СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕСА И ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ПОД ПОДОШВОЙ РЕЛЬСА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЕСОВОЙ РЕЛЬСОВОЙ ПОДКЛАДКИ Российский патент 2009 года по МПК G01G19/04 

Область применения

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности для весов в движении и статике, а также в качестве диагностического или контрольного оборудования для определения веса оси железнодорожного транспорта под подошвой рельса.

Уровень техники

Известен способ (заявка RU 96105860) определения веса вагона, содержащий прием сигнала отдатчика, пропорциональный воздействию на рельс силы от колесной пары, преобразование сигнала в напряжение и определение по этому напряжению массы взвешиваемой нагрузки на колесную пару с учетом электромеханической чувствительности датчика, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают вспомогательные датчики в сечениях рельсового пути, в которых изгибающий момент и прогиб от воздействия колесной пары, находящейся в данный момент времени над основным датчиком, равен нулю, принимают от вспомогательного датчика мешающие сигналы от изгибающих моментов всех других колесных пар, не находящихся над основным датчиком, преобразовывают сигналы от основного и вспомогательного датчиков в среднеквадратические напряжения, осуществляют приведение мешающих изгибающих моментов к координате расположения колесной пары над основным датчиком, производят компенсацию воздействия на путь от колесных пар, не находящихся над основным датчиком, с использованием измеренных среднеквадратичных напряжений от основного и вспомогательного датчиков, и определяют массу взвешиваемой нагрузки с учетом электромеханических чувствительностей основного и вспомогательного датчиков.

Недостатки данного изобретения в том, что требуется установить несколько датчиков для определения веса одной оси железнодорожного вагона. Необходимо устанавливать датчики в сечение рельсового пути. Необходимо производить вычисление разницы в показаниях датчиков для определения веса оси. Сложность конструкции в установке для данного способа.

Известно устройство (патент RU 2115894), которое 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.

Недостатки данного изобретения в том, что устройство может быть размещено между стыками рельс. Устройство приемника нагрузки имеет дополнительные элементы приема нагрузки от колеса к тензометрическому датчику. Сложность конструкции в установке для данного устройства. Сложность фиксации колеса для статического определения веса оси. Известно изобретение (патент RU 2313069), в котором плоский датчик силы сжатия содержит нижнюю и верхнюю пластины, активный чувствительный элемент и дополнительно снабжен пассивным чувствительным элементом и герметичным корпусом. Узел встройки содержит подкладку, на которой размещен плоский датчик силы сжатия, и снабжен дополнительной накладкой с бортиками для фиксации датчика на подкладке под рельсом. Этот датчик предназначен для взвешивания рельсового транспорта только в движении и не может использоваться в статике.

Недостатки данного датчика в том, что необходимо применять дополнительные узлы встройки для крепления, а именно нижняя и верхняя платины, дополнительная накладка для фиксации датчика с бортиками. Имеются сложности при его креплении к железнодорожной шпале и рельсу. Состоит из нескольких составных частей.

Известно изобретение (патент RU 2289106), в котором измеряется нагрузка, передающаяся от колеса на рельс с помощью силоизмерительного преобразователя с тензорезисторами на клеевой основе, установленного на грузоприемное устройство. Преобразователь выполнен в виде двух кассет по две катушки в каждой. Кассеты, в свою очередь, помещены в корпус, установленный и закрепленный непосредственно на головке рельса без нарушения его целостности. Катушки попеременно выполняют роль активных или компенсационных плеч измерительного моста. При этом кассеты с катушками помещаются в пазы, размер которых соответствует размерам кассет и которые выполнены в корпусе параллельно опорной поверхности головки рельса на расстоянии, исключающем одновременное касание колесами обеих пар катушек. Технический результат заключается в обеспечении возможности взвешивания вагона как в статике, так и во время его перемещения, повышении точности взвешивания и установке весов на рельсы без нарушения их целостности. Недостатки данного устройства в том, что имеет сложную конструкцию, состоящую из нескольких узлов. Нагрузка от колеса передается непосредственно на измерительное устройство, что приводит к быстрому износу самого устройства.

Также недостатком является то, что в составе весов присутствуют металлоконструкции, что сказывается на их воздействии коррозии и малом сроке службы. Также недостатком является сложность демонтажа и переноса на другой участок железнодорожного полотна. Требуются длительные сроки и большие затраты. Известно решение по заявке WO 0203040 на весы для вагонов. Изобретение представляет собой сложную конструкцию, состоящую из большого количества элементов, а именно рельсовой подкладки, тензодатчика с элементами крепления рельсовой подкладки, нижним узлом крепления датчика. Тензодатчик и рельсовая подкладка существуют отдельно друг от друга и скреплены болтами, т.е. состоят из 2-х независимых деталей, в отличие от заявленного изобретения, где датчик и подкладка являются одним целым изделием.

Для данной конструкции изготавливается специальная шпала с закладной деталью. В заявленном изобретении весовая рельсовая подкладка устанавливается на стандартно выпускаемую шпалу ШС-1 и имеет стандартные элементы рельсовых скреплений. В данной конструкции весов для определения момента наезда колеса применяется датчик, вмонтированный в шейку рельса (поз.11 на чертеже), а в заявленном изобретении эту функцию выполняет весовая рельсовая подкладка.

Также недостатком является то, что в составе весов присутствуют металлоконструкции, что сказывается на их воздействии коррозии и малом сроке службы.

Также недостатком является сложность демонтажа и переноса на другой участок железнодорожного полотна. Требуются длительные сроки и большие затраты.

Из уровня техники известен патент RU 2313069 на устройство для взвешивания движущегося рельсового транспорта. Изобретение направлено на упрощение устройства для взвешивания рельсового транспорта в движении при повышении его скорости при взвешивании. Этот результат обеспечивается за счет того, что устройство содержит участок железнодорожного пути без стыков, включающий рельсы и шпалы, лежащие на грунте длиной L. На каждой шпале участка под рельсы установлены по два плоских датчика силы сжатия, каждый с узлом встройки. Длина L участка железнодорожного пути определяется по формуле L=L_ry+0,45V, м, где L_ry - длина грузоприемного устройства, м; V - скорость движения рельсового транспорта, м/с. Плоский датчик силы сжатия содержит нижнюю и верхнюю пластины, активный чувствительный элемент и дополнительно снабжен пассивным чувствительным элементом и герметичным корпусом. Узел встройки содержит подкладку, на которой размещен плоский датчик силы сжатия, и снабжен дополнительной накладкой с бортиками для фиксации датчика на подкладке под рельсом.

Недостатки данного устройства в том, что необходимо применять дополнительные узлы встройки для крепления, а именно нижняя и верхняя платины, дополнительная накладка для фиксации датчика с бортиками. Имеются сложности при его креплении к железнодорожной шпале и рельсу. Состоит из нескольких составных частей. Применяется только для взвешивания в движении. Данное устройство не позволяет применять его для статического взвешивания и диагностики нагрузки на ось (колесо) в статическом режиме. Данное устройство не выполняет одновременно функции датчика и крепления рельса к шпале.

Также недостатком является то, что в составе весов присутствуют металлоконструкции, что сказывается на их воздействии коррозии и малом сроке службы. Также недостатком является сложность демонтажа и переноса на другой участок железнодорожного полотна.

Требуются длительные сроки и большие затраты.

Наиболее близким аналогом является патент GB 2364124 на весы для вагонов. Измерительное устройство (прибор) весов содержит рельсовую подкладку, внутри которой на прямой контакт с рельсом вставлен тензодатчик, функцией которого является определение веса вагонов в движении и статике.

Недостатком конструкции весов является то, что внутри рельсовой подкладки вставлен датчик, который при прямом контакте с рельсом имеет и контакт с внешней средой, в результате чего подвергается коррозии. Следовательно, датчики будут требовать частой замены или ремонта.

Кроме того, процесс установки датчика внутри рельсовой подкладки технологически сложен и требует контроля со стороны специалистов. Это все делает стоимость монтажа рельсовых весов дороже.

Также недостатком является сложность демонтажа и переноса на другой участок железнодорожного полотна. Требуются длительные сроки и большие затраты.

Технический результат данного изобретения состоит в упрощении измерения веса и диагностики железнодорожного транспорта на участке железнодорожного пути, исключающее промежуточные детали и приспособления при передаче усилий на измерительный элемент, в повышении точности и применении стандартных креплений для железобетонных шпал и рельсов.

Реализация изобретения

Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ измерения веса и диагностики железнодорожного транспорта, характеризующийся использованием рельсовой подкладки, отличается тем, что измерение усилия, приложенного осью колеса железнодорожного транспорта на рельс, производят непосредственно рельсовой подкладкой, одновременно выполняющей функции тензодатчика и крепления рельса, которую устанавливают не менее чем на одной железобетонной шпале или на закладных деталях железобетонного основания для поосного измерения железнодорожного транспорта в движении или статическом режиме. Под площадкой рельсовой подкладки, на которую передается усилие от подошвы рельса, устанавливают концентраторы напряжений с наклеенными тензорезисторами и термокомпенсаторами, соединенными в мостовую схему. Линейно-пропорциональный электрический сигнал, полученный от усилия, приложенного на площадку рельсовой подкладки, передают на весовой контроллер, а с него на компьютер, где производят измерения. Передачу электрического сигнала на весовой контроллер и/или на компьютер осуществляют по проводам или беспроводным способом.

Поставленные задачи решаются с помощью способа определения веса оси железнодорожного транспорта с применением весовой рельсовой подкладки, устанавливаемой на стандартно выпускаемых железобетонных шпалах и рельсах, а также на закладных деталях, устанавливаемых на железобетонное основание.

Производят измерение веса осей железнодорожного транспорта непосредственно под подошвой (опорой) рельса на одной или нескольких железнодорожных шпалах, или на закладных деталях железобетонного основания с применением весовой рельсовой подкладки, одновременно выполняющей функцию тензодатчика и крепления рельса, с последующей обработкой в приборах и контроллерах, предназначенных для воспроизведения результатов веса или диагностики.

При этом весовые рельсовые подкладки устанавливаются по 2 штуки на шпалу или на закладные детали железобетонного основания, что дает возможность поосного определения веса или диагностики железнодорожного транспорта по каждой ее стороне, а в случае установки весовых рельсовых подкладок подряд дает возможность определения веса и диагностики одной оси или группы осей железнодорожного транспорта.

Способ поясняется прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 показывает установку весовой рельсовой подкладки на железнодорожную шпалу и крепления рельса к нему, где 1 - весовая рельсовая подкладка, 2 - железобетонная шпала, 3 - рельс, 4 - стандартные элементы рельсовых скреплений, 5 - колесо ж/д вагона.

На фиг.2 показано место расстановки весовых рельсовых подкладок, встроенных в железнодорожный путь, где вид а - весовая рельсовая подкладка установлена на одну железобетонную шпалу, вид б - весовые рельсовые подкладки установлены на 2 и более железобетонные шпалы.

На фиг.3 представлен внешний вид и устройство рельсовой подкладки, где 6 - место установки рельса, 7 - концентраторы, 8 - места крепления к железобетонной шпале.

На фиг.4 - структурная схема весов, где 9 - весовой контроллер, 10 - компьютер.

Данный способ позволяет производить построение весов или весовых систем, вести диагностирование каждой оси железнодорожного транспорта (балансировку), производить развески осей тепловозов, электровозов и др. железнодорожного транспорта.

Данный способ позволяет измерять как одну ось железнодорожного транспорта, так и все оси одной единицы железнодорожного транспорта одновременно в движении или статическом режиме.

Способ позволяет не вносить большие изменения в устройство железнодорожного полотна и поэтому позволяет использовать стандартные крепления для железобетонных шпал и рельсов.

Поскольку измерение усилия, приложенного осью колеса железнодорожного транспорта на рельс, производят непосредственно рельсовой подкладкой, одновременно выполняющей функцию тензодатчика и крепления рельса, это значительно упрощает процесс крепления рельсовой прокладки, измерения веса и диагностики железнодорожного транспорта на участке железнодорожного пути, т.к. исключаются промежуточные детали и приспособления при передаче усилий на измерительный элемент, за счет которых растет погрешность в измерениях, что, в свою очередь, также позволяет повысить точность измерений.

Предлагаемый способ прост и удобен для применения его на любых участках железнодорожного пути. Данный способ можно применять для определения веса и диагностики любого железнодорожного транспорта. Данный способ можно применять для разных систем контроля и измерения.

Весовая рельсовая подкладка (далее - ВРП) совмещает в себе измерительный модуль и элемент крепления рельса к железобетонной шпале. Верхняя часть ВРП выполнена в виде железнодорожной подкладки и по размерам совместима со стандартно выпускаемой. Крепление рельса и железобетонной шпалы к ВРП также применяется стандартное, с заменой болтов крепления подкладки к железобетонной шпале, увеличенные в длине. Это увеличение, как правило, составляет величину порядка 40 мм. Кроме того, ВРП становится и выше по высоте относительно железнодорожной подкладки примерно на 70 мм. ВРП работает на основе тензометрии. Тензорезисторы наклеены на силовоспринимающие элементы концентраторов внутри ВРП и соединены по мостовой схеме с учетом элементов термокомпенсации.

Сама же ВРП представляет собой единую цельную конструкцию, тензорезисторы которой изолированы от внешней среды корпусом ВРП.

ВРП работает следующим образом.

Усилие от подошвы рельса передается на площадку (6), размер которой примерно 140×150 мм, под которой находятся концентраторы (7) напряжений с наклеенными тензорезисторами и термокомпенсаторами, соединенными в мостовую схему. Усилие, приложенное на площадку (6), преобразуется в линейно-пропорциональный электрический сигнал, который по проводам или беспроводной связи передается на весовой контроллер (9), а с него на компьютер (10), где производятся измерения. Если передача сигнала на весовой контроллер, а с него на компьютер осуществляется беспроводным способом, то ВРП и/или весовой контроллер содержат устройство беспроводной связи.

Простота установки ВРП позволяет установить ее на существующий путь в короткие сроки. ВРП способна работать в жестких условиях эксплуатации (запыленность, влажность, температурные перепады), поскольку все ее измерительные элементы и электроника расположены внутри корпуса и изолированы от внешней среды.

Железнодорожные весы могут быть реализованы в виде набора ВРП на участке взвешивания. В месте установки весов на стандартных железобетонных шпалах типа ШС-1 производят замену существующих подкладок крепления рельсов на ВРП (1) (см. фиг.1) в комплекте с закладными болтами (4) крепления к шпале (2). Длина закладного болта увеличена предпочтительно на 40 мм. Также ВРП (1) можно устанавливать на закладную деталь, заливаемую в бетонное основание весов. Усилие, приложенное колесом (5) к рельсу (3) при помощи ВРП (1), преобразуется в электрический сигнал. Обработанный весовым контроллером (9) сигнал поступает в компьютер (10) (фиг.4).

Одним из преимуществ предлагаемых весов является полное отсутствие металлоконструкций в составе весов.

Дополнительным положительным моментом является то, что весы могут быть демонтированы и перенесены на другой участок железнодорожного полотна в короткий срок с минимальными затратами.

Погрешность ВРП по результатам проведенных испытаний соответствует классу С3 и составляет 0,01%. Данные результатов испытания позволяют применять ВРП для коммерческого взвешивания и диагностики.

Испытание ВРП проводилось на аттестованной силоизмерительной машине, с приложением статической нагрузки. Результаты испытаний приведены в Таблице 1.

Таблица 1 Весовая рельсовая подкладка № п.п. Заданная нагрузка, кг. Результаты показаний ВРП, кг 1 0,0 0,0 2 2000,0 2000,0 3 4000,0 4001,0 4 6000,0 6001,0 5 8000,0 8002,0 6 10000,0 10002,0 7 12000,0 12002,0 8 14000,0 14002,0 9 16000,0 16003,0 10 18000,0 18003,0 11 20000,0 20003,0

Измерение усилия, приложенного осью колеса (5) железнодорожного транспорта на рельс (3), производят с использованием рельсовой подкладки (1), выполненной в виде единой целой конструкции, концентраторы напряжений которой изолированы от внешней среды корпусом рельсовой подкладки, которую устанавливают не менее чем на одной железобетонной шпале (2) или на закладных деталях железобетонного основания для поосного измерения железнодорожного транспорта в движении или статическом режиме. Усилие от подошвы рельса передается на площадку рельсовой подкладки, под которой устанавливают концентраторы напряжений, выполняющие функцию датчика веса. Упрощается конструкция весов за счет их модульного построения и исключения промежуточных силопередающих элементов, обеспечиваются простота установки весов и их обслуживания и повышение точности взвешивания. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Способ измерения веса и диагностики железнодорожного транспорта, характеризующийся использованием рельсовой подкладки, отличающийся тем, что измерение усилия, приложенного осью колеса железнодорожного транспорта на рельс, производят с использованием рельсовой подкладки, выполненной в виде единой целой конструкции, концентраторы напряжений которой изолированы от внешней среды корпусом рельсовой подкладки, которую устанавливают не менее чем на одной железобетонной шпале или на закладных деталях железобетонного основания для поосного измерения железнодорожного транспорта в движении или статическом режиме; при этом усилие от подошвы рельса передается на площадку рельсовой подкладки, под которой устанавливают концентраторы напряжений, выполняющие функцию датчика веса.

2. Способ измерения веса и диагностики железнодорожного транспорта по п.1, отличающийся тем, что под площадкой рельсовой подкладки устанавливают концентраторы напряжений с наклеенными тензорезисторами и термокомпенсаторами, соединенными в мостовую схему.

3. Способ измерения веса и диагностики железнодорожного транспорта по п.2, отличающийся тем, что линейно-пропорциональный электрический сигнал, полученный от усилия, приложенного на площадку рельсовой подкладки, передают на весовой контроллер, а с него на компьютер, где производят измерения.

4. Способ измерения веса и диагностики железнодорожного транспорта по п.3, отличающийся тем, что передачу электрического сигнала на весовой контроллер и/или на компьютер осуществляют по проводам, или беспроводным способом.