Устройство для определения нагрузки на ось транспортного средства

Полезная модель относится к оборудованию транспортных средств, в частности к дополнительному оборудованию, преимущественно для взвешивания груза непосредственно на платформе транспортного средства, например в кузове грузового автомобиля, а также мониторинга нагрузки на ось транспортного средства.
Известно взвешивающее устройство, представленное в виде монолитной калиброванной плоскости, размещенной, например, на грузоподъемной платформе специального грузового автомобиля, в котором взвешивающее устройство выполнено из одной несущей рамы и консолями четырех составляющих частей этой несущей рамы (1) и расположенных друг против друга однотипных отверстий по углам прямоугольной несущей рамы (1) и консоли (2), образованных гибкими подвесами (3), поддерживающих взвешивающую платформу (4), при этом по периметру несущей рамы (1) предусмотрен промежуток (зазор) (5) между несущей рамой (1) и взвешивающей платформой (4), и которое включает в каждом подвесе (3) один электрический регистрирующий аппарат веса (6), а именно такого рода, что сила тяжести должна быть преобразована гибкими подвесами (3) в электрические сигналы электронного преобразующего вес аппарата (6), при этом эти аппараты устойчиво фиксируют изменение веса. Электрические регистрирующие аппараты веса (6) снабжены силовой камерой с элементом растяжения, где фиксируемая сила тяжести посредством гибких подвесок (3) преобразуется на вертикальную составляющую силы, которая растягивает силовую камеру. Электрические регистрирующие аппараты веса (6) снабжены силовой камерой с элементом растяжения, где фиксируемая сила тяжести посредством гибких подвесок (3) преобразуется на вертикальную составляющую силы, которая растягивает силовую камеру. Электрические регистрирующие аппараты веса включены в гибкие подвесы (3) и размещены между консолью (2) и взвешивающей платформой (4). Электрические регистрирующие аппараты веса (6) укреплены на консолях (2) и гибких подвесах (3), которые одним концом укреплены с регистрирующими аппаратами веса [1] (заявка ФРГ № 3501667, кл. G01G 19/12, 1986).
Описанное устройство обладает следующими существенными недостатками. Выступающие части Г-образных кронштейнов основания рамы над четырьмя углами грузовой платформы занимают полезную площадь грузовой платформы транспортного средства, что неприемлемо для грузового автомобиля, связанного с перевозками любого вида груза. Для повышения чувствительности элементов растяжения, например стержней, необходимо их выполнить как можно меньшего диаметра, но в этом случае снижается верхний предел грузоподъемности. При увеличении диаметра стержня снижается величина упругой деформации материала элемента растяжения и этим увеличиваются порог нечувствительности, а также относительная погрешность измерений.
Известна бортовая измерительная система для измерения веса груза и контроля загрузки транспортного средства, содержащая более одного измерительного датчика углового положения (наклономера), подключенного к бортовому вычислительному устройству, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один датчик углового положения установлен в области минимального прогиба рамы транспортного средства под действием веса груза, по меньшей мере, два других датчика углового положения установлены в областях максимального прогиба рамы транспортного средства под действием веса груза, а в бортовое вычислительное устройство введен бортовой блок вычисления веса груза в кузове транспортного средства по показаниям упомянутых датчиков как суммы произведений жесткости рамы на разницу измеренных углов между точками минимального прогиба рамы и максимальных прогибов рамы (патент RU 134638 U1, МПК G01G 19/00, 19.04.2013)
Недостатком этой системы является сложность устройства и его монтажа из-за необходимости нескольких измерительных элементов и обеспечения их ориентации относительно друг друга и условно определяемых положений точек транспортного средства.
Известен определитель нагрузки на ось транспортного средства в устройстве учета веса лесоматериалов при проведении транспортных работ, включающем средство определения веса лесоматериалов, которое смонтировано на транспортном агрегате, содержащем ходовую часть и бортовую электросеть, средство определения веса лесоматериалов выполнено в виде измерительной системы, образованной смонтированными на верхних пластинах рессор каждой оси ходовой части агрегата тензоизмерительными мостами и связанным с ними усилителем, а также регистрирующим прибором, который, в свою очередь, электрически связан с усилителем, при этом блоки питания усилителя и регистрирующего прибора связаны с бортовой электросетью транспортного агрегата (патент RU № 86135 U1, В27В 31/00, 09.04.2009).
Недостатком этого устройства является низкая надежность тензоизмерительных мостов, схемы обработки сигналов и низкая ремонтопригодность из-за сложности монтажа элементов электрической измерительной схемы.
Наиболее близким известным техническим решением является устройство определения нагрузки на ось транспортного средства, включающее в себя измеритель деформации ходовой части транспортного средства относительно его оси под действием нагрузки, подключенный к электрической схеме съема сигнала с этого измерителя. Измеритель деформации ходовой части транспортного средства содержит корпус, в котором размещены поворотный переменный резистор с пластиной крепления его к корпусу и механизм привода вала поворотного переменного резистора в виде запрессованного в корпус подшипника с запрессованным в него валом поворотного переменного резистора, а также рычажную передачу, связанную с одной стороны посредством поворотного рычага с концом вала поворотного переменного резистора, и с другой стороны посредством упругого элемента - с осью транспортного средства. При этом корпус измерителя закреплен на ходовой части транспортного средства, по меньшей мере, двумя болтовыми шпильками, так что ось вала поворотного переменного резистора параллельна плоскости рамы ходовой части транспортного средства. Корпус измерителя содержит переднюю крышку, через которую в нем запрессован подшипник, и заднюю крышку с выводами электрической схемы съема сигнала с поворотного переменного резистора (патент RU № 164081 U1, G01G 19/08, опубликовано: 20.08.2016).
Результаты эксплуатации этого технического решения выявили следующие недостатки устройства.
Наличие отдельной пластины крепления поворотного переменного резистора к корпусу, и удаленного от нее запрессованного в корпус подшипника с запрессованным в него валом поворотного переменного резистора механизма привода вала поворотного переменного резистора, обуславливают сложность отцентровки отверстия для резьбового крепления поворотного переменного резистора к пластине крепления его к корпусу и возникновение изгибного напряжения по длине вала поворотного переменного резистора. Это снижает прочность конструкции в условиях значительных внешних вибрационных нагрузок.
В качестве измерительного элемента использована электрическая плата, включающая в себя поворотный переменный резистор с графитовым напылением на рабочей поверхности и резьбой крепления его к пластине крепления резистора к корпусу. В ходе испытаний было выявлено, что графитовое напыление быстро изнашивается, а резьбовое крепление переменного резистора к пластине крепления разбалтывается и ослабевает из-за чрезмерной вибрации, присутствующей при нормальной эксплуатации устройства, связанного с осью транспортного средства.
Проблема заключается в необходимости повышения прочности конструкции устройства при использовании в достаточно жестких условиях эксплуатации и исключении из этой конструкции элементов, подверженных наибольшему износу при вибрационных нагрузках.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели заключается в повышении прочности и виброустойчивости конструкции при одновременном упрощении устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве определения нагрузки на ось транспортного средства, включающем в себя измеритель деформации ходовой части транспортного средства относительно его оси под действием нагрузки, содержащий корпус, в котором размещены поворотный переменный резистор, вал которого запрессован в подшипник, а также рычажную передачу, связанную с одной стороны посредством поворотного рычага с концом вала поворотного переменного резистора и с другой стороны - с осью транспортного средства, в упомянутый корпус введена опорная деталь с цилиндрическим отверстием, ось которого является продолжением оси поворота поворотного рычага рычажной передачи, причем с противоположных сторон этого цилиндрического отверстия в опорной детали выполнены посадочные места, в одно из которых запрессован упомянутый подшипник с запрессованным в него валом поворотного переменного резистора, а в другое закреплен упомянутый поворотный переменный резистор, выполненный кольцевой формы.
Кроме того, кольцевой поворотный переменный резистор выполнен посредством намотки проволоки из высокопрецизионного сплава на кольцевую основу и содержит контактный узел, прикрепленный к валу поворотного переменного резистора для съема сигнала.
Кроме того, корпус измерителя закреплен на ходовой части транспортного средства, по меньшей мере, одной болтовой шпилькой, так что ось вала поворотного переменного резистора параллельна плоскости рамы ходовой части транспортного средства.
Кроме того, пространство цилиндрического отверстия опорной детали между подшипником и кольцевым поворотным переменным резистором заполнено смазкой. Полезная модель поясняется чертежами:
На фиг. 1 показано устройство определения нагрузки на ось транспортного средства (с монтажом корпуса измерителя деформации на днище кузова транспортного средства);
На фиг. 2 показаны три вида корпуса измерителя деформации в сборе;
На фиг. 3 показан 3D вид опорной детали в сборе со стороны места запрессовки подшипника.
На фиг. 4 показан 3D вид опорной детали в сборе со стороны места установки кольцевого поворотного переменного резистора.
На фиг. 5 показана схема сборки измерителя деформации устройства с поворотным рычагом рычажной передачи.
Устройство определения нагрузки на ось транспортного средства включает в себя змеритель деформации 1 ходовой части 2 транспортного средства относительно его оси 3 под действием нагрузки, содержащий корпус 4, в котором размещены поворотный переменный резистор 5, вал 6 которого запрессован в подшипник 7, а также рычажную передачу 8, связанную с одной стороны посредством поворотного рычага 9 с концом вала 6 поворотного переменного резистора 5, и с другой стороны - с осью 3 транспортного средства. В корпус 4 введена опорная деталь 10 с цилиндрическим отверстием 11, ось 12 которого является продолжением оси 13 поворота поворотного рычага 9 рычажной передачи 8, причем с противоположных сторон этого цилиндрического отверстия 11 в опорной детали 10 выполнены посадочные места 14 и 15, в одно 14 из которых запрессован упомянутый подшипник 7 с запрессованным в него валом 6 поворотного переменного резистора 5, а в другое 15 закреплен упомянутый поворотный переменный резистор 5, выполненный кольцевой формы. Кольцевой поворотный переменный резистор 5 выполнен посредством намотки проволоки 23 из высокопрецизионного сплава на кольцевую основу 16 и содержит контактный узел 17, прикрепленный к валу 6 поворотного переменного резистора 5 для съема сигнала (контакт 22). Корпус 4 измерителя закреплен на ходовой части 2 транспортного средства, по меньшей мере, одной болтовой шпилькой 18, так что ось вала 6 поворотного переменного резистора параллельна плоскости рамы 21 ходовой части 2 транспортного средства. Пространство цилиндрического отверстия 11 опорной детали 10 между подшипником 7 и кольцевым поворотным переменным резистором 5 заполнено смазкой. Со стороны подвода кабеля 19 питания расположены контакты 20 питания кольцевого поворотного переменного резистора 5.
Такое конструктивное выполнение обеспечивает повышение прочности и виброустойчивости конструкции, так как единая опорная деталь с посадочными местами для подшипника с запрессованным валом поворотного переменного резистора и поворотного переменного резистора, выполненного кольцевой формы, из-за близкого их расположения исключает сложность отцентровки отверстия для крепления поворотного переменного резистора и повышает их сопротивление внешним вибрационным нагрузкам. Так же исключается возникновение изгибного напряжения по длине вала поворотного переменного резистора. Одновременно такая совокупность существенных признаков позволила отказаться от использования в составе устройства электрических плат, подверженных наибольшему износу от вибраций в жесткой среде, при которой используют устройство по назначению, что одновременно упростило конструкцию. Дополнительно уменьшились габариты устройства и достаточно одной шпильки для монтажа корпуса измерителя на ходовой части транспортного средства, тогда как в прототипе требовалось минимум две шпильки для уменьшения влияния нецентровки и изгибных напряжений.
При работе устройства осуществляется мониторинг нагрузки на ось - непрерывный процесс наблюдения и регистрации параметров воздействия силы тяжести груза: на раму, подвеску и ось транспортного средства (далее ТС).
Устройство создано для применения преимущественно на ТС грузоподъемностью от 0,3 до 12 т, имеющих одну заднюю ось, оборудованных рессорной или пружинной подвеской. При наличии условий, подходящих для нормальной работы устройства, возможна установка на двухосные автомобили, оборудованные прочими типами подвесок ТС.
Принцип действия заключается в преобразовании угла поворота переменного резистора 5 в аналоговый сигнал. Угол поворота поворотного рычага 9 образуется от переданной через систему рычагов 8 деформации, появившейся при изменении расстояния между осью и рамой ТС вследствие изменения нагрузки на ось. В качестве элемента, измеряющего угол поворота, используется принцип изменения сопротивления в цепи включенным в нее переменным резистором 5. Достаточно простая схема сборки измерителя деформации (см. фиг. 5) обеспечивает возможность быстрой замены комплектующих при их выходе из строя. Корпус выполнен простой геометрической формы, что делает его более дешевым в производстве, более ремонтопригодным, простым и надежным в эксплуатации.
Крышки корпуса подогнаны под размер самого корпуса и несут в отличие от прототипа только функцию предохранения от воздействия внешней среды. В крышках выполнены отверстия для ввода питающих и вывода сигнальных кабелей.
Для монтажа крышек выполнены отверстия диаметром 3 мм.
Механизм, передающий вращательный момент валу 6 переменного резистора 5, состоит из запрессованного в опорную деталь 10 подшипника 7 и привода вала 6 переменного резистора, запрессованного в него. С наружной стороны корпуса к приводу вала 6 резистора крепится поворотный рычаг 9.
В пространство цилиндрического отверстия 11 опорной детали 10 между подшипником 7 и кольцевым поворотным переменным резистором 5 заливается смазка, обеспечивающая минимальность потерь на трение при повороте вала 6 переменного резистора в процессе измерения.
Для удобства монтажа на ТС в корпусе 4 зафиксирована болтовая шпилька 18.
Корпус 4 устанавливают на раму ТС или иное подходящее для эффективной работы устройства место на кузове (фиг. 1). С помощью системы рычагов 8 вал 6 соединяют с задней осью ТС. Поворотный переменный резистор 5 фиксирует меняющееся в зависимости от массы груза расстояние от рамы до оси.
Снимаемый с переменного резистора 5 выходной аналоговый сигнал напряжения преобразовывается и используется для передачи информации о нагрузке на ось на терминал мониторинга транспорта и передачу полученных сигналов на сервер телематических услуг.
Программное обеспечение на серверах производит обработку данных и формирует аналитические отчеты, которые предоставляются пользователю в виде графиков или диаграмм, содержащих информацию о нагрузке на ось ТС.
Применение устройства в составе транспортной телематической системы позволяет
анализировать процессы выполняемых перевозок грузов;
обеспечить контроль оптимальной загрузки автомобиля;
исключить бесконтрольную перевозку грузов;
контролировать места и время событий погрузки и разгрузки груза;
исключить штрафы за нарушение ограничений нагрузки на ось.
При использовании специального программного обеспечения возможен контроль износа подвески ТС.
В ходе испытаний данная конструкция показала себя надежней и неприхотливей предшествующей модели, вибрационная устойчивость элементов повысилась, что упразднило проблему в целом, а высокая прочность используемых элементов неоднократно повысила устойчивость рабочих поверхностей к механическому износу и влиянию внешних факторов, таких как вибрация, электромагнитные волны, влажность и прочее. Данное техническое решение позволило упростить конструкцию и исключить из ее состава электрические платы, подверженные наибольшему износу в жесткой среде использования устройства по назначению.
Аналоговый выходной сигнал позволяет использовать предлагаемое устройство практически с любыми терминал-регистраторами или бортовым оборудованием в телематических и мониторинговых системах спутникового слежения ГЛОНАСС/GPS.
Таким образом, от использования предлагаемой полезной модели получен технический результат, который заключается в повышении прочности и виброустойчивости конструкции при одновременном упрощении устройства.