Устройство контроля объема сыпучего груза, выгружаемого из вагона-хоппера Российский патент 2023 года по МПК B61D7/00 E01B27/02 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и, в частности, вагонам-хопперам для перевозки и выгрузки сыпучих грузов преимущественно хоппер-дозаторам для выгрузки на железнодорожный путь балласта, преимущественно щебня при строительстве, ремонтах и текущем содержании железнодорожного пути, и может быть применимо на другом специальном подвижном составе при работах, связанных с выгрузкой и распределением сыпучих грузов.

Вагон-хоппер представляет собой транспортное средство, состоящее из рамы, опирающейся на ходовые тележки на которой установлен кузов, внизу которого закреплены бункеры с разгрузочными отверстиями, перекрываемые крышками. Из вагонов-хопперов для перевозки сыпучих грузов известен вагон хоппер-дозатор для перевозки балласта железнодорожного пути и укладки балласта на путь. В частности, известен хоппер-дозатор (RU 2180888 заявка 2000124747 от 29.09.2000 г.) с прерывистой (порционной) выгрузкой, содержащий установленный на раме кузов, оканчивающийся бункерами с разгрузочно-дозирующими устройствами, содержащими одно челюстные поворотные крышки с возможностью перекрывания разгрузочных отверстий в любой момент времени. Крышки выполнены в виде обечайки цилиндра и закреплены на валах, приводимых в действия силовым приводом, в частности пневмоприводом через систему рычагов.

Объем выгрузки каждой порции реализуется посредством поворота крышки пневмоприводом через систему рычагов, управляемых вручную производителем работ, который удерживает крышку в открытом положении столько времени, сколько производитель работ посчитает достаточным для выгрузки, требуемой по технологии работ порции балласта.

Недостатком этого решения является влияние человеческого фактора на объем порции выгруженного балласта и отсутствии контроля за соответствием объема выгруженной порции и назначенной.

Известен хоппер-дозатор (RU 213221, заявка 2022102028 от 28.01.2022) с порционным взвешиванием выгружаемого балласта, содержащий кузов с бункерами внизу кузова, установленный на раму, опирающуюся на ходовые тележки с рессорным подвешиванием, разгрузочно-дозирующими механизмами с устройствами их управления и силовым приводом, и содержащими дозатор и поворотные крышки, перекрывающие с произвольной частотой разгрузочные отверстия в нижней части бункера, при этом на подрессоренный элемент хоппер-дозатора, устанавливается устройство измерения расстояния от подрессоренного элемента подвижного состава до уровня головки рельса, связанное с вычислительным устройством, определяющим вес выгруженной порции груза как произведение разности измеренных высот между выгрузками на известный коэффициент жесткости рессорного подвешивания. Вес или объем выгружаемой порции балласта посредством этого решения определяется объективно, но регулирование объема выгрузки продолжает осуществляться вручную. Таким образом не устранены недостатки, вызванные влиянием человеческого фактора на процесс выгрузки и его объем, а также отсутствием возможности проводить постоянный контроль за процессом выгрузки для обоснования расходования балластных материалов при строительстве и ремонтах железнодорожного пути.

Техническим результатом является исключение влияния человеческого фактора на процесс выгрузки и объем выгрузки в сравнении с заданными значениями объема выгружаемой порции груза с возможностью последующего регулирования выгрузки.

Технический результат достигается тем, что при выгрузке сыпучего груза из вагона-хоппера, содержащего кузов с бункером и разгрузочным отверстием, перекрываемым крышкой измеряют время удержания крышки в открытом состоянии, умножают на площадь открытой части отверстия и известную для заявленной партии сыпучего груза скорость его истечения из бункера и сравнивают с установленным.

При этом контроль объема сыпучего груза, выгружаемого из вагона-хоппера, содержащего кузов с бункером с разгрузочным отверстием размеров, известных из конструкторской документации на модель вагона, принудительно перекрываемым крышкой, имеющей возможность поворота относительно оси, на которой она размещена, осуществляется с помощью устройства, состоящего: из блока измерения выгружаемого балласта, содержащего датчик угла поворота крышки, связанного с датчиком времени, установленным вне или внутри блока и выключающий его всякий раз, как угол поворота крышки достигнет заданного угла, при котором крышка, закрывает разгрузочное отверстие, и включающий как только угол поворота изменится до заданного значения ширины открытой части разгрузочного отверстия и вычислительного блока, связанного с измерительным и содержащим модуль расчета произведения интервала времени нахождения разгрузочного отверстия в открытом состоянии на площадь открытой части разгрузочного отверстия и известную скорость истечения груза из бункера, и модуль сравнения рассчитанного значения с заданным значением выгружаемого объема. Блок измерения выгружаемого балласта может содержать датчик открытия, устанавливаемый на контактирующих поверхностях крышки и бункера, выключающий датчик времени при соприкосновении контактирующих поверхностей или датчик перемещения крышки относительно разгрузочного отверстия, выключающий датчик времени всякий раз, когда крышка перекроет всю площадь разгрузочного отверстия.

Предпочтительно, если крышка будет установлена на принудительно вращающемся валу, как, в частности, предложено в RU 2180888. Тогда датчик угла поворота может быть установлен на валу. Вагон-хоппер может быть оборудован датчиком местоположения, связанным с блоком измерения объема выгружаемого балласта, что обеспечит привязку к месту производства работ и в последующем контролировать технологический процесс путевых работ. Причем обеспечить автоматическую без участия человека выгрузку груза в объеме соответствующим технологическому процессу производства путевых работ, для чего модуль сравнения с заданными значениями выгружаемого объема должен быть связан с приводом крышки.

Разгрузочные отверстия вагонов-хопперов прямоугольной формы и их размеры известны из конструкторской документации на конкретные модели вагонов-хопперов и площадь разгрузочного отверстия бункера вагона S вычисляется как произведение длины отверстия на ширину, при этом обычно при расчетах учитывается кусковость груза. Скорость V истечения из бункера сыпучего груза с заданной насыпной плотностью в зависимости от конструкции бункера может рассчитываться известным формулам (см. например Руководство по расчету и проектированию железобетонных, стальных и комбинированных бункеров/ Ленпромстройпроект. - М.: Стройиздат, 1983. - 200 с.) или определяться экспериментально для каждого материала сыпучего груза с разной его насыпной плотности. Проще определить эту скорость экспериментально, гак как конструкция бункеров у вагонов-хопперов одной модели одинаковая, и груз, например щебень также определенной фракции и насыпной плотности и должен соответствовать ГОСТ. В этом случае из партии груза, соответствующей ГОСТ выбирается измеренный объем, который загружается в вагон-хоппер и затем выгружается, замеряя время до полной выгрузки и по известной формуле объем, поделенный на время выгрузки и площадь разгрузочного отверстия, вычисляется скорость истечения груза, которую считаем постоянной для заявленной партии. Причем для балласта весь объем, соответствующий ГОСТ (например, ГОСТ 7394-85 Балласт гравийный и гравийно-песчаный для железнодорожного пути. Технические условия) считаем объемом заявленной партии.

Таким образом, объем выгружаемой порции W, за интервал времени нахождения крышки в открытом состоянии Т рассчитывается по формуле:

Поворот крышки осуществляется на заданный конструкцией вагона угол от положения: «крышка закрыта до положение «крышка открыта», а порция выгружаемого балласта определяется временем удержания крышки в открытом состоянии.

Таким образом, на вагон-хоппер устанавливается блок измерения веса выгружаемого из бункера груза, содержащий датчик положения крышки в состоянии, «крышка открыта» и положения «крышка закрыта» и связанный с датчиком времени, размещаемом непосредственно в блоке или вне его, выключающийся всякий раз, как только крышка закроет проем разгрузочного отверстия и включающий, как только крышка его откроет и вычислительным блоком, содержащим модуль времени нахождения крышки в открытом состоянии и вычисления объем выгруженной порции за это время по формуле (1). Таким датчиком может быть датчик угла поворота, например, установленный на крышку или вал, на который установлена крышка. При достижении угла поворота соответствующему положению «крышка закрыта» отсчет времени прекращается, а по достижения утла поворота, соответствующего положению «крышка открыта», отсчет времени возобновляется. Время нахождения крышки в открытом состоянии запоминается и передается в вычислительное устройство в модуль расчета объема порции выгружаемого груза.

Допускается также использовать другие датчики, определяющие положение, например датчик перемещения, открытия и т.п. Для практического применения также эффективен датчик открытия крышки размыканием контакта на контактирующих поверхностях, например по типу геркона. Для этого конструктивно предусматривают, что при закрытии проема разгрузочного отверстия кромки крышки касаются наружной стороны бункера. Причем, датчики предпочтительно установить на внешнюю ее сторону, не контактирующую с грузом. Для усиления контакта с частью крышки на наружной стороне бункера целесообразно установить выступ типа бобышки или ступеньки. Для повышения эффективности работ по текущему содержанию пути и экономии балласта при выгрузке порций малого объема, например, если требуется выгрузить меньшую порцию чем порция, выгружаемая из полностью открытого отверстия, допускается открывать крышку не полностью. Эффективность привода крышки, содержащего рычаг, одетый на вал и связанный со штоком силового цилиндра, перемещение которого перемещает рычаг, поворачивая вал (см. RU 2180888) доказана многолетней успешной эксплуатацией хоппер-дозаторов модели ВПМ 770. В этом случае целесообразно установить ступенчатый ограничитель на привод вала, например, ограничитель поворота на вал, или ограничитель выдвижения штока силового цилиндра, или ступенчатую рычажную передачу и т.п., что позволит уменьшить проем разгрузочного отверстия, через который истекает груз и дополнительно экономить балласт за счет уменьшения объема порции при минимальном времени открытия крышки. Из практики известно, что поворот крышки на хоппер-дозаторе модели ВПМ 770 от положения «открыто» до положения «закрыто» занимает не более одной минуты. За минуту вытекает относительно большое количество балласта, поэтому, если уменьшим угол поворота крышки, оставив, например открытой 1/4 часть проема разгрузочного отверстия, то и фактически в четыре раза уменьшим объем минимально выгруженной порции. Это очень важно при локальных работах по устранению, например выплесков, когда требуется подсыпать небольшую порцию щебня. Поэтому установка ступенчатого ограничителя поворота крышки может быть эффективна при выполнении путевых работ, связанных с выгрузкой малых объемов балласта. Размеры для вычисления площади проема разгрузочного отверстия известны из конструкторской документации на вагон. В простейшем случае площадь проема разгрузочного отверстия S является произведением длины отверстия L на его ширину М по нижним кромкам бункера, ограничивающего это отверстие. Если ставим ограничители поворота вала или крышки на меньший угол, тогда ширина открытого проема разгрузочного отверстия устанавливается на промежуточную ширину и фиксируется. Промежуточная ширина и определяется технологическими требованиями по выгрузке груза и может устанавливаться при проектировании, либо вычисляться в зависимости от угла поворота крышки. В частности, если крышка выполнена в виде обечайки цилиндра с постоянным радиусом, то ширину открытого проема разгрузочного отверстия можно вычислить как длину хорды сегмента окружности сечения цилиндра от текущего значения угла поворота крышки по известным формулам (Геометрия 6-8 класс средней школы, А.Н. Колмогоров, А.Ф. Семенович, Р.С.Черкасов // Москва. Просвещение. 1979 г.). Но проще, если промежуточные размеры открытой части разгрузочного отверстия будут установлены в соответствии с технологическими требованиями производства работ и реализованы конструктивно в проекте на вагон-хоппер.

Поскольку вычислительное устройство может располагаться вне вагона-хоппера и связано с блоком измерения объема выгружаемого груза дистанционно, целесообразно на вагон-хоппер установить устройство отображения в антивандальном корпусе, связанным с блоками измерения объема и вычислительным блоком.

Устройство работает следующим образом. Блок измерения выгружаемого балласта, связанный с датчиком времени или его содержащий, установленный на вагон-хоппер и включающий по меньшей мере один из датчиков, определяющих положение крышки относительно разгрузочного отверстия, например датчик угла поворота вала или крышки, включающий и выключающий на заданных углах поворота датчик времени или например, датчик перемещения крышки относительно разгрузочного отверстия бункера, включающий датчик времени при открытии проема разгрузочного отверстия и выключающий при закрытии, или например датчик открытия, который выключает датчик времени при достижении контакта кромки крышки и наружной стенки бункера, выбранной таким образом, что контакт возникает при положении крышки соответствующей закрытию разгрузочного отверстия и включает при разрыве контакта. Информация об интервале времени нахождения крышки в открытом состоянии как интервале измеренного времени между двумя последовательными включением и выключением датчика времени передается в модуль вычислительного блока. Вычислительный блок может находиться как на вагоне-хоппере, так и вне вагона-хоппера, например на автоматизированном рабочем месте руководителя подразделения путевого хозяйства. При этом сравнение объема порции выгруженного груза с объемом заданной порции может осуществляться непосредственно на вычислительном устройстве автоматизированного рабочего места руководителя. Наличие системы позиционирования вагона-хоппера в пространстве позволит контролировать объем выгруженной порции, место и время, где был выгружен груз, в частности балласт на железнодорожный путь и сравнить с предыдущими работами на этом участке пути, а именно каков был объем вырезки загрязненного балласта в сравнении с выгруженным.

С целью полного исключения влияния человеческою фактора при выгрузке сыпучего груза, преимущественно балласта на железнодорожный путь и полной автоматизации процесса на привод крышки устанавливается блок ее управления, связанный с модулем сравнения объема порции выгруженного груза с заданным, который при несовпадении может дать сигнал на продолжение выгрузки без участия человека.

Итак, технический результат достигается тем, что устройство контроля объема сыпучего груза, выгружаемого из вагона-хоппера, содержащего кузов с бункером с разгрузочным отверстием, перекрываемым крышкой, состоит из блока измерения выгружаемого сыпучего груза, содержащего датчик положения крышки, и вычислительного блока, а также модуля сравнения рассчитанного значения сыпучего груза с заданным значением выгруженного объема, причем датчик положения крышки связан с датчиком времени и выполнен с возможностью выключения всякий раз как крышка закрывает разгрузочное отверстие, и включающий его, когда разгрузочное отверстие становится открытым, а вычислительный блок содержит модуль расчета объема выгружаемого груза как произведения интервала времени между последовательными включением и выключением датчика времени на площадь открытой части разгрузочного отверстия и известную скорость истечения груза из бункера. Датчик положения крышки может быть выполнен в виде датчика угла поворота крышки, выключающего датчик времени, когда угол поворота крышки, достигнет заданного утла, при котором крышка закрывает разгрузочное отверстие и включающий - как только угол поворота достигнет заданного угла. Допускается датчик положения крышки устанавливать на контактирующих при закрытом положении крышки поверхностях крышки и бункера с возможностью выключения датчика времени при соприкосновении контактирующих поверхностей и включения - после разрыва контакта. Датчик положения крышки может быть выполнен в виде датчика перемещения крышки относительно разгрузочного отверстия, включающего датчик времени всякий раз, когда крышка открывает разгрузочное отверстие на заданную ширину. Крышка в основном устанавливается на валу и в этом случае на этот вал, устанавливается датчик угла поворота. Вал связан силовым приводом через рычажную передачу с возможностью ступенчатого переключения угла поворота, фиксирующего положение крышки для разной ширины открытой части разгрузочного отверстия в пределах максимальной ширины разгрузочного отверстия. Вагон-хоппер оборудуется датчиком местоположения, связанным с блоком измерения объема выгружаемого сыпучего груза, а модуль сравнения с заданными значениями выгружаемого объема связан с приводом крышки.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности вагонам-хопперам для перевозки и выгрузки сыпучих грузов преимущественно хоппер-дозаторам для выгрузки на железнодорожный путь балласта, преимущественно щебня при строительстве, ремонтах и текущем содержании железнодорожного пути, и может быть применимо на другом специальном подвижном составе при работах, связанных с выгрузкой и распределением сыпучих грузов. Устройство контроля объема сыпучего груза, выгружаемого из вагона-хоппера, содержащего кузов, оканчивающийся бункером с разгрузочным отверстием, перекрываемым поворотной крышкой, состоит из блока измерения выгружаемого сыпучего груза, содержащего датчик положения крышки и вычислительный блок, и модуля сравнения рассчитанного значения сыпучего груза с заданным значением выгруженного объема. Датчик положения крышки связан с датчиком времени и выполнен с возможностью выключения всякий раз, как крышка закрывает разгрузочное отверстие, и включающий его, когда разгрузочное отверстие становится открытым, и с вычислительным блоком, содержащим модуль расчета объема выгружаемого груза как произведения интервала времени между последовательными включением и выключением датчика времени на площадь открытой части разгрузочного отверстия и известную скорость истечения груза из бункера. Контроль объема сыпучего груза заключается в определения времени удержания крышки в открытом состоянии. Полученные значения времени поступают в модуль вычислительного устройства расчета произведения времени на площадь открытой части разгрузочного отверстия и известное значение скорости истечения балласта из бункера и сравниваются с заданными значениями выгружаемого объема груза. Изобретение обеспечивает автоматическую без участия человека выгрузку груза в объеме, соответствующем технологическому процессу, исключает влияние человеческого фактора на процесс выгрузки и объем выгрузки с возможностью последующего регулирования выгрузки. 7 з.п. ф-лы.

1. Устройство контроля объема сыпучего груза, выгружаемого из вагона-хоппера, содержащего кузов с бункером с разгрузочным отверстием, перекрываемым крышкой, состоящее из блока измерения выгружаемого сыпучего груза, содержащего датчик положения крышки и вычислительный блок, и модуля сравнения рассчитанного значения сыпучего груза с заданным значением выгруженного объема, отличающееся тем, что датчик положения крышки связан с датчиком времени и выполнен с возможностью выключения всякий раз, как крышка закрывает разгрузочное отверстие, и включающий его, когда разгрузочное отверстие становится открытым, и с вычислительным блоком, содержащим модуль расчета объема выгружаемого груза как произведения интервала времени между последовательными включением и выключением датчика времени на площадь открытой части разгрузочного отверстия и известную скорость истечения груза из бункера.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик положения крышки выполнен в виде датчика угла поворота крышки, выключающего датчик времени, когда угол поворота крышки достигнет заданного угла, при котором крышка закрывает разгрузочное отверстие, и включающего - как только угол поворота достигнет заданного угла.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик положения крышки установлен на контактирующих при закрытом положении крышки поверхностях крышки и бункера, выполнен с возможностью выключения датчика времени при соприкосновении контактирующих поверхностей и включения - после разрыва контакта.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик положения крышки выполнен в виде датчика перемещения крышки относительно разгрузочного отверстия, включающего датчик времени всякий раз, когда крышка открывает разгрузочное отверстие на заданную ширину.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что крышка установлена на валу и датчик угла поворота установлен на этом валу.

6. Устройство по п. 2 или 5, отличающееся тем, что вал связан с силовым приводом через рычажную передачу с возможностью ступенчатого переключения угла поворота, фиксирующего положение крышки для разной ширины открытой части разгрузочного отверстия в пределах максимальной ширины разгрузочного отверстия.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вагон-хоппер оборудован датчиком местоположения, связанным с блоком измерения объема выгружаемого сыпучего груза.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль сравнения с заданными значениями выгружаемого объема связан с приводом крышки.