提高鐵路貨車超偏載檢測裝置測量準確性的思考

談曉曉 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 概述

鐵路貨車超偏載檢測裝置（以下簡稱超偏載）是一種在貨車運行過程中，按預定程序對其輪重進行測量，計算貨車總重及偏載量，進而自動判斷貨車裝載質量一種檢測裝置。現廣泛安裝于全路各大編組站，是重要的鐵路貨運計量安全檢測設備。

由于超偏載安裝地點常年處于露天環境（如圖1 所示），工作條件惡劣，其測量準確性經常受到設備故障、溫度、基礎變化、供電以及干擾等因素影響，因此超偏載在日常使用中經常會出現超差數據，進而產生誤報警或漏報，對貨檢工作造成了許多無謂的工作量以及安全隱患。所以，提高超偏載的測量準確性也是開展設備檢修工作中的一項重要內容。要提高測量準確性，首先就要獲取設備的測量誤差并根據最大允許誤差找出超差的設備，然后對超差的原因進行分析，最后再進行針對性的措施，以提高準確性。以下將圍繞對測量誤差的獲取、分析和處置這三方面進行論述。

圖1 鐵路貨車超偏載檢測裝置

2 測量誤差的獲取

超偏載的檢測數據分為整車質量、重心偏離量（亦稱偏載值）以及偏重差。

2.1 整車質量

整車質量即車輛所有車輪稱重質量之和，其最大允許誤差為±0.5%（v≤40 km/h）、±1.0%（40 km/h＜v ≤60 km/h）。目前對整車質量測量誤差的獲取方法主要有期間核查和比對兩種。

2.1.1 期間核查

由于超偏載期間核查需要用到超偏載計量車，但作為超偏載檢定用標準器，其使用權一直掌握在國家軌道衡計量站手中，因此只能利用軌道衡檢衡車作為標準器，僅對80 t稱量點的檢測能力進行核查。

目前主要采用兩種核查方式：

（1）通過對開展數字指示軌道衡檢定期間掛運的檢衡車途徑超偏載測點時的檢測數據進行收集。

（2）掛運專門用于超偏載期間核查的軌道衡檢衡車，使其通過大部分的測點，進而對檢測數據進行收集。

無論采取那種方式，都能一定程度地實現對整車質量性能的測試，但缺點是難以對指定設備進行核查，且稱量點單一、無法做到短時間內來回過車（即無法判定方向性和重復性帶來的誤差）。

2.1.2 比對

目前常用的比對方式有兩種，分別是與聯網的自動軌道衡（以下簡稱路用衡）比對以及與其他聯網設備比對。

（1）與路用衡數據比對

通過“鐵路貨運計量安全檢測監控系統”中提供的比對功能，可將超偏載的整車質量數據與路用衡數據按日進行比對（以路用衡數據作為標準值）。這種比對方法的優點是無需人工干預，自動生成比對結果，數據可隨時在線查詢。缺點則是對路用衡數據的準確性及穩定性要求較高，如若出現路用衡數據失準，則極易造成對超偏載數據誤差的誤判。

（2）與其他聯網設備數據比對

通過追蹤過車數據中的車號信息，可以得到相應貨車近期通過的所有聯網設備的檢測數據，然后（以所有聯網設備檢測數據的平均值作為標準值）進行數據比對。這種比對方法的優點在于是稱量點全面，且不受個別參考設備數據失準的影響，同時，還能夠兼顧重心偏離量以及偏重差檢測數據的比對。缺點是只能通過人工操作，對指定設備按指定車號進行追蹤比對，受實際過車情況影響較大，只能用于臨時判斷數據準確性。

2.2 重心偏離量

重心偏離量即車輛重心距離車輛縱向中心線的距離，通過左側車輪和右側車輪稱重質量計算所得，規定左偏為正值，而右偏為負值。其最大允許誤差為±37 mm。

目前對重心偏離量測量誤差的獲取主要采用期間核查和大數據分析法。

2.2.1 期間核查

由于前文提及的原因，無法使用超偏載計量車開展期間核查，且軌道衡計量車無法提供重心偏離量標準值，因此一般情況下是無法開展重心偏離量期間核查的。通過研究發現，用于簡易超偏載檢測裝置校準的軌道衡檢衡車，其重心偏離量經國家軌道衡計量站測試，為已知值，因此可以作為期間核查的標準器。具體開展核查方式參考本文2.1.1。此方法的優缺點亦同2.1.1，不再贅述。

2.2.2 大數據分析法

即利用大數據消除檢測數據中的隨機誤差，從而獲得重心偏離量標準值的方法。

由于理論上當被統計的車輛足夠多時，這些車輛的重心偏離量平均值應當趨向于零。如圖2 舉例所示，當偏載值統計數為20個時，其平均值僅為0.9 mm。若進一步增加統計樣本，其平均值將愈發趨向于0。即便出現像52 mm 和-37 mm這類偏大的數據，在統計樣本數足夠多了之后，其對平均值影響也可忽略不計。

圖2 大數據分析法舉例

利用這一特性，則可將某超偏載設備一段時間內對大量車輛的偏載檢測數據平均值，作為該設備的重心偏離量誤差。這種方法的優點是可以不依賴于標準器，只要有足夠的日常檢測數據，即可獲取誤差。缺點則是數據量和統計工作量巨大，數據量大會導致數據處理速度極慢，效率低下，同時，由于一次只能取得一個測點的誤差，就意味著需要大量的人工和時間進行統計分析工作。

2.3 偏重差

偏重差即車輛前、后轉向架稱重質量之差，其最大允許誤差為±500 kg。

除判軸錯誤因素外，偏重差的準確性幾乎不會受到較大影響。即便出現影響整車質量檢測數據的因素，對偏重差誤差的影響也極為有限。例如，車輛實際前轉向架為42 t，后轉向架為40 t，則其總重為82 t，偏重差為2 t，當超偏載整車質量檢測數據誤差達到4 t 即86 t 時，前轉向架數據約為44.05 t，后轉向架數據為41.95 t，偏重差為2.10 t，與標準值只差100 kg，可以說誤差是非常小了。

綜上，對偏重差測量誤差的獲取不做深入探討。

3 誤差原因分析

通過上述方法獲取了誤差，并根據相應的最大允許誤差判斷是否超差，對超差原因進行進一步分析。根據實踐總結，主要有一下幾種原因：

（1）設備故障：主要是指稱重電氣設備故障。稱重臺面的傳感器、臺面至控制室的信號纜線、數據采集儀以及工控機中的接口卡，任意環節的故障均會對各種檢測數據的產生影響。

（2）環境變化：主要是指基礎下沉、溫度變化、臺面結冰所帶來的影響。這些因素會導致傳感器受力情況發生變化，進而產生較大的誤差。特別是當臺面結冰導致單側傳感器底部頂死，極易造成整車數據偏輕以及全列偏載誤報警。

（3）運用問題：主要是指臺面加減速（包括頓鉤）或停車所導致的計軸判輛錯誤以及數據失準。

（4）設備缺陷：主要是指稱重軟件缺陷、傳感器線性參數問題、特種/新型車型無法正確判別等。

（5）其他原因：不明原因造成的數據失準。

根據日常分析，造成設備失準最多的原因其實是最后一項——不明原因。

4 提高準確性的建議方法

4.1 檢修角度

（1）要及時掌握超偏載設備測量準確性情況，定期通過上述方法獲取設備的誤差，并分析原因，為后續處理提供依據。

（2）進一步提高日常值檢工作效率，特別是對影響數據準確性的情況發生后，做到及時響應，必要時暫停使用設備，并做好報備工作。

4.2 運用方面

主要是指應盡量滿足勻速過衡的要求。勻速過衡是使用超偏載軌道衡這類設備的最基本要求，但由于個別設備新建時設置的位置不合理，導致過衡時經常出現加減速情況，對數據的準確性造成很大影響。

由于運用管理要求，如今已無法對此類異常數據進行剔除過濾。對此，檢修組通過與設備廠家溝通解決辦法，認為某些廠家的應對措施是可取的，即對加減速造成的異常數據全部打“*”處理，既不過濾也不提供，雖然會在一定程度上影響車號率及確報匹配率，但比起出現誤報警造成的影響還是可以接受的。這種處理方法效果較好，值得進一步推廣。

4.3 技術處理層面

通過檢修和運用層面的手段，對實現提高設備準確性的作用是極為有限的。正如前文提及，造成設備失準最多的原因實際上是未知的，檢修人員經常發現那些數據超差的設備實際并沒有發生明顯的故障或者較大的環境變化。此時，就不得不采用從技術層面進行處理的方法，即參數調整。

之所以敢于在這里論述“參數調整”這個敏感的話題，實際是源于現實中設備使用部門對超偏載設備的運用管理方式：

（1）超偏載是計量器具，需要經檢定合格后使用。

（2）當某臺超偏載出現影響計量性能的故障，或經期間核查、比對發現數據超差，應作為合格失效處理，需重新進行修理后檢定。

（3）國家軌道衡計量站沒有空余超偏載計量車，無法進行周期檢定外的檢定工作。

（4）按照一般的計量器具運用管理辦法，合格失效的超偏載設備應做停用處理，但實際上作為安全檢測設備，超偏載根本無法停用，仍需要在合格時效的情況下繼續使用，直至下個周期檢定。

（5）為保證合格失效的超偏載處于較好的工作狀態，在已經大致掌握了設備誤差的前提下，對設備的參數進行合理范圍內的調整。

參數調整對于計量器具管理雖不合法，但卻勝在合理、有效，在如今這樣的設備運用大環境中，是對提高設備測量準確性很有必要的手段之一。

5 結束語

通過對設備測量誤差的獲取、分析和處置，進而提高超偏載的測量準確性是一件十分有意義的事情，對超偏載設備更好地運行起到積極作用，使超偏載更好地發揮其貨運計量安全檢測設備的作用，為鐵路貨運安全提供更有力的保障。