Нынешняя технология установления массы автотранспорта не отвечает требованиям современных методик организации производственного процесса. Подвижной состав взвешивается следующим образом: перед тем как попасть на вагонные весы, его расформировывают на отдельные вагоны, которые по отдельности загоняют на платформу для определения массы. Результат такой технологии: временные и денежные невозобновимые потери для собственников груза и их получателей, исчисляемые миллионами российских рублей.

 

Трудности, возникающие с регистрацией, идентификацией грузов и вагонов, возникают в связи со значительным ростом грузовых потоков, которые, в свою очередь, зависят от развития сырьевой и материальной базой. Стремительное совершенствование процессов производства повлекло за собой появление определенных задач, влияющих на организацию и внедрение систем автоматического управления технологическими процессами и учета товарных единиц.

Данные, получаемые в процессе эксплуатации автомобильных весов, применяются для правильного функционирования автоматической системы, организующей управление карьерными работами, включающими в себя добычу и транспортировку полезных ископаемых. Остановить поток груженых автомобилей, двигающихся на расстоянии 50 метров друг от друга, не представляется возможным. Поэтому еще в конце прошлого века перед инженерами встал вопрос о разработке системы динамического взвешивания.

В процессе создания проектировщики столкнулись с проблемой, возникающей вследствие наличия динамической составляющей при определении массы груза. Ее суть состоит в следующем: чувствительные приборы фиксируют динамику мгновенных изменений нагрузки, появляющихся из-за несовершенства дорожного полотна, неидеальной формы колес, незначительными углублениями в ж/д путях, потоках ветра и т.п. С физической точки зрения данные изменения – это помехи, характеризующиеся низкой частотой и константным периодом, образующиеся в интервале от 3 до 10 герц. На диапазон не оказывает влияния форма механизма для взвешивания, но вполне зависим от динамики самого вагона. Значение амплитуды периодической помехи прямо пропорционально числу жесткости механизма вагонных весов.

Структурно системы взвешивания различаются по количеству элементов, регистрирующих и преобразовывающих измеренные данные. Амплитуда с учетом константы, определяемой вагонной массой, увеличивается в обратной пропорции к числу измерительных элементов.

Пионерами в области организации взвешивания в динамике стали обыкновенные вагонные весы, через которые на минимальных скоростях прогоняли сцепленные вагоны. С помощью регистрирующих приборов значение поддерживали на отметке около 3 км/ч. Даже такие приспособления не уменьшали величину погрешности измерений, она по-прежнему составляла 1%. Кроме того, определение веса грузов занимало довольно большое количество времени и сил.

С течением времени весоизмерительные динамические системы совершенствовались в сторону разработки высокоточных измерительных приборов для вычленения константного веса груза – измерения амплитуды периодической помехи.

Динамическое взвешивание активно применяется для определения массы груза, различных единиц транспортной техники и других устройств практически во всех промышленных и сельскохозяйственных сферах.

Рассмотрим особенности технологии взвешивания на ходу с использованием вагонных весоизмерительных устройств.

Определение массы грузов, перевозимых подвижными составами, состоит в измерении весового значения товарных вагонов в движении по рельсам, размещаемым на оборудованных площадках для принятия груза, посредством фиксирования значения силы давления, оказываемого груженым вагоном на платформы. Период такого воздействия составляет миллисекунды. Такие устройства представляют собой высокоточные приборы, автоматически за минимальные временные интервалы определения массы груза регистрируют величины константной силовой составляющей, оказывающей влияние на весовые преобразовательные элементы, и автоматически передают данные в головной компьютерный центр.

Основным моментом в определении массы считается распознавание модели вагонов для необходимого складывания осевых значений веса всех вагонов в случае индивидуального взвешивания и фиксирования правильного процесса вагонной закладки и для идентификации электровозов, масса которых не определяется.

Процесс идентификации моделей вагонов и электровозов базируется на значении расстояния между вагонными осями. При совершении данных действий особых проблем не возникает. Неприятности образовываются тогда, когда необходимо использование сигнальных путевых устройств, основное назначение которых – одномоментно сформировать сигнал при следовании вагонной оси или внешнего колесного обода над этим сигнализатором. Трудности связаны с тем, что эти устройства функционируют в чрезвычайно сложных условиях климата при наличии высоких показателей надежности.

Несмотря на большое количество моделей устройств для взвешивания промышленных грузов, в их конструкции имеются общие для всех элементы: движущиеся механизмы для приема груза в количестве одной и более штук – именно по ним проходит вагон в процессе определения веса. Данные механизмы выполняют функции силовых элементов: благодаря им воздействия, действующие в вертикальном направлении на подвижные механизмы, поступают на устройство-преобразователь.

Автоматически конечные данные сохраняются в системе, из которых создаются отчеты, наглядно демонстрирующие результаты взвешивания. Довольно продолжительный период времени требуется для разработки методов определения особенностей подвижных составов или автотранспорта. Существует фотометрический метод, в его основе лежит принцип считывания информации с особых пластинок, крепящихся на объектах, подлежащих идентификации.

В процессе конструирования устройств для определения веса грузов и транспортных средств в динамике необходимо учитывать особенности структуры механизма для приемки грузов.

На данный момент таких механизмов два: рычажные – нагрузка через систему рычагов передается на один силовой измеритель; безрычажные – подвижная площадка для приемки грузов находится минимум на четырех силовых измерительных устройствах.

Достоинства рычажных механизмов – высокая степень надежности, хорошие эксплуатационные характеристики, простота в управлении. Тем не менее, входящие в их состав рычаги больших размеров и масс предполагают знание особой методики их конструирования, то есть разрабатывать их можно только на больших предприятиях со специальным оснащением производственных цехов. Выпускать технически сложные весоизмерительные устройства на заводах с низким уровнем производства нерентабельно. Ко всему прочему, понадобятся значительные финансовые средства для установки фундамента особой конструкции.

С точки зрения производства безрычажным механизмам можно поставить плюс в графе «Простота в исполнении» – их конструируют на небольших производственных предприятиях, требования к фундаментной основе легко реализовать.

На сегодняшний день конструирование устройств для определения массы тяжелых грузов и транспорта в движении осуществляется с помощью тензорезисторных или вибрационно-частотных преобразовательных элементов (ВЧП), используемых как силовые измерительные устройства. ВЧП используются гораздо чаще в силу наличия особых достоинств: исключение утраты данных, устойчивость к помехам, быстрая идентификация сигналов на выходе.

ВЧП также используются в весоизмерительных промышленных устройствах с рычажным механизмом приемки грузов. Достоинства ВЧП не ощущаются в весоизмерительных конструкциях с безрычажным механизмом приемки грузов вследствие входящих в состав таких вагонных весов четырех ВЧП, которые подразумевают независимый процесс сглаживания по четырем линиям с целью получения простых одинаковых сигналов, после складываемых друг с другом. По этой причине происходит увеличение объема вторичных механизмов, технически сложным для реализации становится процесс юстировки устройства.

В весоизмерительных конструкциях на основе тензорезисторных силовых измерителей данная задача упрощается благодаря параллельному или последовательному скреплению преобразователей с функцией силовых измерителей.

Электронные вагонные весы, в отличие от механических моделей, должны обладать минимальной погрешностью в измерении веса в соответствии с принятыми для каждого вида груза или транспорта стандартами. На сегодняшний день за основу берутся четыре стандартных значения погрешностей измерений веса: 0,1; 0,5; 0,2 и 1% от всей массы транспортируемого груза.

В процессе определения веса разъединенного состава на весоизмерительных устройствах рычажного типа принятые значения точных измерений 1% и 0,5% осуществляются без особых трудностей. Величина погрешности в 0,1% сегодня нереализуема и на высокоточных рычажных весах типа 0,1, поскольку в процессе определения веса на таких устройствах следует принимать во внимание вес упаковки, составляющей от общей массы (масса груза и тары – брутто) около 25%.

В случае установления веса движущихся вагонных весов, работающих автоматически, к погрешности непосредственно механизма для взвешивания плюсуются неточности в измерениях, появляющиеся вследствие самого метода определения веса, воздействием автоматического соединения вагонов, ускорением, отсутствием статики в отношении вагон-весы. Все перечисленное оказывает влияние на итоговые данные, полученные путем взвешивания объектов.

Более пристальное рассмотрение таких погрешностей приводит к заключению о том, что допустимая величина погрешности измерений в 0,1% получается исключительно в случае определения общего веса всего подвижного состава (до 20 вагонов), в 0,5% – для взвешивания состава любой массы и для отдельных вагонов, в 1% – обеспечивается взвешивание грузов в отдельно взятом вагоне в общем железнодорожном составе.

Существует несколько способов определения массы груза в динамике на вагонных весах. Среди них выделяют: повагонный, поосный и потележечный. Выбор метода зависит от наибольшей скорости перемещения подвижного состава в процессе определения веса. Также в учет принимаются требования, предъявляемые к весовой точности и стоимость закладки фундаментной основы для конкретной системы весов. Чаще всего применяются два последних метода: поосный и потележечный.

Способ вагонного определения веса предполагает наличие подвижной площадки специального размера, поскольку для начала процесса взвешивания на ней должен разместиться весь вагон.

При потележечном методе определения веса вагонов предполагается прохождение двух последовательных этапов. Сперва устанавливается масса начальной тележки с последующем сохранением полученного значения в специальном измерителе, после – масса следующей тележки, полученный результат складывается с ранее записанным. Конечная величина определяет общий вес вагона. Затем данное число высвечивается на электронном табло и сохраняется в ПК.

Последний метод определения массы вагонов в динамике – поосный – подразумевает под собой следующее: установке значения веса подлежат все оси по отдельности, после результаты складываются и отображаются на электронном табло с последующей передачей в ПК.

Проанализируем особенности рассмотренных методов определения веса вагонов, выявив их достоинства и недостатки. Итак, повагонный способ в теории имеет лучшие показатели в плане соблюдения норм точности взвешивания, поскольку, в отличие от других методов, незначительных изменений в массе всего вагона не происходит, значит, возникновение погрешностей исключено.

Основной минус такого способа – наличие громоздкой подвижной площадки весоизмерительного устройства, предусматривающей определение веса вагонов лишь определенного вида. Остальные типы из-за других размеров взвешиванию одним составом в динамике рассматриваемым методом не подлежат. В случае определения веса каждого вагона по отдельности размеры площадки устанавливаются исходя из размеров самого длинного вагона.

Достоинства потележечного метода очевидны: применяя его, можно определить массу большого количества вагонов. Несмотря на все плюсы, громоздкость подвижной площадки для взвешивания никуда не ушла, ее размеры по-прежнему внушительны и составляют около 7-8 метров. Приспособление, используемое при взвешивании вагонов поосным способом, имеет гораздо меньшую длину. Кроме того, межосное расстояние для всех видов вагонов практически неизменно, поэтому при поосном взвешивании определяется вес всех имеющихся вагонов.

Интервал, в пределах которого лежат значения нагрузок, относительно невелик, поскольку нагрузка, действующая на оси, никак не соприкасается с видом вагона, составляет около 20 тонн в нагруженной железнодорожной емкости. Другими словами, преобразовательное устройство функционирует при нормативной загрузке вагона в самом конце установленного интервала, что значительно увеличивает измерительную точность.

При применении потележечного метода значение нагрузки изменяется от 40 до 80 тонн, повагонного способа – от 80 до 160 тонн. Поосный метод определения массы наиболее вероятна нагрузочная перестановка по осям, нежели в случае потележечного метода. Поосный способ экономически более выгоден, рекомендуется к одновременному взвешиванию большого количества вагонов.