CN102840901A - 轨道车辆微机测重装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种轨道车辆微机动态重量测量装置及其磁变式测重传感器，测重装置是由测重传感器和外部测量单元组成，测重传感器通过测量钢轨所受轮重产生的变形来测量车轮重量，由钢壳、磁芯、绕组及插座构成。由于测重传感器内部没有电子元件，只有硅钢片和铜线，该测重装置抗震能力强并能够适应较大的温度变化，具有较高稳定性。

Description

轨道车辆微机测重装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆重量测量装置，尤其是铁路编组站中，对行进中的车辆进行实时测量，及时将数据上传给控制系统，用于控制车辆溜放速度。

背景技术

轨道车辆动态测重装置是驼峰溜放自动化控制系统中的重要组成部分，是测定溜放车辆重量等级的计量设备。在现代化驼峰编组站，车辆的溜放速度是依靠减速器来调整的，车辆的重量等级是调整速度的重要依据。在自动化驼峰场，尤其是以减速器——减速顶为调速设备的点连式调速系统，在对间隔制动部位速度的调整和目的制动部位速度的调整中，平均重量是作为减速器出口速度的重要参数。在使用可控减速顶控制溜放速度的小型驼峰场，可控顶群的制动状态是由车辆重量等级的大小来决定的。在使用非重力式减速器的站场，减速器的制动等级要根据车辆平均重量等级来选定。判断车组重量等级是正确使用非重力式减速器的关键。如果制动等级选低了，减速器制动力太小，不能有效地将车速降下来，可能造成追钩，使道岔不能及时转动而溜错。反之，如果制动等级选得过高，有可能将车轮挤出，造成脱轨事故。现有的测重装置往往采用应变片作为传感器，利用重量-压力-变形-电量变化的原理进行测重，工作可靠性和稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道车辆微机动态重量测量装置及其磁变式测重传感器，该装置可以在车辆行进中实时地对行进在铁轨上的车辆进行重量测试，并将测试数据实时地上传给主控制系统。

在本发明的轨道车辆微机动态重量测量装置包含有磁变式压力传感器，磁变式测重传感器能在恶劣环境下稳定工作，相对于一般的应变片式传感器，其优势在于：

1、可靠性：传感器内部没有电子元件，只有硅钢片和铜线，不会出现失效，抗震能力强，满足在行车中轨道产生的震动条件下正常工作。

2、稳定性：传感器安装在室外的轨道上，风吹雨淋日晒，夏季钢轨可达80℃以上，冬季会在零下30℃，磁变式测重传感器能在这种环境下稳定工作。

本发明的磁变式压力传感器是根据铁磁材料的磁弹性效应，利用磁性材料制作而成。根据物理学的磁弹性效应，处于外磁场中的铁磁材料，在外加机械力的作用下，其内部磁化强度矢量的大小和方向也将随之改变。传感器通过测量钢轨所受轮重产生的变形来测量车轮重量，它由钢壳、磁芯、绕组及插座构成，绕组缠绕于铁芯上，绕组及铁芯位于钢壳围成的空腔内，插座与绕组连接。

该磁变式测重传感器的磁芯由46~50片0.3~0.4mm厚的硅钢片叠成圆台，磁芯上具有4个贯穿圆台的通孔，该4个通孔以圆台截面的圆心为中心对称分布，其中两个相对的通孔缠绕线圈构成激励绕组（初级线圈），另外两个相对的通孔缠绕线圈构成信号绕组（次级线圈），磁芯外圆周均匀分布4个受力的圆柱面凸台，磁芯锥度为1:30（偏差小于5%）。为保持钢壳与磁芯紧密接触，钢壳容纳磁芯的空腔部分内壁加工成与磁芯紧密配合的形状，内壁锥度、外壁锥度与磁芯锥度相同。

为了形成磁变式测重传感器的磁芯时，首先将所需数量的硅钢片整齐地堆叠在一起，再对外表面进行加工，形成所需的锥度，并在外圆周形成4个均匀分布的凸台。

为了对行进中的车辆进行实时测量，应当将磁变式测重传感器安装于铁轨上。安装时，将钢轨中部根据磁变式测重传感器钢壳外壁的形状开锥形的孔，该孔锥度与钢壳容纳磁芯的空腔部分外壁锥度相同，将传感器安装进入后，使传感器外壳与钢轨开孔表面恰好形成紧密接触，从而保证钢轨的变形传递给传感器壳体，进而传递给磁芯，以提高测量灵准确度。如此，当车轮经过装有磁变式传感器的钢轨时，传感器受钢轨变形的作用，输出交流信号电压，此交流信号电压通过电缆，经过电路放大、调理电路变成直流信号，此信号经过模数变换变为数字量，此数字量送入CPU微机进行车辆重量的计算。

附图说明

图1  本发明最佳实施例的磁变式测重传感器结构图

图2  本发明最佳实施例的磁变式测重传感器磁芯（硅钢片）截面结构图

图3  本发明最佳实施例的磁变式测重传感器钢壳结构图

图4  本发明最佳实施例的磁变式测重传感器安装位置示意图。

具体实施方式

轨道车辆微机测重装置是由测重传感器和外部测量单元组成，外部测量单元包括信号调理电路、模数转换CPU、总线、电路电源和激励电源等。

测重传感器通过测量钢轨所受轮重产生的变形来测量车轮重量，如图1所示，它由钢壳、磁芯、绕组及插座构成，磁芯中间位置冲有4个圆孔。在对角线位置上的两对孔内，分别绕上绕组，两个绕组平面相互垂直，绕组及磁芯位于钢壳的空腔内，插座与绕组连接。

该磁变式测重传感器的磁芯可由50片0.36mm厚的硅钢片叠成圆台，如图2所示，磁芯上具有4个贯穿圆台的通孔，该4个通孔以圆台截面的圆心为中心对称分布，其中两个相对的通孔缠绕线圈构成激励绕组（初级线圈），另外两个相对的通孔缠绕线圈构成信号绕组（次级线圈）用以输入轮重模拟电压信号，磁芯外圆周均匀分布4个受力的圆柱面凸台，磁芯具有1:30的锥度。钢壳截面为“凸”字形，如图3所示，左侧较细的一端为圆柱形螺纹部分，安装时，圆柱的外部与紧固螺母相配合，与圆柱相邻为磁芯容纳部分，为保持钢壳与磁芯紧密接触，该容纳部分的内壁加工成与磁芯紧密配合的形状，内壁锥度和外壁锥度也为1:30。该容纳部分与螺纹部分相对的一端有一圈凸出的外缘（如图3所示），用于将该钢壳与插座进行固定。

磁变式测重传感器是一种有源传感器，由有高稳定度激励电源对其进行供电。电源输出频率为400Hz，激励电流0.4A，电源输出功率大于20W。电源频率偏差小于2％．电源电流偏差小于2%。工作时，当激磁线圈通以恒定的400Hz交流电流，且传感器不受外力时（无轮重负荷），在激磁线圈周围产生磁场，四个孔间区域的导磁率相同，激磁线圈周围的磁力线基本呈轴对称分布，这时这个磁场不与信号线圈相交，信号输出线圈不产生感应电动势，输出为零。当传感器受外力作用（车轮由左侧接近压上，45°方向压力减小，135°方向压力增大），钢轨腹板变形使一对凸台受力增加，另一对凸台受力减小，使磁芯的几何尺寸发生变化。根据压磁效应原理，压力越大，磁阻越大，因而磁力线变形，与相互垂直的初次级线圈发生磁相交，使得次级线圈输出与轮重负荷成正比的电压信号。在测重传感器中，磁芯受压力变形，磁阻发生变化，磁芯内部磁化矢量的大小和方向会随之改变，这个变化的磁场与信号线圈相交，在信号线圈产生感应电动势，感应电动势的大小与外力呈线性关系。由此信号线圈输出的交流电压信号便是车轮的重量信号。当车轮移动到传感器右侧时，传感器中磁芯的受力方向反之。对信号线圈输出的电压信号经过处理之后，就能建立压力P与输出电压的关系： V=f(P)。通过微处理器的程序运算，知道电压就可得到车组的重量。

为了形成磁变式测重传感器的磁芯时，首先将50片硅钢片整齐地堆叠在一起，再对外表面进行加工，形成1：30的锥度，并在外圆周形成4个均匀分布的凸台。

为了对行进中的车辆进行实时测量，测重传感器应安装在驼峰加速坡区段，要求道床夯实。安装时，将钢轨中部根据磁变式测重传感器钢壳外壁的形状开1：30锥形的孔，将传感器安装进入后，使传感器钢壳容纳磁芯的空腔部分外壁与钢轨开孔表面恰好形成紧密接触，从而保证钢轨的变形传递给传感器壳体，进而传递给磁芯，以提高测量灵准确度。如此，当车轮经过装有磁变式传感器的钢轨时，传感器受钢轨变形的作用，输出交流信号电压，此交流信号电压通过电缆，经过电路放大、调理电路变成直流信号，此信号经过模数变换变为数字量，此数字量送入CPU微机进行车辆重量的计算。CPU微机得到的重量数据还送机箱前面板上的数码显示器显示。当CPU微机得到有效的重量数据时，发出信号给语音电路，发出100毫秒的鸣声。同时发中断信号。中断信号为正脉冲，脉冲宽度为100毫秒。

测重装置在驼峰现场溜放作业时，重量信号处于清零状态，当有车溜放时，轨道电路占用，测重机箱进入工作状态。此时测重装置解除清零状态，进入车辆重量动态测试状态。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。 

Claims (5)

1.一种磁变式测重传感器，其特征在于：由钢壳、磁芯、绕组及插座构成，绕组缠绕于磁芯上，绕组及磁芯位于钢壳围成的空腔内，插座与绕组连接。

2.根据权利要求1所述的磁变式测重传感器，其特征在于：磁芯由46~50片0.3~0.4mm厚的硅钢片叠成圆台，磁芯上具有4个贯穿圆台的通孔，该4个通孔以圆台截面的圆心为中心对称分布，其中两个相对的通孔缠绕线圈构成激励绕组，另外两个相对的通孔缠绕线圈构成信号绕组，两绕组平面相互垂直，磁芯外圆周均匀分布4个圆柱面凸台，磁芯锥度为1:28~1:32，钢壳容纳磁芯的空腔部分内壁加工成与磁芯紧密配合的形状，内、外壁锥度均与磁芯锥度相同。

3.根据权利要求2所述的磁变式测重传感器的制造方法，其特征在于：加工磁芯时，首先将所需数量的硅钢片叠成以后，再对外表面进行加工，形成所需锥度，并形成4个均匀分布的凸台。

4.根据权利要求2所述的磁变式测重传感器的安装方法，其特征在于：安装时，将钢轨中部根据磁变式测重传感器钢壳外壁的形状开锥形的孔，该孔锥度与钢壳容纳磁芯的空腔部分外壁锥度相同，使传感器外壳与钢轨开孔表面形成紧密接触，保证钢轨的变形传递给传感器壳体，进而传递给磁芯。

5.一种轨道车辆微机动态测重装置，其特征在于：包含权利要求1至2所述的磁变式测重传感器。

Images