CN108225513A - 一种货运列车车载计重系统及计重方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种货运列车车载计重系统及计重方法,计重系统包括称重传感器、连接线缆以及车载智能终端,其中车载智能终端由ARM嵌入式控制器单元、电源单元、定位单元、无线数传单元、数字I/O接口单元、称重信号放大与调理电路、模数转换电路以及数据存储单元构成。本发明结合铁路货车自身结构,采用基于转向架应变的间接式计重方法。针对铁路货运安全工作的特性,在货运列车装载、运输及卸载过程中实时监测货车重量,达到整列货车、整条线路的全程动态称重。本发明具有远程监控、故障诊断功能,其测量结果精度高、稳定性较好,具有性能可靠、监测设备造价低、安装使用条件要求低的特点,易于推广使用。

Description

一种货运列车车载计重系统及计重方法
技术领域
本发明属于铁路货运技术领域,具体涉及一种货运列车车载计重的实时监测方法。
背景技术
长期以来,由于客观条件限制及经济利益驱使,铁路货车超载(欠载)、偏载现象严重,造成车辆设备损伤,大大降低使用寿命,甚至危及行车安全。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是传统的货物装车模式,一种计量方法是计算方量与货物密度的乘积,此方法无法保证计量精度;另一种是采用固定式称重轨道衡,虽然保证了计量精度,但是需要将车厢拉到轨道衡上进行称重,称重不方便。以上两种方式要么不准确要么不方便,都不能实现随时机动的称重需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种货运列车车载计重系统及计重方法,本发明具有远程监控、故障诊断功能,其测量结果精度高、稳定性较好,具有性能可靠、监测设备造价低、安装使用条件要求低的特点,易于推广使用。
本发明的技术方案是:一种货运列车车载计重系统,其特征是计重系统包括称重传感器、连接线缆以及车载智能终端,
其中车载智能终端由ARM嵌入式控制器单元、电源单元、定位单元、无线数传单元、数字I/O接口单元、称重信号放大与调理电路、模数转换电路以及数据存储单元构成;
电源单元是整个车载智能终端的能源中心,将外部提供的电源转换为车载智能终端内部各个子单元正常工作所需的稳定电源;
定位单元由北斗或GPS定位模块构成,完成地理信息定位;
无线数传单元由GPRS模块构成,利用公共无线网络传递车载监控信息;
数字I/O接口单元由开关量信号输入输出驱动、电平转换以及相应的保护电路构成,实现对车辆状态的感知与识别和相应的控制输出;
称重信号放大与调理电路与模数转换电路构成的称重单元,对载重车辆的动、静态实时有效称量;
数据存储单元由定制的特殊结构与电路的大容量FLASH存储单元电路构成,主要实现监控信息的高可靠性存储和备份存储;
ARM嵌入式控制器单元内嵌有操作软件,完成称重数据的采集、控制与运算处理,定位数据的识别与处理,数据存储的控制,数传接口及北斗或GPS定位模块进行数据无线传递的控制,实现整个安全监控功能的调度与控制。
车载智能终端安装在货运车厢中间位置,所有称重传感器信号通过线缆汇总于车载智能终端,外壳采用整体密封的形式。
一节货运车厢共需要4~8只称重传感器,在一套转向架的两侧侧架各安装1~2只称重传感器。
当一套转向架安装两只称重传感器时,将称重传感器安装在侧架正上方的中心线位置;当一套转向架安装四只称重传感器,将称重传感器安装在侧架中心与车轴承力点的中间位置,一侧侧架上的两只传感器采用电气并联方式。
所述计重系统的计重方法是基于转向架两套侧架应变的间接式称重模式,在侧架的适当部位安装称重传感器,通过称重传感器的合理布局来消除货运车厢重心改变带来的位置误差,提高称重精度;具体实现方法如下:
由车载智能终端对所有称重传感器采集信号进行放大、分析、处理,计算出每只称重传感器采集的货物重量,并精确得出加载货物总重量,判断是否存在超载及偏载现象;
车载智能终端通过GPS或北斗定位模块对每节货运车厢的位置定位,并通过GPRS模块将每节货运车厢的编号、货物重量、偏载情况、行驶速度、行驶路线等信息实时上传给监控管理平台,实现了货物的实时计重、在线监控。
本发明结合铁路货车自身结构,采用基于转向架应变的间接式计重方法。针对铁路货运安全工作的特性,在货运列车装载、运输及卸载过程中实时监测货车重量,达到整列货车、整条线路的全程动态称重。本套称重系统安装在每节货运车厢上,可实现随时、随地、并较准确地对装载货物进行称重。
本发明结构简单、安装方便以及精度高,装货过程中随时获得货物重量,防止超载及偏载。行驶过程中也可对货物进行远程监控,防止货物的丢失并能计算运输损耗。通过物联网技术,方便了管理部门对铁路货车的监管,也能方便客户随时查询货物的运输情况。
附图说明
图1是转向架结构示意图。
图2是两只车载专用称重传感器安装位置示意图。
图3是四只车载专用称重传感器安装位置示意图。
图4是车载智能终端原理框图。
其中:1—轴承;2—侧架;3—心盘;4—摇枕;5—弹簧;6—轮轴;7—钢轨;8—称重传感器。
具体实施方式
下面通过实例对本发明进行详细说明。
为了实现货运列车的自称重,结合货运列车自身结构,选择基于转向架两套侧架应变的间接式称重模式。货运车厢在加载一定吨位后,将会引起转向架与之对应的形变及应力分布。在侧架2的适当部位安装专用称重传感器8,间接实现对载重量的测量。可以通过传感器8的合理布局来消除重心改变带来的位置误差,从而达到提高称重精度的目的。
从图1可以看出,货运列车在加装货物后重量传递顺序,货物加载在货运车厢上,车厢坐于转向架下心盘3之上,通过连接心盘3将重量传递给转向架上的摇枕4,摇枕4压缩弹簧5变形,将重量传递给两侧的侧架2,侧架2再通过轴承1将力传递给轮轴6,最后作用于钢轨7之上。侧架2因为受力,产生与加载重量对应的微变形,安装在侧架2上的车载专用称重传感器8随着侧架2变形而产生相对挠度,改变了传感器内的惠斯通电桥平衡,产生传感器输出电压。其中摇枕4作为独立承力部件,且无遗漏力可能,因此可以通过间接测量摇枕变形信息实现车载称重。
一节货运车厢共需要4~8只称重传感器8,在一套转向架的两侧侧架各安装1~2只称重传感器8。
图2为一套转向架安装两只称重传感器8,称重传感器安装在侧架正上方的中心线位置,此安装方式适合货车装载位置靠近中心线的条件而且货车称重精度要求不高的条件下使用,虽然不能补偿偏离轴向的载荷位置误差,但是称重传感器使用数量减半,降低成本。
图3为一套转向架安装四只称重传感器8,称重传感器8安装在侧架中心与车轴承力点的中间位置,一侧侧架上的两只称重传感器采用电气并联方式,实现作用点沿轴向变化时测试值的一致性,消除轴向的位置误差,提高了整套系统的称重精度。
车载称重传感器8在安装时,采取微束焊接、粘接、螺纹固定等方式都可以,安装方便,不会造成对列车安全造成影响,具有低成本、便捷安装等特点。
如图4所示,车载智能终端安装在车厢中间位置,所有称重传感器信号通过线缆汇总于车载智能终端,外壳采用整体密封的形式,实现防潮、防尘的等级要求。车载智能终端由ARM嵌入式控制器单元、电源单元、定位单元、无线数传单元、数字I/O接口单元、称重信号放大与调理电路、模数转换电路以及高可靠性监控数据存储单元构成。
ARM嵌入式控制器单元作为整个车载智能终端设备的核心,内嵌有操作软件,完成称重数据的采集、控制与运算处理,定位数据的识别与处理,数据存储的控制,数传接口及“北斗”/GPS定位模块进行数据无线传递的控制,实现整个安全监控功能的调度与控制。
电源单元是整个车载智能终端的能源中心,它将外部提供的电源以比较高的能效比转换为车载智能终端内部各个子单元正常工作所需的稳定电源。车载智能终端的供电可通过列车内部提取电或电池供电。
定位单元由“北斗”或GPS定位模块构成,主要完成地理信息定位。
无线数传单元由GPRS模块等构成,实现利用公共无线网络传递车载监控信息的功能。主要考虑小型化和低功耗。
数字I/O接口单元由开关量信号输入输出驱动、电平转换以及相应的保护电路构成。主要实现对车辆状态的感知与识别和相应的控制输出。如是否刹车、车厢分离等工作状态的识别与确认。
称重信号放大与调理电路与模数转换电路构成的称重单元,实现了对载重车辆的动、静态实时有效称量。
高可靠监控数据存储单元由定制的特殊结构与电路的大容量FLASH存储单元电路构成,主要实现监控信息的高可靠性存储和备份存储功能。

Claims (5)

1.一种货运列车车载计重系统,其特征是计重系统包括称重传感器(8)、连接线缆以及车载智能终端,
其中车载智能终端由ARM嵌入式控制器单元、电源单元、定位单元、无线数传单元、数字I/O接口单元、称重信号放大与调理电路、模数转换电路以及数据存储单元构成;
电源单元是整个车载智能终端的能源中心,将外部提供的电源转换为车载智能终端内部各个子单元正常工作所需的稳定电源;
定位单元由北斗或GPS定位模块构成,完成地理信息定位;
无线数传单元由GPRS模块构成,利用公共无线网络传递车载监控信息;
数字I/O接口单元由开关量信号输入输出驱动、电平转换以及相应的保护电路构成,实现对车辆状态的感知与识别和相应的控制输出;
称重信号放大与调理电路与模数转换电路构成的称重单元,对载重车辆的动、静态实时有效称量;
数据存储单元由定制的特殊结构与电路的大容量FLASH存储单元电路构成,主要实现监控信息的高可靠性存储和备份存储;
ARM嵌入式控制器单元内嵌有操作软件,完成称重数据的采集、控制与运算处理,定位数据的识别与处理,数据存储的控制,数传接口及北斗或GPS定位模块进行数据无线传递的控制,实现整个安全监控功能的调度与控制。
2.如权利要求1所述的货运列车车载计重系统,其特征是,车载智能终端安装在货运车厢中间位置,所有称重传感器信号通过线缆汇总于车载智能终端,外壳采用整体密封的形式。
3.如权利要求1所述的货运列车车载计重系统,其特征是,一节货运车厢共需要4~8只称重传感器(8),在一套转向架的两侧侧架各安装1~2只称重传感器(8)。
4.如权利要求3所述的货运列车车载计重系统,其特征是,当一套转向架安装两只称重传感器(8)时,将称重传感器(8)安装在侧架正上方的中心线位置;当一套转向架安装四只称重传感器(8),将称重传感器(8)安装在侧架中心与车轴承力点的中间位置,一侧侧架上的两只传感器采用电气并联方式。
5.如权利要求1所述的货运列车车载计重系统,其特征是,计重系统的计重方法是基于转向架两套侧架应变的间接式称重模式,在侧架的适当部位安装称重传感器(8),通过称重传感器(8)的合理布局来消除货运车厢重心改变带来的位置误差,提高称重精度;具体实现方法如下:由车载智能终端对所有称重传感器采集信号进行放大、分析、处理,计算出每只称重传感器(8)采集的货物重量,并精确得出加载货物总重量,判断是否存在超载及偏载现象;车载智能终端通过GPS或北斗定位模块对每节货运车厢的位置定位,并通过GPRS模块将每节货运车厢的编号、货物重量、偏载情况、行驶速度、行驶路线等信息实时上传给监控管理平台,实现了货物的实时计重、在线监控。
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