Железнодорожные весы: особенности, размещение и монтаж
Для правильной эксплуатации подвижного состава, организации движения и для коммерческих расчетов большое значение имеет учет перевозимых по железной дороге грузов. Также он важен в металлургии, где вес доставляемого прямо к доменным и мартеновским печам в железнодорожных вагонетках сырья играет значимую роль в технологическом процессе, и для внутризаводского транспорта. Чтобы обеспечить такой учет, и нужны железнодорожные весы.
Классификация железнодорожных весов
С помощью железнодорожных весов взвешиваются порожние и груженые вагоны, а следовательно, как разность этих величин определяется и масса перевозимого груза.
Первые весы для взвешивания вагонов были механические, в том числе рычажные, основанные на механизме балансировки. Затем появились электромеханические устройства, преобразующие механическое воздействие силы тяжести в электрический сигнал. К этой разновидности весов относятся и тензометрические весы.
Сегодня с помощью железнодорожных весов можно взвешивать вагоны, отдельно стоящие в статике и в движении без расцепления состава, то есть в динамике. Автоматика современных взвешивающих устройств распознает локомотивы, идентифицирует тип вагона, определяет неравномерность его загрузки и направление движения.
Весы вагонные железнодорожные бывают фундаментные и бесфундаментные, для взвешивания в статике и динамике.
Статическое взвешивание
Со статического взвешивания начинались железнодорожные весы. Взвешивание железнодорожного состава в статике происходит очень медленно. Состав расцепляется, и вагоны один за другим подаются на весы, взвешиваются с остановкой на платформе, их масса фиксируется, затем состав формируется и отправляется. Дорога и владельцы грузов несут колоссальные потери из-за простоев.
Эта проблема встала особенно остро с развитием сети железных дорог и увеличением грузопотоков. Ее попытались решить с помощью тех же статических весов, по которым железнодорожный состав перемещался очень медленно, со скоростью 3 км/ч. Была даже разработана специальная сигнальная система, которая помогала машинисту эту скорость выдерживать. Время простоев немного сократилось, но процесс взвешивания при этом был достаточно сложным, а погрешность - высокой, более 1 %.
Динамическое взвешивание
Для взвешивания движущегося состава используются автоматические железнодорожные весы. Взвешивание в динамике, надо сказать, направление весоизмерения перспективное, и не только на железной дороге.
Процесс заключается в определении за доли секунды массы вагона, проходящего по грузоподъемной платформе, ее регистрации и передаче на управляющий компьютер или автоматизированную систему управления перевозками.
В процессе взвешивания определяются типы вагонов, так как при поосном взвешивании важна масса осей каждого вагона, и правильность загрузки, распознаются локомотивы, поскольку они не взвешиваются.
Распознавание подвижного состава основано на определении их межосевых и межбазовых расстояний.
Наиболее уязвимым узлом в системе взвешивания являются путевые сигнализаторы, выдающие сигнал в момент прохождения над ними реборды колеса или оси вагона. К надежности этих устройств предъявляются очень высокие требования, а работают они в тяжелых условиях, как эксплуатационных, так и климатических.
Грузоприемная платформа
Железнодорожные весы для взвешивания вагонов отличаются многообразием конструктивных решений, но общим для них является наличие одной или нескольких грузоприемных платформ. По ним проходит вагон при взвешивании, и вертикальные силы, которые на них действуют, передаются на преобразователи.
При прокатывании вагона действуют на платформу не только вертикальные силы, но и продольные, которые создают определенные погрешности при взвешивании. Чтобы уменьшить их влияние, в состав грузоприемной платформы входят различные механические и электронные устройства. Это могут быть ограничительные упоры, растягивающие струнки, переходные мостики; силоизмерительные преобразователи, преобразующие силу в определенный электрический сигнал; путевые управляющие устройства.
Электронные приборы, управляющие процессом взвешивания, обрабатывают сигнал с преобразователя и выдают результат на компьютер и для визуального отсчета на табло. Компьютер с помощью специального программного обеспечения обрабатывает результаты взвешивания и формирует отчет.
Типы грузоприемных устройств
Весы вагонные железнодорожные содержат и механические весоизмерительные устройства. Они бывают двух типов:
- старые добрые рычажные устройства, в которых через суммирующие рычаги нагрузка воспринимается одним силоизмерителем;
- безрычажные устройства с четырьмя и более силоизмерителями, на которых располагается грузоприёмная платформа.
Рычажные – надежны, стабильны, достаточно просто регулируются по методике для всех видов рычажных весов. Но крупногабаритные рычаги, во-первых, изготавливаются по специальной технологии только на предприятиях с высоким уровнем производства. А во-вторых, для их работы нужен дорогостоящий специальный фундамент.
Безрычажные устройства в конструктивном исполнении просты. Их можно изготовить в небольших мастерских, да и фундамент может быть значительно меньше.
Силоизмерители железнодорожных весов
Сегодня вагонные железнодорожные весы динамические изготавливаются с тензорезисторными или вибрационно-частотными преобразователями в качестве силоизмерителей.
Вибрационно-частотные преобразователи с простотой линий связи и обработки выходных сигналов, помехоустойчивостью, отсутствием потерь информации, которое исключает дополнительные погрешности, предпочтительны в весах с рычажным устройством. Объем вторичной аппаратуры при этом такой же, как при использовании тензорезисторов. Он значительно возрастает, если эти преобразователи используются в весах с безрычажным грузоприемным устройством, так как их нужно устанавливать четыре или больше и их сигналы проходят автономно по разным каналам, а отдельно полученные характеристики суммируются.
С тензорезисторами силоизмерительные преобразователи соединяются параллельно или последовательно, а обрабатывается один общий сигнал.
Все устройства монтируются в приямке фундамента, на котором располагаются железнодорожные весы. На бетонное же основание укладываются и рельсы подводящих путей, чтобы снизить вертикальные колебания состава в зоне взвешивания. В специальном помещении рядом с грузоприемной платформой устанавливают вторичную электронную аппаратуру и компьютер.
Точность взвешивания
Весы железнодорожные для взвешивания грузовых вагонов должны обеспечивать точность взвешивания, соответствующую установленным нормам, которых на сегодня существует четыре: 0,1; 0,2; 0,5 и 1 % от массы груза.
При статическом взвешивании на рычажных весах выполняются только две последние нормы точности. При взвешивании в динамике на погрешность устройства накладывается влияние автосцепки, ускорения, способа взвешивания.
Практика показала, что норма точности 1 % обеспечивается для массы груза в каждом вагоне состава, 0,5 % - для движущихся по инерции расцепленных вагонов и суммарной массы состава, 0,1 % - если в составе сцеплены не более 20 вагонов.
Способы взвешивания на железнодорожных весах
Вагонные железнодорожные весы динамические различаются по способу взвешивания. Его выбирают исходя из нескольких условий:
- необходимая точность взвешивания и связанная с ней максимальная скорость движения состава;
- капитальные затраты на установку весоизмерительной системы.
Повагонное взвешивание выполняется на длинной платформе, на которой помещается весь вагон. Такой способ удобен в тех случаях, когда весь подвижной состав состоит из одинаковых вагонов.
При потележечном взвешивании отдельно взвешивается каждая тележка вагона, их массы запоминаются и суммируются измерительным устройством, а итог вносится в компьютер.
При поосном взвешивании взвешиваются и суммируются массы всех осей с выведением итога на табло и передачей в компьютер.
Преимущества и недостатки способов
Все способы взвешивания имеют свои преимущества и недостатки. Повагонный метод самый точный, но платформа должна быть длинной, и можно взвешивать только состав, сцепленный из вагонов одного типа, точнее одинаковой длины. Нагрузка при этом методе измеряется в пределах от 80 до 160 тонн.
Потележечное взвешивание на одних весах возможно для большинства типов вагонов, но и для этого способа нужна достаточно длинная платформа. Нагрузка на железнодорожные весы при этом меняется в диапазоне от 40 тонн, если взвешивается четырехосный вагон, до 80 тонн, если вагон восьмиосный.
Для поосного метода взвешивания нужна небольшая платформа. Поскольку расстояние между осями вагонов различных типов одинаково, то и взвешивать на одних весах можно весь парк. Максимальная нагрузка в этом случае составляет 20 тонн.
Минусом поосного взвешивания является высокая вероятность перераспределения нагрузки на оси. Снизить влияние этого фактора на достоверность и точность измерений можно, выбирая более жесткие пути и более тщательно укладывая их. В таком случае поосное взвешивание оказывается наиболее выгодным как по затратам на установку, так и по обслуживанию разных типов вагонов.
Установка железнодорожных весов
Способ монтажа вагонных весов зависит от их типа. Например, существуют портативные железнодорожные весы (фото см. ниже), которые устанавливаются с внутренней стороны между рельсами и взвешивают последовательно каждую ось.
Весы могут устанавливаться на фундаменте и без него. В разных типах весов тензометрические датчики могут встраиваться в рельсы, в шпалы или между ними.
Выбрав тип весов, нужно определиться с местом их установки. Во-первых, пользоваться устройством должно быть удобно. Во-вторых, уклон может быть не более 1:2000, а прямолинейный участок – не менее трех длин вагона (специалисты советуют по 15 метров с обеих сторон взвешиваемого вагона).
Перед монтажом нужно выяснить, насколько близко к поверхности подходят грунтовые воды и есть ли в этой зоне подземные инженерные сети, не собирается ли в ней дождевая и талая вода.
Инструкция изготовителя содержит достаточно подробные инструкции по монтажу, включая чертеж бетонного основания и необходимые закладные элементы для фундаментной установки весов.
При монтаже должны быть выдержаны зазоры между рельсами грузоприемника и основными.
Согласно ГОСТ Р 53228-2008 поверка железнодорожных весов для определения погрешности измерений должна производиться ежегодно.
Ремонт железнодорожных весов
При длительной или неправильной эксплуатации вагонных весов могут возникать механические поломки элементов конструкции, неисправности в электрической цепи или сбои в работе программного обеспечения.
Для устранения этих проблем нужны разные специалисты, поэтому приобретать измерительное оборудование лучше в специализированных компаниях, имеющих лицензию на ремонт весов, которые в дальнейшем могут осуществлять ремонтные работы, замену вышедших из строя деталей и узлов и поверку.
Подводя итоги, можно сказать, что нужно выбирать железнодорожные весы, во-первых, по требуемой точности; во-вторых, по условиям эксплуатации; в-третьих, по финансовым возможностям. И столь же придирчиво следует выбирать компанию, в которой это оборудование будет покупаться. Низкая стартовая стоимость может привести к серьезным проблемам в эксплуатации и обслуживании весов, которые в конечном итоге повлекут за собой дополнительные затраты.
Условия эксплуатации – это не только количество перевозимых грузов в сутки. Это и наличие электричества, ведь оно есть не во всех регионах, а тензометрические датчики без него работать не могут. В низких температурах районов Крайнего Севера лучше и точнее работают механические силоизмерительные датчики.