ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВИЖУЩИХСЯ ВАГОНОВ Российский патент 1998 года по МПК G01G19/04 

Изобретение относится к устройствам для определения массы железнодорожных составов, а именно для определения осевых нагрузок вагонов.

Известны зарубежные и отечественные разработки различных типов весов для взвешивания подвижных вагонов.

В устройстве [1] осуществлен принцип поосного взвешивания транспортных средств в движении при въезде на три платформы и съезде с них. Для изготовления этих весов требуется выполнить большой объем земляных работ, а также обеспечить защиту датчиков от атмосферных воздействий (воды, снега и т. д. ). Что же касается чувствительности системы к восприятию нагрузки, то часть ее теряется из-за того, что опоры крайних платформ опираются на жесткое основание, не задействованное в измерительной системе.

В устройствах [2 и 3] осуществлен принцип измерения тензорезисторами главных напряжений в рельсах (сжимающие и растягивающие). В этом случае не требуется выполнения землеройных работ для установки весов, но в результате использования рельсов в качестве упругих элементов снижается чувствительность весов, а следовательно, и точность взвешивания.

В устройстве [4] осуществлена конструкция весов, содержащих раму для крепления рельсов и измерительные датчики, определяющих вертикальные силы, действующие на рельсы. Рама состоит из профильных держателей, расположенных параллельно рельсам и из поперечных держателей - балок. Рельсы через поперечные держатели опираются на продольные держатели, которые в свою очередь опираются на шпалы. Измерительные датчики расположены между рельсами и продольными держателями, т.е. на поперечных держателях.

Следует отметить, что помимо выполнения жесткой рамы в данной конструкции в качестве упругих элементов используются поперечные держатели, размеры которых выбирают из условий обеспечения прочности, а не из условий повышения точности измерений.

В качестве прототипа выбрано отечественное изобретение под названием Устройство для поколесного взвешивания железнодорожных составов [5]. Изобретение относится к устройствам для определения массы железнодорожных составов, а именно для определения осевых нагрузок вагонов. Устройство для поколесного взвешивания железнодорожных составов содержит уложенные на деревянные шпалы рельсы, у которых вертикальными двумя разрезами (не доводя их до основания) образован грузоприемный участок с силоизмерительными датчиками. Для защиты компенсационных датчиков от нагрузки область их установки окружена сквозной прорезью в виде незамкнутого прямоугольника. В этом случае активные датчики работают на сжатие, а компенсационные не испытывают деформации.

Анализируя конструкцию данного устройства можно сделать следующие выводы:
1. Наличие прорези в рельсах, испытывающих динамические нагрузки при движении вагонов, негативно сказывается на безопасности движения и на ресурсе работы весов.

2. Сложность тарировки весов и низкая точность.

3. Выполнение работ требует снятия рельсов (если колея уже положена), что увеличивает объем затрат на монтаж.

4. Требуется дополнительная защита тензорезисторов от воздействия атмосферных осадков и температуры.

В предлагаемом изобретении поставленная задача решена путем разработки малогабаритного приемника нагрузки с высокой частотой собственных колебаний (специальный тензометрический датчик) и установки его между стыками рельсов.

На фиг. 1 и 2 показана конструктивная схема установки приемника нагрузки, а на фиг. 3 - сам приемник (датчик тензометрический закрытого типа).

Как видно из фиг. 1 весовое устройство состоит из следующих основных деталей: 1 - рельсы, 2 - нагрузка (колесо вагона), 3 - приемник давления (датчик тензометрический), 4 - зигзагообразная планка, 5 - П-образная планка для закрепления на ней датчика 3.

Для установки датчика-приемника необходимо в месте стыка рельсов отрезать часть рельса и в образовавшемся разъеме установить датчик-приемник, предварительно закрепив его на планке 5.

Для образования единого жесткого узла датчик и рельсы скрепляются планками 4 и болтами 6.

Для снижения и смягчения ударов при накатывании колес превышение плоскости К датчика над рельсами допускается не более 0,5 мм. Также зазор Б выбрать не более 1 мм. Размер между стыками выбирается из условия обеспечения свободного контакта колеса с плоскостью K, не соприкасаясь с рельсами при нахождении колеса в середине пяты датчика. Для установки датчика по высоте предусмотрены металлические прокладки 7.

На фиг. 2 представлена конструктивная схема датчика-приемника нагрузки колес, состоящая из следующих основных деталей: 1 - первый упругий элемент (корпус), 2 - второй упругий элемент, 3 - третий упругий элемент, 4 - стержень с конусом, 5 - тензорезисторы, 6 - крышка-конус, 7 - пята датчика.

Крышка-конус завернута в корпус 1 и своим конусом входит во внутреннюю коническую поверхность упругого элемента 2. Стержень 4 своим конусом сопрягается с конической поверхностью упругого элемента 3, а резьбовой частью вворачивается в крышку - конус 6.

В процессе сборки и подготовки датчика к установке на место измерения проводится настройка тензорезисторов 5 и 8 путем вращения крышки-конуса 6 и стержня 4. Вначале производится настройка тензорезисторов 8 путем вворачивания крышки-конуса 6 в корпус, а затем настройка тензорезисторов 5 путем вращения стержня 4 при помощи его хвостовика.

Работа датчика происходит следующим образом.

При наезде колеса вагона на пяту датчика 7 усилие P передается на корпус (первый упругий элемент), в результате чего крышка-конус расширяет разрезанную вдоль коническую поверхность с тензорезисторами 8, а тензорезистор 5 из-за ухода конуса стержня 4 расслабляется. В результате при соединении тензорезисторов по схемной компенсации (один активный, а другой компенсационный) происходит усиление сигнала. Кроме того, чувствительность датчика повышается также благодаря применению комбинированного упругого элемента, состоящего из 3 частей.

Если принять значение углов конуса 90 и обозначить продольную деформацию корпуса ΔX, то относительная деформация мест установки тензорезисторов 5 : 8 будет равна , где d_o начальный диаметр укладки микропроволоки тензорезистора.

Как видно из формулы чувствительность увеличивается в 2 раза, а при использовании схемной компенсации еще в 2 раза.

В этой конструкции упругих элементов (2 и 3) в местах конусов выполнены продольные разрезы, что позволяет исключить или значительно ослабить трение в процессе деформации на конических поверхностях.

Длину продольного разреза l выбирают из условия получения напряжений у корня лепестков элементов (2 и 3) при отклонении на ΔX не более σ ≤ 0,2σ_пц, (где σ_пц предел пропорциональности). Это позволяет исключить влияние упругого последействия, а значит увеличить стабильность измерительной системы. Кроме того, стабильность достигается еще и тем, что чувствительный элемент тензорезисторов выполнен кольцевого типа (отсутствует клеевая подложка).

Резюмируя вышесказанное, можно отметить, что данная разработка весового устройства позволяет при соединении выходных сигналов тензорезисторов с измерительно-информационных комплексов получать весовые данные, приходящиеся на каждое колесо вагонов в процессе их движения, проследить характер распределения груза по вагону и определить вес вагона в процессе движения вагона. Для этого весоизмерительное устройство устанавливается на каждой колее пути. Наличие программного обеспечения и компьютерной системы позволяет сигналы от данного датчика-приемника трансформировать в весовые показатели с привязкой к номеру вагона.

Литература.

1. Устройство для взвешивания транспортных средств, СССР (SU); N 1585688; G 01 G 19/02.

2. Весоизмерительное устройство ЕПВ (EP); N 0324218; G 01 g 19/02.

3. Устройство для взвешивания железнодорожного подвижного состава. Великобритания; N 2216671; GIW; GIN; VIS.

4. Вагонные весы. ФРГ; (DE) 681.2; G 01 G 19/04; N 3813630.

5. Устройство для поколесного взвешивания железнодорожных составов. СССР (SU); G 01 G 19/04; N 1509613.

Устройство относится к жедезнодорожному транспорту и предназначено для определения осевых нагрузок вагонов. Весоизмерительное устройство содержит размещенный между торцами рельсов герметичный приемник нагрузки с тензометрическими датчиками. Приемник нагрузки размещен с зазором не более величины температурной компенсации и с превышением его плоскости над рабочей плоскостью рельсов = 1 мм. Элементы крепления приемника нагрузки к рельсам могут быть выполнены в виде зигзагообразных планок. Приемник нагрузки может быть размещен в местах разъединения рельсов. Приемник нагрузки может быть выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого два упругих элемента установлены с возможностью передачи на них деформации через конические элементы, связанные с корпусом, выполненные с противоположным направлением конусов. Упругие элементы могут быть разрезаны в продольном направлении на лепестки. При соединении выходных сигналов тензорезисторов с измерительно-информационным комплексом устройство позволяет получать весовые данные, приходящиеся на каждое колесо вагонов в процессе их движения. Устройство упрощает тарировку весов и повышает точность. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Весоизмерительное устройство для движущихся вагонов, содержащее размещенный между торцами рельсов приемник нагрузки с тензометрическими датчиками и с элементами для соединения его с рельсами, отличающееся тем, что приемник нагрузки выполнен герметичным и размещен между торцами рельсов с зазором, не более величины температурной компенсации и превышением его плоскости над рабочей плоскостью рельсов = 1 мм. 2. Весоизмерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что приемник нагрузки размещен между торцами рельсов в местах их разъединения. 3. Весоизмерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы для соединения приемника нагрузки с рельсами выполнены в виде зигзагообразных планок. 4. Весоизмерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что приемник нагрузки с тензометрическими датчиками выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого два упругих элемента установлены с возможностью передачи на них деформации через конические элементы, связанные с корпусом. 5. Весоизмерительное устройство по п.4, отличающееся тем, что упругие элементы, размещенные внутри цилиндрического корпуса, разрезаны на несколько лепестков в продольном направлении. 6. Весоизмерительное устройство по п.4, отличающееся тем, что конические элементы, связанные с корпусом, выполнены с противоположным направлением конусов.