ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для взвешивания объектов в движении, в частности подвижного состава железнодорожного транспорта на главных магистралях без ограничения скорости.
Существуют два принципа измерения веса подвижного состава: статический и динамический, соответственно с остановкой или прокатыванием транспортного средства по весоизмерительному устройству.
Известно весоизмерительное устройство, основанное на статическом принципе измерения подвижного состава [1].
Весоизмерительное устройство содержит опору, весоприемную платформу с участком рельсового пути, четыре измерительных узла и весовой терминал.
Опора состоит из фундамента с устройством для гашения колебаний весоприемной платформы с опорными участками и рычажной системы.
Измерительные узлы выполнены со сферическими нижними силовводящими поверхностями, между которыми установлены тензодатчики, и опираются на устройство для гашения колебаний весоприемной платформы. Весоприемная платформа опорными участками установлена на верхние сферические силовводящие поверхности измерительных узлов. Тензодатчики измерительных узлов электрически связаны с весовым терминалом.
Весоизмерительное устройство встраивается в верхнее строение пути, заменяя участок пути по длине весоприемной платформы.
Устройство работает следующим образом. При движении подвижного состава по весоизмерительному устройству после торможения и гашения колебаний на весоприемной платформе располагается одно транспортное средство, например, цистерна. Весоприемная платформа воспринимает вертикальную нагрузку Р веса цистерны и распределяет ее на четырех измерительных узлах величиной Р/4. Вес цистерны, преобразованный тензодатчиками в электрический сигнал, суммируется и оцифровывается весовым терминалом.
При равномерном распределении веса груза в транспортном средстве весоприемная платформа занимает строго горизонтальное положение, при этом верхнее и нижнее силовводящие поверхности каждого измерительного узла расположены соосно по вертикальной оси. Соосность верхнего и нижнего оснований измерительного
узла обеспечивает тензодатчику восприятие полной распределенной нагрузки.
При неравномерном распределении груза в транспортном средстве весоприемная платформа отклоняется от горизонтального положения за счет «прокатывания» по верхним силовводящим поверхностям измерительных узлов. Верхнее и нижнее силовводящие поверхности каждого измерительного узла отклоняются от вертикальной оси. Отклонение верхнего и нижнего оснований каждого измерительного узла от соосности приводит к тому, что каждый его тензодатчик воспринимает составляющую распределенного веса.
Таким образом, измеряемый тензодатчиками вес будет меньше, чем фактический. Погрешность измерения зависит от величины отклонения платформы от горизонтальной плоскости.
Достоинством известного устройства является возможность измерения веса без расцепки подвижного состава, что обусловлено установкой весоизмерительного устройства врезкой в участок рельсового пути.
Другим достоинством весоизмерительного устройства является высокая повагонная точность измерения веса при равномерном распределении веса груза (например, жидкости). Это обусловлено тем, что каждый измерительный узел сохраняет соосность по вертикали и вес транспортного средства полностью передается на тензодатчики.
Одним из недостатков известного весоизмерительного устройства является следующее - высокая погрешность измерения веса транспортного средства при неравномерном распределении в нем груза. Это обусловлено образованием угла между горизонтальной плоскостью и платформой вследствие неравномерного распределения груза. Это приводит к тому, что соосность измерительных узлов по вертикали нарушается и тензодатчики воспринимают составляющую веса транспортного средства.
Другой недостаток заключается в том, что статический принцип измерения, положенный в основу весоизмерительного устройства требует значительное время измерения, связанное с полной остановкой транспортного средства при поочередном взвешивании, а также при прохождении подвижного состава без взвешивания с ограничением скорости движения. Это обусловлено врезкой известного устройства в участок железнодорожного пути с нарушением целостности рельсошпальной решетки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является весоизмерительное устройство, основанное на динамическом принципе измерения [2].
Весоизмерительное устройство содержит измерительный узел и весовой терминал.
Измерительный узел состоит из опоры со стойкой и весоизмерительного датчика.
Весоизмерительный датчик содержит тензодатчик, на рабочей поверхности которого расположен цилиндрический ролик, и сдвоенную балку с консольными стержнями, которая контактирует с цилиндрическим роликом по оси симметрии балки. Тензодатчик весоизмерительного датчика установлен на стойку опоры.
Весоприемная платформа представляет собой балку с верхним и нижним основаниями, которые связаны между собой ребрами жесткости. Нижнее основание платформы свободно продето на стойку опоры и подвешено на консольных стержнях сдвоенной балки.
Тензодатчик электрически подключен к весовому терминалу.
Весоизмерительное устройство установлено в межрельсовом пространстве взамен одной шпалы, при этом края верхнего основания платформы упираются в подошвы рельс железнодорожного пути.
Весоизмерительное устройство работает следующим образом.
1
4
При заезде колесной пары, например для четырехосной цистерны, с ограниченной скоростью на участок железнодорожного пути, каждая нить рельса воспринимает 1/8 распределенного веса транспортного средства и передает на каждый край верхнего основания весоприемной платформы. Нижнее основание весоприемной платформы, воспринимая нагрузку верхнего, передает ее сдвоенной балке весоизмерительного датчика. Тензодатчик через цилиндрический ролик воспринимает нагрузку сдвоенной балки равную / распределенного веса транспортного средства. Фиксируемый распределенный вес при прокатывании каждой колесной пары передается тензодатчиком на весовой терминал.
Весовой терминал обрабатывает информацию с тензодатчика и выдает данные о распределении веса по тележкам и по вагону в целом.
При равномерном распределении весе груза в транспортном средстве нагрузка от каждого колеса колесной пары транспортного средства на рельс одинакова. В этом случае весоприемная платформа воспринимает одинаковую нагрузку с нитей рельса и остается в горизонтальном положении. При этом ось платформы и
1
4
весоизмерительного датчика расположены соосно по вертикальной оси, и тензодатчик воспринимает вертикальную нагрузку, равную / распределенного веса транспортного средства.
При неравномерном распределении веса груза относительно поперечной оси транспортного средства нагрузка от каждого его колеса колесной пары на рельс неодинакова. Действие на края верхнего основания весоприемной платформы разных по величине нагрузок отклоняет весоприемную платформу от горизонтального положения. Сдвоенная балка в весоизмерительном датчике отклоняется вместе с платформой за счет «прокатывания» по цилиндрическому ролику на тензодатчике. При этом вертикальная соосность весоприемной платформы и весоизмерительного датчика нарушается, и, следовательно, на тензодатчик передается составляющая распределенного веса транспортного средства.
Достоинством весоизмерительного устройства является высокая точность поосного взвешивания подвижного состава в движении при равномерном распределении груза в транспортном средстве. Это обусловлено горизонтальным положением весоприемной платформы, которое обеспечивает вертикальную соосность весоизмерительного датчика и платформы и полную передачу распределенного веса на тензодатчик.
Другим достоинством весоизмерительного устройства по сравнению с выше описанным устройством является снижение времени на определение поосного веса подвижного состава, что обусловлено динамическим принципом взвешивания, которое производится без остановки транспортных средств.
Отсутствие ограничений в скорости прохождения подвижного состава по весоизмерительному устройству без взвешивания является еще одним достоинством известного весоизмерительного устройства. Это обусловлено тем, что установка данного устройства осуществляется без нарушения рельсовых нитей железнодорожного пути.
Недостатком известного весоизмерительное устройство является высокая погрешность поосного измерения веса при неравномерном распределении груза относительно поперечной оси транспортного средства. Это обусловлено отклонением весоприемной платформы от горизонтального положения вследствие различной нагрузки на каждую рельсовую нить, что приводит к нарушению соосности платформы и тензодатчика. В этом случае тензодатчик воспринимает составляющую распределенного веса транспортного средства.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке весоизмерительного устройства, позволяющего производить поколесное измерение без ограничения скорости движения и исключающего погрешность измерения веса движущегося транспортного средства за счет обеспечения горизонтального положения весоприемной платформы при любом распределении в нем груза.
Для решения поставленной задачи, весоизмерительное устройство, установленное в рельсошпальной решетке железнодорожного пути, содержащее измерительный узел, включающий установленные соосно опору, весоизмерительный датчик, весоприемную платформу с верхним и нижним основаниями, и весовой терминал, электрически соединенный с весоизмерительным датчиком, образуя канал измерения, оно дополнительно снабжено вторым измерительным узлом, весоизмерительный датчик которого подключен к терминалу, образуя второй канал измерения, а верхнее основание весоприемной платформы скошено на угол равный подуклонке рельса.
Кроме того, каждый измерительный узел установлен под подошвой рельса каждой нити железнодорожного пути в межшпальном пространстве.
На фиг. представлена фронтальная проекция заявляемого весоизмерительного устройства, установленного под подошвой рельса одной нити железнодорожного пути.
Заявляемое весоизмерительное устройство основано на динамическом принципе измерения.
Весоизмерительное устройство содержит два измерительных узла 1 и весовой терминал 2.
Каждый измерительный узел 1 состоит из опоры 3, весоизмерительного датчика 4 и весоприемной платформы 5.
Весоприемная платформа 5 каждого измерительного узла 1 представляет собой пластину, у которой одно из рабочих оснований скошено на угол равный подуклонке рельса.
Весоизмерительный датчик 4 рабочим основанием жестко установлен на опоре 3, а другим жестко контактирует с горизонтальным основанием весоприемной платформы 5.
Каждый весоизмерительный датчик 4 электрически связан с весовым терминалом 2, образуя один канал измерения.
Каждый измерительный узел 1 устанавливается под подошвами рельс двух нитей железнодорожного пути в межшпальном пространстве. При этом каждая
опора 3 каждого измерительного узла 1 установлена на верхнем строении пути межшпальном пространстве под подошвами рельс двух нитей железнодорожного пути, а скошенное основание весоприемной платформы 5 упирается в подошву рельса 6.
Каждый весоизмерительный датчик 4 измеряет распределенную нагрузку колеса 7 каждой колесной пары транспортного средства.
Весоизмерительное устройство работает следующим образом.
При установке каждого измерительного узла 1 весоизмерительного устройства обеспечивается плотный силовой контакт скошенного основания весоприемной платформы с подошвой рельса каждой нити. Рельс установленный с подуклонкой равной углу α=3° относительно горизонтальной проекции и весоприемная платформа с углом скоса равным подуклонке рельса образуют статически уравновешенную систему, в которой весоприемная платформа, весоизмерительный датчик и опора соосны по вертикали.
При заезде каждого колеса 7 колесной пары, например для четырехосной цистерны, с неограниченной скоростью на весоизмерительное устройство рельс воспринимает сосредоточенную нагрузку распределенного веса транспортного средства. Эта нагрузка, согласно принципу отвердевания, передается на весоизмерительный датчик 4 без изменения. Следовательно, весоизмерительный датчик 4 всегда воспринимает сосредоточенную нагрузку транспортного средства. При этом независимо от распределения груза в транспортном средстве, весоизмерительный датчик 4 измерительного узла 1 остается постоянно соосным по вертикали. Информация с каждого весоизмерительного датчика 4 передается на весовой терминал 2, где обрабатывается, и выдаются данные о распределении веса по тележкам и по вагону в целом.
Использование полезной модели позволяет измерять полную нагрузку Р транспортного средства при любом распределении груза в нем и исключить погрешность измерения, обусловленную отклонением весоприемной платформы от горизонтальной плоскости, которая в известном устройстве составляет 0,5-1,75% от фактического веса.
Источники информации, принятые во внимание
1. Пат. 2263288 РФ, МПК G 01 G 19/02. Платформенные весы для взвешивания транспортных средств.
2. Пат. 2239800 РФ, МПК G 01 G 19/04. Вагонные весы.