Весоизмерительная система
Техническое решение относится к железнодорожному транспорту, к устройствам для автоматического измерения веса подвижного состава в эксплуатационных условиях, без остановки подвижной единицы, в том числе на наклонном пути сортировочной горки для задач горочной автоматики.
Весоизмерительная система, содержащая рельсовый путь со встроенной измерительной опорой, оснащенной упругим элементом, по которому прокатываются колеса взвешиваемой подвижной единицы, а также блок измерения перемещений, обеспечивающий преобразование деформации упругого элемента по отношению к измерительной опоре, в параметры электрических сигналов, отличающаяся тем, что в качестве упругого элемента используется как минимум один из рельсов железнодорожного пути, измерительная опора выполнена в виде жесткой балки, укрепленной на шейке рельса на двух цилиндрических шарнирах, расположенных по концам измерительной опоры, а блок измерения
перемещении выполнен из активной и пассивной частей с возможностью их относительного перемещения, причем активная часть размещена на середине измерительной опоры, а пассивная часть укреплена к рельсу на середине участка, ограниченного цилиндрическими шарнирами. 1 с.п., 3 з.п., 3 ил.
Заявляемое техническое решение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к методам и устройствам для автоматического измерения веса подвижного состава в эксплуатационных условиях, без остановки подвижной единицы, в том числе при измерении веса на наклонном пути сортировочной горки в системах горочной автоматики.
Известна конструкция устройства для поосного взвешивания вагонов /1/, содержащая грузоприемную платформу в виде продольных балок с закрепленными на них рельсами и жестко связанных с продольными пеперечных балок, опирающуюся на силоизмерительные датчики, подключенные к весовому контроллеру, соединенному с персональным компьютером, причем длина весов меньше максимальной базы используемых локомотивов и больше максимальной базы используемых вагонов, а поперечная база силоизмерительных датчиков больше ширины рельсовой колеи.
Недостатком указанной конструкции являются ее размеры, равные длине вагона и ширине рельсовой колеи, необходимость
устройства массивного фундамента, разрыв рельсовой колеи и ограничение в скорости движения поездов на данном участке, что ограничивает технологическую применимость весов. Кроме того, устройство не может работать на наклонном участке пути, что необходимо по технологическому процессу сортировочных горок.
Известны вагонные весы /2/, 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, причем грузоприемная платформа выполнена в виде балки, середина которой опирается на гайки рымболтов, а крайние опоры балки закреплены под рельсами железнодорожного пути.
Недостатком описанных вагонных весов является недостаточная точность и недостаточная временная стабильность измерений, вызванная тем, что упругость жесткого основания в междурельсовом пространстве отличается от упругости системы «балласт- шпалы- рельсовые скрепления-рельс», причем значения упругости указанных систем изменяются по разным закономерностям при изменении условий эксплуатации и климатических факторов.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является весомер вагонный /3/ типа ВВ-65-6, который состоит из рельсового пути со встроенной рельсовой вставкой, закрепленной на жестком лафете (измерительная опора), из силоизмерительной плоской пружины (упругого элемента) в виде шарнирного мостика, цилиндрических роликов, упоров, прижимных планок, распорных клиньев, контактной коробки с рычажной передачей и контактами (блок измерения перемещений). В средней части рельсовой вставки срезана одна сторона головки рельса, и в полученный паз установлена плоская силоизмерительная пружина из закаленной рессорной стали в виде шарнирного мостика. Концы плоской силоизмерительной пружины опираются на цилиндрические ролики, установленные на упорах. Средняя часть плоской силоизмерительной пружины возвышается над поверхностью катания рельсовой вставки. При движении колеса его весовая нагрузка воздействует только на плоскую силоизмерительную пружину, деформируя ее по отношению к рельсовой вставке, закрепленной на жестком лафете. От поперечных смещений плоскую силоизмерительную пружину и ролики предохраняют прижимные планки.
С противоположной стороны рельсовой вставки укреплена контактная коробка, в которой размещены шесть пар контактов и контактных пружин, каждая из которых связана с контактным рычагом. Плоская силоизмерительная пружина и контактный рычаг связаны между собой с помощью нажимного рычага. Контактная коробка вместе с рычажной системой выполняет функцию измерения деформации плоской силоизмерительной пружины по отношению к рельсовой вставке. Информационные выходы от контактной коробки связаны со входами системы автоматического регулирования скорости в комплексе горочной автоматики.
При прокатывании по весомеру колесо подвижной единицы вкатывается на плоскую силоизмерительную пружину, под действием весовой нагрузки колеса последняя прогибается по отношению к рельсовой вставке, выполняющей функцию измерительной опоры, и воздействует на нажимной рычаг, который одним концом входит в отверстие плоской силоизмерительной пружины, а другим концом упирается в контактный рычаг. Поворачиваясь, контактный рычаг переключает последовательно контактные пары в зависимости от деформации плоской силоизмерительной пружины, которая пропорциональна весовой нагрузке от колеса подвижной единицы. Замыканием одной или
нескольких контактных групп выдается электрический сигнал о соответствующей весовой категории подвижной единицы.
Недостатком указанной конструкции является низкая эксплуатационная надежность и точность измерений, обусловленные наличием ряда механически взаимодействующих трущихся пар деталей: плоская силоизмерительная пружина
цилиндрические ролики - упоры, плоская силоизмерительная пружина - нажимной рычаг - контактный рычаг, шесть пар контактных пружин. Плоская силоизмерительная пружина быстро изнашивается и ломается. Сложность и конструктивное исполнение данного устройства обеспечивают в диапазоне масс подвижных единиц от 20 т до 84 т идентификацию только шести весовых категорий, что соответсвует погрешности измерений порядка 10 т.
Задачей настоящей полезной модели является повышение долговечности, эксплуатационной надежности и точности измерений массы движущих рельсовых транспортных средств.
Технический результат достигается за счет того, что в известной конструкции вагонного весомера, содержащего рельсовый путь со встроенной измерительной опорой, оснащенной упругим элементом, по которому прокатываются колеса взвешиваемой подвижной единицы, а также блок измерения
перемещений, обеспечивающий преобразование деформации упругого элемента по отношению к измерительной опоре, в параметры электрических сигналов, отличающийся тем, что, согласно заявляемому техническому решению в качестве упругого элемента используется как минимум один из рельсов железнодорожного пути, измерительная опора выполнена в виде жесткой балки, укрепленной на шейке рельса на двух цилиндрических шарнирах, расположенных по концам измерительной опоры. Блок измерения перемещений выполнен из активной и пассивной частей с возможностью их взаимного смещения, причем активная часть, чувствительная к изменению напряженности магнитного поля, размещена на середине измерительной опоры, а пассивная часть, включающая в себя источник магнитного поля, укреплена к рельсу на середине участка, ограниченного цилиндрическими шарнирами. Сопряжение измерительной опоры с цилиндрическими шарнирами выполнено с гарантированным натягом посредством втулок из упругого материала, которые одеты на ось шарнира. На одном из рельсов укреплены симметрично по отношению к пассивной части блока измерения перемещений два датчика прохода колесных пар. Информационные выходы активной части блока измерения
перемещений и датчиков прохода колесных пар соединены с входами блока подключения напольных устройств, выход которого соединен с весовым контроллером.
На фиг.1 показан план размещения узлов весоизмерительной системы, на фиг.2 - общий вид измерительной опоры, укрепленной на рельсе, на фиг.3 - поперечное сечение измерительной опоры по точке крепления к рельсу пассивного элемента блока измерения перемещений.
Весоизмерительная система (см. фиг.1.) включает в себя рельсовый путь, на одном из рельсов 1 которого смонтирована измерительная опора 2 в виде (см. фиг.2) жесткой балки, укрепленной на шейке рельса 1 на двух цилиндрических шарнирах 3. Внутри измерительной опоры 2 закреплена активная часть 4 блока измерения перемещений, которая представляет собой электронное устройство, чувствительное к изменению напряженности магнитного поля. Пассивная часть 5 блока измерения перемещений закреплена на шейке рельса 1 и включает в себя источник постоянного магнитного поля. На этом же рельсе укреплены симметрично по отношению к пассивной части 5 блока измерения перемещений два регистратора колесных пар 6. Информационные выводы активной части 4 блока измерения перемещений, а также информационные
выводы двух регистраторов колесных пар 6 соединены с соответствующими входами блока подключения датчиков 7.
Выход блока подключения датчиков 7 соединен с весовым контроллером 8. Выход весового контроллера связан с приемным устройством конечного пользователя - с системой автоматического регулирования скорости горочной автоматики 9.
На фиг.2 показаны конструктивные особенности измерительной опоры 2 и элементов ее крепления к рельсу, которое выполнено посредством двух цилиндрических шарниров 3, расположенных по концам измерительной опоры. Цилиндрические шарниры включают в себя оси, закрепленные на шейке рельса, сопряженные с гарантированным натягом с отверстиями, расположенными по концам измерительной опоры, посредством втулок из упругого материала.
Для обеспечения необходимой плотности сопряжения измерительной опоры 2 с цилиндрическими шарнирами 3 концы балки измерительной опоры разрезаны и стянуты болтами до достижения необходимой плотности посадки с гарантированным натягом.
На фиг.3 на поперечном сечении измерительной опоры 2 показано крепление и взаимное расположение активной части 4
блока измерения перемещений и его пассивной части 5. Гарантированные зазоры между активной 4 и пассивной 5 частями блока измерения перемещений подтверждают отсутствие пар трения, и, как следствие, отсутствие износов в наиболее важном узле, что обеспечивает его эксплуатационную надежность и долговечность.
Работает весоизмерительная система следующим образом. При движении колесной пары первый по ходу движения колеса регистратор колесных пар 6 дает импульс счета колес для блока подключения датчиков 7. При движении колеса подвижного состава по рельсу 1 происходит его упругая деформация - под нагрузкой колеса рельс 1 прогибается вниз. Измерительная опора 2 в виде жесткой балки благодаря креплению на цилиндрических шарнирах 3 остается прямолинейной, что обеспечивает смещение пассивной части 5 блока измерения перемещений, содержащей источник магнитного поля, по отношению к его активной части 4, чувствительной к изменению напряженности магнитного поля. Величина деформации рельса 1 пропорциональна нагрузке от колеса, и активная часть 4 блока перемещений преобразует величину деформации в цифровое значение, которое передается в блок подключения датчиков 7. По импульсу от второго по ходу
колеса регистратора колесных пар 8 блок подключения датчиков передает это цифровое значение величины деформации весовому контроллеру 9. Весовой контроллер показывает значение весовой нагрузки на ось непосредственно на экране, передает ее на приемное устройство системы автоматического регулирования скорости комплекса горочной автоматики.
Устройство реализовано в виде виде опытного образца следующей конструкции. В рельсе типа Р65 на уровне нейтрального волокна просверлены три сквозные отверстия, удаленные между собой на расстояние 650 мм. Расстояние между цилиндрическими шарнирами 1300 мм выбрано из условия вписывания измерительной опоры в область положительной кривизны деформированного рельса, максимальное значение которой, по справочным данным, составляет 1800 мм.
В крайних отверстиях рельса укреплены цилиндрические шарниры, оснащенные упругими втулками из резины, в среднем отверстии - пассивная часть чувствительного элемента. На цилиндрические шарниры установлена жесткая балка коробчатого сечения 3, изготовленная из швеллера высотой 80 мм, на середине которого укреплен корпус активной части 4 блока измерения перемещений. Активная часть 4 блока измерения перемещений
содержит плату измерения напряженности магнитного поля с аналого-цифровым преобразователем. Пассивная часть 5 блока измерения перемещений включает в себя источник постоянного магнитного поля. В качестве датчиков прохода колесных пар использованы стандартные магнитные датчики ДМ-88. Информационный выход активной части 4 блока измерения перемещений связан с входом блока подключения датчиков 7. Блок подключения датчиков был удален от весомерного контроллера 8 на расстояние 300 м. Для передачи информации использован электрический интерфейс RS-485.
Проведенные испытания весоизмерительной системы на спускной части сортировочной горки при определении весовой нагрузки от колес на рельс в диапазоне нагрузок от 5 до 25 тонн на ось (вес 4-хосных подвижных единиц- порожних от 20 и груженых до 100 тонн) показали высокую эксплуатационную надежность и относительную погрешность измерений в пределах ±5% при дискретности отсчета 100 кг.
Литература:
1. Описание полезной модели RU 30191 U1, МПК7 G01G 19/04, Опубл. 20.06.2003, бюл. №17.
2. Описание изобретения RU 2239800 С2, МПК7 G01G 19/04,
Опубл. 10.11.2004, бюл. №31.
3. B.C.Сагайтис, В.Н.Соколов. Устройства механизированных и автоматизированных сортировочных горок. М., «Транспорт», 1988 г., с.91.
1. Весоизмерительная система, содержащая рельсовый путь со встроенной измерительной опорой, оснащенной упругим элементом, по которому прокатываются колеса взвешиваемой подвижной единицы, а также блок измерения перемещений, обеспечивающий преобразование деформации упругого элемента по отношению к измерительной опоре в параметры электрических сигналов, отличающаяся тем, что в качестве упругого элемента используется как минимум один из рельсов железнодорожного пути, измерительная опора выполнена в виде жесткой балки, укрепленной на шейке рельса на двух цилиндрических шарнирах, расположенных по концам измерительной опоры, а блок измерения перемещений выполнен из активной и пассивной частей с возможностью их относительного перемещения, причем активная часть, чувствительная к изменению напряженности магнитного поля, размещена на середине измерительной опоры, а пассивная часть, включающая в себя источник магнитного поля, укреплена к рельсу на середине участка, ограниченного цилиндрическими шарнирами.
2. Весоизмерительная система по п.1, отличающаяся тем, что информационный выход блока измерения перемещений соединен с входом блока подключения датчиков, выход которого соединен с весовым контроллером.
3. Весоизмерительная система по п.1, отличающаяся тем, что на одном из рельсов укреплены симметрично по отношению к блоку измерения перемещений по разные его стороны два датчика прохода колесных пар.
4. Весоизмерительная система по п.1, отличающаяся тем, что шарнирные опоры включают в себя оси, закрепленные на шейке рельса, сопряженные с гарантированным натягом с отверстиями, расположенными по концам жесткой балки, посредством втулок из упругого материала.
5. Весоизмерительная система по п.1, отличающаяся тем, что шарнирные опоры удалены между собой вдоль рельса на расстояние, не превышающее 1900 мм.
