Аппаратно-программный комплекс для взвешивания автомобилей в движении
Полезная модель относится к технике весового контроля колесных транспортных средств в процессе их движения. Цель - упрощение и удешевление конструкции, а также расширение функциональных возможностей взвешивающих систем. Аппаратно-программный комплекс состоит из двух одинаковых весовых устройств, укладываемых на дорожное полотно перпендикулярно движению автотранспорта и связанных с ЭВМ. Каждое весовое устройство представляет собой герметичную емкость в форме параллелепипеда, заполненную жидкостью. Весовое устройство состоит из жесткого основания, гибкой платформы, боковых граней, выполняющих функции ребер жесткости, одного дополнительного ребра жесткости, помещенного внутрь конструкции по диагонали, и цифрового датчика, передающего измеряемое значение давления на ЭВМ с частотой достаточной для последующей обработки с заданной точностью. Диагональное ребро жесткости имеет технологические отверстия для свободного перетекания жидкости внутри весового устройства. При проезде по платформе весового устройства колеса автомобиля, цифровой датчик формирует сигналы, пропорциональные давлению колеса на платформу. Формы временных диаграмм давления жидкости при проезде колеса автомобиля по платформе, например, будут иметь вид, представленный на фиг.3. При этом соотношение времен t и t1 и соотношение максимальных значений Р и Р1 позволяет определить точную траекторию приложения давления от колеса автомобиля при проезде по платформе весового устройства и программно применить соответствующий коэффициент из списка ранее заложенного в программную базу данных при вычислении нагрузки от каждого колеса и веса автомобиля в целом.
Полезная модель относится к технике весового контроля движущегося автотранспорта.
Известен отдельный тип весов для взвешивания автомобилей в движении, принцип действия которых основан на механическом преобразовании нагрузки от оси автомобиля на грузоприемную платформу, опирающуюся на первичные преобразователи давления (силоизмерительные датчики) либо напрямую, либо через систему шарнирных механизмов [патенты РФ 
2041448, 2055453, 2390734, 2373501, 2239798]. Силоизмерительные датчики, в свою очередь, через специальные технологические узлы опираются на стационарный фундамент. Недостатками указанных решений являются трудноустранимые погрешности измерений, возникающие в результате действия сил трения и ударов перемещающихся и неподвижных частей конструкции данных весов при движений по ним автомобиля, высокие затраты на производство, сравнительно большой вес, необходимость сложного фундамента, большая зависимость от ориентации весов по горизонтальному уровню при монтаже, обязательная первичная настройка весов после их установки. Существует отдельный тип весов, которые также возможно использовать для взвешивания автотранспорта в движении - это подкладные мобильные весы. Например, весы серии RW корейской фирмы CAS. Из преимуществ следует отметить их небольшой вес, необязательность фундамента и первичной настройки весов. Однако такие весы используются, в основном, для взвешивания автотранспорта в статике по причине большой погрешности при динамическом способе взвешивания и малых геометрических размеров, что затрудняет их оперативное использование для различных типов автомобилей. Это в свою очередь, делает их практическими неприменимыми на участках с большим потоком автотранспорта.
Предлагаемый аппаратно-программный комплекс обладает следующими преимуществами: отсутствие в механической части конструкции перемещающихся относительно друг друга частей, небольшой вес, низкие производственные затраты на изготовление, отсутствие необходимости в фундаменте, строгой ориентации весов по уровню и их первичной настройки на месте установки. Кроме того, в нем сочетаются преимущества описанных выше двух существующих типов весов для взвешивания в движении: стационарных - вследствие возможности взвешивания любых автомобилей в непрерывном безостановочном потоке и подкладных весов - вследствие мобильности.
Технический результат достигается за счет использования в качестве грузоприемного устройства герметичной емкости, заполненной жидкостью и таких свойств жидкости как практическая несжимаемость и передача механического локального воздействия по всему объему жидкости со скоростью распространения ударной волны в данной жидкости. При этом нагрузка от колес автомобиля передается от точки ее приложения посредством жидкости к измерительному элементу (датчику давления) и, результаты измерения с необходимой частотой далее - на ЭВМ для программной обработки. Существенное значение при этом имеет определение точной линии приложения нагрузки (траектории проезда колеса по грузоприемному устройству), так как очевидно, что из-за механических свойств емкости, определяемых ее формой, материалами изготовления и размерами, одна и та же нагрузка в разных местах приложения будет создавать разное давление жидкости внутри емкости в общем случае. Для расчета точной траектории проезда колеса автомобиля в конструкцию емкости введено ребро жесткости, делящее емкость на связанные между собой области таким образом, что при прямолинейном проезде колеса в любых возможных направлениях, временная диаграмма давления жидкости будет уникальна для каждой конкретной траектории проезда. В базе данных ЭВМ при этом хранятся поправочные коэффициенты для всех возможных траекторий, установленные заранее для данной конкретной конструкции. Наиболее технологичным в изготовлении и универсальным в применении является вариант исполнения, при котором в качестве грузоприемных устройств используются две герметичные емкости заполненные жидкостью - по одной для каждого ряда колес движущегося автомобиля. Каждая емкость состоит из: достаточно гибкой верхней поверхности, выполняющей функции грузоприемной платформы, преобразующей усилие от колеса автомобиля в давление жидкости внутри емкости; жесткого основания, жестких боковых стенок, внутреннего ребра жесткости, делящего всю емкость на две связанные между собой через технологические отверстия в ребре жесткости области; датчика давления жидкости со встроенным АЦП связанного с ЭВМ с установленным программным обеспечением и базой данных для обработки результатов. При этом каждая емкость разделена ребром жесткости на две области таким образом, чтобы при прямолинейном проезде колеса автомобиля по ней, получаемая в процессе программной обработки временная диаграмма давления жидкости внутри емкости была уникальна для конкретной траектории проезда колеса. Как самый технологичный вариант (фиг.1) - это использование грузоприемных устройств в форме параллелепипедов имеющих каждый: ширину, достаточную для возможности уверенного проезда любого автомобильного транспортного средства с любым известным расстоянием между колесами на одной оси; длину, обеспечивающую, с одной стороны, невозможность одновременного заезда двух колес всех известных транспортных средств, с другой - как можно большее время проезда по грузоприемному устройству для увеличения количества измерений и, соответственно, уменьшения общей погрешности измерений; высоту, с одной стороны, обеспечивающую необходимую жесткость всей конструкции, с другой - исключающую ее громоздкость. Всем этим условиям соответствуют, например, следующие размеры грузоприемного устройства в форме параллелепипеда: длина - 1100 мм, ширина - 1700 мм, высота - 30 мм. Внутреннее ребро жесткости прямолинейно и расположено по диагонали параллелепипеда. Грузоприемные устройства располагается перпендикулярно движению автомобиля относительно ширины. Значения давления, измеренного с достаточной для заданной погрешности частотой датчиком 1, передается в ЭВМ для последующего анализа полученных данных специальным программным обеспечением и выдачей результата в виде значения веса. При этом значение давления жидкости для каждой точки приложения колеса к платформе будет пропорционально прогибу платформы в этой точке, хотя реальный прогиб будет незначительным ввиду практической несжимаемости жидкости и жесткой конструкции основания и стенок емкости. Фиг.2 демонстрирует поверхностную эпюру прогибов платформы для грузоприемного устройства с приведенными выше формой и размерами в каждой точке при приложении некоторой нагрузки с шагом 100 мм, на основании данных, рассчитанных в компьютерной программе MathCad. Соответственно, давление жидкости внутри емкости, измеренное датчиком, будет пропорционально прогибу для каждой точки.
Временные диаграммы давления жидкости при проезде колеса автомобиля по разным траекториям А и Б (фиг.3), построенные на основе поверхностной эпюры прогиба, обладают рядом характерных особенностей. Так, траектория А показывает линию проезда колеса по траектории отличной от осевой, траектория Б - линию проезда по осевой траектории. К характерным особенностям диаграмм относятся, в частности, общее время проезда по платформе, время t и t1, их соотношения, значения и соотношения максимумов и минимумов давления и прочих характеристик для определения скорости проезда автомобиля, точного места проезда колес по платформам, площади соприкосновения каждого колеса с платформой. После программной обработки полученных значений и введения заранее известных поправочных коэффициентов, вычисляется нагрузка от каждого колеса и оси автомобиля в целом. При этом поправочные коэффициенты являются лишь функцией давления жидкости в ненагруженном состоянии, и, так как они заранее известны, то первичной настройки комплекса на новом месте установки не требуется. Суммированием полученных значений осевых нагрузок вычисляется общий вес автомобиля.
1. Аппаратно-программный комплекс для взвешивания автомобилей в движении состоящий по крайней мере из одного грузоприемного устройства, содержащего по крайней мере один датчик давления, связанный с ЭВМ, и специального программного обеспечения, отличающийся тем, что в качестве грузоприемного устройства используется по крайней мере одна герметичная емкость, заполненная жидкостью с достаточно чувствительной для передачи усилия нагрузки к жидкости при проезде колес автомобиля верхней поверхностью, разделенная по крайней мере одним ребром жесткости произвольной формы на связанные между собой области таким образом, что временная диаграмма внутреннего давления жидкости в емкости, полученная с помощью датчика давления и программной обработки в ЭВМ при проезде по грузоприемному устройству автомобиля, по различным характерным параметрам является однозначной для конкретной траектории проезда колес автомобиля и после программной обработки с применением заранее известных поправочных коэффициентов для каждой такой траектории позволяет вычислить вес автомобиля.
2. Аппаратно-программный комплекс по п.1, отличающийся тем, что каждое грузоприемное устройство содержит по крайней мере две герметичные несвязанные между собой емкости, давление жидкости в которых измеряется отдельными связанными с ЭВМ датчиками и скомпоновано таким образом, что общая временная диаграмма со всех датчиков давления жидкости принадлежащих одному грузоприемному устройству при проезде автомобиля является уникальной для каждой конкретной траектории проезда.
3. Аппаратно-программный комплекс по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что каждая герметичная емкость содержит, по крайней мере, одно устройство для компенсации чрезмерного избыточного давления жидкости вследствие разницы коэффициентов температурного объемного расширения материала, из которого изготовлена емкость и жидкости.
