则是数据量和统计工作量巨大，数据量大会导致数据处理速度极慢，效率低下，同时，由于一次只能取得一个测点的误差，就意味着需要大量的人工和时间进行统计分析工作。

2.3 偏重差

偏重差即车辆前、后转向架称重质量之差，其最大允许误差为±500 kg。

除判轴错误因素外，偏重差的准确性几乎不会受到较大影响。即便出现影响整车质量检测数据的因素，对偏重差误差的影响也极为有限。例如，车辆实际前转向架为42 t，后转向架为40 t，则其总重为82 t，偏重差为2 t，当超偏载整车质量检测数据误差达到4 t 即86 t 时，前转向架数据约为44.05 t，后转向架数据为41.95 t，偏重差为2.10 t，与标准值只差100 kg，可以说误差是非常小了。

综上，对偏重差测量误差的获取不做深入探讨。

3 误差原因分析

通过上述方法获取了误差，并根据相应的最大允许误差判断是否超差，对超差原因进行进一步分析。根据实践总结，主要有一下几种原因：

（1）设备故障：主要是指称重电气设备故障。称重台面的传感器、台面至控制室的信号缆线、数据采集仪以及工控机中的接口卡，任意环节的故障均会对各种检测数据的产生影响。

（2）环境变化：主要是指基础下沉、温度变化、台面结冰所带来的影响。这些因素会导致传感器受力情况发生变化，进而产生较大的误差。特别是当台面结冰导致单侧传感器底部顶死，极易造成整车数据偏轻以及全列偏载误报警。

（3）运用问题：主要是指台面加减速（包括顿钩）或停车所导致的计轴判辆错误以及数据失准。

（4）设备缺陷：主要是指称重软件缺陷、传感器线性参数问题、特种/新型车型无法正确判别等。

（5）其他原因：不明原因造成的数据失准。

根据日常分析，造成设备失准最多的原因其实是最后一项——不明原因。

4 提高准确性的建议方法

4.1 检修角度

（1）要及时掌握超偏载设备测量准确性情况，定期通过上述方法获取设备的误差，并分析原因，为后续处理提供依据。

（2）进一步提高日常值检工作效率，特别是对影响数据准确性的情况发生后，做到及时响应，必要时暂停使用设备，并做好报备工作。

4.2 运用方面

主要是指应尽量满足匀速过衡的要求。匀速过衡是使用超偏载轨道衡这类设备的最基本要求，但由于个别设备新建时设置的位置不合理，导致过衡时经常出现加减速情况，对数据的准确性造成很大影响。

由于运用管理要求，如今已无法对此类异常数据进行剔除过滤。对此，检修组通过与设备厂家沟通解决办法，认为某些厂家的应对措施是可取的，即对加减速造成的异常数据全部打“*”处理，既不过滤也不提供，虽然会在一定程度上影响车号率及确报匹配率，但比起出现误报警造成的影响还是可以接受的。这种处理方法效果较好，值得进一步推广。

4.3 技术处理层面

通过检修和运用层面的手段，对实现提高设备准确性的作用是极为有限的。正如前文提及，造成设备失准最多的原因实际上是未知的，检修人员经常发现那些数据超差的设备实际并没有发生明显的故障或者较大的环境变化。此时，就不得不采用从技术层面进行处理的方法，即参数调整。

之所以敢于在这里论述“参数调整”这个敏感的话题，实际是源于现实中设备使用部门对超偏载设备的运用管理方式：

（1）超偏载是计量器具，需要经检定合格后使用。

（2）当某台超偏载出现影响计量性能的故障，或经期间核查、比对发现数据超差，应作为合格失效处理，需重新进行修理后检定。

（3）国家轨道衡计量站没有空余超偏载计量车，无法进行周期检定外的检定工作。

（4）按照一般的计量器具运用管理办法，合格失效的超偏载设备应做停用处理，但实际上作为安全检测设备，超偏载根本无法停用，仍需要在合格时效的情况下继续使用，直至下个周期检定。

（5）为保证合格失效的超偏载处于较好的工作状态，在已经大致掌握了设备误差的前提下，对设备的参数进行合理范围内的调整。

参数调整对于计量器具管理虽不合法，但却胜在合理、有效，在如今这样的设备运用大环境中，是对提高设备测量准确性很有必要的手段之一。

5 结束语

通过对设备测量误差的获取、分析和处置，进而提高超偏载的测量准确性是一件十分有意义的事情，对超偏载设备更好地运行起到积极作用，使超偏载更好地发挥其货运计量安全检测设备的作用，为铁路货运安全提供更有力的保障。