ТОПЛИВНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ УСТАНОВКИ В ТОПЛИВНЫХ БАКАХ, ИМЕЮЩИХ СЛОЖНУЮ И АСИММЕТРИЧНУЮ КОНФИГУРАЦИЮ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, может применяться на тепловозах и предназначена для измерения параметров (уровня, плотности и температуры) дизельного топлива в топливных баках, имеющих сложную асимметричную конфигурацию, у которых геометрические диагонали бака не проходят через центр массы топлива в баке, вследствие того, что в таких топливных баках имеются несимметрично размещенные топливные емкости, внутренние перегородки, (или) ниши для размещения аккумуляторных батарей или другого оборудования.
Известны топливные датчики емкостного типа ДТК производства ОАО Техприбор (http://www.airshow.ru/expo/169/index_r.htm), ультразвукового типа ДТУ производства ЗАО Л-Кард (http://www.lcard.ru/lindex.php?id=50200#part2) и типа ДУЖ производства ООО Омникомм (http://www.gisline.net/technology/omnikomm/), имеющие прямолинейную цилиндрическую форму. Применение прямолинейных цилиндрических топливных датчиков на тепловозах, ЧМЭ3-Т, 2ТЭ116, ТГМ4, ТГМ4Б, ТЭП70, имеющих асимметричную и сложную конфигурацию, приводит к снижению точности измерения параметров топлива и необходимости использования большого количества топливных датчиков на тепловозе (не менее двух). Известен топливомер, предназначенный для использования в криволинейных трубопроводах, содержащий криволинейный элемент, на котором установлены датчики уровня (JP 6174528). Однако указанный топливомер, предназначен только для использования в трубопроводах, элемент, на котором установлены датчики является гибким, изменяет свою конфигурацию в процессе измерений, в топливных баках указанный топливомер не может быть использован.
Задача, решаемая данной полезной моделью, заключается в сокращении количества датчиков, используемых для измерения параметров топлива в топливных баках сложной конфигурации.
Техническим результатом применения полезной модели является повышение точности измерения параметров (объема, массы) дизельного топлива в баках, имеющих сложную и асимметричную наружную и внутреннюю конфигурацию.
Технический результат достигается тем, что в топливомере, состоящем из электронного блока и измерительного блока, размещаемого в тепловозном топливном баке сложной конфигурации, включающего в себя собой криволинейный элемент, на котором установлены, по меньшей мере два датчика уровня, жесткий криволинейный элемент выполнен по форме траектории изменения положения центра масс топливного бака при изменении количества топлива от нуля до полного заполнения бака, с возможностью расположения указанных, по меньшей мере, двух датчиков в центрах масс частей бака, разделенных, по меньшей мере одним горизонтальным сечением.
Положение центра масс (центра инерции, центра тяжести) дизельного топлива в баке, имеющем сложную и асимметричную конфигурацию, при изменении массы топлива в баке (заправке тепловоза и расходовании топлива) перемещается не по прямой вертикальной линии, а по криволинейной. Наибольшей точностью измерения будут обладать те топливные датчики, у которых измерительный блок и соответственно измерение параметров топлива производится в точках, лежащих на траектории перемещения центра массы топлива в баке при заправке тепловоза или расходовании топлива.
Траектория перемещения центра массы топлива в баке тепловоза может быть рассчитана с использованием выражения (1):
где Rц - радиус-вектор центра массы топлива в баке, Мб - масса топлива в баке, mi и ri - масса и радиус вектор частиц топлива.
Сократить количество топливных датчиков и повысить точность измерения параметров топлива в баках тепловозов, имеющих сложную и асимметричную конфигурацию, можно путем применения топливных датчиков, измерительный блок, которых размещен на траектории перемещения центра массы топлива в баке при заправке тепловоза и расходовании топлива, рассчитанной с использованием выражения (1). Топливный датчик для баков тепловозов, имеющих сложную и асимметричную конфигурацию, представлен на рис.1.
Топливомер состоит из электронного блока (1), измерительного блока, включающий в себя криволинейный элемент (2), размещенный в топливном баке (3) тепловоза, например, имеющем нишу (4). Для повышения точности измерения параметров топлива и уменьшения количества топливных датчиков точки (6-7-8) оси симметрии криволинейного элемента (2) измерительного блока лежат на траектории (5-6-7-8) перемещения центра массы топлива в баке при заправке тепловоза.
Траектория перемещения центра массы топлива при заправке в баке тепловоза может быть рассчитана методом последовательного определения центров тяжести параллельных горизонтальных сечений бака.
x
y
Расчет координаты центра тяжести топлива в баке тепловоза можно вести, как в полярной (угловой), так и прямоугольной (декартовой) системе координат. Начало координат следует разместить в точке О в центре симметрии днища бака (точка 5 на рисунке 1, координаты этой точки в прямоугольной системе координат Х=0, У=0, Z=0, в угловой системе Rц=0). Радиус-вектор центра массы топлива в баке в угловой системе координат и проекции на оси Х и У в прямоугольной системе определяются из условия равновесия материальных частиц топлива в баке. Статическим моментом S системы материальных точек относительно оси ОХ называется сумма произведений масс этих точек на их ординаты (т.е. на расстояния этих точек от оси ОХ): Аналогично определяется статический момент S этой системы относительно оси ОУ.
1
1
1
2
2
2
n
n
n
1
2
n
В полярной системе координат положение центра тяжести задается углом φ и модулем радикса-вектора |Rц|. Примем, что в топливе бака тепловоза задана система материальных точек M(x; у), М(х; у),…, M(х; у) соответственно с массами m, m,… …, m. Для упрощения расчетов можно также принять, что во всех точках бака топливо имеет одинаковую температуру и плотность γ(γ=const)
Масса топлива в баке Мб является суммой масс всех отдельных материальных масс топлива mi, т.е.
Положение центра тяжести топлива в полярной системе координат задается модулем радиуса-вектора Rц и углом φ и определяется из формулы в векторной форме:
где ri - радиус-вектор материальных частиц топлива
При определения центра тяжести в прямоугольной системе к координат определяются проекции на оси. Проекция на ось ОХ
Проекция на ось ОУ
Таким образом, сократить количество топливных датчиков и повысить точность измерения параметров топлива в баках тепловозов, имеющих сложную и асимметричную конфигурацию, можно путем применения топливных датчиков, измерительный блок, которых размещен на траектории перемещения центра массы топлива в баке при заправке тепловоза и расходовании топлива, а точки оси симметрии измерительного блока находятся на траектории, рассчитанной с использованием выражений (1-4).