集装箱超偏载智能检测装置的研制与应用

徐进立 上海铁路局蚌埠货运中心

集装箱超偏载智能检测装置的研制与应用

徐进立 上海铁路局蚌埠货运中心

介绍集装箱超偏载智能检测装置的研制背景和意义、主要原理及应用，集装箱超偏载智能检测装置优点突出、性能可靠，对确保铁路运输安全有积极的作用。

集装箱；超偏载；检测装置

集装箱超偏载智能检测装置是一种直接安装在集装箱吊具上的超偏载检测设备。解决了集装箱超重、偏重现场实时检测的难题，现场作业人员在吊运装卸集装箱的同时就可以检测集装箱的超偏载情况，可在装车前对超载、偏重和偏载量超标的集装箱及时进行处理。

1 集装箱超偏载智能检测装置研制的背景和意义

铁路货运组织改革实施后，货运新业务、新项目、新产品开发取得明显成效，集装箱运输所占比重越来越大，安全风险逐渐加大，杜绝超偏载现象显得十分迫切和重要。

（1）安全风险管理要求加强集装箱超偏载检测。如果集装箱出现超偏载，当其装上列车后，负重车辆重心在横向或纵向上偏移超限，会造成安全隐患，甚至会引发列车脱轨或翻车的严重事故。《铁路货场超偏载检测装置运用管理办法》要求运用科技手段严格检查超载和偏载。

（2）原有的检测手段不能适应作业需要。一是轨道衡、货检站专用超偏载检测仪等检测属于事后检测，集装箱已经装上列车，发现超偏载还需要到最近的装卸作业点进行调整，影响铁路运输效率。这些装置结构庞大，造价昂贵，不适用于数量众多、条件各异的装车场；二是汽车衡、吊秤、钩头秤等只能对集装箱超载进行检测，而不能检测偏载情况。

（3）蚌埠南货场亟须提高集装箱超偏载检测能力。2014 年3月，蚌埠（皖北）铁路无水港建成启用，蚌埠南货场集装箱运输的地位尤为突出。如何消除集装箱超偏载现象，保证集装箱运输安全显得十分迫切。一段时间里，我们从装载方案制定、总量控制、随机抽查等方面，花费大量精力进行集装箱超偏载专项治理，但百密中难免有一疏，运输中仍然会偶尔出现集装箱超偏载现象，处置比较困难，花费较大的精力和财力。现实情况迫切需要在人防、物防、技防等方面完善手段，从源头控制超偏载现象的发生。

2 集装箱超偏载智能检测装置的开发过程

该项目于2014年2月立项，由上海铁路局货运处、科研所、蚌埠货运中心与江苏泰力公司共同研究开发。2014年4月经共同调研初步确定以集装箱吊具为构架的集装箱超偏载检测方案，2014年8月份完成该检测装置的原理设计。2014年12月份完成相关设计并生产出样品。

2015年初到2016年1月份该产品先后14次在蚌埠南货场进行现场测试。试验使用期间，为了保证设备数据的准确性，班组使用人员在集装箱吊运前必须试吊标准砝码箱，比较设备显示数据与实际数据之间的差异，确认设备显示数据的准确性，如出现较大误差，须经研制专业人员调整数据，保证集装箱超偏载智能检测设备的数据准确。从试验使用阶段数据分析来看，集装箱超偏载智能检测装置性能较为稳定，使用方便，数据直观，出现超偏载数据信号时能自动报警，提醒门吊司机、货运员处置。数据采集、读取、打印，均实现无线传输、远程控制比较人性化，较为适应现场使用。

蚌埠南货场于2015年初试验使用集装箱超偏载智能检测装置，到年底发现超载报警信号2起，偏载信号5起，经开箱检查确认，超载是货主人为多装造成的；偏载均为箱内货物堆码不执行装载方案，不均匀堆码造成的。2016年以来，蚌埠南货场共计发送集装箱2000TEU，未出现一起超偏载反映。从集装箱超偏载智能检测装置在蚌埠南货场的试验效果看，这种装置在作业现场使用是安全有效的，可以进一步优化该装置的功能和应用，从而提高设备保安全的能力。

3 集装箱超偏载智能检测装置的工作原理

3.1 系统结构原理

（1）本检测装置主要由拉力传感器、变送器、无线信号发射端、无线信号接收端、CPU和人机界面等部分组成。

（2）拉力传感器安装在集装箱吊具的4个转锁上，检测集装箱4个角的受力情况。经过变送器将拉力传感器的信号转化为标准的可供采集、处理的模拟量信号，由无线信号发射端将此信号传递给无线信号接收端，CPU采集无线信号接收端的信号，经过数据处理，得出集装箱的偏重、超偏载、总重数据，并将相关数据在人机界面上进行显示并且归档记录、打印。

图1 系统构成

（3）在发生偏重、偏载时，智能检测装置发出声光报警提醒，操作人员及时做出相应的处理，并且完成对所有检测和记录数据(包括吊装时间、箱号、各点偏重，偏载、总重及操作员工号）的保存和管理，便于随时查看和打印。

工作流程原理：拉力传感器→变送器→无线信号发射端→无线信号接收端→CPU→人机界面显示→打印机。

系统构成如图1。

3.2 测量方法和计算原理

上述系统构成对从承吊集装箱的旋锁内的4个特制拉力传感器采集的一组数据G1、G2、G3、G4（图2）进行计算，得到偏载,、偏重和总重的数值。

图2 受力平衡示意图

图2中，G1、G2、G3、G4为集装箱4个角传感器所测得的重量，G为集装箱总重，A、B分别为4个传感器之间的纵向和横向中心距。以集装箱水平面几何中心C为坐标原点0，建立x轴、y轴直角坐标系，集装箱重心D的坐标为（a，b），即重心在x、y轴上的偏移量。

根据受力平衡原理，有

式中，a为偏重数值，b为偏载数值。以上公式经编程后存储在PLC中，CPU自动进行数据采集和计算，获得G、a、b的结果数。a、b值可正可负，图示位置a、b值都是正的。当a值为负值时，表示D点在Y轴左侧。当b值为负值时，表示D点在X轴下侧。可见，负值表示反向偏重和反向偏载。当|b|＞100 mm时，触摸屏会自动将偏载数值显示框变为红色并闪烁报警，提示集装箱偏载超标。当|a|＞600 mm时，触摸屏会自动将偏重数值显示框变为红色并闪烁报警，提示集装箱偏重超标。

根据铁路系统规定，允许集装箱超载2 t。因此，X-Z20 和X-Z40型集装箱超偏载检测装置的最大允许总重设为32.48 t。当G＞32.48 t时,触摸屏会将总重数值显示框变为红色并闪烁报警，提示集装箱已超重。

根据偏载、偏重值的正负，重心D点在触摸屏上显示在4个不同区域，可确定集装箱调整载荷的方向。

4 装箱超偏载智能检测装置的应用前景

经过一年多的实验使用，集装箱超偏载智能检测装置虽然还有某些不足或缺陷，但通过改进和提高，我们相信会有很好的使用前景。

从铁路推进现代物流建设的发展趋势看，安全发展、协调发展、共享发展是货运转型发展的必然要求，加强安全风险管控能力，优化劳动组织，提高运输生产效率是重要途径，加大科技设备投入是不可缺少的管理手段；从铁路货运安全的现状看，据有关资料显示，目前全路每天约有2 000辆以上的超、偏载车在冒险运行，这是一个十分令人担忧的安全现状。虽然这些隐患车辆绝大多数侥幸没有在途中造成严重事故，但扣车进行调整、倒装的案例却为数不少；从货运产品的需要看，以我们中心的集装箱运输开发为例，蚌埠（皖北）铁路无水港的货源吸引力逐步扩大，国际集装箱业务不断上量，淮北市也将建设铁路无水港，开办国际集装箱业务。同时，我们中心开发了干熄焦入箱、粮食入箱新产品，而且保持着良好的经营势头。集装箱运输所占比例越来越大，超偏载安全压力也越来越大。综上所述，集装箱超偏载智能检测装置需要优化功能，推广应用，将不断提高铁路货运设备保安全的能力。

责任编辑：王 华

来稿日期：2016-12-12