铁路货车超偏载实时检测方法及便携式装置
技术领域
本发明涉及铁路货用车领域,尤其是一种铁路货车超偏载实时检测方法及便携式装置。
背景技术
铁路货物运输是现代运输的主要方式之一,在现代经济发展中发挥着越来越重要的作用。随着物流行业的迅速发展,我国铁路货物运输市场尤其是散货运输需求量急剧增加,远大于我国铁路货物运输的能力。统计数据表明,货车的超载、偏载是造成货运安全事故的罪魁祸首之一。为保证铁路货物运输的安全性,我国铁路货物运输对货物超载、偏载有着严格的限制。
目前,我国各铁路货物装载站普遍采用货物先装车,然后利用机车牵引整列货车以一定速度依次通过轨道衡测量出各个转向架轮对承载的方式来判定是否超载、偏载。此种方式只能在货物装车完成后进行检测,当发生超偏载时,则需将车辆暂时扣留整改,势必造成极大地资源浪费,因此一种便携式实时超偏载检测装置对铁路货车装载是必须的。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种铁路货车超偏载实时检测方法及便携式装置。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种铁路货车超偏载实时检测方法,包括:
1)将四个车体测距模块分别安装于车体四个枕梁中心处,每个车体测距模块的基础连接单元竖直固定于车辆底架枕梁中心处的侧梁外侧或底部;
2)按下测距单元置零按钮,测距单元显示为0,此时车辆装载货物重量为0;
3)当装载货物总重量为A时,车辆底架上四个枕梁处转向架承载弹簧压缩量分别为h1、h2、h3、h4,此时相应四个测距单元将此压缩量转变为数字信号并显示为h1、h2、h3、h4;
4)此数字信号经由连接线传至无线信号发送单元,无线信号发送单元将此数字信号转换为无线信号并以无线信号形式发射出去;
5)数据处理模块的无线信号接收单元接收到此无线信号后,将此无线信号转换为数字信号并经由连接线发送至数据处理单元;
6)数据处理单元将输入数字信号进行计算处理;
7)计算处理后的数据与存储于数据处理单元的ROM存储器中的对应车型相关数据进行判断比较,判断是否超载或偏载;
所述步骤6)中的数据处理及步骤7)中的超载或偏载判断方法如下:
A).重心横向偏载计算
定义:与h1、h3相同侧车辆的一侧为车辆一位侧,与h2、h4相同侧车辆的一侧为车辆二位侧;
由弹簧特性曲线得出,弹簧压缩量为h1、h2、h3、h4时载荷分别为h1c1、h2c2、h3c3、h4c4;
则车辆一位侧载荷m1为h1c1+h3c3;车辆二位侧载荷m2为h2c2+h4c4;
重心横向距一位侧距离为
重心横向偏移量为
根据铁路货物装载加固规则(铁运[2006]161号)装车后货物重心横向偏移量不得超过100mm,所以
即
令横向偏载系数额定偏载系数
即当k≥K时,横向偏载不超限;
当k<K时,横向偏载超限;
此时,若(h1c1+h3c3)—(h2c2+h4c4)<0,即m1<m2,则二位侧偏载超限;
若(h1c1+h3c3)—(h2c2+h4c4)>0,即m1>m2,则一位侧偏载超限;
B)、重心纵向偏载计算
定义:与h1、h3相近端的车辆一端为车辆一位端,与h2、h4相近端的车辆一端为车辆二位端;
车辆一位端转向架载荷t1为h1c1+h2c2;车辆二位端转向架载荷t2为h3c3+h4c4;
车辆一位、二位端载荷差值|t1-t2|为|(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4)|;
根据铁路货物装载加固规则(铁运[2006]161号):纵向偏移时,两转向架承受重量之差不得大于10吨,所以
|t1-t2|≤10×103g
|(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4)|≤10×103g
令纵向偏载载荷n=|t1-t2|=(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4),纵向偏载限荷N=10×103g
即当|n|≤N时,纵向偏载不超限;
当|n|>N时,纵向偏载超限;
此时,若n<0,即(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4)<0,则二位端偏载超限;
若n>0,即(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4)>0,则一位端偏载超限;
C)超载计算
根据铁路货物装载加固规则(铁运[2006]161号):每个车辆转向架所承受的货物重量不得超过货车容许载重量的二分之一,所以
t1≤T/2即h1c1+h2c2≤T/2
t2≤T/2即h3c3+h4c4≤T/2
即当h1c1+h2c2≤T/2时,一位端不超载;
当h3c3+h4c4≤T/2时,二位端不超载;
当h1c1+h2c2>T/2时,一位端超载;
当h3c3+h4c4>T/2时,二位端超载;
前述A)、B)、C)中各字母代表含义:
h1、h2、h3、h4——测距仪显示读数,即转向架各侧弹簧挠度,单位mm;
c1、c2、c3、c4——转向架各侧弹簧挠度为h1、h2、h3、h4时对应的各侧弹簧刚度之和,单位N/mm;
m1、m2——车辆一位侧、二位侧载荷,单位N;
t1、t2——车辆一位端、二位端载荷t1,单位N;
L——底架枕梁处外宽,单位mm;
g——重力加速度,单位N/kg;
T——货车容许载荷,单位N;
K——横向偏载系数;
K——额定偏载系数;
n——纵向偏载载荷,单位N;
N——纵向偏载限荷,单位N;
当发生超载或偏载时,数据处理单元即向报警单元发出电脉冲,所对应的报警装置发出声光报警;当装载完货物,未发生报警时,此时按下智能数据处理终端的存储按钮,此辆车的各装载系数即传至存储单元存储;当需要打印时即能够通过打印单元将存储单元内存储数据打印。
一种铁路货车用便携式超偏载实时检测装置,包括四个分别安装于车体四个枕梁中心处的车体测距模块,每个车体测距模块的基础连接单元竖直固定于车辆底架枕梁中心处的侧梁外侧或底部;
所述车体测距模块通过无线通信与数据处理模块相连;
所述车体测距模块包括基础连接单元、竖直调整单元、测距单元和无线信号发送单元,基础连接单元与竖直调整单元固定为一体,测距单元和信号发送单元相连安装于竖直调整单元下部,竖直调整单元包括竖直指示仪表,竖直指示仪表上带有调中的旋动调整螺柱;竖直指示仪表、测距单元和无线信号发送单元通过导线连接。
所述竖直指示仪表为气泡式或指针式竖直指示仪表。
所述基础连接单元是开关式永磁磁力座或开关式电磁力座。
所述测距单元是高精度激光测距仪、高精度红外线测距仪或高精度超声波测距仪,带有自动归零功能,能测量相对位移尺寸。
所述无线信号发送单元是蓝牙无线发射器、UWB无线发射器或ZigBee无线射频发射器。
所述数据处理模块包括与数据处理单元相连的无线信号接收单元、显示单元、输入单元、存储单元、打印单元和报警单元。
所述无线信号接收单元是与信号发送单元相对应的蓝牙信号接收器、UWB接收器或ZigBee无线射频接收器。
手输入单元能输入各种车辆的相关参数,并经由数据处理单元进行计算处理,以固定参数模块形式存储于数据处理单元的ROM存储器中。
本发明的有益效果是:
1、根据弹簧刚度与位移的关系,利用激光测距技术和数据无线传输技术,实现对车辆装车情况实时检测,实时掌握货物装载情况并进行调整,避免装车完成后发生超偏载情况,节约成本和时间。
2、测量结果精确,采用竖直调整装置和高精度测距设备在车辆静止状态下测量,误差相对较小。避免超偏载,节约成本和时间。
3、使用方便快捷,可以在装货站台进行测量。
4、设备结构简单,实用性强;重量体积小,方便携带使用。
附图说明
图1铁路货车用超偏载检实时测装置工作组成图;
图2铁路货车用实时超偏载检测装置原理图;
图3(a)、图3(b)分别为车体测距模块安装于侧梁外侧主视和左视图;
图3(c)、图3(d)分别为车体测距模块安装于侧梁底部的主视和左视图;
图4超偏载检测装置车体测距模块车体安装分布示意图;
图5(a)、图5(b)为侧梁外侧安装时车体测距模块组成示意图;
图6为侧梁底部安装时车体测距模块组成示意图;
图7铁路货车用便携式实时超偏载检测装置工作流程图;
图中a—车体测距模块;b—数据处理模块;1—基础连接单元;2—竖直调整单元;2-1—竖直指示装置;2-2—竖直调整装置;3—测距单元;4—信号发送单元;5—无线信号接收单元;6—数据处理单元;7—手输入单元;8—显示单元;9—存储单元;10—打印单元;11—报警模块;12—枕梁;13—侧梁;14—转向架承载弹簧,15—枕梁中心线,16-一位侧,17-二位侧,18-一位端,19-二位端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提供了一种铁路货车用实时超偏载检测装置,可实现对铁路货车装车时车辆超偏载情况的实时检测。该装置分为车体测距模块a和数据处理模块b两部分。车体测距模块通过无线通信与数据处理模块相连。
车体测距模块a包括基础连接单元1、竖直调整单元2、测距单元3、信号发送单元4四部分;数据处理模块b包括无线信号接收单元5、数据处理单元6、手输入单元7、显示单元8、存储单元9、打印单元10和报警单元11七部分(见图1)。数据处理模块包括与数据处理单元相连的无线信号接收单元、显示单元、输入单元、存储单元、打印单元和报警单元。无线信号接收单元是与信号发送单元相对应的蓝牙信号接收器、UWB接收器或ZigBee无线射频接收器。手输入单元可输入各种车辆的相关参数,并经由数据处理单元进行计算处理,以固定参数模块形式存储于数据处理单元的ROM存储器中。
车体测距模块包括基础连接单元、竖直调整单元、测距单元和无线信号发送单元,基础连接单元与竖直调整单元固定为一体,测距单元和信号发送单元相连安装于竖直调整单元下部,竖直调整单元包括竖直指示仪表,竖直指示仪表上带有调中的旋动调整螺柱;竖直指示仪表、测距单元和无线信号发送单元通过导线连接。竖直指示仪表为气泡式或指针式竖直指示仪表。
在基础连接单元前表面、左表面(或右表面)各有一个竖直指示仪表;所述竖直调整装置为丝杠调整。当基础装置吸附于侧梁外侧时,丝杠调整装置安装在前表面上部和下部;当基础装置吸附于侧梁下侧时,丝杠调整装置安装在下表面四个角部。
基础连接单元是开关式永磁磁力座或开关式电磁力座。
测距单元是高精度激光测距仪、高精度红外线测距仪或高精度超声波测距仪,带有自动归零功能,能测量相对位移尺寸。
无线信号发送单元是蓝牙无线发射器、UWB无线发射器或ZigBee无线射频发射器。
每台车安装4个车体测距模块a(如图4),安装于车体四个枕梁中心线15;每个车体测距模块a的基础连接单元1竖直固定于车辆底架枕梁中心线15的侧梁13外侧或底部(如图3)。具体竖直调整方法如下:
1、安装在侧梁外侧时(见图3(a)、图3(b)和图5(a)、图5(b)):(1)、观察正面竖直指示装置2-1,同时用手轻微左右摆动本装置,直至竖直指示装置指针(或气泡)位于仪表盘正中央,打开基础连接单元1开关,本装置即吸附于侧梁上;(2)、观察侧面竖直指示装置2-1,同时调整竖直调整装置2-2(即左右旋动调整螺柱),直至竖直指示装置指针(或气泡)位于仪表盘正中央,此时测距单元3发射出的光线竖直垂直于地面。
2、安装在侧梁下侧时(见图3(c)、图3(d)和图6):(1)、打开基础连接单元1开关,本装置即吸附于侧梁上;(2)、观察正面竖直指示装置2-1,同时轻微调整左右侧竖直调整装置2-2(即左右旋动调整螺柱),直至竖直指示装置指针(或气泡)位于仪表盘正中央;(2)、观察侧面竖直指示装置2-1,同时轻微调整后侧竖直调整装置2-2(即左右旋动调整螺柱),直至竖直指示装置指针(或气泡)位于仪表盘正中央,此时测距单元3发射出的光线竖直垂直于地面。
按下测距单元3置零按钮,测距单元显示为0,此时车辆装载货物重量为0。当装载货物总重量为A时,车辆底架上四个枕梁12处转向架承载弹簧14压缩量分别为h1、h2、h3、h4(如图3),此时相应四个测距单元3将此压缩量转变为数字信号并显示为h1、h2、h3、h4。此数字信号经由连接线传至无线信号发送单元4,无线信号发送单元4将此数字信号转换为无线信号并以无线信号形式发射出去。数据处理模块的无线信号接收单元接收到此无线信号后,将此无线信号转换为数字信号并经由连接线发送至数据处理单元,数据处理单元将输入数字信号进行计算处理。计算处理后的数据与存储于数据处理单元的ROM存储器中的对应车型相关数据进行判断比较,判断是否超载或偏载。数据处理过程如下:
各字母代表含义:
h1、h2、h3、h4——测距仪显示读数,即转向架各侧弹簧挠度,单位mm
c1、c2、c3、c4——转向架各侧弹簧挠度为h1、h2、h3、h4时对应的各侧弹簧刚度之和,单位N/mm
m1、m2——车辆一位侧、二位侧载荷,单位N
t1、t2——车辆一位端、二位端载荷t1,单位N
L——底架枕梁处外宽,单位mm
g——重力加速度,单位N/kg
T——货车容许载荷,单位N
K——横向偏载系数
K——额定偏载系数
n——纵向偏载载荷,单位N
N——纵向偏载限荷,单位N
(一)、重心横向偏载计算
定义:与h1、h3相同侧车辆的一侧为车辆一位侧16,与h2、h4相同侧车辆的一侧为车辆二位侧17;
由弹簧特性曲线得出,弹簧压缩量为h1、h2、h3、h4时载荷分别为h1c1、h2c2、h3c3、h4c4
则车辆一位侧16载荷m1为h1c1+h3c3;车辆二位侧17载荷m2为h2c2+h4c4;
重心横向距一位侧16距离为
重心横向偏移量为
根据铁路货物装载加固规则(铁运[2006]161号)装车后货物重心横向偏移量不得超过100mm,所以
即
令横向偏载系数额定偏载系数
即当k≥K时,横向偏载不超限
当k<K时,横向偏载超限
此时,若(h1c1+h3c3)—(h2c2+h4c4)<0,即m1<m2,则二位侧17偏载超限;
若(h1c1+h3c3)—(h2c2+h4c4)>0,即m1>m2,则一位侧16偏载超限。
(二)、重心纵向偏载计算
定义:与h1、h3相近端的车辆一端为车辆一位端18,与h2、h4相近端的车辆一端为车辆二位端19;
车辆一位端18转向架载荷t1为h1c1+h2c2;车辆二位端19转向架载荷t2为h3c3+h4c4;
车辆一位、二位端18、19载荷差值|t1-t2|为|(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4)|;
根据铁路货物装载加固规则(铁运[2006]161号):纵向偏移时,两转向架承受重量之差不得大于10吨,所以
|t1-t2|≤10×103g
|(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4)|≤10×103g
令纵向偏载载荷n=|t1-t2|=(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4),纵向偏载限荷N=10×103g
即当|n|≤N时,纵向偏载不超限;
当|n|>N时,纵向偏载超限
此时,若n<0,即(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4)<0,则二位端19偏载超限;
若n>0,即(h1c1+h2c2)-(h3c3+h4c4)>0,则一位端18偏载超限。
(三)、超载计算
根据铁路货物装载加固规则(铁运[2006]161号):每个车辆转向架所承受的货物重量不得超过货车容许载重量的二分之一,所以
t1≤T/2即h1c1+h2c2≤T/2
t2≤T/2即h3c3+h4c4≤T/2
即当h1c1+h2c2≤T/2时,一位端18不超载;
当h3c3+h4c4≤T/2时,二位端19不超载;
当h1c1+h2c2>T/2时,一位端18超载;
当h3c3+h4c4>T/2时,二位端19超载。
当发生超载或偏载时,数据处理单元即向报警单元发出电脉冲,所对应的报警装置发出声光报警。当装载完货物,未发生报警时,此时按下智能数据处理终端的存储按钮,此辆车的各装载系数即传至存储单元存储。当需要打印时即可通过打印单元将存储单元内存储数据打印。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。