Вагонные весы
Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания подвижных объектов в движении, в частности железнодорожных вагонов. Устройство содержит весовой терминал, соединенный с силовым модулем, образованным тензодатчиком типа “сдвоенная балка”, установленным на жестком основании в междурельсовом пространстве и через рымболты связанным с грузоприемной платформой. При этом грузоприемная платформа выполнена в виде балки, середина которой опирается на гайки рымболтов, а крайние опоры балки закреплены под рельсами железнодорожного пути. Кроме того, второй силовой модуль установлен на железнодорожном пути на расстоянии, близком к длине базы тележек взвешиваемых подвижных объектов. Силовые модули могут чередоваться со шпалами с интервалом, принятым на железной дороге. Технический результат заключается в упрощении конструкции весов, требующих минимальных работ по установке на железнодорожное полотно. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к весоизмерительной технике и может использоваться в различных отраслях народного хозяйства, например в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте.
Известно устройство для взвешивания железнодорожных вагонов, содержащее весовые рельсы на жестких опорах, силоизмерительные преобразователи, количество которых равно количеству колес взвешиваемых объектов, на жестком основании под рельсами, блок обработки информации, путевые датчики [1].
Недостатки известного устройства состоят в следующем. Устройство построено на измерении деформации под отрезком рельса, жестко закрепленного на участке пути, усиленном вмонтированными в бетон балками, что должно обеспечить равножесткость пути. Измерение производится на коротком участке рельса между путевыми датчиками, что ограничивает применение устройства частным случаем конкретной технологии, когда задан тип объекта, его осность и межосевые расстояния. Устройство требует разрыва пути, значительных фундаментных работ и остановок движения как при внедрении, так и при профилактике или ремонтах, что не всегда приемлемо на сложных технологических участках.
Известны также принятые за прототип мобильные весы для подвижного состава, содержащие весовой терминал, силоизмерительные преобразователи на жестких основаниях под рельсами, причем силоизмерительные преобразователи оборудованы распорными элементами и попарно заключены в герметичные весовые модули в "виде шпал-датчиков. Шпалы-датчики имеют горизонтальные и вертикальные пропилы, а рельсы зафиксированы на шпалах-датчиках накладками, допускающими продольное перемещение [2].
Недостатки аналога обусловлены расположением тензодатчиков ниже уровня подошвы рельса. По указанной причине аналог не может применяться на низких, периодически подтапливаемых участках железнодорожных путей, а также на замусориваемых участках (в зоне погрузки в вагоны сыпучих, металлолома). Техническое обслуживание аналога также вызывает значительные трудности - элементы быстро ржавеют и становятся трудноразъединимыми. Наконец, в аналоге используется избыточное - для данного технического применения - количество тензодатчиков.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание простых по конструкции весов, требующих минимума фундаментных работ, монтажа и демонтажа без остановки движения. Такие весы предлагаются в двух вариантах: с традиционным расположением тензодатчиков под рельсами, более пригодным для модернизации рычажных весов с использованием их фундаментов или балок, и вариант расположения тензодатчиков над рельсами, более пригодный при сооружении новых весов.
Технический результат достигается за счет удачного объединения шпальной решетки и рельсов как устойчивой конструкции с силовым модулем, состоящим из тензодатчика типа “сдвоенная балка” через рымболты, связанного с грузоприемной платформой, крайние опоры которой закреплены под рельсами железнодорожного пути.
Существенность технического решения заключается в том, что вагонные весы, содержащие весовой терминал, соединенный с силовым модулем, образованным тензодатчиком типа “сдвоенная балка”, установленным на жестком основании в междурельсовом пространстве и через рымболты связанным с грузоприемной платформой, дополнены тем, что грузоприемная платформа выполнена в виде балки, середина которой опирается на гайки рымболтов, а крайние опоры балки закреплены под рельсами железнодорожного пути. Таким образом, впервые в мировой практике предлагаются вагонные весы для поосного взвешивания, тензодатчик которых, во-первых, один, а, во-вторых, расположен выше уровня рельсовых подошв и шпал.
Кроме того, на железнодорожном пути на расстоянии В, близком к длине базы тележек взвешиваемых подвижных объектов, может быть установлен второй силовой модуль, притом силовые модули чередуются со шпалами с интервалом L (около 0,5-0,6 м), принятым на железной дороге. Таким образом, вагонные весы для потележечного взвешивания (принципиально более точного, чем поосное) содержат всего два тензодатчика.
Предлагаемые весы изображены на чертежах, где на фиг.1, 2 приведены виды в плане железнодорожного пути с установленными силовыми модулями весов соответственно для поосного и потележечного взвешивания. На фиг.3, 4 представлены конструкции весов с “нижним” и “верхним” расположением тензодатчиков. Фиг.5, 6 показывают эпюры нагрузок на тензодатчики при проезде по весам различных вагонов, поясняющие принцип работы.
Вагонные весы состоят (фиг.1, 2) из балок 1 с тензодатчиками 2 типа “сдвоенная балка” (например, Т7977 фирмы “Тензо-М”), установленных с интервалом L вместе с обычными шпалами 3 под рельсы 4 с подкладками 5. Тензодатчики 2 подключены к весовому терминалу 6.
Вагонные весы для поосного взвешивания (фиг.1) содержат одну балку 1 и один тензодатчик 2, а вагонные весы для потележечного взвешивания (фиг.2) - две балки 1 и два тензодатчика 2.
На фиг.3 показана конструкции весов с “нижним” расположением тензодатчика 2, а на фиг.4 - с “верхним” расположением тензодатчика 2, которые практически идентичны. Балка 1 установлена на тензодатчик 2 через рымболты 7 с гайками 8, а сам тензодатчик 2 посредством ролика 9 опирается на фундамент через стойку 10 с проемом. У весов с “верхним” расположением тензодатчика 2 (фиг.4) для удобства регулировки гайки 8 выполнены фигурными, с выступом 11.
Пользуясь эпюрами фиг.5, сделаем следующие замечания.
Позиции 2 фиг.5 показывают эпюры нагружений тензодатчика 2 при проезде по весам для поосного взвешивания (по фиг.1) 1-й (1о) и 2-й (2о) осей 2-осной тележки 4-осного объекта, самого распространенного (90%) на железной дороге. Эпюры 3 возникают при проезде по весам 1-й (1о), 2-й (2о) и 3-й (3о) осей 3-осной тележки 6-осного объекта. 4-осной тележке 8-осного вагона соответствует эпюра 4 проезда ее четырех осей.
При рассмотрении эпюр фиг.6 следует иметь в виду, что расстояние между балками 1 В=1,85 метра. При движении слева направо (по фиг.2) ближний по ходу тензодатчик 2 нагружается (позиция 2-1) дважды, причем второе нагружение ближнего тензодатчика 2 с момента времени t2 no t3 совпадает с первым нагружением (позиция 2-2) дальнего тензодатчика 2, т.е. тележка объекта полностью находится на весах. Поскольку потележечное взвешивание в принципе точнее поосного, взвешивают тележку именно в промежутке от t3 по t4, а другие временные позиции (oт t1 до t2 и от t5 до t6) игнорируются.
Другая ситуация (позиции 3-1,3-2 фиг.6) возникает при проезде по весам 3-осной тележки 6-осного объекта. Здесь совпадение по времени позиций 2о и 1о, а также 3о и 2о, когда взвешиваются по две оси, не дает веса тележки, так как 2-я ось взвешивается дважды и выделить ее из суммы нет возможности. Поэтому для трехосной тележки нужно брать все 6 интегралов и результат делить пополам, т.е. здесь имеем поосное взвешивание. Это приемлемо, т.к. в шестиосных вагонах перевозят насыпные малоценные грузы.
Для 4-осной тележки 8-осного вагона, состоящей из двух 2-осных (позиции 4-1, 4-2 фиг.6), взвешивание вновь потележечное. В промежутке от t 3 по t4 взвешиваются две первых оси (1о и 2о), а в промежутке от t7 no t8 - две следующие (3о и 4о), затем результаты суммируются с получением веса четырехосной тележки.
Идентификация подвижных объектов производится программно по отношениям промежутков нагружения и разгружения тензодатчиков 2. Так, для 4-, 6- и 8-осных вагонов примерные отношения (позиции 2, 3, 4 фиг.5) в межосевых промежутках (t2, t3)/(t1, t2)=0,5, а примерные отношения межтележечных промежутков (t4 , t9)/(t1, t2)=5. Соответствующие отношения межосевых промежутков нагружения и разгружения для локомотивов около 0,75, а отношения межтележечных промежутков примерно такие же, как у вагонов. Большие межтележечные промежутки позволяют уверенно определять середины вагонов и локомотивов и простым подсчетом относить оси в межвагонных промежутках, которые бывают для ряда вагонов (например, цистерн) малоотличимы от межосевых расстояний тележек, соответственно к предыдущему или последующему вагону. Например, в начале взвешивания по весам проехало три оси (фиг.6, поз. 3), затем следует длинный (межтележечный) промежуток, затем подряд проезжает пять осей, затем снова следует длинный (межтележечный) промежуток. Вывод: проехал 6-осный вагон, а за ним въехала первая тележка 4-осного вагона. Таким образом “разбирается” весь проехавший по весам состав, а локомотив выделяется по отношениям промежутков нагружения и разгружения, отличным от таковых у вагонов.
Поясним работу весов. После встройки в железнодорожный путь производят предварительную разовую регулировку весов с помощью гаек 8 рымболтов 7. Целью регулировки является обеспечение плотного силового контакта рельсов 4 с балками 1 для уменьшения влияния самих рельсов 4 на результат. Для этого, предварительно обнулив табло весового терминала 6, закручивают, например, левую гайку 8 (см. фиг.3), поджимая левый край балки 1 к левому рельсу 4 (ЛР) до появления на табло весового терминала 6 показаний, например 500 единиц. Затем закручивают левую гайку 8, поджимая правый край балки 1 к правому рельсу 4 (ПР) до появления на табло весового терминала 6 показаний 1000 единиц. После этого проводят взвешивание.
Пусть с левой стороны по фиг.2 на первую по ходу балку 1 наезжает 4-осный вагон. Через рельсы 4, подкладки 5, плечи балки 1 нагрузка от колес передается на первый по ходу (ближний) тензодатчик 2.
При проезде 1-й и 2-й тележек весовой терминал 6 с частотой 500-600 Гц измеряет сигналы ближнего и дальнего тензодатчиков 2, по форме близкие к эпюрам позиций 2-1, 2-2 фиг.6, но с наложенными на них динамическими помехами, обусловленными взаимодействием пути и экипажа. Эти помехи имеют сравнительно высокочастотные (порядка 40 Гц зимой и 25 Гц летом) составляющие, вызванные колебаниями шпальной решетки и балласта. Высокочастотные помехи фильтруются весовым терминалом 6.
Низкочастотные помехи частотой 3-5 Гц, период которых близок к времени проезда оси объекта по весам и вызванные колебаниями надрессорных масс объектов на пути, могут быть отфильтрованы методами цифровой фильтрации, один из которых предлагается ниже.
Коды весового терминала 6 в виде четырех пакетов, соответствующих промежуткам времени от t1 по t2; от t3 по t4; от t5 по t6 (позиции 2-1, 2-2 фиг.6) обрабатываются следующим образом. Во-первых, по количеству и временному расположению пакетов весовой терминал 6 определяет, что проехала 1-я тележка 4-осного объекта и погашает коды пакетов 1о и 2о. Пакеты 2о и 1о в промежутке от t3 по t 4 обрабатываются по следующему алгоритму:
- находятся максимальные значения пакетов;
- в каждом пакете подсчитываются две суммы S1 и S2: от нулевых значений в точке t3 до максимального значения и от максимального значения до нуля в точке t4;
- S1 и S2 сравниваются и при расхождении более допустимого выравниваются последовательным поочередным исключением из сумм, близких к нулю, т.е. к моментам t3, t4 кодов в порядке возрастания;
- при сближении сумм S 1 и S2 и выполнении критериального условия (например, расхождение не более 1%) отфильтрованная сумма (S1* +S2*) принимается за вес 1-й тележки;
- при невозможности выполнить критерий за вес 1-й тележки принимаются значения сумм S1 и S2, дающих наилучшее приближение, причем итог - вес вагона, вычисляемый как сумма веса 1-й и 2-й тележек показывается и печатается с условным значком (например, #). Аналогичным образом взвешиваются 6-осные и 8-осные вагоны (с учетом особенностей, обозначенных при пояснении эпюр 3-1, 3-2, 4-1, 4-2).
Большим преимуществом предлагаемых весов является то, что при внедрении, профилактических и текущих ремонтах не требуется остановки движения, не требуется разрывов железнодорожного пути, что уменьшает динамику взаимодействия пути и экипажа.
Источники информации
1. Авт. св. SU № 1213354, МПК G 01 G 19/04, 02.04.1984.
2. Свидетельство на полезную модель RU № 27700, МПК G 01 G 19/04, 10.02.2003.
Формула изобретения
1. Вагонные весы, содержащие весовой терминал, соединенный с силовым модулем, образованным тензодатчиком типа “сдвоенная балка”, установленным на жестком основании в междурельсовом пространстве и через рым-болты связанным с грузоприемной платформой, отличающиеся тем, что грузоприемная платформа выполнена в виде балки, середина которой опирается на гайки рым-болтов, а крайние опоры балки закреплены под рельсами железнодорожного пути.
2. Весы по п.1, отличающиеся тем, что второй силовой модуль установлен на железнодорожном пути на расстоянии В, близком к длине базы тележек взвешиваемых подвижных объектов.
3. Весы по пп.1 и 2, отличающиеся тем, что силовые модули чередуются со шпалами с интервалом L, принятым на железной дороге.
РИСУНКИ
