CN102288364A - 铁路货车超偏载实时监测方法 - Google Patents

Abstract

提供一种铁路货车超偏载实时监测方法，针对铁路货运安全工作的特性，在铁路货车装载过程中直观实时图文显示车厢四角中每个角的货物重量值、货物总重量值及相关重心投影点数据，以方便装货员及时做出判断。本发明更方便货车装车员实时调整货车所载货物合理安全的装车重量及装车位置，可确保货物装载、货物运输的过程中处于安全状态。

Description

铁路货车超偏载实时监测方法

技术领域

本发明属于铁路货运技术领域，具体涉及一种铁路货车超偏载实时监测方法。

背景技术

目前在国内铁路货车货物装车专用线上，对大多数货物的装车方式还一直延续使用传统的货物装车模式，一是铁路货运装货员依照工作经验估算出货物的装车位置图；二是大件设备货物需要货主提供大件设备图纸相关参数，参考图纸内容确定出货物的装车位置图。上述两种方式费工费时，在货车时速日益提高的今天，越来越不能满足货运安全运输的需求，因为当货车车厢装满后，特别是立体空间比较高的货物，在货车运行在弯道时，如果货物装载的重心不当，会导致所载货物车箱被甩出轨，从而造成铁路运输安全事故，因此有必要改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种铁路货车超偏载实时监测方法，针对铁路货运安全工作的特性，在铁路货车装载过程中直观实时图文显示车厢四角中每个角的货物重量值、货物总重量值及相关重心投影点数据，以方便装货员及时做出判断。

本发明采用的技术方案，铁路货车超偏载实时监测方法，由下述步骤组成：

1)在货车专用线的轨道下方设置四个电子称重秤台，四个电子秤仪表接入计算机监测系统；将轨道轨距值和货车车辆定距值输入到计算机监测系统；

2)将需装载货物的货车开到货车专用线上并使货车车厢的四个轮对分别置于电子称重秤台上方，先称出车厢皮重，并通过计算机监测系统记录存贮车厢皮重；

3)车厢货物装载过程中，四个电子秤实时显示车厢四角中每个角的货物重量值及货物总重量值；

4)计算机监测系统根据每个角实时货物重量值、轨道轨距值和货车车辆定距值计算出货物重心投影点；

5)根据货物重心投影点确定货物重心点是否在预先设定的货运安全范围内。

进一步地，当车厢需多次或多层装载货物时，重复上述步骤三至步骤五，即可测出整车货物重心点是否在预先设定的货运安全范围内。

本发明与现有技术相比较，更方便货车装车员实时调整货车所载货物合理安全的装车重量及装车位置，可确保货物装载、货物运输的过程中处于安全状态。

附图说明

图1为本发明方法原理模型图；

图2为根据合力矩定理建立重心的坐标公式图；

图3为本发明中货车空车进入四个称重台正确区域内的示意图；

图4为本发明中装车货物重心投影的假设安全范围示意图；

图5为本发明中货车空车称重时的坐标示意图；

图6为本发明中货车第一次装车过程示意图；

图7为空间平行力系示意图；

图8为本发明数据采集流程示意图。

具体实施方式

在获得轨道轨距值和货车车辆定距值、车厢四角中每个角的货物重量值及货物总重量值后，货物重心投影点的计算根据简述：用空间平行力系的三个平衡方程求合力的公式，解读计算重心投影的坐标公式。

1)重心的概念

一个不变形的物体(即刚体)在地球表面无论如何放置，其平行分布的重力的合力作用线，都通过该物体上一个确定的点，这一点就称为物体的重心，所以物体的重心就是物体重力合力的作用点。一个物体的重心，相对于物体本身来说就是一个确定的几何点，重心相对于物体的位置是固定不变的。

根据合力矩定理建立重心的坐标公式。如图2所示，取直角坐标系Oxyz，其中z轴平行于物体的重力，将物体分割成许多微小部分，其中某一微小部分M_i的重力为W_i，其作用点的坐标为x_i、y_i、z_i，设物体的重心以C表示，重心的坐标为x_C、y_C、z_C。

物体的重力为

W＝∑W_i

应用合力矩定理，分别求物体的重力对x、y轴的力矩，有

$\left.\begin{array}{c}-{\mathrm{Wy}}_c=-\mathrm{\Σ}{W}_i{y}_i\\ {\mathrm{Wx}}_c={\mathrm{\ΣW}}_i{x}_i\end{array}\right\}---\left(1\right)$

由式(1)即可求得重心的坐标x_C、y_C。为了求坐标z_C，可将物体固结在坐标系中，随坐标系一起绕x轴旋转90°，使y轴铅垂向下。这时，重力W与W_i都平行于y轴，并与y轴同向，如图2中带箭头的线所示。然后对x轴应用合力矩定理，有

-Wz_C＝-∑W_iz_i(2)

由式(1)和(2)得到物体重心C的坐标公式为

$\left.\begin{array}{c}{x}_C=\frac{\mathrm{\Σ}{W}_i{x}_i}{W}\\ y_C=\frac{\mathrm{\Σ}{W}_i{y}_i}{W}\\ z_C=\frac{\mathrm{\Σ}{W}_i{z}_i}{W}\end{array}\right\}---\left(3\right)$

如果物体是均质的，这时，单位体积的重量γ＝常量。以ΔV_i表示微小部分M_i的体积，以V＝∑ΔV_i表示整个物体的体积，则有W_i＝γΔV_i和W＝γV，代入式(3)，得

$\left.\begin{array}{c}{x}_C=\frac{\mathrm{\Σ\Δ}{V}_i{x}_i}{V}\\ y_C=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\ΔV}}_i{y}_i}{V}\\ z_C=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\ΔV}}_i{z}_i}{V}\end{array}\right\}---\left(4\right)$

这说明，均质物体重心的位置与物体的重量无关，完全取决于物体的大小和形状。所以，均质物体的重心又称为形心。确切地说：由式(3)所确定的点称为物体的重心；由式(4)所确定的点称为几何形体的形心。对于均质物体，其重心和形心重合在一点上。非均质物体的重心与形心一般是不重合的。

2)由于工程中一些外型复杂或质量分布不均物体很难用计算方法求解其重心位置。

重心的概念：物体的重心就是物体重力合力的作用点，重心相对于物体的位置是固定不变的，也就是说在重力场中“合力的作用线通过重心”(如图7)。

∑F_z＝0 ∑M_x(F)＝0 ∑M_y(F)＝0 Z

因此，将空间汇交力系中的“重心位置”的计算，可以解读为用“合力的作用线通过重心，而重心的投影点Oxy坐标参数即为合力在Oxy坐标参数”。也可以解读为：在Oxyz坐标系中，用合力通过在Oxy两轴平面上的坐标值也等同于重心在Oxy两轴平面的投影(简述：用计算合力的公式来计算重心投影的坐标参数)。

取坐标系Oxyz如上图所示，列出三个平衡方程：(5)

∵∑F_z＝0，∑M_x(F)＝0，∑F_y(F)＝0

∴∑F_z＝0，-W+F₁+F₂+F₃+F₄＝0(5-a)

∑M_x(F)＝0，y_c＝((F₁+F₂)-(F₄+F₃))·n/G(5-b)

∑M_y(F)＝0，x_c＝((F₄+F₁)-(F₂+F₃))·m/G(5-c)

上述(5-a)、(5-b)、(5-c)公式即为“重心的投影点Oxy坐标参数的计算公式”。

用图6示例计算：

其中P1＝13t(0.718m，5.85m)、P2＝11t(-0.718m，5.85m)、P3＝10t(-0.718m，-5.85m)、P4＝9t(0.718m，-5.85)；

由(5-a)式：W＝F₁+F₂+F₃+F₄

＝(13+11+10+9)×1000×9.8

＝421400kN    (注：421400kN＝43t)

由(5-b)式：y_c＝[(F₁+F₂)-(F₄+F₃)]·n/G

＝[(13+11)-(9+10)]×5.85÷43＝0.68m

由(5-c)式：x_c＝[(F₄+F₁)-(F₂+F₃)]·m/G

＝[(9+13)-(11+10)]×0.718÷43＝0.017m

重心投影坐标参数：43t(0.017m，0.68m)

3)下面结合附图1、2、3、4、5、6、7、8描述本发明的一种实施例

相关参数说明：以目前我国国家标准规定的：轨道轨距2m＝1435mm(国家标准)；车辆定距2n＝11700mm(国家标准)为例，预先设定的装车安全范围则根据载货列车的运行最高时速60公里，来确定装车货物重心投影的假设安全范围：以图4为例，设定在Oxy坐标系参数A1(0.24m，1.95m)、A2(-0.24m，1.95m)、A3(-0.24m，-1.95m)、A4(0.24m，-1.95m)。

具体装车过程描述如下：每次铁路货车空车装车过程，都要确保计算机监测系统已进入正常的称重零初始重量状态。操作步骤一：铁路货车空车箱进入四个称重秤台的正确区域内(如图5所示)，待计算机监测系统显示铁路货车空车称重显示值稳定后，称重显示1#秤P1参数5.00t(0.718m，5.85m)、2#秤P2参数5.00t(-0.718m，5.85m)、3#秤P3参数5.00t(-0.718m，-5.85m)、4#秤P4参数5.00t(0.718m，-5.85m)、总重量P参数20.00t(0.00m，0.00m)。另外，四个秤台两两之间的重心投影坐标参数是1#-2#参数(0.000m，5.85m)、2#-3#参数(-0.718m，0.00m)、3#-4#参数(0.000m，-5.85m)、4#-1#参数(0.718m，-0.00m)属于装车过程工艺参数，只作为装车过程参考。

用鼠标点击计算机屏幕

功能键，铁路货车空车箱自动去皮，四个电子秤台都显示归零，进入下一步骤。

操作步骤二：第一次(或第一层次)装车过程中如图6所示，实时显示如1#秤称重显示P1参数13.00t(0.718m，5.85m)，2#秤称重显示P2参数11.00t(-0.718m，5.85m)，3#秤称重显示P3参数10.00t(-0.718m，-5.85m)，4#秤称重显示P4参数9.00t(0.718m，-5.85m)，四个秤台总重量显示P参数43.00t(0.017m，0.68m)；同理，四个秤台两两之间的的重心投影坐标(如图示6)参数如是1#-2#参数(0.060m，5.85m)、2#-3#参数(-0.718m，0.28m)、3#-4#参数(-0.038m，-5.85m)、4#-1#参数(0.718m，1.06m)属于装车过程工艺参数，只作为装车过程参考。

如果上述五个装车计量参数值及图示范围都在规定的装车安全指标[装车货物重心投影的假设安全范围：以图4为例，在Oxy坐标系参数A1(0.24m，1.95m)、A2(-0.24m，1.95m)、A3(-0.24m，-1.95m)、A4(0.24m，-1.95m)以内]的范围内，并且还有再装车额度，进入第下二次(或层次)装车过程中。否则，此次装车过程结束。

依次类推，可以进行多次装车计量过程，以满足安全有效的装车计量过程。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (2)

1.铁路货车超偏载实时监测方法，其特征在于由下述步骤组成：

1)在货车专用线的轨道下方设置四个电子称重秤台，四个电子秤仪表接入计算机监测系统；将轨道轨距值和货车车辆定距值输入到计算机监测系统；

2)将需装载货物的货车车厢开到货车专用线上并使货车车厢的四个轮对分别置于电子称重秤台上方，先称出车厢皮重，通过计算机监测系统记录车厢皮重；

3)货车车厢货物装载过程中，四个电子秤实时显示车厢四角中每个角的货物重量值及货物总重量值；

4)计算机监测系统根据每个角实时货物重量值、轨道轨距值和货车车辆定距值计算并显示出货物重心投影点；

5)根据货物重心投影点确定货物重心点是否在预先设定的货运安全范围内。

2.根据权利要求1所述的铁路货车超偏载实时监测方法，其特征在于：车厢需多次或多层装载货物时，重复上述步骤三至步骤五，即可测出整车货物重心投影点是否在预先设定的范围内。

Images