CN108168668A - 集装箱车辆空重混装智能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱车辆空重混装智能检测装置，包括有传感器固定支架，顺次连接的压力传感器、模拟信号处理器、A/D转换器、主机数据处理器和报警装置；传感器固定支架包括有两个平行的轨枕支架以及传感器安装板，轨枕支架为弯折板结构，轨枕支架的中部为U形板结构，轨枕支架的两端部分别架设于相邻的两个轨枕A和B上，传感器安装板的两端分别连接于两个轨枕支架中部的U形槽底面上，传感器安装板的中部设置有压力调节螺栓，压力传感器架设于压力调节螺栓的顶端。本发明通过压力传感器采集通过压力传感器上钢轨的车轮压力，并通过转换分析处理得到集装箱车辆是否空重或混装的结果，检测精度高，检测结果准确。

Description

集装箱车辆空重混装智能检测装置

技术领域

本发明涉及铁路集装箱装载检测领域，具体是一种集装箱车辆空重混装智能检测装置。

背景技术

铁路集装箱运输一般由集装箱专用平车或敞车车辆(以下简称平车)作为运输集装箱的主要载体。为了保证铁路运输安全，严禁在一辆平车上分别装载两只20尺集装箱空箱和重箱混装，否则会导致偏重的车辆在运输过程中发生列车出轨事故。

目前铁路集装箱货场为了防止集装箱空重混装，在集装箱门吊上安装有空重检测传感器或集装箱超偏载检测装置。但由于货场的管理及门吊司机、货运员工作疏忽和设备故障等各个环节，导致集装箱空重混装事故经常发生。而集装箱装上平车后货场无法再次检测空重混装情况，集装箱装上平车拖出货场至超偏载检测点的过程中是没有任何手段进行检测的。只有当列车运行至数百公里有超偏载检测装置的检测点时，才能被检测发现。在这段时间内极易发生列车出轨颠覆事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种集装箱车辆空重混装智能检测装置，通过压力传感器采集通过压力传感器上钢轨的车轮压力，并通过转换分析处理得到集装箱车辆是否空重或混装的结果，检测精度高，检测结果准确。

本发明的技术方案为：

集装箱车辆空重混装智能检测装置，包括有传感器固定支架，安装于传感器固定支架上的压力传感器，顺次连接的模拟信号处理器、A/D转换器、主机数据处理器和报警装置；所述的压力传感器的信号输出端与模拟信号处理器的输入端连接；所述的传感器固定支架包括有两个平行的轨枕支架以及传感器安装板，轨枕支架为弯折板结构，轨枕支架的中部为U形板结构，轨枕支架的两端部为倒L形板状结构，轨枕支架的两端部分别架设于相邻的两个轨枕A和B上，传感器安装板的两端分别连接于两个轨枕支架中部的U形槽底面上，传感器安装板的中部设置有压力调节螺栓，压力传感器架设于压力调节螺栓的顶端且压力传感器的顶端高度满足架设于压力传感器上的钢轨与轨枕之间留有间隙。

所述的压力传感器选用轮辐式压力传感器。

所述的集装箱车辆空重混装智能检测装置还包括有两个分别设置于传感器固定支架前、后端的轨道调节装置，且两个轨道调节装置分别架设于轨枕A和轨枕B外侧的相邻轨枕上，所述的两个轨道调节装置均包括有两个平行的轨枕支撑板和两个平行且连接于两个轨枕支撑板之间的钢轨支撑板，两个轨枕支撑板均为弹簧钢板结构，两个轨枕支撑板的中部均为倒U形板结构，两个轨枕支撑板的两端部均为水平板结构，其中一个钢轨支撑板通过轨道调节螺栓连接于两个轨枕支撑板一同侧端部之间，另一个钢轨支撑板通过轨道调节螺栓连接于两个轨枕支撑板另一同侧端部之间，且两个钢轨支撑板的顶端高度满足架设于钢轨支撑板上的钢轨与轨枕之间留有间隙。

所述的压力传感器架设于压力调节螺栓的顶端且压力传感器的顶端高度满足架设于压力传感器上的钢轨与轨枕之间留有2mm的间隙，所述的轨道调节装置两个钢轨支撑板的顶端高度满足架设于钢轨支撑板上的钢轨与轨枕之间留有2-5mm的间隙。

本发明的优点：

本发明安装于轨枕与钢轨之间，安装简便，不需要打水泥基坑、切断钢轨或在钢轨上进行打孔改动等；本发明通过压力传感器采集通过压力传感器上钢轨的车轮压力，并通过转换分析处理得到集装箱车辆是否空重或混装的结果，检测精度高，检测结果准确；本发明设置有轨道调节装置，将压力传感器前后两端轨枕上的钢轨略微抬高2-5mm，使钢轨悬空，在压力传感器前后3-5米处形成测量空间，提高测量精度；本发明轨道调节装置两个轨枕支撑板均为弹簧钢板结构，保证了钢轨压力小于10kN(也就是没有车辆通过时)时，弹簧钢板的反弹力将钢轨抬高2-5mm；当有车辆通过时，钢轨被超过10kN的车轮压力压回到轨枕台面上，钢轨底面与轨枕台面间隙为零，此时车轮重力通过钢轨传递到下面的压力传感器上。车辆驶离传感器时，轨道调节装置的弹簧钢板又将钢轨抬高，等待下一个车轮的到来。

附图说明

图1是本发明压力传感器安装于钢轨下的主视图。

图2是本发明压力传感器安装于传感器固定支架上的俯视图。

图3是本发明轨道调节装置的主视图。

图4是本发明轨道调节装置的俯视图。

图5是本发明安装组装后的主视图。

图6是本发明安装组装后的俯视图。

图7是本发明压力传感器的受力示意图。

图8是一副转向架通过本发明检测装置上的结构示意图。

图9是本发明压力传感器的力学模型示意图。

图10是本发明压力传感器的应力分布示意图。

图11是本发明压力传感器中惠斯通电桥的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1-图6，集装箱车辆空重混装智能检测装置，包括有传感器固定支架2，安装于传感器固定支架2上的压力传感器1，两个分别设置于传感器固定支架2前、后端的轨道调节装置3，顺次连接的模拟信号处理器、A/D转换器、主机数据处理器和报警装置；压力传感器1的信号输出端与模拟信号处理器的输入端连接；传感器固定支架2包括有两个平行的轨枕支架21以及传感器安装板22，轨枕支架21为弯折板结构，轨枕支架21的中部为U形板结构，轨枕支架21的两端部为倒L形板状结构，轨枕支架21的两端部分别架设于相邻的两个轨枕A和B上，传感器安装板22的两端分别连接于两个轨枕支架21中部的U形槽底面上，传感器安装板22的中部设置有压力调节螺栓23，压力传感器1架设于压力调节螺栓23的顶端且压力传感器1的顶端高度满足架设于压力传感器1上的钢轨4与轨枕5之间留有2mm的间隙；

两个轨道调节装置3分别架设于轨枕A和轨枕B外侧的相邻轨枕5上，两个轨道调节装置3均包括有两个平行的轨枕支撑板31和两个平行且连接于两个轨枕支撑板31之间的钢轨支撑板32，两个轨枕支撑板31均为弹簧钢板结构，两个轨枕支撑板31的中部均为倒U形板结构，两个轨枕支撑板31的两端部均为水平板结构，其中一个钢轨支撑板32通过轨道调节螺栓33连接于两个轨枕支撑板31一同侧端部之间，另一个钢轨支撑板32通过轨道调节螺栓33连接于两个轨枕支撑板31另一同侧端部之间，且两个钢轨支撑板32的顶端高度满足架设于钢轨支撑板32上的钢轨4与轨枕5之间留有2-5mm的间隙，在压力传感器1预置力的作用下，钢轨支撑板32与钢轨4有5kN左右的压力。

见图5和图6，压力传感器1顶端紧贴钢轨5底面，传感器固定支架2上的压力调节螺栓，可调节压力传感器1与钢轨4接触压力，使压力传感器始终保持10kN的压力，将钢轨4抬起约2mm，在调节压力传感器1压力前应将轨枕A和B上的两侧螺栓松动一圈，在压力传感器10kN的支撑力作用下，轨枕A和B上的两侧螺栓仍然会保持扣紧力。车轮压上压力传感器1上方的钢轨4时，钢轨4会发生向下的压力，导致机械变形。紧贴在钢轨4下面的压力传感器1检测到钢轨的变形压力，输出相应的压力信号。压力传感器1架设于压力调节螺栓23的顶端且压力传感器1的顶端高度满足架设于压力传感器1上的钢轨4与轨枕5之间留有2mm的间隙，静止状态下压力传感器1两侧的轨枕A和B上的钢轨4脱离轨枕2mm，确保压力传感器1有预应压力10kN左右(需要通过压力检测)，当车辆通过该检测点时，使车轮压力能够快速准确反应到压力传感器1上，受力图见图7。

平车车辆由四根轴八个轮组成走行部，其中前后各两根轴组合成一副转向架，一节车辆由两副转向架组成走行部，一副转向架一侧两个车轮C和D通过压力传感器1上方钢轨4的示意图8，其中C轮作用在压力传感器1上方时，钢轨4的压力变化直接反应到压力传感器1上。由于本装置主要是检测车辆偏重，车辆偏重定义为车辆前后转向架之重量差，为相对值。所以压力传感器1两侧水泥轨枕A、B以外的水泥轨枕及钢轨的牵扯引对本检测偏重影响不大，在允许误差之内。见图6，本检测装置需要在轨道轨枕的两头上各安装一套检测装置，实际检测的是车辆左右轮压力值。当车辆四个车轴八个车轮全部通过压力传感器1时，压力传感器1转换成1组检测信号，检测信号经过模拟信号处理器和A/D转换器转换成数字信号，然后传输到主机数据处理器，通过数据运算得到检测结果，当检测结果为空重、偏重、偏载等检测结果时，启动报警装置实现报警。

其中，压力传感器选用轮辐式压力传感器，此传感器可简化成两端受力集中载荷剪切梁或柱式梁，力学模型见示意图9。

中间受力载荷作用的应力计算：

梁的剪应力及剪应变计算：

剪切梁传感器的一般均在应变梁的拐点加二个盲孔(局部形成工字梁)，其剪应力可用茹拉夫斯基公式进行计算：

局部工字梁结构的应变区位置及应力分布如图10如示。

上式中:剪力Q切截面对中轴的静矩S_y：剪切截面对中轴的惯矩J_y：

则

45°方向的主应力和主应变计算，沿梁中线轴成45°方向压力的长度变化，正是纯剪切力状态下的主应力方向，其主应力与最大剪切力，主应变与最大剪应变的在下列关系：

压力传感器灵敏度计算：

式中：K――电阻应变片灵敏系数

传感器核心电路--惠斯顿电桥：

设计的测量电路是惠斯通电桥电路，简称测量电桥。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点，因此能很好地满足应变测量的要求。

电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种，当Ui为直流时该电桥为直流电桥，电桥电路如图11所示。

R为应变片阻抗，传感器在受到外力作用的时候会产生形变，引起紧贴在传感器内部壁上的应变片阻抗线性增加或减小。在有外部供电(3～12VDC)的情况下，输出的差分级mv信号也线性增加减小，传感器通过组桥、调零、配平灵敏度、温补等之后，输出的信号＝供电电压x灵敏度，比如稳压电源是10VDC，传感器灵敏度是1.5mv/V，传感器到满量程时输出的电压＝10x1.5＝15mv，如果需要0-5V(4-20mA等)标准模拟信号需要配信号转换器(变送器)。

主机数据处理器的数据处理方法：

(1)、偏重：

偏重＝前转向架重量－后转向架重量。

(2)、偏载：

偏载主要指横向偏载，即货物重心横向偏移量。

偏载＝(车辆自重÷货物重量+1)×746.5×整车偏载率＝[车辆自重÷(整车总重量－车辆自重)+1]×746.5×整车偏载率。

其中，整车偏载率＝(左边4个车轮承重－右边4个车轮承重)÷整车总重量。

(3)、超载：

超载＝货物重量－车辆标称重量＝(整车总重量－车辆自重)－车辆标称重量。

标定方法：

本装置采用动态标定方式对整机进行现场检测数据标定。采用砝码车(检衡车)在装有本装置的轨道上来回运行，连续测量10次，根据测量结果的平均值，调整系统的零点参数和传感器测量值与实际载荷间的比例参数。

检测空重混装的标准：

空的20尺集装箱重量为2.2t左右，装载货物后的集装箱重量一般在5t-27t。空重箱重量差约为3t—25t。所以铁路运输部分定义空重混装的标准为两箱重量之差大于3t，即为混装。其测量精度为10％鉴于上述标准，本装置作为偏重检测完全符合使用要求。

功能扩展：

根据现场需求，本装置采用高精度测量压力传感器(200kg—30000kg测量范围时，测量精度0.05％)，配合良好的路基及倾角传感器和加速度传感器对不良道床产生的误差进行修正，使用本装置实现超重、偏载和偏重的检测。

测量系统：

1.本装置配套标准的车号识别器或者使用简便可靠的激光车辆识别器对通过的车辆进行识别，以便将检测数据和车辆对应。

2.显示仪表、控制电源及报警通信装置等可使用标准配件组合而成。

3.整机的仪表箱和安装管线要求符合铁路规定即可。做到防水、防尘、防雷电和防破坏等。

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物限定。

Claims (4)

1.集装箱车辆空重混装智能检测装置，其特征在于：包括有传感器固定支架，安装于传感器固定支架上的压力传感器，顺次连接的模拟信号处理器、A/D转换器、主机数据处理器和报警装置；所述的压力传感器的信号输出端与模拟信号处理器的输入端连接；所述的传感器固定支架包括有两个平行的轨枕支架以及传感器安装板，轨枕支架为弯折板结构，轨枕支架的中部为U形板结构，轨枕支架的两端部为倒L形板状结构，轨枕支架的两端部分别架设于相邻的两个轨枕A和B上，传感器安装板的两端分别连接于两个轨枕支架中部的U形槽底面上，传感器安装板的中部设置有压力调节螺栓，压力传感器架设于压力调节螺栓的顶端且压力传感器的顶端高度满足架设于压力传感器上的钢轨与轨枕之间留有间隙。

2.根据权利要求1所述的集装箱车辆空重混装智能检测装置，其特征在于：所述的压力传感器选用轮辐式压力传感器。

3.根据权利要求1所述的集装箱车辆空重混装智能检测装置，其特征在于：所述的集装箱车辆空重混装智能检测装置还包括有两个分别设置于传感器固定支架前、后端的轨道调节装置，且两个轨道调节装置分别架设于轨枕A和轨枕B外侧的相邻轨枕上，所述的两个轨道调节装置均包括有两个平行的轨枕支撑板和两个平行且连接于两个轨枕支撑板之间的钢轨支撑板，两个轨枕支撑板均为弹簧钢板结构，两个轨枕支撑板的中部均为倒U形板结构，两个轨枕支撑板的两端部均为水平板结构，其中一个钢轨支撑板通过轨道调节螺栓连接于两个轨枕支撑板一同侧端部之间，另一个钢轨支撑板通过轨道调节螺栓连接于两个轨枕支撑板另一同侧端部之间，且两个钢轨支撑板的顶端高度满足架设于钢轨支撑板上的钢轨与轨枕之间留有间隙。

4.根据权利要求3所述的集装箱车辆空重混装智能检测装置，其特征在于：所述的压力传感器架设于压力调节螺栓的顶端且压力传感器的顶端高度满足架设于压力传感器上的钢轨与轨枕之间留有2mm的间隙，所述的轨道调节装置两个钢轨支撑板的顶端高度满足架设于钢轨支撑板上的钢轨与轨枕之间留有2-5mm的间隙。