Весоизмерительное устройство

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения массы неподвижных и движущихся по рельсам объектов, в частности для измерения массы железнодорожных вагонов. Устройство содержит измерительный участок рельса в виде цельного рельса между двумя соседними шпалами, являющийся одновременно и тензодатчиком со встроенными в него тензорезисторами, рельсовые подкладки. Тензодатчики выполнены в виде брусков, высота которых не выходит за габариты рельсовой подкладки, а длина рабочей части не превышает 10% длины измерительного участка. Они установлены под рельсами соосно продольной оси шейки рельса, в габаритах рельсовой подкладки на концах измерительного участка рабочими частями навстречу друг другу, попарно на обеих ветвях железнодорожного пути. При этом рабочая часть каждого тензодатчика расположена консольно относительно рельсовой подкладки, причем верхняя поверхность рабочей части каждого тензодатчика плотно прилегает к подошве рельса вдоль его длины, нижняя поверхность рабочей части выполнена в виде радиального скругления на одну треть его высоты. Тензорезисторы установлены в симметричных глухих отверстиях, выполненных на боковых поверхностях тензодатчика и расположенных на оси сопряжения его рабочей части с телом тензодатчика. Технический результат заключается в повышении точности измерения, упрощении конструкции, сохранении целостности рельса при установке устройства, повышении безопасности эксплуатации подъездных путей. 8 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения массы неподвижных и движущихся по рельсам объектов, в частности для измерения массы железнодорожных вагонов и цистерн.

Большинство существующих железнодорожных весоизмерительных устройств содержат либо металлоемкие конструкции, либо требуют обустройства фундаментного основания, либо, если это накладные весы, как по патенту RU, №2289106, МПК G01G 19/04, имеют короткий срок службы ввиду изнашиваемости грузоприемных элементов. Но во всех случаях установка существующих весоизмерительных устройств требует изменения целостности рельсового пути, врезания в рельсовый путь на длину грузоприемного устройства от 0,6 м - ООО «Авитек-Плюс», г.Екатеринбург, до 14 м - АОЗТ «Метровес», г.Киев, ООО «ИЦ АСИ», г.Кемерово, что негативно сказывается на безопасности эксплуатации подъездных путей.

Механический износ рельсов в известных устройствах, ввиду непосредственного контакта с колесами вагонов и изменения геометрии нагрузок, увеличивает погрешность данных конструкций со сроком эксплуатации, а со временем требует замены либо всей конструкции, либо ее частей. Конструкции известных устройств предполагают нарушение целостности рельсового пути при установке, что отрицательно влияет на безопасную эксплуатацию подъездных путей, ограничивает скорость движения составов и увеличивает время взвешивания железнодорожных вагонов и составов в целом.

Известно устройство для измерения веса (патент Австралии, №610113, МКИ G01G 19/04 от 15.01.88, опубл. 20.07.89), содержащее рельсы, непосредственно на шейку которых наклеены полупроводниковые элементы, подключенные в измерительные мосты тензометрических датчиков.

Недостатки этого устройства: значительная погрешность измерения, конструкция предполагает нарушение целостности рельсового пути при установке, устройство работает по типу работающей на изгиб балки, изгибающий момент которой пропорционален жесткости закрепления опоры (шпалы), изменение геометрии нагрузок рельсов из-за механического износа.

Известно также грузоприемное устройство весов, содержащее измерительный участок рельса, являющийся одновременно и тензодатчиком со встроенными в него тензорезисторами, рельсовые подкладки (патент РФ, №2145700, 1291827, МПК G01G 19/04).

Недостатки этого устройства: значительная погрешность измерения, конструкция требует обустройства фундаментного основания, предполагает нарушение целостности рельсового пути при установке, что отрицательно влияет на безопасную эксплуатацию подъездных путей, ограничивает скорость движения составов и увеличивает время взвешивания железнодорожных вагонов и составов в целом, устройство работает по типу работающей на изгиб балки, изгибающий момент которой пропорционален жесткости закрепления опоры (шпалы).

Задачами заявляемого изобретения являются: повышение точности измерения массы объектов, движущихся по рельсам, упрощение конструкции устройства, сохранение целостности рельса при установке устройства, повышение безопасности эксплуатации подъездных путей.

Указанные задачи достигаются тем, что в весоизмерительном устройстве, содержащем измерительный участок рельса, являющийся одновременно и тензодатчиком со встроенными в него тензорезисторами, рельсовые подкладки, согласно изобретению измерительным участком является участок цельного рельса между двумя соседними шпалами, тензодатчики, выполненные в виде брусков, высота которых не выходит за габариты рельсовой подкладки, а длина рабочей части не превышает 10% длины измерительного участка, установлены под рельсами соосно продольной оси шейки рельса, в габаритах рельсовой подкладки на концах измерительного участка рабочими частями навстречу друг другу, попарно на обеих ветвях железнодорожного пути, при этом рабочая часть каждого тензодатчика расположена консольно относительно рельсовой подкладки, причем верхняя поверхность рабочей части каждого тензодатчика плотно прилегает к подошве рельса вдоль его длины, нижняя поверхность рабочей части выполнена в виде радиального скругления на одну треть его высоты, а тензорезисторы установлены в симметричных глухих отверстиях, выполненных на боковых поверхностях тензодатчика и расположенных на оси сопряжения его рабочей части с телом тензодатчика.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана фронтальная схема безфундаментной установки весоизмерительного устройства в рельсовом пути; на фиг 2 - рабочая часть тензодатчика и схема расположения тензорезисторов; на фиг.3 - электрическая аналоговая схема работы тензодатчиков; на фиг.4 - схема установки тензодатчиков вид А на фиг.1 в разрезе; на фиг.5 - схема установки тензодатчиков вид В на фиг.4; на фиг.6 - схема влияния проседания шпалы на работу весоизмерительного устройства; на фиг.7 - схема влияния на работу весоизмерительного устройства колеса вагона, находящегося за пределами измерительного участка; на фиг.8 - график нагружения тензодатчиков.

Весоизмерительное устройство состоит из четырех тензодатчиков 1 (фиг.1), установленных своими рабочими частями 2 навстречу друг другу на концах измерительного участка L, которым является участок цельного рельса между двумя соседними шпалами, попарно на обоих ветвях рельсового пути в габаритных размерах стандартной железнодорожной подкладки 3 под рельсы 4. Тензодатчики 1 установлены рабочими частями 2 навстречу друг другу для того, чтобы фиксировать прогиб Δh измерительного участка L. Длина измерительного участка L зависит от конструктивного исполнения рельсового пути и не влияет на погрешность измерения. Тензодатчик 1 представляет собой брусок, выполненный из Ст. 40Х13 размером 180×20×30 мм, на оси сопряжения рабочей части которого с телом тензодатчика наклеены тензорезисторы 5 (фиг.2), расположенные в симметричных глухих отверстиях, выполненных на боковых поверхностях тензодатчика и представляющие собой два полумоста полупроводниковых элементов R, соединенных в тензорезисторный мост (см. фиг.3). Места наклейки защищены герметичными крышками 6, герметичные камеры 7 заполнены защитной мастикой, электрическое соединение осуществляется через разъемы 8 (фиг.4). Для установки тензодатчиков 1 в рельсовой подкладке 3 уложены заполняющие бруски 9 (фиг.4, 5). Для установки тензодатчиков 1 производится осаживание двух шпал (Ш₁ и Ш₂) на глубину 30 мм, при этом крепление рельсов 4 в подкладке 3 не нарушается. Установка тензодатчиков 1 заявляемого весоизмерительного устройства не требует переоборудования рельсового пути, так как они имеют высоту 30 мм и их встраивают под рельс в габаритах рельсовых подкладок КБ, ГОСТ 16277-93.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Под давлением массы вагонной оси на измерительный участок (Δh - величина прогиба рельса 4 под нагрузкой (см. фиг.1)) рабочие части 2 тензодатчиков 1 повторяют движение рельсов 4 (Δq - величина прогиба рабочей части 2 тензодатчика 1). Установленные на тензодатчиках 1 тензорезисторы 5 фиксируют Δq, значение которого передается на персональный компьютер (ПК).

Конструкция тензодатчика 1 за счет формы его рабочей части 2 позволяет измерять изменение сопротивления тензорезисторов 5 в месте их наклеивания на оси сопряжения рабочей части и тела тензодатчика при деформациях чистого сдвига, обеспечиваемого углом наклеивания тензорезисторов (45°+45°=90°) и радиальным скруглением, компенсирующим влияние момента кручения. Данное деформирование при влиянии на тензорезисторы только касательных напряжений обладает наиболее постоянным и точным градиентом для измерения, что является принципиальным отличием заявляемого устройства от известных устройств. Как только первая ось взвешиваемого вагона пересечет измерительный участок, выходные сигналы со всех четырех тензодатчиков через Аналоговый Цифровой Преобразователь (АЦП) (см. фиг.3) поступают в ПК с базовой версией Windous' XP. Преобразованные сигналы суммируются, обрабатываются и отображаются как графически (на фиг.8), где Ш₁ - график нагружения тензодатчиков опоры Ш₁ (фиг.1),Ш₂ - график нагружения тензодатчиков опоры Ш₂ (фиг.1), Ш₁+Ш₂ суммарный график нагружения тензодатчиков при прохождении одной оси вагона через измерительный участок, так и в цифровом значении веса прошедшей вагонной оси. Далее программа ПК разбивает количество пройденных осей вагонов на количество вагонов в составе, суммирует и выдает вес каждого вагона, прошедшего через измерительный участок.

Программа ПК реагирует на работу всех четырех тензодатчиков одновременно, и если хотя бы один из тензодатчиков не выдал сравнительный аналоговый сигнал, как следствие просевшей шпалы, то ПК выдает рекомендацию о повторном взвешивании, что является сигналом оператору, эксплуатирующему вагонные весы, для подбивки просевших шпал, этим достигается непрерывный контроль состояния весов и уверенность в качестве измерения.

Конструкция весоизмерительного устройства позволяет избежать влияния на погрешность измерения колеса, находящегося за пределами измерительного участка. Как показано на фиг.7, при возникновении зазора (Δq) отрицательные значения -Δh не влияют на работу тензорезисторов в мостовой схеме.

Так как конструкция заявляемого технического решения не предусматривает непосредственного износа рабочих поверхностей тензодатчиков за счет их истирания при движении колес вагонов, то износ рельсов не влияет на погрешность измерения.

Весоизмерительное устройство, может быть использовано в различных производственных отраслях, где необходимо контролировать массу груза, размещенного в вагоне, равномерность распределения груза по вагону, нагрузку на ось колеса и рельс, как устройство стационарное, легкомонтируемое и высокоточное, а также устройство, собственный вес которого составляет до 6 кг.

Эксплуатационная погрешность заявляемого устройства составляет:

- 0,25% от массы вагона - при взвешивании сыпучих и твердых грузов;

- 0,5% от массы вагона - при взвешивании жидких грузов;

- 0,1% - при взвешивании составов в целом.

Заявляемое техническое решение позволяет сократить до минимума влияние сезонного проседания грунта под шпалами на погрешность измерения и значительно уменьшить влияние износа рельса на погрешность измерения (поскольку рабочие поверхности тензодатчиков не связаны непосредственно с рельсами, это позволяет избежать влияния горизонтальных сдвиговых внутренних деформаций рельсов, возникающих при движении вагонов). Использование заявляемого устройства не требует обустройства фундаментного основания, переоборудования рельсового пути и может применяться практически на всех подъездных путях, независимо от ширины колеи, размеров рельсов, угла наклона (до 5%) и условий окружающей среды.

Весоизмерительное устройство, содержащее измерительный участок рельса, являющийся одновременно и тензодатчиком со встроенными в него тензорезисторами, рельсовые подкладки, отличающееся тем, что тензодатчики, выполненные в виде брусков, высота которых не выходит за габариты рельсовой подкладки, а длина рабочей части не превышает 10% длины измерительного участка, установлены под рельсами соосно продольной оси шейки рельса, в габаритах рельсовой подкладки на концах измерительного участка рельса, которым является участок цельного рельса между соседними шпалами, рабочими частями навстречу друг другу, попарно на обеих ветвях железнодорожного пути, при этом рабочая часть каждого тензодатчика расположена консольно относительно рельсовой подкладки, причем верхняя поверхность рабочей части каждого тензодатчика плотно прилегает к подошве рельса вдоль его длины, нижняя поверхность рабочей части выполнена в виде радиального скругления на одну треть его высоты, а тензорезисторы установлены в симметричных глухих отверстиях, выполненных на боковых поверхностях тензодатчика и расположенных на оси сопряжения его рабочей части с телом тензодатчика.