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摘要：文章设计了一种轻便、易拆装的机车车辆的称重仪器，实现了对机车车辆的称重。采用无线数据传输的方式，基于VC++开发程序进行的数据处理，实现可视化界面，得到重量值，并检测是否合格。
关键词：无线数据传输；VC++开发程序；便携式无线机车；轮重仪
中图分类号：TH715 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0041-03
一、概述
在我国铁路上运行的各种铁路车辆及其装载货物重量计量称重的仪器称为轨道衡。轨道衡广泛应用于铁路、城轨、地铁、矿山、冶金、石化、港口、煤炭等行业。随着国民经济的高速发展，各行各业对铁路计量工作提出了快速、准确的更高的要求。
研制一种不需要对现有轨道线路行进任何改动，仅需在两轨之间放置一称重装置，通过车轮轮缘将重量传递给称重装置，实现便携、高精度称重。该设备具有重量轻、便携和操作简单、可靠性强、维护简单、适用于各种环境和各种类型的轨道车辆等优点，必将具有广泛的社会应用前景。
二、技术要求
根据《铁道机车车辆重量测定方法》（TB/T1740-1997）与《电力机车通用条件》（GB/T3317-2006）的要求规定，在计量轨道上对铁道机车车辆的重量、轴重及轮重的测定方法，适用于铁道机车车辆的重量测定。具体条件如下：测定应进行6次，在两个不同方向上进行3次，即机车车辆从轮重仪的任一端以前进或后退两种不同方式各进入轮重仪3次。测定值取6次记录的算术平均值，保留小数点后两位。
任一轮重6次测量的极限误差不超过1.2%，测定方可认为有效。
每个车轮轮重与该轴两轮平均轮重之差不超过该轴两轮平均轮重的4%。
三、技术参数
1．称量对象：轨距（800～1435mm）的各型车。
2．称量方式：静态称量。
3．整体最大秤量：120t，称重单元最大秤
量：15t。
4．最小秤量：整体1600kg，称重单元200kg。
5．检定分度值：整体50kg，称重单元10kg，最小显示分度值：整体20kg，称重单元5kg。
6．准确度：III级，符合国家颁发的计量检定规程《数字指示轨道衡》（JJG781-2002）的允差规定。
7．最大允许误差
称量（m） 允差
0 500e
8．感量：加减1.4e的砝码，示值应有1e改变。
9．输出方式：显示器显示、打印机打印、磁盘存储、数据联网，具有强大的数据管理功能，可实现日、月、年的数据分类统计管理。
10．环境条件：温度：-40℃～+70℃；湿度：≤90%RH。
11．电源：6.5～12DCV。
12．可根据用户的要求制定各种报表格式。
四、无线便携式轮重仪的机械结构
本系统共有8个称重单元，每个称重单元对应一个车轮，2个称重单元组合成一个轴计量单元，共有4个轴计量单元组成了一个固定式9种工程作业车辆的轮、轴称重系统。每个称重单元有一个秤台，有两只悬臂梁式传感器和承载机构组成。每个秤台的称重信号（模拟量）集中于数字化电路均衡器，进行数字化处理并予补偿均衡后送入数据采集转换通道，在主控微机的控制和处理下，将机车的每个轮重、轴重、总重按管理格式显示和打印。
两个轮重单元秤台组合成一个可以拆卸和组合的轴计量单元秤架，可根据不同的车型、不同的轴距、中心距，进行排列安装极为灵活方便，称重前根据工程作业车辆的轴局、定距，进行摆放。可以固定安装在静态电子轨道衡的主秤梁秤台上，也可以在工程作业车生产现场（有钢轨安装）使用。本装置具有整体结构简单小桥，可组合携带，现场适应性和适用性好，计量迅速准确，运行稳定可靠和安全。
1.支承座；2.传感器；3.数据处理模块；4.连接座；5.螺纹套；6.顶紧螺母；7.螺纹杆；8.吊装环
五、高性能的BTGFC-A称重传感器
传感器是轮重仪的关键元件，是秤梁的着力支点，是力→电转换部件，它的性能好坏直接影响整套设备的计量精度和稳定性。
传感器技术参数：
额定载荷：15t
灵敏度：2.0±0.002 mV/V
综合性误差：±0.1%F.S
蠕变（30分钟）：±0.05%FS
零点平衡：±1%F.S
零点温度影响：±0.02%F.S/10℃
输出温度影响：±0.02%FS/10℃
输入阻抗：750±10Ω(ohms)
输出阻抗：703±2Ω(ohms)
绝缘电阻：≥5000MΩ
工作温度范围：-30℃～+70℃
安全过载：150%F.S
极限过载：200%F.S
推荐激励电压：10～12V DC
最大激励电压：15V DC
防护等级：IP68
材质：40CrNiMoA
六、数据采集系统
采用专用AD转换模块对传感器的输出信号进行硬件处理与软件规格化处理。模块的出入信号范围很宽，最大量程可从±10mV～±5V,分辨率可达200000/mV,零点和满载温度特性均小于5ppm/℃。测量结果通过总线串行方式输出，接口类型为全双工RS-485。
七、无线数据传输系统
采用微功率无线通讯技术，发射最大功率50mW，实现数据接收、数据发射。工作频率采用441～469MHz之间的开放ISM频段，系统传输距离远，抗干扰能力强，采用了前向纠错码，实际误码率低达10-5～10-6，可靠传输距离大于700m,8条通信信道，可以扩展到16/32信道。系统采用了看门狗监控和掉电检测功能，自动出错恢复，保证产品使用稳定。
无线传输系统的优点：成本低、建设工程周期短、适应性好、扩展性好、设备维护性好。
八、数据处理
采用算术平均测试，对传感器输出的信号多次采集，然后取算术平均值作为测量结果，并滤除随机测量误差。根据铁道部行业标准TB/T1740-1997《铁道机车车辆重量测定方法》和国家标准GB3317-82中2.5条规定进行计算，主要数学模型如下：
j号轴左右轮平均重量：
左ji,
左ji
j号轴重量：
轴j=左j+右j
实测空车时整车重量：
=轴j
j号轴左、右轮重误差：
左j=-右j=
j号轴重误差
轴j=×100%；
整车重量误差：
=×100%；
式中：a——机车轴数（a=4、6、8）
m左ji、m右ji分别表示j号轴左、右轮第i次测量的重量。
M设计指机车车辆在整备状态下整车设计的总重量。
任一六次测量的极限误差不超过1.2%，测定方可认为有效。
软件系统：工控机管理软件采用VC++6.0高级语言编写，使用了多线程技术，具有试验过程控制、数据管理、报表打印等功能，人机交互内容丰富，可显示试验状态、提示试验异常、报告试验结果。
九、推广应用前景
便携式无线轴重仪，结构紧凑，操作方便，有较高的技术含量，该产品设计有机构，自动化程度高。该试验机设计方案处于国内领先水平,有较好的推广应用前景。
十、结语
便携式无线轴重仪在现场运用，证实本项目技术方案合理可行，现场适应性好，可靠程度高，能够满足设计要求。
作者简介：高志刚（1965-），男，河北遵化人，河北南车铁龙机电设备有限公司教授级高级工程师。
（责任编辑：陈 倩）
关键词：无线数据传输；VC++开发程序；便携式无线机车；轮重仪
中图分类号：TH715 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0041-03
一、概述
在我国铁路上运行的各种铁路车辆及其装载货物重量计量称重的仪器称为轨道衡。轨道衡广泛应用于铁路、城轨、地铁、矿山、冶金、石化、港口、煤炭等行业。随着国民经济的高速发展，各行各业对铁路计量工作提出了快速、准确的更高的要求。
研制一种不需要对现有轨道线路行进任何改动，仅需在两轨之间放置一称重装置，通过车轮轮缘将重量传递给称重装置，实现便携、高精度称重。该设备具有重量轻、便携和操作简单、可靠性强、维护简单、适用于各种环境和各种类型的轨道车辆等优点，必将具有广泛的社会应用前景。
二、技术要求
根据《铁道机车车辆重量测定方法》（TB/T1740-1997）与《电力机车通用条件》（GB/T3317-2006）的要求规定，在计量轨道上对铁道机车车辆的重量、轴重及轮重的测定方法，适用于铁道机车车辆的重量测定。具体条件如下：测定应进行6次，在两个不同方向上进行3次，即机车车辆从轮重仪的任一端以前进或后退两种不同方式各进入轮重仪3次。测定值取6次记录的算术平均值，保留小数点后两位。
任一轮重6次测量的极限误差不超过1.2%，测定方可认为有效。
每个车轮轮重与该轴两轮平均轮重之差不超过该轴两轮平均轮重的4%。
三、技术参数
1．称量对象：轨距（800～1435mm）的各型车。
2．称量方式：静态称量。
3．整体最大秤量：120t，称重单元最大秤
量：15t。
4．最小秤量：整体1600kg，称重单元200kg。
5．检定分度值：整体50kg，称重单元10kg，最小显示分度值：整体20kg，称重单元5kg。
6．准确度：III级，符合国家颁发的计量检定规程《数字指示轨道衡》（JJG781-2002）的允差规定。
7．最大允许误差
称量（m） 允差
0
8．感量：加减1.4e的砝码，示值应有1e改变。
9．输出方式：显示器显示、打印机打印、磁盘存储、数据联网，具有强大的数据管理功能，可实现日、月、年的数据分类统计管理。
10．环境条件：温度：-40℃～+70℃；湿度：≤90%RH。
11．电源：6.5～12DCV。
12．可根据用户的要求制定各种报表格式。
四、无线便携式轮重仪的机械结构
本系统共有8个称重单元，每个称重单元对应一个车轮，2个称重单元组合成一个轴计量单元，共有4个轴计量单元组成了一个固定式9种工程作业车辆的轮、轴称重系统。每个称重单元有一个秤台，有两只悬臂梁式传感器和承载机构组成。每个秤台的称重信号（模拟量）集中于数字化电路均衡器，进行数字化处理并予补偿均衡后送入数据采集转换通道，在主控微机的控制和处理下，将机车的每个轮重、轴重、总重按管理格式显示和打印。
两个轮重单元秤台组合成一个可以拆卸和组合的轴计量单元秤架，可根据不同的车型、不同的轴距、中心距，进行排列安装极为灵活方便，称重前根据工程作业车辆的轴局、定距，进行摆放。可以固定安装在静态电子轨道衡的主秤梁秤台上，也可以在工程作业车生产现场（有钢轨安装）使用。本装置具有整体结构简单小桥，可组合携带，现场适应性和适用性好，计量迅速准确，运行稳定可靠和安全。
1.支承座；2.传感器；3.数据处理模块；4.连接座；5.螺纹套；6.顶紧螺母；7.螺纹杆；8.吊装环
五、高性能的BTGFC-A称重传感器
传感器是轮重仪的关键元件，是秤梁的着力支点，是力→电转换部件，它的性能好坏直接影响整套设备的计量精度和稳定性。
传感器技术参数：
额定载荷：15t
灵敏度：2.0±0.002 mV/V
综合性误差：±0.1%F.S
蠕变（30分钟）：±0.05%FS
零点平衡：±1%F.S
零点温度影响：±0.02%F.S/10℃
输出温度影响：±0.02%FS/10℃
输入阻抗：750±10Ω(ohms)
输出阻抗：703±2Ω(ohms)
绝缘电阻：≥5000MΩ
工作温度范围：-30℃～+70℃
安全过载：150%F.S
极限过载：200%F.S
推荐激励电压：10～12V DC
最大激励电压：15V DC
防护等级：IP68
材质：40CrNiMoA
六、数据采集系统
采用专用AD转换模块对传感器的输出信号进行硬件处理与软件规格化处理。模块的出入信号范围很宽，最大量程可从±10mV～±5V,分辨率可达200000/mV,零点和满载温度特性均小于5ppm/℃。测量结果通过总线串行方式输出，接口类型为全双工RS-485。
七、无线数据传输系统
采用微功率无线通讯技术，发射最大功率50mW，实现数据接收、数据发射。工作频率采用441～469MHz之间的开放ISM频段，系统传输距离远，抗干扰能力强，采用了前向纠错码，实际误码率低达10-5～10-6，可靠传输距离大于700m,8条通信信道，可以扩展到16/32信道。系统采用了看门狗监控和掉电检测功能，自动出错恢复，保证产品使用稳定。
无线传输系统的优点：成本低、建设工程周期短、适应性好、扩展性好、设备维护性好。
八、数据处理
采用算术平均测试，对传感器输出的信号多次采集，然后取算术平均值作为测量结果，并滤除随机测量误差。根据铁道部行业标准TB/T1740-1997《铁道机车车辆重量测定方法》和国家标准GB3317-82中2.5条规定进行计算，主要数学模型如下：
j号轴左右轮平均重量：
左ji,
左ji
j号轴重量：
轴j=左j+右j
实测空车时整车重量：
=轴j
j号轴左、右轮重误差：
左j=-右j=
j号轴重误差
轴j=×100%；
整车重量误差：
=×100%；
式中：a——机车轴数（a=4、6、8）
m左ji、m右ji分别表示j号轴左、右轮第i次测量的重量。
M设计指机车车辆在整备状态下整车设计的总重量。
任一六次测量的极限误差不超过1.2%，测定方可认为有效。
软件系统：工控机管理软件采用VC++6.0高级语言编写，使用了多线程技术，具有试验过程控制、数据管理、报表打印等功能，人机交互内容丰富，可显示试验状态、提示试验异常、报告试验结果。
九、推广应用前景
便携式无线轴重仪，结构紧凑，操作方便，有较高的技术含量，该产品设计有机构，自动化程度高。该试验机设计方案处于国内领先水平,有较好的推广应用前景。
十、结语
便携式无线轴重仪在现场运用，证实本项目技术方案合理可行，现场适应性好，可靠程度高，能够满足设计要求。
作者简介：高志刚（1965-），男，河北遵化人，河北南车铁龙机电设备有限公司教授级高级工程师。
（责任编辑：陈 倩）