БОРТОВАЯ ТОПЛИВОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Заявляемое устройство относится к области железнодорожного транспорта, может применяться на маневровых и магистральных тепловозах, рефрижераторных и пригородных дизельных поездах, имеющих топливные баки сложной конфигурации, трапециидальное поперечное сечение придонной части бака, а также в тех случаях, когда установка и обслуживание цилиндрических вертикально установленных топливных датчиков потребует проведение демонтажа топливного бака.
Уровень техники
Известен измеритель топлива в баке транспортного средства, содержащий щуп с рабочей частью, вводимой в бак, дополнительно введен датчик касания с поверхностью топлива, образованный из щупа и датчика давления, причем в качестве щупа применена трубка, датчик давления расположен на свободном конце трубки, а между датчиком и рабочим торцом щупа размещена направляющая перемещения щупа с возможностью задания, по меньшей мере, трех направлений перемещения щупа, датчик может быть связан с электронными средствами обработки информации (RU 2344381). Недостатком данного датчика является сложность процедуры измерения уровня топлива и невозможность использовать его на железнодорожного транспортное средстве.
Прототип
В качестве прототипа было выбрано устройство, установленное ООО «АВП Технология» в марте 2010 года в рефрижераторном вагонном депо Тихорецкая на рефрижераторной секции №5-7022, изготовленной на Брянском машиностроительном заводе БМЗ. Два емкостных топливных датчика типа ДУЖ были установлены на двухсекционном резервном баке, общей емкостью 6760 л (чертеж БМЗ 33380.25 000СБ). Чертежи применяемых на подвижном составе железных дорог топливных датчиков типа ДУЖ, ДТУ-2, ДТК-22 и их отдельных узлов, приведены в Приложении к настоящей заявке.
Прототип заявляемого устройства приведен на рис.1. Прототип содержит топливные датчики (1), (2) измерительные блоки (3), электронные блоки (4), пластины (5) топливного датчика, установочные фланцы (6). К пластине (5) прикреплены измерительный (3) и электронный (4) блоки топливного датчика. С помощью пластины (5) топливный датчики крепится к установочному фланцу (6) под углом 34° к вертикали, а установочный фланец (6), в свою очередь, крепится к верхнему горизонтальному листу топливного бака (7).
Сборочный чертеж установочного фланца (6) АЮВП.301518.001 СБ, разработанный ООО «АВП Технология», представлен на рис.2. Верхняя поверхность фланца (6), к которой крепится пластина (5) топливного датчика, наклонена под углом 56° к его нижней горизонтальной поверхности.
Недостаток прототипа заключается в том, что углы наклона, под которыми установлены топливные датчики прототипа в баке, выбраны без соответствующего расчета. Выбранные углы установки топливных датчиков не являются оптимальными, что уменьшает точность измерений прототипом параметров топлива.
Заявляемое устройство
Обеспечивающее высокую точность измерений симметричное наклонное размещение топливных датчиков в топливных баках рефрижераторных секций, маневровых и магистральных тепловозов встречает большие трудности.
Причина возникновения трудностей в том, что внутри баков установлены многочисленные поперечные и продольные перегородки, наклонные всасывающие, сливные и вентиляционные трубы, эжекционные устройства, фильтры, отстойники, грязесборники. Кроме того, на наружных поверхностях топливных баков размещаются заливочные горловины, сапуны, топливомерные стекла, щупы для замера объема топлива, лючки для промывки бака, шариковые клапаны слива топлива, пробки, лючки для удаления шлама. Придонная часть топливных баков имеет трапецеидальное поперечное сечение, зазор между топливным баком и кузовом невелик, над верхней поверхностью топливного бака в кузове могут размещаться дизель-генераторные установки и другое оборудование.
Техническим результатом применения заявляемого устройства по сравнению с прототипом является увеличение точности измерения параметров дизельного топлива и удобство монтажа и обслуживания топливных датчиков.
Технический результат достигается тем, что в бортовой топливоизмерительной системе железнодорожного транспортного средства, содержащей размещаемые с наклоном в топливном баке топливные датчики с цилиндрическими измерительными блоками, связанные с электронными блоками обработки данных, смонтированные на топливном баке установочные фланцы, через которые цилиндрические измерительные блоки опускаются в топливный бак, место установки и положение установочного фланца выбрано с возможностью размещения цилиндрических измерительных блоков топливных датчиков в баке на пересечениях плоскостей, проходящих под углом к вертикальным боковым и торцевым стенкам бака с обеспечением симметричного размещения топливных датчиков относительно вертикальной оси симметрии бака, так, что в любом сечении топливного бака горизонтальной плоскостью прямая линия, соединяющая точки пересечения осей измерительных блоков топливных датчиков с горизонтальной плоскостью, пересекается с вертикальной осью симметрии топливного бака.
На рис.3 и 4 представлено заявляемое устройство, состоящее из топливных датчиков (1) и (2), электронного блока (3), измерительного блока (4), пластины (5), установочного фланца (6). На рис.5 показано графическое определение положения в топливном баке оси измерительного блока (3) топливного датчика, как линии пересечения плоскости 1-2-3-4, расположенной под углом α к боковой стенке топливного бака, с плоскостью 5-6-7-8-9-10, расположенной под углом β к торцевой стенке бака. Пересечение этих плоскостей происходит по линии 11-12. Ось симметрии измерительного блока (3) должна находиться на линии, проходящей через точки 11-12 на рис.5.
В топливном баке (7) топливные датчики размещены под углом (8) α к боковой стенке (9) и углом (10) β к торцевой стенке (11) бака, при которых в любом сечении топливного бака горизонтальной плоскостью (13) прямая линия, соединяющая точки (14) и (15) пересечения осей измерительных блоков датчиков (1) и (2) с плоскостью (13), должна пересекаться с осью симметрии топливного бака (12) в точке О на горизонтальной проекции топливного бака на плоскости Х-У (см. рис.4). Оптимальная величина угла α определяется из условия обеспечения установки топливных датчиков без сверления днища кузова или демонтажа бака с тепловоза (рефрижераторного вагона).
Чем больше угол (8) α, тем легче монтировать и демонтировать датчик. Но при большом угле (8) α и малом количестве топлива в баке нижняя часть трубки измерительного блока (3) может оказаться выше уровня топлива.
При угле (8) α близком к 0° расстояние между осью топливного датчика и нижним углом кузова окажется меньше половины ширины пластины (5) датчика и для монтажа топливных датчиков потребуется демонтаж топливного бака.
При недостаточной величине угла α нижний кончик трубки измерительного блока (3) упрется в наклонную трапецеидальную часть днища топливного бака и датчик не сможет измерять параметры топлива в полном рабочем объеме бака.
При расчете графоаналитическим методом величины угла α используется чертеж на рис.3. В точке А пересекается ось измерительного блока 3 с верхней поверхностью электронного блока 4.
Величина угла α зависит от длины сторон АВ и EF треугольников АВС и С EF, а также от длины отрезка BE=ВС-СЕ.
Обозначим АВ латинской буквой b, EF буквой d, и BE=ВС-СЕ буквой е.
Значения b, d и е можно предварительно определить из технической документации на топливные баки и топливные датчики. Длина отрезка b равна длине перпендикуляра из точки А на днище кузова. Длина отрезка е равна длине перпендикуляра из точки А на плоскость, проходящую через продольную вертикальную стену кузова. Величина отрезка d, не меньше половины ширины пластины (5). Определяется значение d для датчиков типа ДУЖ, ДТУ-2, ДТК-22 из Приложения 1 к настоящей заявке. Расчетные формулы, необходимые для определения угла α, приведены в Приложении 2.
с
Оптимальное значение угла α можно вычислить на основании чертежа на рис.3 из подобия прямоугольных треугольников АВС и CEF, имеющих общий угол и взаимно перпендикулярные стороны, или из равенства длин отрезков
Заменив ,  и ,
Получим
Подставив  в выражение (2) получим
разделив на е обе части выражения (3), получим
Подставим  в выражение (4), получим квадратное уравнение
Приведем квадратное уравнение к виду
Обозначим в уравнении (6) коэффициент уравнения  через р, свободный член уравнения  через q, неизвестное Sin α через х.
Получим приведенное квадратное уравнение
Приведем уравнение (7) к виду
в котором неизвестное .
Корни приведенного уравнения (8) определяются по известной формуле
Или по теореме Виета
Получим выражение для вычисления угла α
и
Из двух углов α1 и α2 выбирается тот, который соответствует условию
Если при определенном по формулам (13-15) угле α и при угле β=0 в любом сечении топливного бака горизонтальной плоскостью (13) прямая линия, соединяющая точки (14) и (15) пересечения осей измерительных блоков (3) топливных датчиков (1) и (2) с горизонтальной плоскостью (13), пересекается с осью симметрии (12) топливного бака (7) следует оставить угол β равным нулю. Но если прямая линия, соединяющая точки (14) и (15), при угле β=0 не пересекается с осью симметрии (12) топливного бака (7), то следует определить величину угла β методом подбора, при этом наряду с подбором угла β может возникать необходимость в корректировке ранее выбранного угла α.