УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1999 года по МПК G01G19/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано преимущественно для поосного измерения массы железнодорожных вагонов в движении.

Известны тензометрические устройства для измерения массы железнодорожных вагонов в движении, использующие рельсы, на шейке которых установлены тензодатчики [1, 2].

Недостатком этих устройств является существенная зависимость выходного сигнала измерительного моста тензодатчиков от податливости шпал на грунте, которая имеет сезонные изменения, а также зависимость выходного сигнала от силового влияния соседнего колеса вагонной тележки, причем эти влияния неоднозначны.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству для измерения массы движущихся объектов является устройство [3], содержащее четыре пары тензодатчиков установленных на шейке рельса симметрично середине промежутка между шпалами и нейтральной линией рельса в четырех вертикальных сечениях, причем каждый из тензодатчиков выполнен в виде тонкостенной втулки, запрессованой своей средней частью в отверстие в шейке рельса, на выступающих частях которой навита тензопроволока.

В этом устройстве, теоретически, устранены влияния податливости грунта и соседнего колеса вагонной тележки, поскольку выходной сигнал пропорционален измеряемому по разности деформаций парных тензодатчиков в четырех вертикальных сечениях градиенту изгибающего момента и, следовательно, поперечной /перерезывающей/ силе, т.е. нагрузке колеса на рельс, когда оно прокатывается на участке измерения, и равно нулю, когда колесо находится вне участка измерения.

В действительности в этом устройстве выходной сигнал измерительного моста функционально зависит от градиента изгибающего момента весьма опосредованно, что приводит к существенной потере точности.

Деформация отверстий /периметра окружности в периметр эллипса/ весьма мала, а разность деформаций периметров отверстий пары тензодатчиков еще, как минимум, на один порядок меньше, поэтому на преобразование градиента изгибающего момента в выходной сигнал оказывают существенное влияние соизмеримые с деформацией шероховатости и неточности геометрии посадочных поверхностей тонкостенных втулок тензодатчиков и отверстий в шейке рельса, разброс фактических натягов в прессовых посадках, разброс фактических величин жесткости выступающих частей тонкостенных втулок. В результате коэффициенты преобразования градиента изгибающего момента в разность деформаций пар тензодатчиков оказываются различными и, следовательно, выходной сигнал оказывается неадекватным поперечной силе, что, в итоге, снова приводит к влиянию податливости грунта и силовому влиянию соседнего колеса вагонной тележки на выходной сигнал. Теоретические преимущества устройства пропадают, поскольку для их реализации требуется строгое равенство всех коэффициентов преобразования градиента изгибающего момента в разность изменений тензосопротивлений тензодатчиков, что, в силу вышеперечисленных причин, в этом устройстве не обеспечено.

Целью изобретения является повышение точности измерения массы движущихся объектов.

Эта цель достигается в устройстве для измерения массы движущихся объектов, смонтированного на рельсе и содержащего, расположенные с обоих сторон шейки рельса попарно в четырех вертикальных сечениях симметрично нейтральной линии рельса и середины промежутка между шпалами тензодатчики, тензорезисторы которых включены в измерительный мост, тензодатчики содержат упругий элемент, выполненный в виде двух одинаковых балок прямоугольного сечения, монолитно прикрепленных, например приваренных, симметрично с обеих сторон к шейке рельса в промежутке между шпалами, а тензорезисторы наклеены на верхней и нижней поверхностях балок, при этом нейтральные линии балок лежат в одной плоскости с нейтральной линией рельса.

На фиг. 1 изображен пример устройства для измерения массы движущихся объектов; на фиг. 2 изображен разрез по А-А /см. фиг. 1/; на фиг. 3 изображен пример схемы соединений тензорезисторов.

Устройство для измерения массы движущихся объектов содержит четыре пары тензорезисторов 1. ..8 /фиг.1/, наклеенные на одинаковые по размерам прямоугольные балки 9 и 10 /фиг. 2/, всего 16 тензорезисторов. Балки 9 и 10 монолитно прикреплены, например приварены, симметрично с двух сторон к шейке рельса так, что нейтральные линии балок 9 и 10 лежат в одной плоскости с нейтральной линией рельса 11, расположенной на расстоянии C от подошвы рельса. Пары тензорезисторов 1. . .8 , наклеенные на верхней и нижней поверхностях двух балок 9 и 10 , расположены в вертикальных сечениях I...IV /фиг. 1/ симметрично середине промежутка между шпалами L на расстояниях a и l.

В сквозные отверстия в балках 9 и 10 и рельсе 11, расположенных вне зоны сечений I...IV, вставлены электризоляторы 12 , через которые пропущены соединительные провода, подключенные к тензорезисторам 1...8 согласно одной из возможных схем измерительных мостов /фиг. 3/, где индексы сопротивлений и совпадают с номерами тензорезисторов 1...8 /фиг.1/, причем все сопротивления относятся к тензорезисторам балки 9 /фиг. 2/, а сопротивления относятся к соответствующим тензорезисторам балки 10.

Совокупно балки 9 и 10 на рельсе 11 /фиг. 1/ с наклеенными тензорезисторами 1...8 /фиг. 1/ образуют первичный измерительный преобразователь устройства для измерения массы движущихся объектов.

Тензорезисторы, расположенные на диагоналях 1-4 и 2-3, включены во взаимопротивоположные плечи моста /фиг. 3/, поэтому выходной сигнал моста при наезде колеса вагона на участок измерения пропорционален градиенту изгибающего момента на длине a и, следовательно, пропорционален поперечной силе и нагрузке на рельс, а суммарное напряжение от двух мостов тензорезисторов 1. ..4 и 5...8 остается неизменным в силу симметрии расположения их и линейности эпюры изгибающего момента, независимо от точки приложения силы на участке измерения, причем приложение силы вне зоны участка измерений, т.е. от соседнего колеса, не приводит к изменению выходного сигнала, поскольку при этом сигналы с двух мостов взаимокомпенсируют друг друга.

Повышение точности преобразования градиента изгибающего момента в выходной сигнал и, следовательно, измерения массы движущегося объекта обусловлено постоянством коэффициентов преобразования его в сигнал за счет постоянства моментов сопротивления профилей сечений I...IV, монолитностью соединений балок 9 и 10 /фиг. 2/ с рельсом 11 и равенства с высокой точностью профилей балок 9 и 10 благодаря возможности совместной шлифовки их граней.

Источники информации
1. А. с. 742221, кл. B 61 K 9/12, Устройство для измерения давления на рельс.

2. А.с. 1291827, кл. G 01 G 19/04. Грузоприемное устройство железнодорожных весов.

3. А.с. N 1372195, кл. G 01 G 19/04. Устройство для взвешивания движущихся объектов, заявл. 03.07.86, опубл. 07.02.88 Бюлл. N 5 - прототип.

Изобретение предназначено для измерения массы железнодорожных вагонов в движении. Устройство смонтировано на рельсе и содержит расположенные с обеих сторон шейки рельса попарно в четырех вертикальных сечениях симметрично нейтральной линии рельса и середины промежутка между шпалами тензодатчики. Тензодатчики содержат упругий элемент, выполненный в виде двух одинаковых балок прямоугольного сечения, монолитно прикрепленных, например приваренных, симметрично с обеих сторон к шейке рельса в промежутке между шпалами. Тензорезисторы наклеены на верхней и нижней поверхностях балок, а нейтральные линии балок лежат в одной плоскости с нейтральной линией рельса. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 3 ил.

Устройство для измерения массы движущихся объектов, смонтированное на рельсе и содержащее расположенные с обеих сторон шейки рельса попарно в четырех вертикальных сечениях симметрично нейтральной линии рельса и середины промежутка между шпалами тензодатчики, тензорезисторы которых включены в измерительный мост, отличающееся тем, что тензодатчики содержат упругий элемент, выполненный в виде двух одинаковых балок прямоугольного сечения, монолитно прикрепленных, например приваренных, симметрично с обеих сторон к шейке рельса в промежутке между шпалами, а тензорезисторы наклеены на верхней и нижней поверхностях балок, при этом нейтральные линии балок лежат в одной плоскости с нейтральной линией рельса.