CN2235612Y

CN2235612Y - 轨道衡用的称重轨

Info

Publication number: CN2235612Y
Application number: CN 95216574
Authority: CN
Inventors: 潘子锜
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2005-07-21

Abstract

本实用新型是一种轨道衡用的称重轨，具有两根与铁道相连接的称重轨，每根称重轨粘贴四个电阻应变片，其中两个中间电阻应变片之间的距离Lc＝L(悬空段)×(38～55)％；中间电阻应变片与相邻的外电阻应变片的距离Lg＝L×(12～17)％；称重轨悬空段L的端点至相邻的外电阻应变片的距离Lf＝L×(6～12)％。由于本实用新型确定了应变片的位置，从而使称重轨能准确地反映待测车辆重量，提高了轨道衡的测量精度。

Description

轨道衡用的称重轨

本实用新型涉及一种轨道衡用的称重轨。

1964年第一台连挂式不停车，不摘钩动态称量轨道衡在美国诞生，它是新型铁路货车称重系统的一个典型代表。它是由4只传感器和一个刚性很好的秤台，以及电气系统三部分组成，秤台和传感器的安装需要一个深的钢筋水泥基坑，秤台的两端各需25米长安装引轨的水泥整体道床，30年来随着科学技术的进步，尤其是传感器技术，电子技术和计算机技术的突飞猛进，这些新技术被逐步引用到动态轨道衡上面来，使现代的动态轨道衡技术更加完善，计量的自动化程度和计量的准确度都有很大提高，车辆过衡速度也加快，计量结果可以由计算机终端即时显示和打印记录，并统计成用户所需的各种报表，大大有利于企业实现经营管理科学化，秤体结构也大有改进，从原来的笨重厚实逐步改成现在的轻薄而刚强，加上采用低外型传感器，使安装条件也有新改变，原来需要深基坑改为目前的浅基坑或无基坑，等等，但是，从结构原理来说，还都是源于30年前那台轨道衡，没有新的突破，这种称重系统的致命弱点是：秤台与两端线路隔断，不连续；土建费用高，一般为设备费用的一倍以上；安装周期长，线路需要停运4-6周时间，影响运输和生产。

为了克服现有动态称量轨道衡的上述三方面的缺点，早在60年代就有人开始研究铁路车辆另一类的称重系统，即通过测量普通钢轨或稍加改造的钢轨在车辆通过时的变型量来称重的系统，这种系统可以消除上述三方面的缺点，办法是：在该称重系统中，有一相对比较短的称重轨，其两端由轨枕支撑，并用鱼尾板与相邻的路轨连接成整体，称重轨上装贴一组应变片，(有两种贴法，一种是贴在轨底；另一种是贴在轨腰；)并将它们联结成惠斯顿桥电路，当车轮通过时，称重轨下挠变形，电桥即输出一个与载荷大小成比例的电信号，将这些信号分别检测出来，加以转换，即可求得车辆的重量。上述基本原理看来很简单，可是实现起来有许多问题，其中有理论问题，也有工艺问题。归根结底，关键还是没有吃透钢轨变形的机理，它的规律，所以没有抓准称重轨的最佳长度和应变片的贴片位置。由于理论问题没有彻底解决，这种称重系统达不到称重的一般技术要求，因此，一直发展不起来，而让传感器型的动态称量轨道衡在铁路称重系统中长期独领风骚。

本实用新型的目的是提供一种提高轨道衡称重精度的称重轨，它能在保证称重轨成为连续轨的一部分的条件下使称重轨符合称重技术要求。

本实用新型包括二根称重轨，每根称重轨粘贴四个电阻应变片，即两个中间电阻应变片，两个外侧电阻应变片，其特征在于称重轨的悬空段长度L小于待测车辆的转向架最小轴距；两个中间电阻应变片之间的距离Lc＝L×(38～55)％；中间电阻应变片与相邻的外电阻应变片的距离Lg＝L×(12～17)％；称重轨悬空段L的端点至相邻的外侧电阻应变片的距离Lf＝L×(6～10)％。

本实用新型称重轨上的电阻应变片位置的确定是在严格的理论分析和大量的试验基础上得出的，经试验证明本实用新型具有以下技术性能：

①额定载荷：≤12.5^t～25^t

②灵敏系数：0.25mV/V

③线性度：≤0.1％F·S

④滞后：≤0.07％F·S

⑤重复性：≤0.05％F·S

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1(a)～图1(g)是分析称重轨四个电阻应变片贴片位置的辅助图；

图2是本实用新型安装示意图；

图3是本实用新型的称重轨上四个电阻应变片贴片部位及其相互距离的示意图。

首先结合图1(a)～图1(g)分析本实用新型的称重轨的应变片贴片位置。

A，称重轨如图1(a)所示，其力学模型可以简化为如图1(b)所示，为分析其原理，首先求其A，B端支反力，在求其支反力过程中，首先可以看出此模型为一“二次超静定结构”，其静定基如图1(c)所示，由A，B端边界条件有

θ_A＝0----(1)

θ_B＝0----(2)

根据叠加法有：

θ_A＝θ_AP＋θ_Am_A＋θ_Am_B

＝-pab(L＋b)/6EIL＋M_AL/3EI＋M_BL/6El--(3)

θ_B＝pab(L＋a)/6EIL－M_AL/6EI－M_BL/3EI----4

由(1)，(3)

-pab(L＋b)＋2M_AP²＋M_BL²＝0----(5)

pab(L＋a)－M_AL₂－2M_BL²＝0----(6)

联立求解得：M_A＝pab²/L²，M_B＝pa²b/L²

由图(d)∑Y＝0 R_A＋R_B－P＝0----(7)

∑M_A＝0 M_A－P.a＋R_B.L－M_B＝0----(8)

解(7)，(8)R_A＝pb²(L＋2a)/L³ R_B＝pa²(L＋2b)2L³

1)当载荷P位于EF之间时，求其1-1，2-2，3-3，4-4截面上的弯矩。用截面法可以求出D，E，F，G，四处横截面上的弯矩

M₁＝R_Ak₀－M_A

M₂＝R_A(k₀＋k)－M_A----(9)

M₃＝R_B(k₀＋k)－M_B

M₄＝R_Bk₀－M_B

令∑M＝M₂－M₁＋M₃－M₄

＝R_Ak＋R_Bk＝(R_A＋R_B)k

＝P/L³(b²L＋2ab²＋a²l＋2a²b)k＝pk----(10)

2)当载荷位于D或G之外时，例如在G点之右。

则M₁＝R_Ak₀－M_A

M₂＝R_A(k₀＋k)－M_A

M₃＝R_A(k₀＋k＋h)－M_A

M₄＝R_A(k₀＋2k＋h)－M_A则∑M＝M₂－M₁＋M₃－M₄

＝R_Ak－R_Ak＝0----(11)

3)当载荷位于DE或FG之间时，例如在DE之间

M₁＝R_Ak₀－M_A

M₂＝R_A(k₀＋k)－M_A－P_x

M₃＝R_B(k₀＋k)－M_A

M₄＝R_Bk₀－M_B则∑M＝kP－Px-----(12)

由(10)，(11)，(12)式，可得当载荷P从A移动至B时，∑M的变化规律。如图(e)所示。

B，现在D，E，F，G四处底面贴上应变片，则可测出相应处的应变ε₁，ε₂，ε₃，ε₄

ε_i＝M_iy₁｜EI(i＝1，2，3，4)∑ε_i＝ε₂－ε₁＋ε₃－ε₄

＝[(y₁)/EI](M₂－M₁＋M₃－M₄)

＝[(y₁)/EI)∑M

y1是称量轨底面距中性轴的距离，见图1(g)所示的称量轨的截面图。

当载荷P从A移至B，∑ε_i的变化规律如图1(f)所示。

在上述分析中字母P为作用力，a、b表示臂长，E表示弹性模量，I表示惯性矩，L表示梁长，M表示力矩，R表示反力，k表示系数。

C，上述分析的结论是：

1)当车轮(载荷P)通过称重轨时，它的4片应变片输出的总和总是等于两内侧应变片输出之和减去两外侧应变片的输出，即

∑e_i＝(e₂＋e₃)－(e₁＋e₄)

2)当载荷P从A移至B，∑e_i的变化规律总是如图(f)所示。

当P通过EF段时，∑ei为一常数，因此，只要准确测量这一段的输出值，就能准确的转换为载荷值。

这就是制造称重轨的理论基础。

D，在实践中，人们对称重轨有以下几点要求：

1)称重轨两支点之间的距离应小于待测车辆转向架的轴距，而且期望它尽可能的短，以避免在称重时车轴间互相干扰，并可减小称重轨的挠度，确保行车安全。

2)要求灵敏度高，输出大；

3)要求测量段EF的间距尽可能长，以便有更多的采样数据，提高测量结果的准确度。

以上几点技术要求是互相矛盾的，需要通过优选找出最佳的轨长尺寸和最佳的贴片位置。

E，经过反复试验求得称重轨的最佳尺寸和应变片最佳的贴片位置如下：

1)称重轨长度2.5m；

2)称重轨的悬空段长度为L，L＜铁路货车转向架轴距；

3)称重轨上4片应变片的布置见(fig3)，它们之间的距离Lf，Lg和Lc分别为：

Lc＝L×38～55％；

Lg＝L×12～17％；

Lf＝L×6～12％；

(以上长度单位为米)

其中：LC为两个中间电阻应变片之间的距离；Lg为中间电阻应变片与相邻的外侧电阻应变片的距离；Lf为称重轨悬空段的端点至相邻的外电阻应变片的距离。

F，称重轨的技术指标为：

(1)额定载荷：≤12.5^t～25^t

(2)灵敏系数：0.25mv

(3)线性度：≤0.1％F·S

(4)滞后：≤0.07％F·S

(5)重复性：≤0.05％F·S

(6)使用环境温度：-30℃-+70℃

相对湿度：≤85％

图2示出了本实用新型的结构及安装情况，在图中有两根称重轨1、2，和四根枕木12、13、14、15，及电阻应变片S1R、S2R、S3R、S4R和S1L、S2L、S3L、S4L，由于两根称重轨完全相同，下文中仅分析一根称重轨的情况。应变片贴在钢轨底面(测正应变；也可以贴在轨腰相应位置，测剪应变)，在称重系统中，称重轨两端与引轨刚性联接在一起，其悬空段小于待测车辆的转向架最小轴距，在4个测量点上各自牢固粘贴一片电阻应变片，并将它们联接成惠斯顿桥电路。以测量垂直弯矩(或与它成45°角的剪应变)发出的电信号，4个测量点分成两对，悬空段的每一半上各有一对，每对测量点之间的距离近似相等，在该系统中有两根称重轨，每根称重轨有4片应变片，所以总共有8片应变片，然后将两个惠斯顿桥式电路并联起来，因此，该系统可以测出每一个轴重。

从图2看出，在枕木13，14之间去掉两根枕木即可形成一段悬空轨，其长度用L表示，L要小于转向架轴距，之所以这样选择，就是要保证在任一时刻，只能有一根轴上的轮子位于悬空段L上，相邻轴对被测轴不产生附加影响，另外还要求带有悬空段L的这根称重轨的长度有足够长，这样当一根车轴在测量段称重时，相邻的轴通过轴缝而不会影响其称重结果。从图3看出，应变片S1L，S2L，S3L，S4L粘贴在钢轨底面，形成了一对中间电阻应变片(内侧应变片)S2L，S3L和一对外侧电阻应变片S1L，S4L，应变片之间距离及应变片所支撑枕木13，14之间距离用图3中的符号代表，如果载荷位于称重轨上Lc段时，4片应变片测得的弯矩之和将为常数，此时，测量4点弯矩之和便可代表所支撑的载荷，在选择上述各个间距时，要从兼顾准确度和灵敏度的观点来考虑，以获得最佳的结果，测量段Lc越长越好，这样，当轮子20通过Lc时，就会采到更多的有效读数，而且测量段越长，车速增加，仍可以获得较多的读数，以求得准确的平均值。距离Lg要求不十分严格，然而，这些距离对秤的输出灵敏度有影响，随着Lg的增加，每公斤的输出增大，因此可以称得更加准确。至于Lf的大小要求不严。当载荷通过测量段Lc时。弯矩之和恒定，所以从理论上说，精确值可以从测量段Lc上任何点选取。但应认识到，在每一瞬间，还有一些外部因素影响著称重轨上的载荷，包括车身的垂直振动，以及轮子受到轨面上产生的冲击载荷的影响，等等，由于这些外部因素的影响，不能将某一瞬时的载荷读数作为真实载荷值。因此要保证测量段不能太小，当载荷通过时，能够采集到足够多的数据，然后加以平均，才可求得较为准确的实际的载荷值。

Claims

1、一种轨道衡用的称重轨，包括两根各粘贴有四个电阻应变片的特殊钢轨，4个电阻应变片构成两个中间电阻应变片和两个外侧电阻应变片，其特征在于称重轨的悬空段长度L小于待测车辆的转向架最小轴距；两个中间电阻应变片之间的距离Lc＝L×(38～55)％；中间电阻应变片与相邻的外侧电阻应变片的距离Lg＝L×(12～17)％；称重轨悬空段的端点至相邻的外侧电阻应变片的距离Lf＝L×(6～12)％。