Устройство для градуировки систем взвешивания транспортных средств в движении

Устройство относится к области измерительной техники и предназначено для градуировки систем для взвешивания в движении
Известно устройство для градуировки систем взвешивания автомобилей в движении, выполненное в виде градуирующего транспортного средства, проезжающего по градуируемым датчикам, размещенным в дорожном покрытии (Заявка в США фирмы Kistler Holding AG №2013/0024152, "Method for calibrating wim-sensors", 2013).
Известное устройство содержит градуирующее транспортное средство с колесами, проезжающими по градуируемым датчикам, приспособления для измерения силы веса, воздействующей на градуируемые датчики систем для взвешивания автомобилей в движении при проезде по этим датчикам. Статическое значение этой силы (веса, приходящегося на колесо) известно заранее, поскольку может быть измерено на статических весах. Однако действительное значение силы веса, приходящегося на колесо при движении нестабильно, и может существенно отличаться от статического значения вследствие неровностей дорожного покрытия, влияния подвески колес транспортного средства и неизбежных колебаний колес. Игнорирование этих обстоятельств в известном устройстве приводит к увеличению погрешности задания градуирующей силы, приложенной к датчикам систем для взвешивания транспортных средств в движении, т.е. к увеличению погрешности градуировки.
Прототип предложенного устройства описан в статье "Measurement technology for a calibrating for multiple sensor weigh-in-motion systems", 8-й международный симпозиум по взвешиванию и размерам тяжелых грузовиков и информации по хайвэям, 14-15 марта, Иоганнесбург, 2003.
Прототип содержит градуирующее транспортное средство, к осям которого прикреплены датчики деформации, на кузове градуирующего транспортного средства размещены акселерометры, электронную обрабатывающую аппаратуру, датчики деформации и акселерометры соединены с обрабатывающей электронной аппаратурой.
Недостатки прототипа.
В прототипе в качестве измерителя силы веса, действующей на колеса градуирующего транспортного средства, применяются датчики деформации, измеряющие деформации осей данного градуирующего транспортного средств. Оси под действием силы веса градуирующего транспортного средства деформируются как консоли, т.е. на сдвиг и на изгиб. Деформация оси и является мерой градуирующей силы, передаваемой этой осью и соответствующим колесом на градуируемый датчик. В прототипе точка приложения этой градуирующей силы - части общего веса градуирующего транспортного средства, приходящейся на каждое колесо - является точкой приложения равнодействующей сил давления в пятне контакта колеса с датчиком. Но вследствие неровностей дорожного покрытия, влияния подвески, неравномерности параметров движения градуирующего транспортного средства, в том числе и динамических колебаний неизбежно возникает перераспределение давления в пятне контакта. Поэтому равнодействующая сил давления колеса на датчик будет непредсказуемо перемещаться в пятне контакта, а это означает такое же непредсказуемое изменение деформации осей-консолей. При этом сама градуирующая сила, приложенная к градуируемому датчику в дорожном покрытии, также меняется непредсказуемым образом. Таким образом, возникает неопределенность действительного значения градуирующей силы, приложенной к градуируемому датчику.
Кроме того, оси одного и того же транспортного средства имеют различные деформационные характеристики и поэтому требуется дополнительная градуировка тензометров отдельно для каждой оси транспортного средства, что практически невозможно. Если же использовать результаты общей градуировки, разделив общий вес градуирующего транспортного средства на число его осей (колес), то из-за разброса параметров осей точность снизится
Это означает, что измерение градуирующей силы через деформации осей-консолей приводит к увеличению погрешности градуировки и прототип неудовлетворительно выполняет функции эталонного градуирующего средства нагружения для градуировки встроенных в дорожное покрытие датчиков систем для взвешивания транспортных средств в движении.
Целью предложенной полезной модели, т.е. достигаемым при помощи ее существенных признаков техническим результатом, является повышение точности градуировки как в статическом, т.е. при остановке колеса на датчике, так и в динамическом режиме, т.е. при проезде градуирующего транспортного средства по размещенному в дорожном покрытии градуируемому датчику.
Для достижения этой цели в устройство для градуировки систем для взвешивания транспортных средств в движении, содержащее градуирующее транспортное средство, к которому прикреплены датчики, акселерометры, датчики и акселерометры соединены с обрабатывающей электронной аппаратурой, введены реверсоры, направляющие поступательного перемещения, узлы крепления направляющих поступательного перемещения, датчики выполнены в виде весоизмерительных датчиков растяжения, градуирующее транспортное средство выполнено с жесткой рамой, весоизмерительные датчики растяжения размещены в реверсорах и соединены с ними шарнирными соединениями.
Оси градуирующего транспортного средства соединены с жесткой рамой градуирующего транспортного средства через реверсоры, при этом направляющие поступательного перемещения связаны с жесткой рамой градуирующего транспортного средства узлами крепления и каждым реверсором таким образом, чтобы направление разрешенного поступательного перемещения колес градуирующего транспортного средства относительно дорожного покрытия было вертикальным, при этом акселерометры размещены на осях градуирующего транспортного средства.
Проведенные патентные исследования не выявили идентичных и сходных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне предложенной полезной модели.
Предлагаемое устройство состоит из узлов, которые освоены в серийном производстве на заводе ЗАО "ВПК "Тензо-М", что позволяет сделать вывод о промышленной применимости.
Существо полезной модели показано на фиг. 1
Устройство для градуировки систем для взвешивания транспортных средств в движении содержит градуирующее транспортное средство 1, к которому прикреплены датчики 2, акселерометры 3, датчики 2 и акселерометры 3 соединены с обрабатывающей электронной аппаратурой (на чертеже не показана).
В устройство для градуировки систем для взвешивания транспортных средств в движении введены реверсоры 4, направляющие 5 поступательного перемещения, узлы 6 крепления направляющих 5 поступательного перемещения. Датчики 2 выполнены в виде весоизмерительных датчиков растяжения. Градуирующее транспортное средство 1 выполнено с жесткой рамой 7, весоизмерительные датчики 2 растяжения размещены в реверсорах 4 и соединены с ними шарнирными соединениями 8. Оси 9 градуирующего транспортного средства 1 соединены с жесткой рамой 7 градуирующего транспортного средства 1 через реверсоры 4, при этом направляющие 5 поступательного перемещения через узлы 6 крепления связаны с жесткой рамой 7 градуирующего транспортного средства 1 и каждым реверсором 4 таким образом, чтобы направление разрешенного поступательного перемещения колес 10 градуирующего транспортного средства 1 относительно дорожного покрытия 12 было вертикальным, при этом акселерометры 3 размещены на осях 9 градуирующего транспортного средства 1.
Ниже указаны позиции сил, действующих в устройстве.
Позиция 13 - статический вес Р градуирующего транспортного средства 1.
Позиция 14 - градуирующие силы воздействия колес 10 на градуируемый датчик 11 и на дорожное покрытие 12.
Позиция 15 - тяговое усилие Т, приложенное к жесткой раме 7 градуирующего транспортного средства 1
Позиция 16 - боковая сила трения колес 10 о дорожное покрытие 12 и градуируемый датчик 11. Сила 16 приложена к градуируемому датчику 11 к дорожному покрытию 12.
Полезная модель работает следующим образом.
Градуирующее транспортное средство 1 проезжает по дорожному покрытию 12, при этом его колеса 10 пересекают зону, в которой находится градуируемый датчик 11. Статический вес 13 Р градуирующего транспортного средства 1 распределяется по колесам 10 на градуирующие силы воздействия 14 со стороны колес 10, которые давят на градуируемый датчик 11.
Градуируемый датчик 11 реагирует на это давление сигналом, пропорциональным градуирующим силам 14 и поступающим на электронную обрабатывающую аппаратуру (на чертеже не показана).
Градуируемых датчиков 11 может быть несколько, на чертеже показан один.
Градуирующее транспортное средство 1 в данном случае выполняет функции эталона для градуируемого датчика 11, а градуирующие силы 14 являются эталонными значениями, которые должны правильно отражаться в обрабатывающей электронной аппаратуре (на чертеже не показана).
Градуирующая сила 14 воздействия колес 10 на градуируемый датчик 12 является силой сжатия. Реверсоры 4 в данном случае преобразуют эту силу в силу растяжения, растягивающую весоизмерительные датчики 2 растяжения, которые измеряют точные значения градуирующих сил 14.
При этом градуирующая сила 14 передается на весоизмерительные датчики 2 растяжения через шарнирные соединения 8.
При движении градуирующего транспортного средства 1 по дорожному покрытию 12 под действием тягового усилия 15 на контакте колеса 10 градуирующего транспортного средства 1, градуируемого датчика 11 и дорожного покрытия 12 неизбежно возникают горизонтально направленные боковые силы 16 трения колеса 10, приложенные к градуируемуму датчику 11.
Совокупность направляющих 5 поступательного перемещения и шарнирных соединений 8 препятствует попаданию (работает как механический фильтр) боковых сил 16 трения колес 10 о градуируемый датчик 11 и дорожное покрытие 12 на весоизмерительные датчики 2 растяжения. Эти горизонтально направленные боковые силы 16 трения в случае воздействия на весоизмерительные датчики 2 растяжения снизили бы точность измерения градуирующей силы 10 и тем самым снизили бы точность градуировки градуируемых датчиков 11.
Еще одним источником погрешности градуировки являются вертикальные колебания колес 10 градуирующего транспортного средства 1, неизбежно возникающие при проезде по неровностям дорожного покрытия 12. Для учета возникающих при этом колебаний силы воздействия колес 10 на градуируемый датчик 11 на осях 9 градуирующего транспортного средства 1 размещены акселерометры 3.
Размещение акселерометров 3 на осях 9 градуирующего транспортного средства 1 позволяет точно измерить ускорения при вертикальных колебаниях колес 10, что также повышает точность градуировки при одновременной обработке сигналов от весоизмерительных датчиков 2 растяжения и акселерометров 3 в обрабатывающей электронной аппаратуре (на чертеже не показана).