Вагонные весы

 

Использование: взвешивание вагонов на ходу. Сущность изобретения: вагонные весы содержат жестко закрепленные на лафетах 3 в виде стаканов 4 опоры 5, на которых установлены рельсовые вставки 6 по две с каждой стороны, основные рельсы 1, разделенные короткими рельсами 7, смонтированные на лафетах 3 и шпалах 8. Система взвешивания с преобразователем измеренного веса 44 от измерительных датчиков 9 передает данные на ЭВМ 54. Опорная пята рельсовой вставки установлена в колпаке 11 стакана, опирающегося фланцами 12 на края выполненных для них отверстий 13 лафетов 3. Основные рельсы соединены с короткими рельсами 7 посредством накладок 14 П-образной формы, установленных на шейках рельсов 2, 7 с возможностью охвата рельсовой вставки 6. Каждый измерительный датчик 9 выполнен магнитоанизотропным, первичная и вторичная обмотки из медного провода которого размещены в цилиндрических отверстиях параллелепипедного сердечника, выполненного из магнитоупругого сплава, например 44НХТЮ. 1 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к устройствам взвешивания на железнодорожном транспорте, преимущественно грузовых вагонов.

Известно весовое устройство, содержащее на двух опорах рельсовый участок с наклеенным на него датчиком (заявка ФРГ N 1275783, кл. 42 f 10, 1968).

Недостатком устройства является низкая точность измерения веса движущихся вагонов, так как наклейка датчиков на изгибающийся рельсовый участок железнодорожного пути недолговечна, требует постоянного наблюдения и замены вышедших из строя, кроме того затруднена тарировка датчиков устройства.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются вагонные весы, содержащие раздельно от основных рельсов рельсового пути жестко закрепленные на лафетах в виде стаканов опоры, на которых установлены рельсовые вставки по два с каждой стороны и разделенные короткими рельсами, смонтированными на лафетах и шпалах, и систему взвешивания с измерительными датчиками, размещенными в стаканах под соответствующей рельсовой вставкой, опорная пята которой установлена в колпаке стакана, опирающегося фланцами на края выполненного в лафете для него отверстия (патент США N 4401175, кл. 177-163, 1983).

Недостаток известных весов состоит в ненадежной работе и низкой точности взвешивания из-за возникающих перекосов и отклонений от вертикальных опор рельсовых вставок при взвешивании движущихся вагонов.

Предлагаемое устройство решает задачу повышения точности взвешивания и надежности работы за счет более устойчивой установки измерительных датчиков относительно рельсового пути.

Поставленная цель достигается тем, что у вагонных весов, содержащих раздельно от рельсового пути рельсовые вставки, установленные с возможностью ограниченного вертикального перемещения на опорах относительно основания, измерительные датчики размещены в корпусах между опорами рельсовых вставок. Корпуса измерительных датчиков смонтированы по два с каждой стороны рельсового пути под каждой вставкой, длина которой должна быть не более расстояния между осями колес вагонов и не менее расстояния между осями колес одной вагонной тележки каждого вагона. Каждое основание весов выполнено в виде смонтированного на шпалах под рельсом лафета, в полой направляющей которого установлена с возможностью вертикального перемещения рельсовая вставка, имеющая снизу жестко закрепленный прямоугольный элемент, размещенный с возможностью стопорения винтами в полой направляющей и цилиндрический элемент, размещенный в крышке корпуса измерительного датчика. Последний выполнен в виде стакана с двойными стенками, в котором размещены соосно вертикальной оси цилиндрического элемента пуансон, регулировочная шайба и шаровой шарнир, установленный в ограничителях, нижний из которых жестко закреплен на измерительном датчике, а верхний на пуансоне, установленном с возможностью контакта с цилиндрическим элементом через регулировочную шайбу в крышке стакана. При этом внутренние стенки последнего выполнены с возможностью охвата измерительного датчика с опорой и шарового шарнира с пуансоном, а фланец наружных стенок стакана вертикально установлен в отверстие лафета с возможностью фиксации в указанной полой направляющей. Нижние ограничители выполнены с прямоугольным выступом, установленным в соответствующем углублении стакана. Предлагаемые весы, обладая указанными существенными признаками, позволяют взвешивать грузовые вагоны, а благодаря указанным отличительным признакам у них повышается надежность и точность взвешивания движущихся вагонов. В известных весах-аналогах (источники, указанные выше) не обеспечивается надежность и точность работы из-за отклонений от вертикали тензометрических датчиков.

Новизна предлагаемых весов, характеризуется совокупностью их отличительных признаков: выполнение опор из установленных под рельсовыми вставками в стаканах вкладышей, регулировочных прокладок, пуансонов с шаровыми шарнирами, причем стаканы жестко закреплены фланцами на лафетах. Кроме этого отличается размещением и креплением рельсов, подкладок и накладок, а также - самих датчиков.

Указанными свойствами не обладает ни одно из известных устройств. Следовательно, предполагаемое техническое решение обладает существенными признаками.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен общий вид описываемых весов; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг.3 сечение по А-А на фиг. 1; на фиг.4 сечение по Б-Б на фиг.1; на фиг.5 узел 1; на фиг. 6 - сечение по В-В на фиг.5; на фиг.7 сечение по Г-Г на фиг.4; на фиг.8 - сечение по Д-Д на фиг.4; на фиг.9 магнитоанизотропный датчик; на фиг. 10 - измерение магнитного поля датчика под нагрузкой; на фиг.11 электронная схема весов; на фиг. 12 тактограмма; на фиг.13 сигнал по взвешиванию вагонов; на фиг.14 зависимость входного сигнала от нагрузки и на фиг.15 схема установки весов.

Вагонные весы содержат раздельно от основных рельсов 1 рельсового пути 2, жестко закрепленные на лафетах 3 в виде стаканов 4, поры 5. В стаканах установлены рельсовые вставки 6 по две с каждой стороны и разделенные по длине короткими рельсами 7, смонтированными в средней части лафетов 3 на шпалах 8. Система взвешивания состоит из четырех измерительных датчиков 9, размещенных в стаканах 4 под соответствующей рельсовой вставкой 6. Опорная пята 10 последней установлена в колпаке 11 стакана 4, опирающегося фланцами 12 на края выполненного для них отверстия 13 в лафете 3.

Основные рельсы 1 соединены с короткими рельсами 7 посредством накладок 14 образной формы, установленных на шейках указанных рельсов 1,7 с возможностью охвата рельсовых вставок 6. Рельсовые вставки 6 вставлены в колпаки 11 стаканов 4 с фиксацией регулировочными винтами 15, а короткие рельсы 7 и концевые участки основных рельсов 1 уложены на одном уровне на подкладках 16 увеличенной высоты, жестко закрепленных на лафетах 3 дополнительно имеющих кольцевые прокладки 17 для колпаков 11 стаканов 4 с рельсовыми вставками 6, которые размещены на том же, что и указанные рельсы 1,7 уровне. Под шпалы 8 рельсового пути 2 и лафеты 3 уложен металлический лист 17. При этом каждый измерительный датчик 9 выполнен магнитоанизотропным, первичная 19 и вторичная 20 обмотки из медного провода (например, ПЛШО 0,49), которого размещены перпендикулярно друг другу в четырех цилиндрических отверстиях 21 параллелепипедного сердечника 22, выполненного из магнитоупругого сплава с верхним 23 и нижним 24 упорами. Верхний упор 23 выполнен со сферическим углублением 25 под шарик 26, размещенный между ним и пуансоном 27, установленным в отверстии крышки 28 стакана 4 с возможностью контакта выступающей из колпака 11 опорной пяты 10 рельсовой вставки 6. А нижний упор 24 выполнен прямоугольным и установлен в соответствующее ему прямоугольное углубление 29 в донной части стакана 4. Пуансон 27 может иметь для шарика 26 собственное сферическое углубление. Между пуансоном 27 и опорной пятой 10 установлена регулировочная шайба 30. Измерительные датчики 9 закрыты кожухом 31. С наружной стороны на каждой рельсовой вставке 6 смонтированы фиксаторы зазоров 32. Для них между рельсовыми вставками 6, короткими 7 и основными 1 рельсами на накладках 14 выполнены вырезы 33. Каждый фиксатор 32 состоит из двух вытянутых вдоль указанных рельсов опор (стержней) 34, 35 с округлой торцевой поверхностью и навитых на них свободно выступающих концах с выпуском цилиндрических пружин 36,37. По центру фиксатора зазоров 32 в цилиндрических пружинах 36,37 свободно установлено "плавающее" звено 38, округлые торцевые поверхности которого установлены с возможностью контакта с округлыми поверхностями различных опор 34,35. Цилиндрические пружины 36,37 размещены между ограничителями 39,40, выполненными в виде шайб, жестко закрепленных на концах каждой опоры 34,35 и "плавающего" звена 38. Система обработки сигналов с каждого измерительного датчика 9 состоит из выпрямителя 41 с фильтром 42 и усилителя-детектора 43. Преобразователь измеренного веса 44 содержит компаратор 45, счетчик 46, цифро-аналоговый преобразователь 47 и операционный усилитель 48. Кроме этого система имеет тригер 49, логический элемент 40, усилители 51, постоянно-запоминающее устройство 52, мультиплексоры 53 и ЭВМ 54.

Весы работают следующим образом.

Взвешиваемый грузовой вагон наезжает на рельсовый путь 2, прокатывается по основным рельсам 1, коротким рельсам 7 и рельсовым вставкам 6. Последние передают вертикальные усилия от веса вагона через пуансоны 27, регулировочные шайбы 30 и шарики 26 на соответствующие измерительные датчики 9. Рельсовые вставки 6 с помощью хвостовиков прямоугольного элемента фиксируются точно по вертикальной оси рельсов 1,6,7, воспринимая и гася горизонтальные динамические нагрузки от колес вагонов на измерительные датчики 9. Точность установки рельсовых вставок 6 по горизонтали на одном уровне с верхней поверхностью головок рельсов 1,6,7 достигается подбором толщины регулировочной шайбы 30. Передача вертикальной нагрузки (веса вагона) строго по центру рабочей площадки измерительного датчика 9 обеспечивается шариком 26, верхним упором 23 с пуансоном 27, который заходит в отверстие крышки 28, надеваемого на стакан 4 колпака 11 и строго центральным размещением измерительных датчиков 9 внутри стаканов 4 в отверстиях 13 лафетов 3. Работа фиксаторов 32 осуществляется при сжатии пружины 36 с одной стороны и растяжении пружины 37 с другой стороны или наоборот в зависимости от направления движения вагонов. Их замена в вырезах 33 накладок 14 образной формы производится при сжатии пружин 36,37 к ограничителям 39,40 опор 34,35 и поднятии рельсовой вставки 6 с промежуточным звеном 38 при снятой крышке 28 стакана 4. Снимается колпак 11 и вынимается измерительный датчик 9 из стакана 4. За счет указанного на фиг. 2 4 размещения опор 5 на шпалах 8 и металлическом листе 18, установки рельсовых вставок 6 на подкладках 16 и кольцевых прокладках 17 и выполнения прямоугольного элемента на рельсовой вставке происходит фиксация в вертикальном положении параллелепипедного сердечника 22 измерительного датчика 9 в соответствующем углублении на дне стакана 4.

Первичные обмотки 19 измерительных датчиков 9 подключены к источнику переменного тока V1 (с частотой 50 или 500 Гц). При воздействии колес вагона на измерительные датчики 9 силой Р происходит изменение положения магнитного потока Ф под углом α (фиг.10). Со вторичной обмотки 21 датчика сигнал поступает на выпрямитель 41 и фильтр 42 измерительного моста R-C, выпрямленное напряжение с которого поступает на усилитель-детектор 42. С выхода последнего сигнал передается на преобразователь 44. Далее с компаратора 45 приходит на триггер 49 фиксации кода, с логическим элементом 50, разрешение счета на котором происходит с логической схемы или, например, путевого датчика (на фигуре не показано). Стоповый сигнал приходит на счетчик 46 преобразователя 44, который заполнен частотой опорного сигнала 1Мгц. С выходов счетчика 46 сигнал подается на входы цифроаналогового преобразователя 47 с операционным усилителем 48. Полученное аналоговое напряжение V_a преобразуется на выходе 16 и сравнивается с измеряемым напряжением на компараторе 45. В случае превышения Va компаратор 45 через инвертор логический элемент ИЛИ 50 вырабатывает сигнал остановки счета преобразователя 47 и преобразует полученный код с помощью адресного пространства в линейную величину. Значение выходного кода V_a коммутируется мультиплексорами 53. Сигналы с выходов счетчика 46 через усилители 51 поступают на входы постоянно-запоминающего устройства 52, которые содержат апроксимирующую весовую функцию V₂ f(Р).

Далее полученный код пересылается в сеть ЭВМ 54 побайтно мультиплексором 53. Остальные три ячейки датчиков 9 имеют одинаковые с приведенным описанием элементы. Форма сигналов веса движущегося вагона изображена на фиг.13. На фиг 14 показаны экспериментальные зависимости для измерительных датчиков 9 магнитоанизотропного типа с параллелепипедным сердечником из сплава 44 НХТЮ. На фиг.15 показано расстояние между рельсовыми вставками 6 Lp.в. которое должно быть не более расстояния между осями колес соседних вагонов L_с.в. и не менее расстояния между осями колес одной вагонной тележки каждого вагона Lв. т. Если L_р.в. больше расстояния L_с.в., тогда не формируется сигнал прохождения (счета) вагона на вставке 6, так как первое колесо тележки последующего вагона успевает наехать на первую рельсовую вставку 6, в момент, когда второе колесо последней тележки предыдущего вагона находится на второй рельсовой вставке 6. В случае, когда L_р.в. меньше расстояния L_в.т., то рельсовые вставки 6 не будут заняты одновременно и взвешивания не произойдет. То есть должно быть соблюдено условие: (L_p.в. 2lв.)<L<L, где l_в. длина рельсовой вставки 6. Дополнительно в составе вагонных весов находится логический блок, обеспечивающий выполнение измерений в момент прохода вагонной тележки через середину рельсовых вставок 6. Алгоритм работы блока заключается в измерении времени прохода вагонной тележки между последовательно расположенными датчиками 9. Время измерения определяется относительно момента захода тележки на все четыре датчика 9 следующим образом: где Т время прохода колеса, расстояние между двумя последовательными датчиками, L_р.в. расстояние между рельсовыми вставками 6, L_в.т. межосевое расстояние тележки.

Возможен вариант определения нахождения колес вагона на центральных участках рельсовых вставок 6 более простым способом.

При касании первого колеса, первой по ходу движения рельсовой вставки 6 происходит запуск программы ЭВМ 54. Открывается счет импульсов в счетчике ЭВМ. После запоминания их количество необходимо сдвинуть результат на один разряд вправо. В момент наезда первого колеса на вторую рельсовую вставку 6 происходит считывание импульсов со счетчика до его обнуления. При этом колеса вагонной тележки устанавливаются по центрам рельсовых вставок 6 и происходит съем сигналов с измерительных датчиков 9, то есть взвешивание одной тележки вагона. Таким же образом происходит взвешивание второй тележки. При суммировании получается вес вагона. Эффективность вагонных весов заключается в высокой точности поколесного взвешивания вагонов на пунктах коммерческого осмотра поездов за счет раздельной установки датчиков под рельсовыми вставками в специально оборудованных лафетах и повышения жесткости железнодорожного пути с уложенным под ними металлическим листом.

Формула изобретения

1. Вагонные весы, содержащие раздельно от основных рельсов рельсового пути жестко закрепленные на лафетах в виде стаканов опоры, на которых установлены рельсовые вставки по две с каждой стороны и разделенные короткими рельсами, смонтированными на лафетах и шпалах, и систему взвешивания с измерительными датчиками, размещенными в стаканах под соответствующей рельсовой вставкой, опорная пята которой установлена в колпаке стакана, опирающегося фланцами на края выполненного в лафете для него отверстия, отличающиеся тем, что основные рельсы соединены с короткими рельсами посредством накладок П-образной формы, установленных на шейках рельсов с возможностью охвата рельсовых вставок, которые вставлены в колпаки стаканов с фиксацией регулировочными винтами, а короткие рельсы и концевые участки основных рельсов уложены на одном уровне на подкладке увеличенной высоты, жестко закреплены на лафетах, имеющих кольцевые прокладки для колпаков стаканов с рельсовыми вставками, которые размещены на том же, что и указанные рельсы, уровне, причем под шпалы рельсового пути и лафеты уложен металлический лист.

2. Вагонные весы по п. 1, отличающиеся тем, что каждый измерительный датчик выполнен магнитоанизотропным, первичная и вторичная обмотки из медного провода которого размещены перпендикулярно друг другу в цилиндрических отверстиях параллелепипедного сердечника со скошенными краями, выполненного из магнитоупругого сплава, например 44 НХТЮ, а сердечник заключен в скрепленные между собой две прямоугольные рамки с установленными на них посредством полых скоб верхним и нижним упорами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15