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軌道衡用的稱重軌的制作方法

文檔序號(hào):6096568閱讀:700來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:軌道衡用的稱重軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種軌道衡用的稱重軌。
1964年第一臺(tái)連掛式不停車,不摘鉤動(dòng)態(tài)稱量軌道衡在美國(guó)誕生,它是新型鐵路貨車稱重系統(tǒng)的一個(gè)典型代表。它是由4只傳感器和一個(gè)剛性很好的秤臺(tái),以及電氣系統(tǒng)三部分組成,秤臺(tái)和傳感器的安裝需要一個(gè)深的鋼筋水泥基坑,秤臺(tái)的兩端各需25米長(zhǎng)安裝引軌的水泥整體道床,30年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,尤其是傳感器技術(shù),電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn),這些新技術(shù)被逐步引用到動(dòng)態(tài)軌道衡上面來(lái),使現(xiàn)代的動(dòng)態(tài)軌道衡技術(shù)更加完善,計(jì)量的自動(dòng)化程度和計(jì)量的準(zhǔn)確度都有很大提高,車輛過(guò)衡速度也加快,計(jì)量結(jié)果可以由計(jì)算機(jī)終端即時(shí)顯示和打印記錄,并統(tǒng)計(jì)成用戶所需的各種報(bào)表,大大有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)管理科學(xué)化,秤體結(jié)構(gòu)也大有改進(jìn),從原來(lái)的笨重厚實(shí)逐步改成現(xiàn)在的輕薄而剛強(qiáng),加上采用低外型傳感器,使安裝條件也有新改變,原來(lái)需要深基坑改為目前的淺基坑或無(wú)基坑,等等,但是,從結(jié)構(gòu)原理來(lái)說(shuō),還都是源于30年前那臺(tái)軌道衡,沒(méi)有新的突破,這種稱重系統(tǒng)的致命弱點(diǎn)是秤臺(tái)與兩端線路隔斷,不連續(xù);土建費(fèi)用高,一般為設(shè)備費(fèi)用的一倍以上;安裝周期長(zhǎng),線路需要停運(yùn)4-6周時(shí)間,影響運(yùn)輸和生產(chǎn)。
為了克服現(xiàn)有動(dòng)態(tài)稱量軌道衡的上述三方面的缺點(diǎn),早在60年代就有人開(kāi)始研究鐵路車輛另一類的稱重系統(tǒng),即通過(guò)測(cè)量普通鋼軌或稍加改造的鋼軌在車輛通過(guò)時(shí)的變型量來(lái)稱重的系統(tǒng),這種系統(tǒng)可以消除上述三方面的缺點(diǎn),辦法是在該稱重系統(tǒng)中,有一相對(duì)比較短的稱重軌,其兩端由軌枕支撐,并用魚(yú)尾板與相鄰的路軌連接成整體,稱重軌上裝貼一組應(yīng)變片,(有兩種貼法,一種是貼在軌底;另一種是貼在軌腰;)并將它們聯(lián)結(jié)成惠斯頓橋電路,當(dāng)車輪通過(guò)時(shí),稱重軌下?lián)献冃?,電橋即輸出一個(gè)與載荷大小成比例的電信號(hào),將這些信號(hào)分別檢測(cè)出來(lái),加以轉(zhuǎn)換,即可求得車輛的重量。上述基本原理看來(lái)很簡(jiǎn)單,可是實(shí)現(xiàn)起來(lái)有許多問(wèn)題,其中有理論問(wèn)題,也有工藝問(wèn)題。歸根結(jié)底,關(guān)鍵還是沒(méi)有吃透鋼軌變形的機(jī)理,它的規(guī)律,所以沒(méi)有抓準(zhǔn)稱重軌的最佳長(zhǎng)度和應(yīng)變片的貼片位置。由于理論問(wèn)題沒(méi)有徹底解決,這種稱重系統(tǒng)達(dá)不到稱重的一般技術(shù)要求,因此,一直發(fā)展不起來(lái),而讓傳感器型的動(dòng)態(tài)稱量軌道衡在鐵路稱重系統(tǒng)中長(zhǎng)期獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
本實(shí)用新型的目的是提供一種提高軌道衡稱重精度的稱重軌,它能在保證稱重軌成為連續(xù)軌的一部分的條件下使稱重軌符合稱重技術(shù)要求。
本實(shí)用新型包括二根稱重軌,每根稱重軌粘貼四個(gè)電阻應(yīng)變片,即兩個(gè)中間電阻應(yīng)變片,兩個(gè)外側(cè)電阻應(yīng)變片,其特征在于稱重軌的懸空段長(zhǎng)度L小于待測(cè)車輛的轉(zhuǎn)向架最小軸距;兩個(gè)中間電阻應(yīng)變片之間的距離Lc=L×(38~55)%;中間電阻應(yīng)變片與相鄰的外電阻應(yīng)變片的距離Lg=L×(12~17)%;稱重軌懸空段L的端點(diǎn)至相鄰的外側(cè)電阻應(yīng)變片的距離Lf=L×(6~10)%。
本實(shí)用新型稱重軌上的電阻應(yīng)變片位置的確定是在嚴(yán)格的理論分析和大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上得出的,經(jīng)試驗(yàn)證明本實(shí)用新型具有以下技術(shù)性能①額定載荷≤12.5t~25t②靈敏系數(shù)0.25mV/V③線性度≤0.1%F·S④滯后≤0.07%F·S⑤重復(fù)性≤0.05%F·S
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。


圖1(a)~圖1(g)是分析稱重軌四個(gè)電阻應(yīng)變片貼片位置的輔助圖;圖2是本實(shí)用新型安裝示意圖;圖3是本實(shí)用新型的稱重軌上四個(gè)電阻應(yīng)變片貼片部位及其相互距離的示意圖。
首先結(jié)合圖1(a)~圖1(g)分析本實(shí)用新型的稱重軌的應(yīng)變片貼片位置。
A,稱重軌如圖1(a)所示,其力學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為如圖1(b)所示,為分析其原理,首先求其A,B端支反力,在求其支反力過(guò)程中,首先可以看出此模型為一“二次超靜定結(jié)構(gòu)”,其靜定基如圖1(c)所示,由A,B端邊界條件有θA=0----(1)θB=0----(2)根據(jù)疊加法有θA=θAP+θAmA+θAmB=-pab(L+b)/6EIL+MAL/3EI+MBL/6El--(3)θB=pab(L+a)/6EIL-MAL/6EI-MBL/3EI----4由(1),(3)-pab(L+b)+2MAP2+MBL2=0----(5)pab(L+a)-MAL2-2MBL2=0----(6)聯(lián)立求解得MA=pab2/L2,MB=pa2b/L2
由圖(d)∑Y=0 RA+RB-P=0----(7)∑MA=0 MA-P.a+RB.L-MB=0----(8)解(7),(8)RA=pb2(L+2a)/L3RB=pa2(L+2b)2L31)當(dāng)載荷P位于EF之間時(shí),求其1-1,2-2,3-3,4-4截面上的彎矩。用截面法可以求出D,E,F(xiàn),G,四處橫截面上的彎矩M1=RAk0-MAM2=RA(k0+k)-MA----(9)M3=RB(k0+k)-MBM4=RBk0-MB令∑M=M2-M1+M3-M4=RAk+RBk=(RA+RB)k=P/L3(b2L+2ab2+a2l+2a2b)k=pk----(10)2)當(dāng)載荷位于D或G之外時(shí),例如在G點(diǎn)之右。
則M1=RAk0-MAM2=RA(k0+k)-MAM3=RA(k0+k+h)-MAM4=RA(k0+2k+h)-MA則∑M=M2-M1+M3-M4=RAk-RAk=0----(11)3)當(dāng)載荷位于DE或FG之間時(shí),例如在DE之間M1=RAk0-MAM2=RA(k0+k)-MA-PxM3=RB(k0+k)-MAM4=RBk0-MB則∑M=kP-Px-----(12)由(10),(11),(12)式,可得當(dāng)載荷P從A移動(dòng)至B時(shí),∑M的變化規(guī)律。如圖(e)所示。
B,現(xiàn)在D,E,F(xiàn),G四處底面貼上應(yīng)變片,則可測(cè)出相應(yīng)處的應(yīng)變?chǔ)?,ε2,ε3,ε4εi=Miy1|EI(i=1,2,3,4)∑εi=ε2-ε1+ε3-ε4=[(y1)/EI](M2-M1+M3-M4)=[(y1)/EI)∑M
y1是稱量軌底面距中性軸的距離,見(jiàn)圖1(g)所示的稱量軌的截面圖。 當(dāng)載荷P從A移至B,∑εi的變化規(guī)律如圖1(f)所示。
在上述分析中字母P為作用力,a、b表示臂長(zhǎng),E表示彈性模量,I表示慣性矩,L表示梁長(zhǎng),M表示力矩,R表示反力,k表示系數(shù)。
C,上述分析的結(jié)論是1)當(dāng)車輪(載荷P)通過(guò)稱重軌時(shí),它的4片應(yīng)變片輸出的總和總是等于兩內(nèi)側(cè)應(yīng)變片輸出之和減去兩外側(cè)應(yīng)變片的輸出,即∑ei=(e2+e3)-(e1+e4)2)當(dāng)載荷P從A移至B,∑ei的變化規(guī)律總是如圖(f)所示。
當(dāng)P通過(guò)EF段時(shí),∑ei為一常數(shù),因此,只要準(zhǔn)確測(cè)量這一段的輸出值,就能準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換為載荷值。
這就是制造稱重軌的理論基礎(chǔ)。
D,在實(shí)踐中,人們對(duì)稱重軌有以下幾點(diǎn)要求1)稱重軌兩支點(diǎn)之間的距離應(yīng)小于待測(cè)車輛轉(zhuǎn)向架的軸距,而且期望它盡可能的短,以避免在稱重時(shí)車軸間互相干擾,并可減小稱重軌的撓度,確保行車安全。
2)要求靈敏度高,輸出大;3)要求測(cè)量段EF的間距盡可能長(zhǎng),以便有更多的采樣數(shù)據(jù),提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。
以上幾點(diǎn)技術(shù)要求是互相矛盾的,需要通過(guò)優(yōu)選找出最佳的軌長(zhǎng)尺寸和最佳的貼片位置。
E,經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)求得稱重軌的最佳尺寸和應(yīng)變片最佳的貼片位置如下1)稱重軌長(zhǎng)度2.5m;2)稱重軌的懸空段長(zhǎng)度為L(zhǎng),L<鐵路貨車轉(zhuǎn)向架軸距;3)稱重軌上4片應(yīng)變片的布置見(jiàn)(fig3),它們之間的距離Lf,Lg和Lc分別為L(zhǎng)c=L×38~55%;Lg=L×12~17%;
Lf=L×6~12%;(以上長(zhǎng)度單位為米)其中LC為兩個(gè)中間電阻應(yīng)變片之間的距離;Lg為中間電阻應(yīng)變片與相鄰的外側(cè)電阻應(yīng)變片的距離;Lf為稱重軌懸空段的端點(diǎn)至相鄰的外電阻應(yīng)變片的距離。
F,稱重軌的技術(shù)指標(biāo)為(1)額定載荷≤12.5t~25t(2)靈敏系數(shù)0.25mv(3)線性度≤0.1%F·S(4)滯后≤0.07%F·S(5)重復(fù)性≤0.05%F·S(6)使用環(huán)境溫度-30℃-+70℃相對(duì)濕度≤85%圖2示出了本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及安裝情況,在圖中有兩根稱重軌1、2,和四根枕木12、13、14、15,及電阻應(yīng)變片S1R、S2R、S3R、S4R和S1L、S2L、S3L、S4L,由于兩根稱重軌完全相同,下文中僅分析一根稱重軌的情況。應(yīng)變片貼在鋼軌底面(測(cè)正應(yīng)變;也可以貼在軌腰相應(yīng)位置,測(cè)剪應(yīng)變),在稱重系統(tǒng)中,稱重軌兩端與引軌剛性聯(lián)接在一起,其懸空段小于待測(cè)車輛的轉(zhuǎn)向架最小軸距,在4個(gè)測(cè)量點(diǎn)上各自牢固粘貼一片電阻應(yīng)變片,并將它們聯(lián)接成惠斯頓橋電路。以測(cè)量垂直彎矩(或與它成45°角的剪應(yīng)變)發(fā)出的電信號(hào),4個(gè)測(cè)量點(diǎn)分成兩對(duì),懸空段的每一半上各有一對(duì),每對(duì)測(cè)量點(diǎn)之間的距離近似相等,在該系統(tǒng)中有兩根稱重軌,每根稱重軌有4片應(yīng)變片,所以總共有8片應(yīng)變片,然后將兩個(gè)惠斯頓橋式電路并聯(lián)起來(lái),因此,該系統(tǒng)可以測(cè)出每一個(gè)軸重。
從圖2看出,在枕木13,14之間去掉兩根枕木即可形成一段懸空軌,其長(zhǎng)度用L表示,L要小于轉(zhuǎn)向架軸距,之所以這樣選擇,就是要保證在任一時(shí)刻,只能有一根軸上的輪子位于懸空段L上,相鄰軸對(duì)被測(cè)軸不產(chǎn)生附加影響,另外還要求帶有懸空段L的這根稱重軌的長(zhǎng)度有足夠長(zhǎng),這樣當(dāng)一根車軸在測(cè)量段稱重時(shí),相鄰的軸通過(guò)軸縫而不會(huì)影響其稱重結(jié)果。從圖3看出,應(yīng)變片S1L,S2L,S3L,S4L粘貼在鋼軌底面,形成了一對(duì)中間電阻應(yīng)變片(內(nèi)側(cè)應(yīng)變片)S2L,S3L和一對(duì)外側(cè)電阻應(yīng)變片S1L,S4L,應(yīng)變片之間距離及應(yīng)變片所支撐枕木13,14之間距離用圖3中的符號(hào)代表,如果載荷位于稱重軌上Lc段時(shí),4片應(yīng)變片測(cè)得的彎矩之和將為常數(shù),此時(shí),測(cè)量4點(diǎn)彎矩之和便可代表所支撐的載荷,在選擇上述各個(gè)間距時(shí),要從兼顧準(zhǔn)確度和靈敏度的觀點(diǎn)來(lái)考慮,以獲得最佳的結(jié)果,測(cè)量段Lc越長(zhǎng)越好,這樣,當(dāng)輪子20通過(guò)Lc時(shí),就會(huì)采到更多的有效讀數(shù),而且測(cè)量段越長(zhǎng),車速增加,仍可以獲得較多的讀數(shù),以求得準(zhǔn)確的平均值。距離Lg要求不十分嚴(yán)格,然而,這些距離對(duì)秤的輸出靈敏度有影響,隨著Lg的增加,每公斤的輸出增大,因此可以稱得更加準(zhǔn)確。至于Lf的大小要求不嚴(yán)。當(dāng)載荷通過(guò)測(cè)量段Lc時(shí)。彎矩之和恒定,所以從理論上說(shuō),精確值可以從測(cè)量段Lc上任何點(diǎn)選取。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到,在每一瞬間,還有一些外部因素影響著稱重軌上的載荷,包括車身的垂直振動(dòng),以及輪子受到軌面上產(chǎn)生的沖擊載荷的影響,等等,由于這些外部因素的影響,不能將某一瞬時(shí)的載荷讀數(shù)作為真實(shí)載荷值。因此要保證測(cè)量段不能太小,當(dāng)載荷通過(guò)時(shí),能夠采集到足夠多的數(shù)據(jù),然后加以平均,才可求得較為準(zhǔn)確的實(shí)際的載荷值。
權(quán)利要求1.一種軌道衡用的稱重軌,包括兩根各粘貼有四個(gè)電阻應(yīng)變片的特殊鋼軌,4個(gè)電阻應(yīng)變片構(gòu)成兩個(gè)中間電阻應(yīng)變片和兩個(gè)外側(cè)電阻應(yīng)變片,其特征在于稱重軌的懸空段長(zhǎng)度L小于待測(cè)車輛的轉(zhuǎn)向架最小軸距;兩個(gè)中間電阻應(yīng)變片之間的距離Lc=L×(38~55)%;中間電阻應(yīng)變片與相鄰的外側(cè)電阻應(yīng)變片的距離Lg=L×(12~17)%;稱重軌懸空段的端點(diǎn)至相鄰的外側(cè)電阻應(yīng)變片的距離Lf=L×(6~12)%。
專利摘要本實(shí)用新型是一種軌道衡用的稱重軌,具有兩根與鐵道相連接的稱重軌,每根稱重軌粘貼四個(gè)電阻應(yīng)變片,其中兩個(gè)中間電阻應(yīng)變片之間的距離Lc=L(懸空段)×(38~55)%;中間電阻應(yīng)變片與相鄰的外電阻應(yīng)變片的距離Lg=L×(12~17)%;稱重軌懸空段L的端點(diǎn)至相鄰的外電阻應(yīng)變片的距離Lf=L×(6~12)%。由于本實(shí)用新型確定了應(yīng)變片的位置,從而使稱重軌能準(zhǔn)確地反映待測(cè)車輛重量,提高了軌道衡的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01G19/06GK2235612SQ9521657
公開(kāi)日1996年9月18日 申請(qǐng)日期1995年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月21日
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