Устройство для поосного взвешивания железнодорожных объектов

Устройство для поосного взвешивания железнодорожных объектов
Полезная модель относится к весоизмерительной технике и может использоваться в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте для взвешивания железнодорожного подвижного состава.
Известны вагонные электронные весы РД-Д, содержащие грузоприемную платформу, установленную на раме с четырьмя силоизмерительными датчиками, вторичный преобразователь и ЭВМ(1).
Недостаток известных весов РД-Д- низкая точность измерения (не указываемая производителем в проспекте). Это обусловлено выбором малой длины весов (1240мм), что снижает время измерения, необходимое для качественного измерения, и не позволяет уверенно идентифицировать взвешиваемые объекты при случайном изменении скорости движения. Можно привести ряд примеров, когда при изменении (снижении или увеличении) скорости движения трехосный объект может быть «опознан как двухосный, а локомотив принят за вагон, что безусловно недопустимо на производстве.
Известно также, принятое за аналог, устройство для поосного взвешивания вагонов в движении, содержащее весовую платформу с весоизмерительными датчиками, подключенными к весоизмерительному прибору, соединенному с вычислительным блоком, датчик нуля, датчик и счетчик небалансов и схему управления (2).
Недостатки аналога во многом обусловлены тем, что выбранная в аналоге длина весов-1940мм - в реальных производственных условиях, когда приходится взвешивать объекты с дефектами колес (например, «тягунами), Б ряде случаев оказывается недостаточной для того, чтобы электронные средства весов надежно зафиксировали наезд второй оси, продолжающийся до выезда первой оси доли секунды и к тому же маскируемый динамическими помехами. Сбои в определении наезда второй оси искажают результат измерения, т.к. некоторое число кодов, представляющих фактически вес двух осей, воспринимается аналогом как одна ось, что увеличивает погрещность измерения. Кроме того, серьезно затрудняется идентификация объектов. В аналоге не ставились и поэтому не решены весьма серьезные вопросы устойчивости весов в процессе проезда по ним объектов. Не принято мер к снижению ударных воздействий на весоизмерительные датчики, которые при перемещении по стыкам рельс (как раз вблизи датчиков), как показывают исследования ЦНИИ МПС, достигают десятков тонн.
Технический результат достигается за счет того, что благодаря выбору длины продольных балок Дпр максимально близкой к базе локомотивов, т.е. большими, чем в аналоге, удлиняется промежуток времени, когда на весах находятся две оси объекта, что позволяет уверенно фиксировать двойной наезд. Надежность работы повышается и благодаря тому, что силоизмерительные датчики в устройстве расположены не непосредственно под рельсами, а разнесены, так что удары колес подвижных объектов воспринимаются силоизмерительными датчиками в ослабленном виде благодаря конечной жесткости балок.
Существенность технического решения заключается в том, что в устройстве для поосного взвешивания железнодорожных объектов, содержащем грузоприемную платформу в виде продольных балок с закрепленными на них рельсами и жестко связанных с продольными поперечных балок, опирающующуюся на силоизмерительные датчики, подключенные к весовому контроллеру, соединенному с персональным компьютером, длина весов LB выбрана из неравенства:
Блт1п  LB  (Бвтах+Ьнпип),
где Блпип - минимальная база используемых локомотивов, Бвтах - максимальная база используемых вагонов, Lnmin - минимальная уверенно фиксируемаямая длина наезда оси, а поперечная база силоизмерительных датчиков Ад связана с шириной колеи Ак соотношением Ад  , где Кт - технологический коэффициент, больший единицы.
Кроме того, поперечные и по крайней мере одна из продольных балок оборудованы фиксаторами положения в виде стержней, одни концы которых размещены в пазах верхних упоров, закрепленных на балках грузоприемной платформы, а другие концы - в пазах нижних упоров, смонтированных на фундаменте, причем фиксаторы положения снабжены шайбами, размещенными в пазах верхних и нижних упоров, а последние оборудованы регулировочными болтами.
Предлагаемое устройство для поосного взвешивания железнодорожных объектов изображено на чертежах, где на фиг. 1 приведен вид сбоку, на фиг. 2 изображен разрез устройства, на фиг.3,4 показаны элементы устройства, фиг.5 схематично показывает типы взвешиваемых объектов, а фиг.6 - эпюры, поясняющие принцип работы устройства.
Весы состоят (фигЛ) из грузоприемной платформы, образованной жестко соединенными продольными балками 1 и поперечными балками 2 ( фиг.2). На продольных балках 1 рельсовыми накладками 3 закреплены встроенные в железнодорожный путь отрезки рельсов 4 длиной LB. Грузоприемная платформа опирается на четыре силоизмерительных датчика 5,6,7 и 8, выходы которых 5 в, 6в, 7в и 8в подключены ко входам весового контроллера 9, в свою очередь связанного с персональным компьютером 10. Фундамент устройства образован фундаментными балками 11, установленными на закладных балках 12 и закрепленных на бетонном основании 13 анкерными болтами 14.
Грузоприемная платформа ориентирована в пространстве с помощью фиксаторов положения, состоящих из верхних упоров 15, закрепляемых, например, привариваемых к продольным балкам 1 или к поперечным балкам 2, а также нижних упоров 16, закрепляемых на фундаментных балках 11. Стержни 17 входят в пазы (фиг.3,4) верхних упоров 15 и нижних упоров 16, ограничивая перемещения грузоприемной платформы. Для предотвращения наклепа в пазы помещены каленые щайбы 18, а для точной установки нижние упоры 16 оборудованы регулировочными болтами 19.
Описание работы устройства предварим краткой характеристикой объектов, обращающихся на магистральных и подъездных путях (фиг. 5).
Четырех-,щести- и восьмиосные вагоны, обозначенные на фиг. 5 как 4в, 6в и 8в, а также четырех- и щестиосные локомотивы, обозначенные 4л и 6л, имеют базы Бв и Бл в основном от 4 до 8 метров, не могущие быть признаком для идентификации объектов при выбранной длине весов (около 2-х метров).
Идентификационным параметром в устройстве может служить база тележек: у вагонов Бт  1,85 метра (так, у тележек ЦНИИ-ХЗ-О Бт  1,85 м; у тележек М-44 и МТ-50 Бт  1,8м; у трехосных тележек КВЗ - 1, УВЗ -7 и УВЗ - ЮМ Бт  1,5м), а у локомотивов Бтл  2,1 метра и больще (например, у электровоза EL1-2,8 метра ). Наименьщее межосевое расстояние в тележках вагонов Amin 1,35 метра встречается у 8-миосного вагона (8в на фиг.5), четырехосная тележка котрого образована двумя тележками ЦНИИ-ХЗ-О. Таким образом, при проезде по отрезкам рельс 4 длиной LB около 2-х метров тележек вагонов 4в, 6в и 8в какое-то время взвещиваются две оси, а при проезде тележек локомотивов 4л и 6л двойные наезды невозможны.
Принцип работы устройства поясним с помощью построенных в реальном масщтабе эпюр фиг.6, соответствующих проездам с некоторой постоянной скоростью по грузоприемной платформе одиночных тележек объектов 4в, 6в иЗв и 4л и 6л по фиг.5. При каком угодно изменении скорости движения эпюры фиг.6 сохраняют свою форму, соответственно укорачиваясь или удлиняясь.
Рассматривая эпюры фиг.6, заметим, что совместный наезд первой и второй осей тележки 4-хосного вагона, совместный наезд первой и второй (а также третьей и четвертой) осей тележки 8-миосного вагона имеет весьма малую продолжительность и обнаружить эти двойные наезды непросто, в особенности, если учесть, что обнаружение происходит на фоне маскирующих динамических помех. Поэтому длина весов выбрана меньшей базы локомотивной тележки, но большей максимальной базы вагонных тележек по крайней мере на Ьнтшп - минимальную уверенно фиксируемую длину наезда оси, оставляющую в реальных условиях эксплуатации величину 150-200 мм. Иными словами длину весов для поосного взвещивания целесообразно принимать лищь несколько меньщей, чем база локомотивной тележки, т.к. выезд локомотивной тележки (поз. 4л,6л фиг.6) - в промежутке времени tl -12 обнаружить легче, чем выезд оси в таких же промежутках на позициях 4в и 8в ( величина кодов в первом случае уменьшается в сотни раз, а во втором - только вдвое). Вот почему небольщое увеличение
длины весов LB серьезно увеличивает надежность и точность работы устройства.
Вернемся к описанию работы устройства. Пусть на грузоприемную платформу наезжает состав из объектов по фиг. 5, причем первым едет 4хосный локомотив, далее 8-миосный вагон и т.д. При наезде в момент времени to первой оси локомотива (фиг.6,позиция 4л) нагружаются силоизмерительные датчики 5,6,7 и 8, сигналы с выходов которых 5в, 6в, 7в и 8в поступают на весовой контроллер 9, измерявший до этого нулевой уровень сиг-  налов устройства. Весовой контроллер 9 по изменению сигнала фиксирует наезд первой оси и до момента времени ti многократно измеряет уровень сигнала. В момента времени ti весовой контроллер 9 фиксирует близкое к нулевому состояние сигнала силоизмерительных датчиков 5,6,7 и 8. Т.к. между наездом в момент времени to и выездом в момент времени ti второго наезда не произошло, то согласно программе, записанной в памяти весового контроллера 9, перед нами - локомотив. Следовательно, все измеренные в промежутке коды to - ti должны быть погашены. Совершенно аналогично производится обработка сигнала в промежутке t2 - Ь и во всех других с одиночным наездом. При такой обработке все оси локомотива (локомотивов), сколько бы их не было, будут исключены из обработки, как этого и требует ГОСТ 30414.
Взвешивание следующего за локомотивом 8-миосного вагона происходит следующим образом. При наезде в момент времени to первой оси 8 миосного вагона (фиг.6,позиция 8в ) нагружаются силоизмерительные датчики 5,6,7 и 8, сигналы с выходов которых 5в, 6в, 7в и 8в поступают на весовой контроллер 9, который по изменению сигнала фиксирует наезд первой оси вагона и до момента времени ti многократно измеряет уровень сигнала. В момент времени ti весовой контроллер 9 по изменению уровня сигнала фиксирует наезд второй оси вагона и по программе, записанной в своей памяти, регистрирует взвешивание первой оси вагона, осность которого пока неизвестна. Совокупность кодов, полученных в промежутке to - ti передается из весового контроллера 9 в персональный компьютер 10 для цифровой фильтрации и вычисления результата - веса первой оси Wlo.
В момент времени Ь. первая ось выезжает с грузоприемной платформы, и в промежутке t2 - b весовой контроллер 9 измеряет сигналы, соответствз ощие весу 2-ой оси вагона, коды которых по наезду в момент времени t3 третьей оси вагона передаются в персональный компьютер 10 для цифровой фильтрации и вычисления результата - веса второй оси W2o.
Далее в момент времени t4 вторая ось вагона выезжает с грузоприемной платформы, и в промежутке t4 - ts весовой контроллер 9 измеряет сигналы, соответствующие весу 3-ей оси вагона, коды которых по наезду в момент времени ts четвертой оси вагона передаются в персональный компьютер 10 для цифровой фильтрации и вычисления результата - веса треть оси W3o.
Наконец, в момент времени 1б третья ось вагона выезжает с грузоприемной платформы, и в промежутке 1б -1 весовой контроллер 9 измеряет сигналы, соответствующие весу 4-ой оси вагона, коды которых по выезду ее с грузоприемной платформы в момент времени t передаются в персональный компьютер 10 для цифровой фильтрации и вычисления результатавеса 4-ой оси W4o.
Аналогично вышеописанному происходит обработка сигналов второй тележки 8-миосного вагона, в результате чего в персональный компьютер 10  передаются коды, соответствующие весам 5,6,7 и 8 осей вагона (W5o, W6o, W7o, W8o).
Совокупности кодов 1-8 осей вагона по одному из известных алгоритмов (например, определению среднего) обрабатываются в персональном компьютере 10, при этом вычисляются веса 1-8 осей (W1 о-W8o), сложением которых находится вес W8 8-миосного вагона.
Совершенно также, но меньшим числом приемов, находятся веса 4хосного вагона (W4) и 6-тиocнoгo(W6).
Заметим, что в предлагаемом устройстве (см.фиг. 2) силоизмерительные датчики 5,6,7 и 8 расположены не прямо под отрезками рельсов 4, а разнесены на расстояние  (ширина колеи). Это обстоятельство обеспечивает повышенную надежность работы датчиков 5,6,7 и 8, т.к. сила возможных в процессе эксплуатации ударов разлагается на составляющие по принципу рычага, а кроме того энергия ударов расходуется на деформацию поперечных балок 2, т.к. современные сдвиговые датчики имеют повышенную жесткость.
Работа фиксаторов положения заключается в обеспечении устойчивого к возмущающим воздействиям объектов положения грузоприемной платформы. Это достигается правильной первоначальной установкой по уровню отрезков рельс 4 с помощью подкладок под верхние упоры 15 или нижние упоры 16 и фиксацией грузоприемной платформы установкой шайб 18 и поджатием стержней 17 с помощью регулировочных болтов 19 (в упор). Если в процессе эксплуатации устройства происходит ослабление действия фиксаторов, настройка производится подтяжкой болтов 19.
ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.
1.Устройство для поосного взвешивания железнодорожных объектов, содержащее грузоприемную платформу в виде продольных балок с закрепленными на них рельсами и жестко связанных с продольными поперечных балок, опираюшуюшуюся на силоизмерительные датчики, подключенные к весовому контроллеру, соединенному с персональным компьютером, о т л и чающееся тем, что длина весов LB выбрана из неравенства:
Блт1п  LB  (Бвшах+Ьншт),
где Блтш - минимальная база используемых локомотивов, Бвшах - максимальная база используемых вагонов, Ьнпип - минимальная уверенно фиксируемаямая длина наезда оси,
а поперечная база силоизмерительных датчиков Ад связана с шириной колеи Ак соотношением Ад  , где Кт - технологический коэффициент, больший единицы.
2.Устройство по п. 1,отличающееся тем, что поперечные и по крайней мере одна из продольных балок оборудованы фиксаторами положения в виде стержней, одни концы которых размещены в пазах верхних упоров, закрепленных на балках грузоприемной платформы, а другие концы - в пазах нижних упоров, смонтированных на фундаменте.
3.Устройство по п. 1,2, отличающиеся тем, что фиксаторы положения снабжены шайбами, размещенными в пазах верхних и нижних упоров, причем последние оборудованы регулировочными болтами.
Источники информации, принятые во внимание :
1.Каталог фирмы ТЕНЗО-М «Электронные весы, 2001 г.
2.Авторское свидетельство СССР № 1076769, G 01 G 19/04, 20.10.82 г.