CN2082406U - 铁路货物列车动态称重装置 - Google Patents

Abstract

一种铁路货物列车动态称重装置，采用安装在钢 轨腰部锥孔内外壳带凸台的插销式称重传感器，(1) 并包括有方向识别传感器(4)、放大器(5)、方向识别 及控制单元(7)，模数转换器(8)、电子计算机(12)等、 在放大器和模数转换器之间设置与方向识别及控制 单元(7)相连的由多个切换开关构成的切换装置(6)， 以及包括机车、煤水车排除单元(9)及车型识别单元 (10)。可在列车运行速度为60km/h以下时自动称 量货物列车重量，能自动识别运行方向和车速、车种， 并能排除机车及煤水车，自动判别货车超载和偏载状 况，构成一种称重精度较高的无基坑轮计量式货物列 车动态称重装置。

Description

本实用新型涉及一种铁路车辆运动过程中的称重装置。它包括如下结构特征：在钢轨上安装称重传感器和方向识别传感器；由称重传感器输出的信号经放大器输入模数转换器后输入电子计算机；由方向识别传感器输出的信号经方向识别及控制单元后输入计算机，对称重结果进行修正。最终结果由打印机打出並由显示器显示。

日本《共和技报》杂志1989年第7期第1～8页报导了目前日本采用的这种动态称重装置。其目的是在运行中测定车辆各轮重，从而把握车辆超、偏载状况，防止由于超、偏载而引起断轴、切轴、爬轨和列车颠覆事故的发生。它的构成是在钢轨轨腰部锥孔内安装数个插销式称重传感器，由各称重传感器顺次将轮重转换成电压信号，经放大器放大后由低通滤波器滤除高频干扰分量，然后由数据控制装置对二测点轮重信号取样並进行模／数转换，而后由电子计算机进行移动平均处理后将数据存入存储器，必要时进行打印、显示；另一方面，由辆数检知器根据轮重信号的特性曲线来判别辆数和每辆车的轴数並将数据送入高速处理部对每辆车的各轮重进行超载、偏载的运算处理，当有异常车辆时，由打印机将数据打印出来，同时发出报警。

这种无基坑轮计量式货物列车动态称重装置对在较高运行速度下自动检测货车轮重，把握超载、偏载状况，确保行车安全，起了积极作用，解决了铁路货物列车在较高速度运行过程中具有较高精度的称重问题，是技术上的一大进步。但也存在着一些不足之处，首先，这种装置为进行双向称重，需要二套安装在钢轨不同部位的相同的称重传感器，使设备结构复杂，故障因素增多，成本增高，其次，上述现有技术中未涉及排除机车（含煤水车）和货车类型识别的手段，因此不适合机车、货车种类繁多、结构各异情况下的准确称重，再者，上述现有技术中称重传感器是靠其锥面与轨腰锥孔的密贴配合来承受车轮载荷产生的巨大剪切应力的，因此，传感器锥面和轨腰锥孔的加工工艺要求过高，微小的加工和安装误差将有损于两者的接触位置与钢轨中性轴成45°的定位要求，从而使测定精度降低。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种能以数量较少的称重传感器称取来自两个不同方向货物列车的轮重、能识别车型和排除机车、测量精度更高结构更为合理的铁路货物列车动态称重装置。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：在放大器和模数转换器之间设置与方向识别及控制单元相连的由多个切换开关构成的切换装置；在切换装置和电子计算机之间与模数转换器和计轴计辆单元並列地设置与切换装置相连的机车排除单元及车型识别单元；在钢轨侧面设置机车排除传感器和车型识别传感器。

本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到：切换装置的二组开关由列车运行方向来控制其动作顺序；机车排除单元由二个以上计数器、一个以上异或门和一个以上反相器构成；机车排除传感器由两个传感器构成，两个传感器之间的设置距离不得小于机车所有相邻轴的最大轴距，传感器为感应式或光电式；车型识别单元由三个以上触发器和一个以上与门构成；车型识别传感器由两个以上传感器构成，传感器之间的设置距离不得大于货车转向架最小轴距；安装于钢轨腰部中性轴锥孔内的插销式称重传感器，其外壳上有四个互成90°的对称棱条状锥面凸台；称重传感器的安装应使其锥面凸台与钢轨中性轴夹角为45°。

附图的图面说明如下：

图1为本实用新型总体布置框图；

图2为机车排除单元线路图；

图3为货车类型识别单元线路图；

图3A为I点的电压波形图；

图3B为J点的电压波形图；

图3C为M点的电压波形图；

图3D为N点的电压波形图；

图4为称重传感器（1）与切换装置（6）的连线图；

图5为机车排除传感器（2）与切换装置（6）的连线图；

图6为车型识别传感器（3）与切换装置（6）的连线图；

图7为称重传感器（1）外壳结构示意图；

下面结合（附图）实施例对本实用新型作进一步详述：

图1中各部分的工作原理如下。当被称重列车从某一方向通过称重区段时，方向识别传感器（4）首先产生运行方向标志信号，该信号经方向识别及控制单元（7）控制切换装置（6）中的一组开关，同时送给电子计算机（12）一方向标志电压信号对称重值进行修正；车轮经过称重传感器（1）时产生一重量电压信号，经放大器（5）放大后由切换装置（6）调换顺序，经模数转换器（8）进行数字化变换后送入电子计算机（12）；机车排除传感器（2）和车型识别传感器（3）输出的信号先经切换装置（6）转换顺序后分别送入机车排出单元（9）和车型识别单元（10）对信号进行逻辑组合处理，分别输出排除了机车的信号和具有车型特征的波形。电子计算机（12）采集轮重信号，是采用公知的数字均值法或加权均值法或积分法进行数据处理，得到列车的各轮重值和各车辆的总重；电子计算机（12）还采集车型特征波形进行运算，得到表示车辆类型的特征值並将该特征值与电子计算机（12）内存的各类型货车特征值进行比较，找出内存中同属一车型的自重和标称载重进行超载判定，其后用公知的偏载算式进行偏载量计算。最后由显示器（14）显示並由打印机（13）打印出称重结果和超偏载计算、判定结果。

当列车从另一方向通过称重区段时，各部分的工作原理和顺序与上述相同，不同之处仅仅是切换装置（6）受方向识别及控制单元（7）控制而使其另一组开关动作，从而使由切换装置（6）输出的相对列车运行方向而言的轮重信号、机车排出信号、车型识别信号三者的顺序保持不变。

图1中的机车排除传感器（2）由两个公知的感应式或光电式传感器构成，它们之间的距离不得小于机车所有相邻轴的最大轴距；这样布置的目的是使机车和机后货车的第一个转向架通过这两个传感器（2）时，两传感器（2）产生的电压脉冲数相等。

图1中的车型识别传感器（3）亦由二个公知的感应式或光电式传感器构成，它们之间的距离不得大于货车转向架的最小轴距；这样布置的目的是使沿运行方向的第一个传感器和第二传感器产生的车轮信号的时序关系保持为货车前转向架的第一根轮轴经过第2个传感器时产生的信号超前于第2根轮轴经过第一传感器时产生的信号；后转向架轮轴通过传感器（3）时信号时序关系亦然。

机车排出单元线路如图2所示，它包括二个计数器A和B、一个异或门C、一个反相器D，输入端F和H连接在切换装置（6）的输出端上。异或门C的逻辑功能是当其输入端的输入信号相同时，输出端为低电平，否则为高电平。为了提高两个计数器A和B输入端的静态电压，在电源电压V_CC和地线之间还设有二个分别由电阻R₁和R₂、电容C₁及电阻R₃和R₄、电容C₂组成的隔直分压回路。这样，当机车和货车第一个转向架通过机车排除传感器（2）时，两个计数器A和B的累计数相同，使异或门C输出低电平，经反相器D输出高电平，信号送入计算机，即可判断为机车通过。

货车类型识别单元线路如图3所示，它包括有三个触发器A、B、C和一个二输入端与门D，触发器A的正逻辑输出端与触发器C的输入端和与门D的一个输入端相连，触发器B的负逻辑输出端和与门D的另一个输入端相连，该单元的输入端I和J连接在切换装置（6）的输出端上。为了提高触发器A和B输入端的静态电压，在电源电压V_CC和地线之间还设有二个分别由电阻R₁和R₂、电容C₁及电阻R₃和R₄、电容C₂组成的隔直分压回路。这样，当货车通过两个车型识别传感器（3）时，沿货车运行方向的第一和第二个传感器的输出脉冲信号的时序关系即如图3A和图3B所示。触发器A、B、C的输入端每接收到一个脉冲波形的上升沿，输出端逻辑电平即产生跳变。车轮经过传感器前，触发器A和C的正逻辑输出端为低电平电压，触发器B的负逻辑输出端为高电平电压；因此，按上述触发原理工作，从图3A和图3B脉冲波时序关系可以得到触发器C的正逻辑输出端波形，如图3C所示，和与门D的输出端波形，如图3D所示。

图3C中的每一个方波宽度表示每辆货车的第一轮轴和第三轮轴经过第一个车型识别传感器的时间t₂。根据公知的车辆结构，第一和第三轮轴间距离也就是货车转向架中心距L。

图3D中的每二个方波宽度表示每辆货车的第一到第三轮轴经过两个车型识别传感器（3）的时间t₁。

由于两个车型识别传感器（3）的距离可以予先设定，同时可以认为同一辆货车通过传感器（3）时速度V不变，所以：

V＝ (L)/(t₂) ＝ (S)/(t₁) ……（1）

由公式（1）可得出：

L＝ (t₂)/(t₁) ·S ……（2）

由公式（2）可以明显地看出，只要将计算机采集到的特征波形中t₂和t₁的商与内存中予先存入的传感器（3）的实际距离值S相乘，便可得到表示各类车型的特征值，即转向架中心距L；将根据计算得到的特征值与内存中各类车型的特征值比较，得到相应的车型及其自重和标称载重，便可进行超偏载判定。

本实施例计算机测定t₁和t₂的方法是，把触发器C的正逻辑输出端和与门D的输出端与计算机的一个PIO接口相连，将由计算机累积采集到t₁和t₂为高电平的采样次数与采样周期相乘，即可得到时间t₁和t₂。

称重传感器（1）与切换装置（6）的连线图如图4所示。它包括四个称重传感器T₁、T₂、T₃、T₄，四个放大器A₁、A₂、A₃、A₄，还包括切换装置中的四个K₁组开关和四个K₂组开关，这两组开关的输出端与模数转换器的输入端相连。当列车从V₁（V₁＜60Km／h）方向经过称重传感器时，K₁组开关闭合，使进入模数转换器B、D端的轮重信号对应于沿列车运行方向左侧的货车轮重信号；进入模数转换器C和E端的轮重信号对应于货车右侧的轮重信号，而且B端信号超前于D端信号，C端信号超前于E端信号。当列车从V₂（V₂＜60Km／h）方向经过称重传感器（1）时，切换装置（6）的K₂组开关动作，使B、D端输出沿前进方向左侧的货车轮重信号，C、E端输出货车右侧的轮重信号。而时序关系保持不变。这样，计算机便可正确采集各车辆的各个轮重值。

机车排除传感器（2）与切换装置（6）的连线图如图5所示。它包括二个传感器S₁和S₂。切换装置（6）中的K₁组开关和K₂组开关的输出端F、H与机车排除单元（9）相连。其工作原理是，当列车从V₁（V₁＜60公里／时）方向经过传感器S₁和S₂时，K₁组开关动作，使输出端F的信号超前于输出端H的信号；当列车从V₂（＜60公里／时）方向经过传感器S₂和S₁时，K₂组开关闭合，使输出端F和H发出的信号时序保持不变，即F端信号超前于H端信号。

车型识别传感器（3）与切换装置（6）的连线图如图6所示。它包括二个车型识别传感器X₁和X₂。切换装置（6）中的K₁组开关和K₂组开关，其输出端I和J与车型识别单元相连，工作原理与上述相同。

图7为本实用新型称重传感器（1）外壳结构剖视图。本实用新型的称重传感器（1）采用轨腰剪切应变法测定轮重。根据力学原理，轨道的两根轨枕及其上面的钢轨相当于一个简支梁，轨枕相当于支点，车辆轮重加载到钢轨上时，钢轨的横截面产生剪切力，在钢轨的中性轴上系纯剪切二向应变状态，两个主应力的方向与中性轴的夹角为45°。本实用新型设计的插销式称重传感器（1）外壳上设有四个互成90°的棱条状锥面凸台，依靠这四个凸台与钢轨中性轴上内孔锥面的接触承受钢轨的主应力。这种外壳结构克服了外形为锥面的称重传感器由于自身或钢轨锥孔不园度的误差导致两者接触面偏离主应力方向，从而使精度降低的缺点。

本实用新型的称重传感器安装的最佳方位是使传感器四个棱条状锥面凸台与钢轨中性轴的夹角为45°。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、能自动排除机车轮重；

2、能自动识别货车的车型，自动判别货车的超载状况。

3、能用较少的称重传感器进行双向称重，简化了装置结构，提高了设备的可靠性，减少了投资。

4、称重传感器的外壳结构有利于提高传感器的精度，从而提高了系统精度。

Claims (8)

1、一种铁路货物列车动态称重装置，它由安装于钢轨腰部中性轴锥孔内的插销式称重传感器(1)、方向识别传感器(4)、放大器(5)，方向识别及控制单元(7)、模数转换器(8)、电子计算机(12)、打印机(13)、显示器(14)组成，其特征在于：(A)在放大器(5)和模数转换器(8)之间设置与方向识别及控制单元(7)相连的由多个切换开关构成的切换装置(6)；(B)在切换装置(6)和电子计算机(12)之间与模数转换器(8)和计轴计辆单元(11)並列在设置与切换装置(6)相连的机车和煤水车排除单元(9)及车型识别单元(10)；(C)在钢轨侧面设置机车排除传感器(2)和车型识别传感器(3)。

2、按照权利要求1所述的铁路货物列车动态称重装置，其特征在于切换装置（6）的二组开关由列车运行方向控制其动作顺序。

3、按照权利要求1所述的铁路货物列车动态称重装置，其特征在于机车及煤水车排除单元（9）由二个以上计数器、一个以上异或门和一个以上反相器构成。

4、按照权利要求1或3所述的铁路货物列车动态称重装置，其特征在于机车及煤水车排除传感器（2）由两个传感器构成，两个传感器之间的设置距离不得小于机车所有相邻轴的最大轴距；传感器为感应式或光电式。

5、按照权利要求1所述的铁路货物列车动态称重装置，其特征在于车型识别单元（10）由三个以上触发器和一个以上与门构成。

6、按照权利要求1或5所述的铁路货物列车动态称重装置，其特征在于车型识别传感器由两个以上传感器构成，传感器之间的设置距离不得大于货车转向架最小轴距。

7、按照权利要求1所述的货物列车动态称重装置，其特征在于安装于钢轨腰部中性轴锥孔内的插销式称重传感器（1），其外壳上有四个互成90°的对称棱条状锥面凸台。

8、按照权利要求1或7所述的铁路货物列车称重装置，其特征在于称重传感器的安装应在钢轨腰部的中性轴上，其锥面凸台与钢轨中性轴夹角为45°。

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