Транспортная рельсовая система со средством взвешивания
Изобретение относится к рельсовой транспортной системе, способной определять вес рельсового транспортного средства. Рельсовая транспортная система содержит один или более рельсов и один или более датчиков для измерения магнитных свойств. По меньшей мере один из датчиков выполнен с возможностью измерения изменения магнитных свойств для определения веса, нагружающего один или более рельсов, при этом изменение магнитных свойств обусловлено механическим напряжением, вызываемым в рельсе этим весом. При этом один или более датчиков выполнены с возможностью измерения изменения магнитных свойств самого рельса, и/или один или более датчиков выполнены с возможностью измерения изменения магнитных свойств опорной конструкции рельса. Технический результат – упрощение установки рельсовой транспортной системы взвешивания. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к рельсовой транспортной системе, способной определять вес рельсового транспортного средства, причем рельсовая транспортная система содержит один или более рельсов и один или более датчиков для измерения магнитных свойств, при этом по меньшей мере один из датчиков выполнен с возможностью измерять изменение магнитных свойств для определения веса, нагружающего один или более рельсов, при этом изменение магнитных свойств обусловлено механическим напряжением, вызванном в рельсе указанным весом.
Уровень техники
В выложенном патентном документе DE 1133141 описан прибор для определения веса рельсовых транспортных средств. Прибор определяет вес транспортных средств посредством измерения давления, оказываемого колесами на рельсы, при использовании, по меньшей мере, двух датчиков напряжения, расположенных последовательно на нижней стороне рельса.
В патентной заявке DE 1262628 показано устройство для взвешивания подвижного состава. В этом решении вес движущегося железнодорожного вагона измеряется на рельсовом участке взвешивания, который может свободно перемещаться в вертикальном направлении. Вертикальное перемещение преобразуется в измерительный сигнал двумя средствами восприятия давления, содержащими магнитострикционный сердечник.
В патентной заявке CN 1013688 А описан динамический способ взвешивания рельсового пути. В способе используются две точки взвешивания, отстоящие на равные расстояния от двух точек опоры на взвешиваемом рельсовом пути. Датчик, содержащий трехполюсный единый Е-образный железный сердечник, измеряет приходящееся на рельсовый путь усилие с использованием обратного магнитострикционного эффекта в тонком пленочном слое аморфного сплава, прикрепленном к измерительным точкам на центральной оси боковой стороны рельса. Этот тонкий слой аморфного сплава расположен между железным сердечником и самим рельсом.
В патентном документе GB 941963 описаны усовершенствования весов для взвешивания железнодорожного транспортного средства. Весы содержат, по меньшей мере, три чувствительных к нагрузке устройства, которые детектируют изгибающие моменты в трех различных местах в пределах расстояния между двумя шпалами рельса, по которому проходит рельсовое транспортное средство.
Из выложенного патентного документа ЕР 2397830 А2 известна система измерения крутящего момента и усилия, воздействующего на тело. Телом может быть, например, приводной вал велосипеда или вал ветряной турбины. Система генерирования поля, которая содержит катушку, намотанную вокруг ферромагнитного концентратора потока, наводит в теле магнитное поле. На катушку может подаваться сигнал постоянного или переменного тока, например, частотой от 200 Гц до 1000 Гц. Вследствие воздействия крутящего момента и/или усилия морфологическая структура тела модифицируется и оказывает влияние на наведенное поле. Эта модификация может определяться системой с датчиком магнитного поля, который может также содержать катушку и концентратор потока.
Техническая задача
Задачей настоящего изобретения является усовершенствование рельсовой транспортной системы. Так например, предлагается рельсовая транспортная система с системой взвешивания, которая проще в установке, получена с меньшими затратами или менее сложная.
Техническое решение
Согласно изобретению решение поставленной задачи достигается благодаря рельсовой транспортной системе в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, в которой один или более датчиков выполнены с возможностью измерять изменение магнитных свойств самого рельса и/или один или более датчиков выполнены с возможностью измерять изменения магнитных свойств опорной конструкции рельса.
В контексте изобретения рельсовой транспортной системой является рельсовая система, которая позволяет транспортировать рельсовое транспортное средство от одной точки рельса до другой по определенному пути. Таким рельсовым транспортным средством может быть, например, дрезина, локомотив, грузовая платформа, трамвай или поезд, сформированный множеством транспортных тележек. Рельсовая транспортная система может быть размещена внутри здания или снаружи. Так, например, она может быть установлена в помещении склада для транспортировки товаров или снаружи, как железнодорожный путь. В данном случае рельсовая транспортная система обеспечивает возможность транспортировки путем направления рельсового транспортного средства, которое или висит на рельсовой системе и движется под ней, и/или находится на уровне между рельсами или стоит на рельсовой системе и движется над уровнем рельса.
Согласно изобретению рельс представляет собой балку, которая несет рельсовое транспортное средство по определенному пути в рельсовой транспортной системе. В контексте изобретения снабженный средствами взвешивания рельс является не отдельным участком пути, а его неотъемлемой частью. Это означает, что он не отсоединяется механически от той части рельсовой транспортной системы, которая не предназначена для определения веса транспортного средства. Кроме того, в соответствии с изобретением опорная конструкция является конструкцией, которая несет рельс. Так, например, опорная конструкция может быть шпалой железнодорожного пути, площадкой, опорой или балкой, которая стабилизирует рельс в желаемом положении, например, на земле, на подмостях, на стене или на потолке.
Неожиданно оказалось, что при измерении воздействия веса на магнитную характеристику самого рельса или опорной конструкции рельса не требуется дополнительных материалов типа специальных сплавов между датчиком или опорной конструкцией, как это было необходимо раньше. Таким образом, может быть снижена стоимость и сложность такой рельсовой транспортной системы для определения веса рельсового транспортного средства. Другие преимущества могут быть получены в предпочтительных вариантах осуществления изобретения, как это будет описано далее.
Описанные ниже различные датчики являются только примерами датчиков, подходящих для использования в связи с изобретением; в принципе для использования может быть пригоден любой достаточно чувствительный датчик, способный давать в качестве измерительного сигнала изменение магнитных свойств самого рельса или опорной конструкции рельса вследствие действующей на них нагрузки. Предпочтительны те типы датчиков, которые выполнены с возможностью восприятия изменяющегося магнитного поля, например, посредством воспринимающих катушек.
Для датчика способность измерять изменение магнитных свойств рельса или опорной конструкции означает, что большая часть, то есть более 50% регистрируемого датчиком изменения магнитных свойств является результатом изменения магнитных свойств соответственно рельса или опорной конструкции. Предпочтительно, более 70%, более предпочтительно - более 80%, более предпочтительно - более 99%, более предпочтительно - все регистрируемое датчиком изменение магнитных свойств является результатом изменения магнитных свойств соответственно рельса или опорной конструкции. В этом заключается отличие от системы, в которой измеряется в основном изменение магнитных свойств другого компонента, а не рельса или опорной конструкции, например, тонкого пленочного слоя аморфного сплава, как это описано в CN 101368842 А2. В настоящем изобретении сам рельс или его опорная конструкция могут считаться компонентами измерительной системы датчика, предпочтительно частью полюсного сердечника.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
В предпочтительном варианте осуществления изобретения рельсовая транспортная система содержит два или более датчиков, выполненных с возможностью измерять изменение магнитных свойств. В одном из вариантов осуществления датчики расположены на одной и той же поверхности рельсовой транспортной системы с одинаковой ориентацией измерения. Если вес оказывает воздействие на рельс, то рельс изгибается. Чем меньше вес, действующий на рельс, тем меньше будет изгиб рельса, что будет оказывать меньшее влияние на магнитные свойства. Таким образом, может быть полезно увеличить длину участка рельса, на котором производится взвешивание, путем установки нескольких датчиков на этом участке. Так, например, вдоль участка рельса могут быть расположены два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять или десять датчиков, предпочтительно на одинаковом расстоянии друг от друга. Предпочтительно расстояние между двумя соседними датчиками больше 1 см, более предпочтительно - больше 2 см, более предпочтительно - больше 3 см, более предпочтительно - больше 5 см, более предпочтительно - больше 10 см, более предпочтительно - больше 20 см, более предпочтительно - больше 30 см. Предпочтительно расстояние меньше 20 м, более предпочтительно - меньше 10 м, более предпочтительно - меньше 1 м, более предпочтительно - меньше 90 см, более предпочтительно - меньше 50 см, более предпочтительно - меньше 30 см. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения расстояние между двумя соседними датчиками составляет, например, от 20 см до 90 см. В некоторых вариантах осуществления расстояние меньше 10 см. В некоторых вариантах осуществления расстояние больше 1 м, более предпочтительно даже больше 10 м. В общем случае предпочтительно измерение производится на длине рельса на расстоянии, охватывающем множество опорных точек рельса, предпочтительно на расстоянии, охватывающем две, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять или десять опорных точек, которые в наиболее предпочтительном варианте являются шпалами железнодорожного пути. В некоторых вариантах осуществления может быть достаточно одного датчика, например, если вес относительно велик или, если рельс или опорная конструкция изгибаются сравнительно легко. При этом могут быть снижены затраты на систему взвешивания.
В другом варианте осуществления рельсовая транспортная система содержит два или более датчиков, выполненных с возможностью измерять изменение магнитных свойств на двух поверхностях различной ориентации. Поскольку различные составляющие механического напряжения, действующие в различных направлениях рельса (например, напряжение/деформация), приводят к различным изменениям магнитного поля, множество датчиков может использоваться для вычисления веса, нагружающего рельс или опорную конструкцию. Датчики на различных поверхностях могут быть установлены со смещением относительно друг друга, предпочтительно со смещением вдоль рельса. Так, например, три датчика могут быть установлены на нижней поверхности рельса на расстоянии друг от друга и три дополнительных датчика могут быть установлены на боковой поверхности рельса в промежуточных положениях относительно датчиков на нижней поверхности с учетом опорной конструкции рельса.
В предпочтительном варианте осуществления рельсовая транспортная система содержит два или более датчиков, выполненных с возможностью измерения изменения магнитных свойств самого рельса или опорной конструкции рельса, причем по меньшей мере два из этих датчиков установлены таким образом, чтобы измерять изменение магнитных свойств в различных направлениях измерения, расположенных под углом друг к другу, составляющим больше нуля. Предпочтительно, этот вариант осуществления предназначен для железнодорожных путей. В качестве примера угол между направлениями измерения составляет больше 5°, предпочтительно - больше 10°, более предпочтительно - больше 40°, более предпочтительно - больше 60°, например - от 80° до 100°. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере два из этих датчиков установлены таким образом, чтобы измерять изменение магнитного поля в направлениях, перпендикулярных друг другу. Поскольку колеса поезда часто имеют наклонные рабочие поверхности, они передают на рельсы усилия, направленные как к земле, так и параллельно земле. Для приспособления к наклону рабочих поверхностей рельсы часто бывают наклонены внутрь. В таких случаях наличие двух датчиков, измеряющих в направлениях под углом друг к другу, может давать повышение точности.
В предпочтительном варианте осуществления один или более датчиков содержат одну или более измерительных систем для измерения магнитных свойств, при этом измерительная система является частью датчика, которая предназначена для восприятия сигнала, изменяющегося при изменении магнитных свойств. В типовом случае измерительная система содержит катушку, предпочтительно катушку, окружающую сердечник. Предпочтительно, поверхность катушки или единого полюсного сердечника находится в непосредственном механическом контакте с соответствующим компонентом рельсовой транспортной системы, измеряемые магнитные свойства которой изменяются. При непосредственном механическом контакте между измерительной системой для измерения магнитных свойств и компонентом, измеряемые магнитные свойства которой изменяются, можно обеспечить возможность получения особенно сильного сигнала от рельса, так что этот вариант осуществления особенно предпочтителен.
Датчик, пригодный для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, описан и показан, например, в патентном документе ЕР 2397830 А, в частности, показан на фиг. 10 и 15 этого документа. В отношении конструкции датчика и необходимых измерительных электронных компонентов данный документ включен в настоящее Описание по ссылке. Тогда как в показанных в ЕР 2397830 А вариантах осуществления измерительная система, содержащая сердечник и окружающую сердечник катушку, установлена на расстоянии от измеряемого тела, в настоящем изобретении в некоторых вариантах осуществления измерительная система, предпочтительно сердечник, может иметь поверхность в непосредственном механическом контакте с телом, а именно - с рельсом или с опорной конструкцией. Другой датчик, имеющий такую измерительную систему и пригодный для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, описан и показан в патентном документе CN 101368842 А, например, на фиг. 2 и 3 этого документа. В отношении конструкции датчика данный документ также включен в настоящее Описание по ссылке. В отличие от решения согласно настоящему изобретению в этом документе из уровня техники ни измерительные катушки, ни их сердечники не контактируют непосредственно с рельсами или с их опорной конструкцией через одну из своих поверхностей. Измерительные системы этого датчика контактируют через единые полюсные сердечники со сплавом, проявляющим сильный обратный магнитострикционный эффект, который и измеряется вместо эффекта в самом рельсе или в опорной конструкции. В решении согласно настоящему изобретению можно обойтись без слоя сплава, так что могут быть снижены сложность и стоимость такой рельсовой транспортной системы.
В предпочтительном варианте осуществления рельсовой транспортной системы один или более датчиков содержат одну или более измерительных систем для измерения магнитных свойств, при этом измерительные системы имеют воздушный зазор между собой и соответствующим компонентом рельсовой транспортной системы, измеряемые магнитные свойства которой изменяются. Наличие воздушного зазора эквивалентно примеру выполнения бесконтактной системы взвешивания. Предпочтительно, используется такой датчик, как раскрыт в ЕР 2397830 А. Хотя в этом документе из уровня техники раскрыто использование датчика для измерения крутящего момента и усилия, датчик может равным образом использоваться для измерения веса, так как весовая нагрузка на тело также вызывает изменение морфологии тела, а следовательно и изменение магнитных свойств в ферромагнитном теле. Как показано в документе из уровня техники, измерительная катушка и сердечник в качестве компонента измерительной системы могут быть установлены на расстоянии, то есть с воздушным зазором, от измеряемого тела, чтобы воспринимать магнитное поле. В некоторых вариантах осуществления датчик типа, известного из CN 101368842 А, установлен с расстоянием от его измерительной системы до компонента, измеряемые магнитные свойства которого изменяются. Это позволяет получить датчик, который не установлен на рельсе и, возможно, даже не на опорной конструкции, так что рельс или опорная конструкция можно заменить без необходимости замены самого датчика. Соответственно, в особенно предпочтительном варианте осуществления имеется воздушный зазор между датчиком и компонентом, измеряемые магнитные свойства которого изменяются. В некоторых вариантах осуществления воздушный зазор может быть частично или полностью заполнен материалом, перекрывающим зазор. Этим материалом может быть клей. Другим подходящим материалом является магнитная композиция для разъемного крепления датчика к рельсу или к опорной конструкции. Перекрывающий зазор слой или воздушный зазор могут иметь размер, например, равный 100 мкм или больше, особенно в случае достаточной чувствительности датчика, или меньше 50 мкм, особенно в том случае, когда датчик имеет относительно низкую чувствительность, так что предпочтительно обеспечить малое расстояние между рельсом или опорной конструкцией и измерительной катушкой, но при этом все же желательно сохранить бесконтактное измерение.
Предпочтительно, один или более рельсов имеют опорную конструкцию, а один или более датчиков выполнены с возможностью измерять изменение магнитных свойств опорной конструкции рельса, обусловленное механическим напряжением, вызванным указанным весом в этом рельсе. В этом варианте осуществления в случае дефекта рельс можно заменить, тогда как датчик останется на месте. Получаемое преимущество состоит в том, что снижается время на операции по замене, особенно в тех случаях, когда необходимо периодически заменять рельсы.
В предпочтительном варианте осуществления на одном или более рельсах установлены один или более датчиков, выполненных с возможностью измерять изменение магнитных свойств этого рельса, обусловленное механическим напряжением, вызванным указанным весом в этом рельсе. Этот вариант осуществления может иметь то преимущество, что рельс и датчик могут быть изготовлены вместе и в дальнейшем установлены в виде модуля. При этом специальные знания, которые могут понадобиться для установки и калибровки датчиков на рельсе могут быть сосредоточены в одном месте, а в полевых условиях требуются только обычные знания по конструкции рельсового пути. В некоторых рельсовых системах желательно, чтобы в дополнение к тому, что по меньшей мере один из рельсов имеет опорную конструкцию, по меньшей мере один датчик был выполнен с возможностью измерять изменение магнитных свойств опорной конструкции рельса, обусловленное механическим напряжением, вызванным указанным весом в рельсе. При этом изменение магнитных свойств, обусловленное напряжением, вызванным указанным весом в этом рельсе, можно измерять в различных местах, что может повысить точность измерений.
Далее, предпочтительно, один или более датчиков, выполненных с возможностью измерять изменение магнитных свойств, обусловленное механическим напряжением, вызванным в рельсе, расположены на рельсе в промежуточном положении между двумя опорными точками опорной конструкции рельса. Это может быть особенно полезно, так как рельс может быть наиболее показателен между двумя опорными точками. Таким образом, наиболее предпочтительно, чтобы датчик был расположен точно посредине между двумя опорными точками. Предпочтительной опорной точкой является точка крепления рельса на шпале железнодорожного пути, на подмостях, на раме, на потолке или на балке. В других вариантах осуществления дополнительно или альтернативно датчики могут быть размещены в опорных точках опорной конструкции рельса. Это может давать экономию времени на установку, так как ручные работы по установке датчиков могут производиться одновременно с креплением рельса в опорных точках.
Предпочтительно, физический эффект, лежащий в основе измеряемого датчиками изменения магнитных свойств, является обратным магнитострикционным эффектом. Обратный магнитострикционный эффект позволяет вычислять воздействующий на рельс вес на основании изменения магнитной восприимчивости компонента рельсовой транспортной системы из-за нагрузки на рельс, например, самого рельса или опорной конструкции рельса. Раньше считалось, что воздействие на сам рельс или на опорную конструкцию слишком слабо для измерения, однако современное развитие технологии датчиков позволяет производить непосредственное измерение воздействия в обычных рельсах или опорных конструкциях, таких как железнодорожные рельсы или ферромагнитные стальные балки опорных конструкций. Таким образом, могут быть устранены потенциально дорогостоящие дополнительные материалы, такие как обладающие широкими обратными магнитострикционными характеристиками сплавы между рельсом и датчиком. Это позволяет снизить затраты и сложность рельсовых транспортных систем со средствами взвешивания.
Предпочтительно, рельсовая транспортная система содержит два или более рельсов, расположенных параллельно друг другу. В этом случае, предпочтительно, рельсовая транспортная система может быть рельсовой железнодорожной системой. Определение веса дрезин, локомотивов, грузовых платформ или рельсовых тележек часто бывает необходимо в промышленной области. При этом такая усовершенствованная рельсовая транспортная система может давать большие преимущества. В прежних известных рельсовых транспортных системах для установки средств взвешивания на железнодорожных рельсах были необходимы сложные монтажные работы, связанные с прорезанием отверстий в рельсах для установки магнитных датчиков или с вырезанием участка рельса для монтажа механических взвешивающих устройств. В отличие от этих решений рельсовая транспортная система в соответствии с настоящим изобретением позволяет измерять вес без повреждения рельса или опорной конструкции рельса. Соответственно, использование настоящей системы применительно к железнодорожному пути может быть чрезвычайно легким и снижает объем ручного труда для установки датчиков на рельсе или на опорной конструкции. Таким образом, установка системы взвешивания может снижать как затраты рабочего времени, так и стоимость.
В рельсовой транспортной системе с двумя или более параллельными рельсами, предпочтительно, по меньшей мере один датчик расположен на каждом рельсе. Это дает преимущества, так как обычно вес рельсового транспортного средства не распределяется равномерно на оба рельса, поэтому этот факт может учитываться посредством измерения веса на обоих рельсах. Предпочтительно, два датчика расположены на прямой линии, проходящей перпендикулярно продольной протяженности параллельных рельсов. Далее, несколько датчиков могут быть расположены на каждом рельсе, и, предпочтительно, эти датчики также расположены парами, при этом каждая пара лежит на прямой линии, перпендикулярной продольной протяженности параллельных рельсов.
В другом предпочтительном варианте осуществления рельсовая транспортная система является монорельсовой системой. Это означает, что она содержит один рельс, несущий транспортное средство. Монорельс может иметь преимущества для использования в складах и подобных помещениях. Системы с одним рельсом допускают очень простое измерение веса посредством измерения изменения магнитного поля. В идеальных условиях в таких системах изгиб происходит только в одном предсказуемом направлении. Это тот случай, когда может использоваться всего один датчик для получения надежных и повторяемых результатов взвешивания. В других случаях, например, когда изгибающие усилия действуют не в одном направлении, или когда требуется определить воздействие изгиба на более длинном участке рельса, можно использовать не один, а предпочтительно, два или более датчиков, более предпочтительно - четыре, пять, шесть, семь или восемь датчиков, например, для измерения изменения силы магнитного поля в различных направлениях или для получения протяженного профиля изгиба.
Рельсовая транспортная система может быть выполнена таким образом, что компонент рельсовой транспортной системы, магнитные свойства которого изменяются под действием механического напряжения, содержит ферромагнитную сталь или изготовлен из нее. Предпочтительно, компонент содержит по меньшей мере 10%, более предпочтительно, - по меньшей мере 20%, более предпочтительно - по меньшей мере 30%, более предпочтительно - по меньшей мере 40%, более предпочтительно - по меньшей мере 50%, более предпочтительно - по меньшей мере 60%, более предпочтительно - по меньшей мере 70%, более предпочтительно - по меньшей мере 80% или еще более предпочтительно - по меньшей мере 90% ферромагнитной стали. Предпочтительно, компонент содержит до 10%, более предпочтительно - до 20%, более предпочтительно - до 30%, более предпочтительно - до 40%, более предпочтительно - до 50%, более предпочтительно - до 60%, более предпочтительно - до 70%, более предпочтительно - до 80%, более предпочтительно - до 90%, или даже больше, предпочтительно - до 100% ферромагнитной стали. Это означает, например, что компонент может содержать больше 40%, но меньше 70% ферромагнитной стали. Обратная магнитострикция происходит, когда механическая сила деформирует ферромагнитный материал. Таким образом, большее количество ферромагнитной стали может вызывать более сильный сигнал от магнитного поля. Альтернативно ферромагнитная сталь может быть заменена другим ферромагнитным материалом для получения сигнала изменения магнитного поля. Ввиду желаемых измерений предпочтительно, чтобы либо сам рельс, либо опорная конструкция рельса обладали упомянутым содержанием ферромагнитного материала, предпочтительно ферромагнитной стали.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один рельс рельсовой транспортной системы намагничен постоянно. Это позволяет создать рельсовую транспортную систему с, так называемой, пассивной технологией датчиков. «Пассивная технология датчиков» означает отсутствие средств активного генерирования магнитного поля, предпочтительно - их отсутствие в датчике. При этом необходимо только, чтобы датчик был оснащен по меньшей мере одной измерительной катушкой в качестве чувствительной катушки для измерения изменения магнитного поля рельса, обусловленного механическим напряжением, вызванным указанным весом в этом рельсе. Это может привести к снижению стоимости. Альтернативно может использоваться «активная технология датчиков», при которой рельс становится намагниченным во время измерения веса. Такие активные датчики показаны и описаны, например, в CN 101368842 А и ЕР 2397830 А. При активной технологии датчиков датчик, предпочтительно, содержит средства для излучения магнитного поля, которое индуцируется в рельсе или опорной конструкции, например, катушку для генерирования магнитного поля. Такие средства показаны и описаны, например, в ЕР 2397830 А. В документе описана катушка, окружающая сердечник для генерирования магнитного поля. В отношении процесса генерирования поля, характеристик и настройки электронных компонентов датчика данный документ включен в настоящее Описание по ссылке. Преимущество активной технологии датчиков заключается в отсутствии необходимости постоянного намагничивания рельса. Само собой разумеется, что опорная конструкция, при использовании необходимых средств, также может быть намагничена постоянно для проведения пассивного измерения, при этом в случае активной технологии также могут быть предусмотрены отдельные от датчика средства для излучения магнитного поля.
Предпочтительно, один или более датчиков для измерения магнитных свойств рельсовой транспортной системы съемным образом присоединены к рельсовой транспортной системе. Такое решение обеспечивает возможность быстрой установки и снятия датчиков на рельсовой транспортной системе, например, на рельсе или на опорной конструкции рельса. Датчики могут быть укреплены на рельсе не намертво, так что возможно их быстрое удаление, например, в случае замены рельса или опорной конструкции, или если датчик должен быть установлен на другом рельсе в другом месте. Это может снизить время на техническое обслуживание или затраты.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет проиллюстрировано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает на виде сбоку рельсовую транспортную систему в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
фиг. 2 изображает на виде сверху рельсовую транспортную систему в другом варианте осуществления,
фиг. 3 изображает рельсовую транспортную систему по фиг. 2 на виде спереди по направлению рельса,
фиг. 4 изображает на виде спереди рельсовую транспортную систему с двумя рельсами в другом варианте осуществления,
фиг. 5 изображает активный магнитный датчик для использования в рельсовой транспортной системе; и
фиг. 6 изображает в другом варианте осуществления активный магнитный датчик для использования в рельсовой транспортной системе.
Подробное раскрытие вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1-6 показаны варианты осуществления рельсовой транспортной системы 1 в соответствии с настоящим изобретением, элементы которой могут быть важны для системы 1.
На фиг. 1 показана рельсовая транспортная система 1, выполненная с возможностью определения веса рельсового транспортного средства 2. В данном случае это - монорельсовая система, в которой рельс 3а опирается на первую балку 4а и на вторую балку 4b. Первая и вторая балки 4а, 4b прикреплены к стене 5, как это показано на фиг. 2 и 3. Рельс 3а изготовлен из металлического сплава и содержит ферромагнитную сталь.
Тяжелое рельсовое транспортное средство 2, имеющее единственное колесо 6 и несущее полезный груз, движется вдоль рельса 3а, при этом под действием создаваемой его весом силы тяжести рельс 3а и опорные балки 4а, 4b деформируются. Как показано на фиг. 1, первый и второй датчики 7а, 7b расположены на боковой поверхности 8 и на нижней поверхности 9 рельса 3а в точке измерения, которая равноудалена от первой балки 4а и второй балки 4b. Другими словами, на рельсе 3а установлены два датчика 7а, 7b, выполненные с возможностью измерять изменение магнитных свойств рельса 3а, обусловленное механическим напряжением, вызванным в рельсе 3а указанным весом. Датчики 7а, 7b расположены на рельсе 3а в промежуточном положении между двумя точками, образованными двумя опорными балками 4а, 4b опорной конструкции рельса 3а.
Хотя в идеальной ситуации монорельсовая система изгибается только в одном измерении, в некоторых случаях рельс 3а подвергается изгибу в различных направлениях. Поэтому предусмотрены два датчика, измеряющие изменение магнитных свойств в различных направлениях измерений, причем направления измерений образуют друг с другом угол, отличный от нуля. Благодаря установке датчиков 7а, 7b на нижней поверхности 9 и на боковой поверхности 8 рельса 3а перпендикулярно друг другу напряжения в материале могут быть измерены в ортогональных направлениях, что является одним из путей повышения точности измерения. Этот способ может быть расширен путем установки множества датчиков 7 вдоль рельса 3а, а также может использоваться для рельсовых систем 1, содержащих больше одного рельса, например, в такой рельсовой системе, как показана на фиг. 4. В других вариантах осуществления направления могут иметь между собой угол, например, равный 45°, так что измерение магнитных свойств различных, не лежащих на одной линии компонентов может выполняться при геометрии, отличной от описанной. Как показано на фиг. 4, в вариантах осуществления с двумя или большим числом рельсов 3а, 3b предпочтительно датчики 7 предусмотрены на каждом рельсе 3а, 3b, так что различные нагрузки на каждый рельс могут быть измерены по отдельности.
Другой вариант осуществления изобретения показан на фиг. 2 и 3. На фиг. 2 рельсовая транспортная система показана на виде сверху вдоль направления гравитационной силы. На фиг. 3 она показана на виде спереди вдоль рельса 3а. Здесь изгиб двух последовательных опорных балок 4а и 4b измеряется двумя парами ортогонально расположенных датчиков 7a-d (следует снова заметить, что в других вариантах осуществления изобретения датчики могут быть расположены под другим углом друг к другу). Рельс 3а имеет опорную конструкцию, образованную опорными балками 4а, 4b, а датчики 7a-7d выполнены с возможностью измерения изменения магнитных свойств опорной конструкции рельса, вызванное напряжением, передаваемым весом на рельс 3а.
Рельсовое транспортное средство 2 следует вдоль рельса 3а и приходит в положение между двумя опорными балками 4а, 4b, снабженными парами датчиков, которые определяют деформацию и напряжение соответственно в каждой из опорных балок 4а, 4b. После калибровки, которую проводят, например, при проходе рельсового транспортного средства 2 известной массы, генерируемые электрические сигналы могут использоваться для заключения о массе рельсового транспортного средства 2 неизвестной массы. Для взвешивания нет необходимости останавливать транспортное средство. Это взвешивание производится во время движения рельсового транспортного средства 2, что позволяет быстрее осуществлять желаемую транспортировку.
В следующем варианте осуществления изобретения на фиг. 4 показана система с двумя рельсами 3а, 3b, расположенными параллельно друг другу, например, рельсами железной дороги. Вес рельсового транспортного средства 2 (на чертеже не показано) воспринимается двумя рельсами 3а, 3b одновременно, но не обязательно с равным распределением на два рельса. Поэтому для определения веса рельсового транспортного средства 2 датчики 7а, 7b могут быть установлены на обоих рельсах 3а, 3b. В данном случае пара датчиков 7а, 7b установлена только на одном рельсе 3b. При движении рельсовых транспортных средств 2 усилие, передаваемое на рельс 3b весом транспортного средства 2, имеет составляющие в двух направлениях, перпендикулярных продольному направлению рельса и перпендикулярных друг другу. Напряжения, создаваемые в этих направлениях X и Y, могут быть измерены первым датчиком 7а и вторым датчиком 7b, установленными на рельсе 3b. Для специалиста в данной области очевидно, что в других вариантах осуществления дополнительные датчики 7 могут быть установлены на этом рельсе 3b или на другом рельсе 3а, например, в том случае, если рельсовый путь наклонен поперечно направлению транспортного движения или если деформация рельса 3а должна быть измерена на протяженном участке рельса 3а, для чего может потребоваться увеличение числа датчиков 7.
Схематичные чертежи используемых датчиков 7 показаны на фиг. 5 и 6. Датчики 7 являются активными датчиками, описанными ранее в патентном документе CN 101368842 А. Датчик содержит катушку 10 возбуждения для наведения магнитного поля в самом рельсе 3а или в опорной конструкции 4а, 4b рельса 3а и измерительные катушки 11а, 11b в качестве компонентов измерительной системы для восприятия магнитного поля рельса 3а. В показанных здесь вариантах осуществления датчик содержит Е-образный единый железный сердечник с тремя полюсами. Катушка 10 возбуждения намотана вокруг центрального полюса, и при подаче тока от источника (не показан) генерируется магнитное поле. Первая и вторая измерительные катушки 11а, 11b являются катушками восприятия, которые могут измерять магнитные поля посредством индукции и намотаны вокруг двух других полюсов сердечника, соответственно каждая вокруг одного из наружных полюсов Е-образного сердечника. Магнитное поле, активно генерируемое катушкой 10 возбуждения, индуцирует в ферромагнитном материале рельса 3а магнитное поле, которое, в свою очередь, детектируется двумя измерительными катушками 11а, 11b. В варианте осуществления датчика 7 по фиг. 5 он содержит две измерительные катушки 11а, 11b, при этом катушки окружают сердечник, а сердечник имеет поверхность в непосредственном механическом контакте с соответствующим компонентом рельсовой транспортной системы 1, измеряемые магнитные свойства которого изменяются, то есть в данном случае с рельсом 3а. Таким образом, измерительная система имеет поверхность, в данном случае единый полюсный сердечник, находящийся в непосредственном механическом контакте с соответствующим компонентом рельсовой транспортной системы 1, измеряемые магнитные свойства которого изменяются, то есть в данном случае с рельсом 3а. Поэтому сам рельс За становится компонентом измерительной системы.
В другом варианте осуществления по фиг. 6 датчик 7 содержит первую и вторую измерительные катушки 11а, 11b для измерения магнитных свойств, причем катушки окружают сердечник и имеется воздушный зазор между сердечником и соответствующим компонентом рельсовой транспортной системы 1, измеряемые магнитные свойства которого изменяются, то есть в данном случае с опорной конструкцией, а именно с ферромагнитной балкой 4а, изготовленной из ферромагнитной стали. В этом случае между полюсом сердечника, вокруг которого намотана катушка 10 возбуждения, и балкой 4а также образован воздушный зазор. Однако в других вариантах осуществления может иметь преимущества решение, когда полюс катушки возбуждения имеет поверхность в непосредственном контакте с компонентом, измеряемые магнитные свойства которого изменяются, тогда как между полюсами сердечника, окруженными измерительными катушками 11а, 11b, и балкой 4а имеется воздушный зазор. Если вместо этого желательно использовать пассивную технологию измерения, чтобы обойтись без катушки 10 возбуждения в датчике 7, являющийся объектом рельс 3а, 3b или опорная конструкция 4а рельса 3а, 3b должны быть намагничены постоянно.
В не показанном на чертежах альтернативном варианте осуществления вместо описанного датчика 7 используется датчик, известный из патентного документа ЕР 2397830 А. Таким образом, в отношении процесса измерения, характеристик и настройки электронных компонентов датчика данный документ включен в описание в качестве ссылки. При использовании в настоящем изобретении датчика по ЕР 2397830 А объектом измерения является сам рельс 3а, 3b и/или опорная конструкция 4а, 4b рельса 3а, 3b. Описанные в документе характеристики и настройки электронных компонентов датчика, например, частота наводимого магнитного поля, могут использоваться применительно к описанному выше датчику, известному из CN 101368842 А или к другим датчикам 7, предназначенным для измерения изменения магнитных свойств самого рельса 3а, 3b или опорной конструкции 4а, 4b рельса 3а, 3b.
Каждый датчик 7 заключен в механическом корпусе 12, который содержит на своих поперечных концах постоянные магниты 13, что позволяет быстро и разъемно устанавливать модули датчиков на рельсах 3а, 3b и опорных балках 4а, 4b или на любой ферромагнитной конструкции испытываемой рельсовой транспортной системы.
В соответствии с изобретением предложена усовершенствованная рельсовая транспортная система 1, способная определять вес рельсового транспортного средства 2. Когда рельсовое транспортное средство 2 следует по рельсу 3а, рельс 3а и/или опорные балки 4а, 4b изгибаются, и создаваемое в результате напряжение сдвига и деформация изменяют магнитную восприимчивость ферромагнитного материала рельсов 3а, 3b или балок 4а, 4b. Это означает, что физический эффект, лежащий в основе изменения измеряемой датчиками магнитных свойств является обратным магнитострикционным эффектом, известным также как магнитоупругий эффект или эффект Виллари. Изменение магнитной восприимчивости вызывает изменение магнитного поля, воспринимаемого измерительными катушками 11а, 11b датчика. Изменение пропорционально изгибу рельса 3а, 3b или балки 4а, 4b, а следовательно и массе рельсового транспортного средства 2. После надлежащей калибровки можно надежно измерять массу рельсового транспортного средства 2. Измерения могут проводиться бесконтактно, а необходимые датчики 7 могут устанавливаться разъемно, так что измерения могут выполняться более удобно и с меньшими затратами. Из приведенных примеров выполнения понятно, что возможны варианты выполнения, когда измерения магнитного поля проводятся одновременно как на самом рельсе 3а, так и на компоненте опорной конструкции, например, на балке 4а, 4b, на шпале или на рабочей платформе.
Признаки, указанные в описании, пунктах формулы изобретения и показанные на чертежах, могут быть существенными для изобретения в любой комбинации. Указанные в пунктах формулы цифровые позиции введены исключительно для удобства чтения и ни в коей мере не являются ограничительными.
Перечень номеров позиций
1 Рельсовая транспортная система
2 Рельсовое транспортное средство
3а, 3b Рельс
4а, 4b Балка
5 Стена
6 Колесо
7а, 7b, 7 с, 7d Датчик
8 Боковая поверхность
9 Нижняя поверхность
10 Катушка возбуждения
11а, 11b Измерительная катушка
12 Корпус
13 Постоянные магниты
1. Рельсовая транспортная система (1), способная определять вес рельсового транспортного средства (2), содержащая:
один или более рельсов (3a, 3b)
и один или более датчиков (7) для измерения магнитных свойств,
причем по меньшей мере один из датчиков (7) выполнен с возможностью измерения изменения магнитных свойств, чтобы определять вес, нагружающий один или более рельсов (3a, 3b), при этом изменение магнитных свойств обусловлено механическим напряжением, вызванным в рельсе (3a, 3b) указанным весом,
отличающаяся тем, что
один или более датчиков (7) выполнены с возможностью измерения изменения магнитных свойств самого рельса (3a, 3b), и/или один или более датчиков (7) выполнены с возможностью измерения изменения магнитных свойств опорной конструкции (4а, 4b) рельса (3a, 3b).
2. Рельсовая транспортная система (1) по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит два или более датчиков (7), выполненных с возможностью измерять изменение магнитных свойств.
3. Рельсовая транспортная система (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит два или более датчиков (7), выполненных с возможностью измерять изменение магнитных свойств самого рельса (3a, 3b) или опорной конструкции (4а, 4b) рельса (3a, 3b), причем по меньшей мере два из этих датчиков установлены таким образом, чтобы измерять изменение магнитных свойств в различных направлениях измерения, расположенных под углом друг к другу.
4. Рельсовая транспортная система (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что один или более датчиков (7) содержат одну или более измерительных систем для измерения магнитных свойств, при этом измерительная система или системы содержат поверхность катушки или единого полюсного сердечника с непосредственным механическим контактом с соответствующим компонентом рельсовой транспортной системы (1).
5. Рельсовая транспортная система (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что один или более датчиков (7) содержат одну или более измерительных систем для измерения магнитных свойств, при этом измерительная система или системы имеют воздушный зазор между собой и соответствующим компонентом рельсовой транспортной системы (1) с изменяющимися магнитными свойствами, подлежащими измерению.
6. Рельсовая транспортная система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что один или более рельсов (3a, 3b) имеют опорную конструкцию (4а, 4b), а один или более датчиков (7) выполнены с возможностью измерять изменение магнитных свойств опорной конструкции рельса (3a, 3b), обусловленное механическим напряжением, вызванным в этом рельсе (3a, 3b) указанным весом.
7. Рельсовая транспортная система (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что один или более рельсов (3a, 3b) имеют один или более установленных на них датчиков (7), выполненных с возможностью измерять изменение свойств магнитного поля этого рельса (3a, 3b), обусловленное механическим напряжением, вызванным в этом рельсе (3a, 3b) указанным весом.
8. Рельсовая транспортная система (1) по п. 7, отличающаяся тем, что один или более датчиков (7), выполненных с возможностью измерять изменение магнитных свойств, обусловленное механическим напряжением, вызванным в этом рельсе (3a, 3b), расположены на рельсе (3a, 3b) в промежуточном положении между двумя опорными точками опорной конструкции (4а, 4b) рельса (3a, 3b).
9. Рельсовая транспортная система (1) по любому из пп. 1, 2, 8, отличающаяся тем, что физический эффект, лежащий в основе измеряемого датчиками (7) изменения магнитных свойств, является обратным магнитострикционным эффектом.
10. Рельсовая транспортная система (1) по любому из пп. 1, 2, 8, отличающаяся тем, что содержит два или более рельсов (3a, 3b), расположенных параллельно друг другу.
11. Рельсовая транспортная система (1) по любому из пп. 1, 2, 8, отличающаяся тем, что является монорельсовой системой.
12. Рельсовая транспортная система (1) по любому из пп. 1, 2, 8, отличающаяся тем, что компонент с магнитными свойствами, изменяемыми при возникновении механического напряжения, содержит ферромагнитную сталь.
13. Рельсовая транспортная система (1) по любому из пп. 1, 2, 8, отличающаяся тем, что по меньшей мере один рельс (3a, 3b) рельсовой транспортной системы (1) намагничен постоянно.
14. Рельсовая транспортная система (1) по любому из пп. 1, 2, 8, отличающаяся тем, что один или более датчиков (7) для измерения магнитных свойств рельсовой транспортной системы (1) съемным образом прикреплены к рельсовой транспортной системе (1).
