專利名稱：鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路車輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的稱重裝置。它包括如下結(jié)構(gòu)特征在鋼軌上安裝稱重傳感器和方向識(shí)別傳感器;由稱重傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)放大器輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器后輸入電子計(jì)算機(jī);由方向識(shí)別傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)方向識(shí)別及控制單元后輸入計(jì)算機(jī)，對(duì)稱重結(jié)果進(jìn)行修正。最終結(jié)果由打印機(jī)打出并由顯示器顯示。
日本《共和技報(bào)》雜志1989年第7期第1～8頁(yè)報(bào)導(dǎo)了目前日本采用的這種動(dòng)態(tài)稱重裝置。其目的是在運(yùn)行中測(cè)定車輛各輪重，從而把握車輛超、偏載狀況，防止由于超、偏載而引起斷軸、切軸、爬軌和列車顛覆事故的發(fā)生。它的構(gòu)成是在鋼軌軌腰部錐孔內(nèi)安裝數(shù)個(gè)插銷式稱重傳感器，由各稱重傳感器順次將輪重轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大器放大后由低通濾波器濾除高頻干擾分量，然后由數(shù)據(jù)控制裝置對(duì)二測(cè)點(diǎn)輪重信號(hào)取樣并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，而后由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行移動(dòng)平均處理后將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，必要時(shí)進(jìn)行打印、顯示;另一方面，由輛數(shù)檢知器根據(jù)輪重信號(hào)的特性曲線來(lái)判別輛數(shù)和每輛車的軸數(shù)并將數(shù)據(jù)送入高速處理部對(duì)每輛車的各輪重進(jìn)行超載、偏載的運(yùn)算處理，當(dāng)有異常車輛時(shí)，由打印機(jī)將數(shù)據(jù)打印出來(lái)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警。
這種無(wú)基坑輪計(jì)量式貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置對(duì)在較高運(yùn)行速度下自動(dòng)檢測(cè)貨車輪重，把握超載、偏載狀況，確保行車安全，起了積極作用，解決了鐵路貨物列車在較高速度運(yùn)行過(guò)程中具有較高精度的稱重問(wèn)題，是技術(shù)上的一大進(jìn)步。但也存在著一些不足之處，首先，這種裝置為進(jìn)行雙向稱重，需要二套安裝在鋼軌不同部位的相同的稱重傳感器，使設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障因素增多，成本增高，其次，上述現(xiàn)有技術(shù)中未涉及排除機(jī)車(含煤水車)和貨車類型識(shí)別的手段，因此不適合機(jī)車、貨車種類繁多、結(jié)構(gòu)各異情況下的準(zhǔn)確稱重，再者，上述現(xiàn)有技術(shù)中稱重傳感器是靠其錐面與軌腰錐孔的密貼配合來(lái)承受車輪載荷產(chǎn)生的巨大剪切應(yīng)力的，因此，傳感器錐面和軌腰錐孔的加工工藝要求過(guò)高，微小的加工和安裝誤差將有損于兩者的接觸位置與鋼軌中性軸成45°的定位要求，從而使測(cè)定精度降低。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種能以數(shù)量較少的稱重傳感器稱取來(lái)自兩個(gè)不同方向貨物列車的輪重、能識(shí)別車型和排除機(jī)車、測(cè)量精度更高結(jié)構(gòu)更為合理的鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到在放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置與方向識(shí)別及控制單元相連的由多個(gè)切換開(kāi)關(guān)構(gòu)成的切換裝置;在切換裝置和電子計(jì)算機(jī)之間與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和計(jì)軸計(jì)輛單元并列地設(shè)置與切換裝置相連的機(jī)車排除單元及車型識(shí)別單元;在鋼軌側(cè)面設(shè)置機(jī)車排除傳感器和車型識(shí)別傳感器。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到切換裝置的二組開(kāi)關(guān)由列車運(yùn)行方向來(lái)控制其動(dòng)作順序;機(jī)車排除單元由二個(gè)以上計(jì)數(shù)器、一個(gè)以上異或門和一個(gè)以上反相器構(gòu)成;機(jī)車排除傳感器由兩個(gè)傳感器構(gòu)成。兩個(gè)傳感器之間的設(shè)置距離不得小于機(jī)車所有相鄰軸的最大軸距，傳感器為感應(yīng)式或光電式;車型識(shí)別單元由三個(gè)以上觸發(fā)器和一個(gè)以上與門構(gòu)成;車型識(shí)別傳感器由兩個(gè)以上傳感器構(gòu)成，傳感器之間的設(shè)置距離不得大于貨車轉(zhuǎn)向架最小軸距;安裝于鋼軌腰部中性軸錐孔內(nèi)的插銷式稱重傳感器，其外殼上有四個(gè)互成90°的對(duì)稱棱條狀錐面凸臺(tái);稱重傳感器的安裝應(yīng)使其錐面凸臺(tái)與鋼軌中性軸夾角為45°。
附圖的圖面說(shuō)明如下

圖1為本發(fā)明總體布置框圖;
圖2為機(jī)車排除單元線路圖;
圖3為貨車類型識(shí)別單元線路圖;
圖3A為I點(diǎn)的電壓波形圖;
圖3B為J點(diǎn)的電壓波形圖;
圖3C為M點(diǎn)的電壓波形圖;
圖3D為N點(diǎn)的電壓波形圖;
圖4為稱重傳感器(1)與切換裝置(6)的連線圖;
圖5為機(jī)車排除傳感器(2)與切換裝置(6)的連線圖;
圖6為車型識(shí)別傳感器(3)與切換裝置(6)的連線圖;
圖7為稱重傳感器(1)外殼結(jié)構(gòu)示意圖;
下面結(jié)合(附圖)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述圖1中各部分的工作原理如下。當(dāng)被稱重列車從某一方向通過(guò)稱重區(qū)段時(shí)，方向識(shí)別傳感器(4)首先產(chǎn)生運(yùn)行方向標(biāo)志信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)方向識(shí)別及控制單元(7)控制切換裝置(6)中的一組開(kāi)關(guān)，同時(shí)送給電子計(jì)算機(jī)(12)一方向標(biāo)志電壓信號(hào)對(duì)稱重值進(jìn)行修正;車輪經(jīng)過(guò)稱重傳感器(1)時(shí)產(chǎn)生一重量電壓信號(hào)，經(jīng)放大器(5)放大后由切換裝置(6)調(diào)換順序，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8)進(jìn)行數(shù)字化變換后送入電子計(jì)算機(jī)(12);機(jī)車排除傳感器(2)和車型識(shí)別傳感器(3)輸出的信號(hào)先經(jīng)切換裝置(6)轉(zhuǎn)換順序后分別送入機(jī)車排出單元(9)和車型識(shí)別單元(10)對(duì)信號(hào)進(jìn)行邏輯組合處理，分別輸出排除了機(jī)車的信號(hào)和具有車型特征的波形，電子計(jì)算機(jī)(12)采集輪重信號(hào)，是采用公知的數(shù)字均值法或加權(quán)均值法或積分法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到列車的各輪重值和各車輛的總重;電子計(jì)算機(jī)(12)還采集車型特征波形進(jìn)行運(yùn)算，得到表示車輛類型的特征值并將該特征值與電子計(jì)算機(jī)(12)內(nèi)存的各類型貨車特征值進(jìn)行比較，找出內(nèi)存中同屬一車型的自重和標(biāo)稱載重進(jìn)行超載判定，其后用公知的偏載算式進(jìn)行偏載量計(jì)算。最后由顯示器(14)顯示并由打印機(jī)(13)打印出稱重結(jié)果和超偏載計(jì)算、判定結(jié)果。
當(dāng)列車從另一方向通過(guò)稱重區(qū)段時(shí)，各部分的工作原理和順序與上述相同，不同之處僅僅是切換裝置(6)受方向識(shí)別及控制單元(7)控制而使其另一組開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而使由切換裝置(6)輸出的相對(duì)列車運(yùn)行方向而言的輪重信號(hào)、機(jī)車排出信號(hào)、車型識(shí)別信號(hào)三者的順序保持不變。
圖1中的機(jī)車排除傳感器(2)由兩個(gè)公知的感應(yīng)式或光電式傳感器構(gòu)成，它們之間的距離不得小于機(jī)車所有相鄰軸的最大軸距;這樣布置的目的是使機(jī)車和機(jī)后貨車的第一個(gè)轉(zhuǎn)向架通過(guò)這兩個(gè)傳感器(2)時(shí)，兩傳感器(2)產(chǎn)生的電壓脈沖數(shù)相等。
圖1中的車型識(shí)別傳感器(3)亦由二個(gè)公知的感應(yīng)式或光電式傳感器構(gòu)成，它們之間的距離不得大于貨車轉(zhuǎn)向架的最小軸距;這樣布置的目的是使沿運(yùn)行方向的第一個(gè)傳感器和第二個(gè)傳感器產(chǎn)生的車輪信號(hào)的時(shí)序關(guān)系保持為貨車前轉(zhuǎn)向架的第一根輪軸經(jīng)過(guò)第二個(gè)傳感器時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)超前于第二根輪軸經(jīng)過(guò)第一個(gè)傳感器時(shí)產(chǎn)生的信號(hào);后轉(zhuǎn)向架輪軸通過(guò)傳感器(3)時(shí)信號(hào)時(shí)序關(guān)系亦然。
機(jī)車排出單元線路如圖2所示，它包括二個(gè)計(jì)數(shù)器A和B、一個(gè)異或門C、一個(gè)反相器D，輸入端F和H連接在切換裝置(6)的輸出端上。異或門C的邏輯功能是當(dāng)其輸入端的輸入信號(hào)相同時(shí)，輸出端為低電平，否則為高電平。為了提高兩個(gè)計(jì)數(shù)器A和B輸入端的靜態(tài)電壓，在電源電壓Vcc和地線之間設(shè)有二個(gè)分別由電阻R1和R2、電容C1及電阻R3和R4、電容C2組成的隔直分壓回路。這樣，當(dāng)機(jī)車和貨車第一個(gè)轉(zhuǎn)向架通過(guò)機(jī)車排除傳感器(2)時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器A和B的累計(jì)數(shù)相同，使異或門C輸出低電平，經(jīng)反相器D輸出高電平，信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，即可判斷為機(jī)車通過(guò)。
貨車類型識(shí)別單元線路如圖3所示，它包括有三個(gè)觸發(fā)器A、B、C和一個(gè)二輸入端與門D，觸發(fā)器A的正邏輯輸出端與觸發(fā)器C的輸入端和與門D的一個(gè)輸入端相連，觸發(fā)器B的負(fù)邏輯輸出端和與門D的另一個(gè)輸入端相連，該單元的輸入端I和J連接在切換裝置(6)的輸出端上。為了提高觸發(fā)器A和B輸入端的靜態(tài)電壓，在電源電壓Vcc和地線之間還設(shè)有二個(gè)分別由電阻R1和R2、電容C1及電阻R3和R4、電容C2組成的隔直分壓回路。這樣，當(dāng)貨車通過(guò)兩個(gè)車型識(shí)別傳感器(3)時(shí)，沿貨車運(yùn)行方向的第一和第二個(gè)傳感器的輸出脈沖信號(hào)的時(shí)序關(guān)系即如圖3A和圖3B所示。觸發(fā)器A、B、C的輸入端每接收到一個(gè)脈沖波形的上升沿，輸出端邏輯電平即產(chǎn)生跳變。車輪經(jīng)過(guò)傳感器前，觸發(fā)器A和C的正邏輯輸出端為低電平電壓，觸發(fā)器B的負(fù)邏輯輸出端為高電平電壓;因此，按上述觸發(fā)原理工作，從圖3A和圖3B脈沖波時(shí)序關(guān)系可以得到觸發(fā)器C的正邏輯輸出端波形，如圖3C所示，和與門D的輸出端波形，如圖3D所示。
圖3C中的每一個(gè)方波寬度表示每輛貨車的第一輪軸和第三輪軸經(jīng)過(guò)第一個(gè)車型識(shí)別傳感器的時(shí)間t2。根據(jù)公知的車輛結(jié)構(gòu)，第一和第三輪軸間距離也就是貨車轉(zhuǎn)向架中心距L。
圖3D中的每二個(gè)方波寬度表示每輛貨車的第一到第三輪軸經(jīng)過(guò)兩個(gè)車型識(shí)別傳感器(3)的時(shí)間t1。
由于兩個(gè)車型識(shí)別傳感器(3)的距離可以予先設(shè)定，同時(shí)可以認(rèn)為同一輛貨車通過(guò)傳感器(3)時(shí)速度V不變，所以V= (L)/(t2) = (S)/(t1) ……(1)由公式(1)可得出L = (t2)/(t1) · s ……(2)由公式(2)可以明顯地看出，只要將計(jì)算機(jī)采集到的特征波形中t2和t1的商與內(nèi)存中予先存入的傳感器(3)的實(shí)際距離值S相乘，便可得到表示各類車型的特征值，即轉(zhuǎn)向架中心距L;將根據(jù)計(jì)算得到的特征值與內(nèi)存中各類車型的特征值比較，得到相應(yīng)的車型及其自重的標(biāo)稱載重，便可進(jìn)行偏載判定。
本實(shí)施例計(jì)算機(jī)測(cè)定t1和t2的方法是，把觸發(fā)器C的正邏輯輸出端和與門D的輸出端與計(jì)算機(jī)的一個(gè)PIO接口相連，將由計(jì)算機(jī)累積采集到t1和t2為高電平的采樣次數(shù)與采樣周期相乘，即可得到時(shí)間t1和t2。
稱重傳感器(1)與切換裝置(6)的連線圖如圖4所示。它包括四個(gè)稱重傳感器T1、T2、T3、T4，四個(gè)放大器A1、A2、A3、A4，還包括切換裝置中的四個(gè)K2組開(kāi)關(guān)和四個(gè)K2組開(kāi)關(guān)，這兩組開(kāi)關(guān)的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連。當(dāng)列車從V1(V1＜60Km/h)方向經(jīng)過(guò)稱重傳感器時(shí)，K1組開(kāi)關(guān)閉合，使進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器B、D端的輪重信號(hào)對(duì)應(yīng)于沿列車運(yùn)行方向左側(cè)的貨車輪重信號(hào);進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器C和E端的輪重信號(hào)對(duì)應(yīng)于貨車右側(cè)的輪重信號(hào)，而且B端信號(hào)超前于D端信號(hào)，C端信號(hào)超前于E端信號(hào)。當(dāng)列車從V2(V2＜60Km/h)方向經(jīng)過(guò)稱重傳感器(1)時(shí)，切換裝置(6)的K2組開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使B、D端輸出沿前進(jìn)方向左側(cè)的貨車輪重信號(hào)，C、E端輸出貨車右側(cè)的輪重信號(hào)。而時(shí)序關(guān)系保持不變。這樣，計(jì)算機(jī)便可正確采集各車輛的各個(gè)輪重值。
機(jī)車排除傳感器(2)與切換裝置(6)的連線圖如圖5所示。它包括二個(gè)傳感器S1和S2。切換裝置(6)中的K1組開(kāi)關(guān)和K2組開(kāi)關(guān)的輸出端F、H與機(jī)車排除單元(9)相連。其工作原理是，當(dāng)列車從V1(V1＜60公里/時(shí))方向經(jīng)過(guò)傳感器S1和S2時(shí)，K1組開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使輸出端F的信號(hào)超前于輸出端H的信號(hào);當(dāng)列車從V2(V2＜60公里/時(shí))方向經(jīng)過(guò)傳感器S2和S1時(shí)，K2組開(kāi)關(guān)閉合，使輸出端F和H發(fā)出的信號(hào)時(shí)序保持不變，即F端信號(hào)超前于H端信號(hào)。
車型識(shí)別傳感器(3)與切換裝置(6)的連線圖如圖6所示。它包括二個(gè)車型識(shí)別傳感器X1和X2。切換裝置(6)中的K1組開(kāi)關(guān)和K2組開(kāi)關(guān)，其輸出端I和J與車型識(shí)別單元相連，工作原理與上述相同。
圖7為本發(fā)明稱重傳感器(1)外殼結(jié)構(gòu)剖視圖。本發(fā)明的稱重傳感器(1)采用軌腰剪切應(yīng)變法測(cè)定輪重。根據(jù)力學(xué)原理，軌道的兩根軌枕及其上面的鋼軌相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)支梁，軌枕相當(dāng)于支點(diǎn)，車輛輪重加載到鋼軌上時(shí)，鋼軌的橫截面產(chǎn)生剪切力，在鋼軌的中性軸上系純剪切二向應(yīng)變狀態(tài)，兩個(gè)主應(yīng)力的方向與中性軸的夾角為45°。本發(fā)明設(shè)計(jì)的插銷式稱重傳感器(1)外殼上設(shè)有四個(gè)互成90°的棱條狀錐面凸臺(tái)，依靠這四個(gè)凸臺(tái)與鋼軌中性軸上內(nèi)孔錐面的接觸承受鋼軌的主應(yīng)力。這種外殼結(jié)構(gòu)克服了外形為錐面的稱重傳感器由于自身或鋼軌錐孔不圓度的誤差導(dǎo)致兩者接觸面偏離主應(yīng)力方向，從而使精度降低的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的稱重傳感器安裝的最佳方位是使傳感器四個(gè)棱條狀錐面凸臺(tái)與鋼軌中性軸的夾角為45°。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、能自動(dòng)排除機(jī)車輪重;
2、能自動(dòng)識(shí)別貨車的車型，自動(dòng)判別貨車的超載狀況;
3、能用較少的稱重傳感器進(jìn)行雙向稱重，簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)備的可靠性，減少了投資。
4、稱重傳感器的外殼結(jié)構(gòu)有利于提高傳感器的精度。從而提高了系統(tǒng)精度。
權(quán)利要求
1.一種鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，它由安裝于鋼軌腰部中性軸錐孔內(nèi)的插銷式稱重傳感器(1)、方向識(shí)別傳感器(4)、放大器(5)，方向識(shí)別及控制單元(7)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8)、電子計(jì)算機(jī)(12)、打印機(jī)(13)、顯示器(14)組成，其特征在于(A)在放大器(5)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8)之間設(shè)置與方向識(shí)別及控制單元(7)相連的由多個(gè)切換開(kāi)關(guān)構(gòu)成的切換裝置(6)；(B)在切換裝置(6)和電子計(jì)算機(jī)(12)之間與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8)和計(jì)軸計(jì)輛單元(11)并列地設(shè)置與切換裝置(6)相連的機(jī)車和煤水車排除單元(9)及車型識(shí)別單元(10)；(C)在鋼軌側(cè)面設(shè)置機(jī)車排除傳感器(2)和車型識(shí)別傳感器(3)。
2.按照權(quán)利要求1所述的鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，其特征在于切換裝置(6)的二組開(kāi)關(guān)由列車運(yùn)行方向控制其動(dòng)作順序。
3.按照權(quán)利要求1所述的鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，其特征在于機(jī)車及煤水車排除單元(9)由二個(gè)以上計(jì)數(shù)器、一個(gè)以上異或門和一個(gè)以上反相器構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，其特征在于機(jī)車及煤水車排除傳感器(2)由兩個(gè)傳感器構(gòu)成，兩個(gè)傳感器之間的設(shè)置距離不得小于機(jī)車所有相鄰軸的最大軸距;傳感器為感應(yīng)式或光電式。
5.按照權(quán)利要求1所述的鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，其特征在于車型識(shí)別單元(10)由三個(gè)以上觸發(fā)器和一個(gè)以上與門構(gòu)成。
6.按照權(quán)利要求1或5所述的鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，其特征在于車型識(shí)別傳感器由兩個(gè)以上傳感器構(gòu)成，傳感器之間的設(shè)置距離不得大于貨車轉(zhuǎn)向架最小軸距。
7.按照權(quán)利要求1所述的貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，其特征在于安裝于鋼軌腰部中性軸錐孔內(nèi)的插銷式稱重傳感器(1)，其外殼上有四個(gè)互成90°的對(duì)稱棱條狀錐面凸臺(tái)。
8.按照權(quán)利要求1或7所述的鐵路貨物列車稱重裝置，其特征在于稱重傳感器的安裝應(yīng)在鋼軌腰部的中性軸上，其錐面凸臺(tái)與鋼軌中性軸夾角為45°。
全文摘要
一種鐵路貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，采用安裝在鋼軌腰部錐孔內(nèi)外殼帶凸臺(tái)的插銷式稱重傳感器，可在列車運(yùn)行速度為60km/h以下時(shí)自動(dòng)稱量貨物列車重量，能自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行方向和車速、車種，并能排除機(jī)車及煤水車，自動(dòng)判別貨車超載和偏載狀況，構(gòu)成一種稱重精度較高的無(wú)基坑輪計(jì)量式貨物列車動(dòng)態(tài)稱重裝置，成本低、故障因素少、可靠性高。
文檔編號(hào)G01G19/04GK1061093SQ9010873
公開(kāi)日1992年5月13日 申請(qǐng)日期1990年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月31日
發(fā)明者王璽功, 杜潤(rùn)祥, 虞曙卿, 梁航, 吳任天, 趙鶴奎, 彭少臣, 鄭謐, 黃峰林 申請(qǐng)人:柳州鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所, 長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院