Полезная модель относится к технике весового контроля движущегося автотранспорта.The utility model relates to the technique of weight control of moving vehicles.
Известен отдельный тип весов для взвешивания автомобилей в движении, принцип действия которых основан на механическом преобразовании нагрузки от оси автомобиля на грузоприемную платформу, опирающуюся на первичные преобразователи давления (силоизмерительные датчики) либо напрямую, либо через систему шарнирных механизмов [патенты РФ №№2041448, 2055453, 2390734, 2373501, 2239798]. Силоизмерительные датчики, в свою очередь, через специальные технологические узлы опираются на стационарный фундамент. Недостатками указанных решений являются трудноустранимые погрешности измерений, возникающие в результате действия сил трения и ударов перемещающихся и неподвижных частей конструкции данных весов при движений по ним автомобиля, высокие затраты на производство, сравнительно большой вес, необходимость сложного фундамента, большая зависимость от ориентации весов по горизонтальному уровню при монтаже, обязательная первичная настройка весов после их установки. Существует отдельный тип весов, которые также возможно использовать для взвешивания автотранспорта в движении - это подкладные мобильные весы. Например, весы серии RW корейской фирмы CAS. Из преимуществ следует отметить их небольшой вес, необязательность фундамента и первичной настройки весов. Однако такие весы используются, в основном, для взвешивания автотранспорта в статике по причине большой погрешности при динамическом способе взвешивания и малых геометрических размеров, что затрудняет их оперативное использование для различных типов автомобилей. Это в свою очередь, делает их практическими неприменимыми на участках с большим потоком автотранспорта.There is a separate type of scale for weighing cars in motion, the principle of which is based on the mechanical conversion of the load from the axis of the car to a load receiving platform based on primary pressure transducers (force sensors) either directly or through a system of articulated mechanisms [RF patents No. 2041448, 2055453 , 2390734, 2373501, 2239798]. Strength sensors, in turn, rely on a stationary foundation through special technological units. The disadvantages of these solutions are difficult to eliminate measurement errors resulting from the action of friction forces and impacts of moving and stationary parts of the design of these scales when the vehicle moves along them, high production costs, relatively large weight, the need for a complex foundation, a large dependence on the orientation of the scales on a horizontal level during installation, mandatory initial adjustment of the balance after installation. There is a separate type of scale, which is also possible to use for weighing vehicles in motion - these are underlay mobile scales. For example, a series of scales RW Korean company CAS. Of the advantages it should be noted their low weight, the optional foundation and initial adjustment of the scales. However, such scales are used mainly for weighing vehicles in statics due to the large error in the dynamic method of weighing and small geometric dimensions, which complicates their rapid use for various types of vehicles. This, in turn, makes them practically inapplicable in areas with a large flow of vehicles.
Предлагаемый аппаратно-программный комплекс обладает следующими преимуществами: отсутствие в механической части конструкции перемещающихся относительно друг друга частей, небольшой вес, низкие производственные затраты на изготовление, отсутствие необходимости в фундаменте, строгой ориентации весов по уровню и их первичной настройки на месте установки. Кроме того, в нем сочетаются преимущества описанных выше двух существующих типов весов для взвешивания в движении: стационарных - вследствие возможности взвешивания любых автомобилей в непрерывном безостановочном потоке и подкладных весов - вследствие мобильности.The proposed hardware-software complex has the following advantages: the absence of moving parts relative to each other in the mechanical part of the structure, low weight, low manufacturing costs, lack of need for a foundation, strict orientation of the balance in level and their initial adjustment at the installation site. In addition, it combines the advantages of the two existing types of scales for weighing in motion described above: stationary - due to the possibility of weighing any vehicles in a continuous non-stop flow and under-load scales - due to mobility.
Технический результат достигается за счет использования в качестве грузоприемного устройства герметичной емкости, заполненной жидкостью и таких свойств жидкости как практическая несжимаемость и передача механического локального воздействия по всему объему жидкости со скоростью распространения ударной волны в данной жидкости. При этом нагрузка от колес автомобиля передается от точки ее приложения посредством жидкости к измерительному элементу (датчику давления) и, результаты измерения с необходимой частотой далее - на ЭВМ для программной обработки. Существенное значение при этом имеет определение точной линии приложения нагрузки (траектории проезда колеса по грузоприемному устройству), так как очевидно, что из-за механических свойств емкости, определяемых ее формой, материалами изготовления и размерами, одна и та же нагрузка в разных местах приложения будет создавать разное давление жидкости внутри емкости в общем случае. Для расчета точной траектории проезда колеса автомобиля в конструкцию емкости введено ребро жесткости, делящее емкость на связанные между собой области таким образом, что при прямолинейном проезде колеса в любых возможных направлениях, временная диаграмма давления жидкости будет уникальна для каждой конкретной траектории проезда. В базе данных ЭВМ при этом хранятся поправочные коэффициенты для всех возможных траекторий, установленные заранее для данной конкретной конструкции. Наиболее технологичным в изготовлении и универсальным в применении является вариант исполнения, при котором в качестве грузоприемных устройств используются две герметичные емкости заполненные жидкостью - по одной для каждого ряда колес движущегося автомобиля. Каждая емкость состоит из: достаточно гибкой верхней поверхности, выполняющей функции грузоприемной платформы, преобразующей усилие от колеса автомобиля в давление жидкости внутри емкости; жесткого основания, жестких боковых стенок, внутреннего ребра жесткости, делящего всю емкость на две связанные между собой через технологические отверстия в ребре жесткости области; датчика давления жидкости со встроенным АЦП связанного с ЭВМ с установленным программным обеспечением и базой данных для обработки результатов. При этом каждая емкость разделена ребром жесткости на две области таким образом, чтобы при прямолинейном проезде колеса автомобиля по ней, получаемая в процессе программной обработки временная диаграмма давления жидкости внутри емкости была уникальна для конкретной траектории проезда колеса. Как самый технологичный вариант (фиг.1) - это использование грузоприемных устройств в форме параллелепипедов имеющих каждый: ширину, достаточную для возможности уверенного проезда любого автомобильного транспортного средства с любым известным расстоянием между колесами на одной оси; длину, обеспечивающую, с одной стороны, невозможность одновременного заезда двух колес всех известных транспортных средств, с другой - как можно большее время проезда по грузоприемному устройству для увеличения количества измерений и, соответственно, уменьшения общей погрешности измерений; высоту, с одной стороны, обеспечивающую необходимую жесткость всей конструкции, с другой - исключающую ее громоздкость. Всем этим условиям соответствуют, например, следующие размеры грузоприемного устройства в форме параллелепипеда: длина - 1100 мм, ширина - 1700 мм, высота - 30 мм. Внутреннее ребро жесткости прямолинейно и расположено по диагонали параллелепипеда. Грузоприемные устройства располагается перпендикулярно движению автомобиля относительно ширины. Значения давления, измеренного с достаточной для заданной погрешности частотой датчиком 1, передается в ЭВМ для последующего анализа полученных данных специальным программным обеспечением и выдачей результата в виде значения веса. При этом значение давления жидкости для каждой точки приложения колеса к платформе будет пропорционально прогибу платформы в этой точке, хотя реальный прогиб будет незначительным ввиду практической несжимаемости жидкости и жесткой конструкции основания и стенок емкости. Фиг.2 демонстрирует поверхностную эпюру прогибов платформы для грузоприемного устройства с приведенными выше формой и размерами в каждой точке при приложении некоторой нагрузки с шагом 100 мм, на основании данных, рассчитанных в компьютерной программе MathCad. Соответственно, давление жидкости внутри емкости, измеренное датчиком, будет пропорционально прогибу для каждой точки.The technical result is achieved through the use of a sealed container filled with liquid as a load receptor and such properties of the liquid as practical incompressibility and transmission of mechanical local effects throughout the volume of the liquid with the speed of shock wave propagation in the liquid. In this case, the load from the wheels of the car is transmitted from the point of its application by means of a liquid to the measuring element (pressure sensor) and, the measurement results with the necessary frequency are then transferred to a computer for program processing. In this case, the determination of the exact line of application of the load (the path of the wheel along the load-receiving device) is essential, since it is obvious that due to the mechanical properties of the tank, determined by its shape, materials of manufacture and size, the same load in different places of application will be create different fluid pressure inside the tank in the general case. To calculate the exact path of the vehicle’s wheel drive, a stiffener is introduced into the tank structure, dividing the tank into related areas in such a way that when the wheel travels in a straight line in any possible direction, the time diagram of the fluid pressure will be unique for each specific travel path. In this case, the computer database stores correction factors for all possible trajectories set in advance for this particular design. The most technologically advanced in manufacture and universal in application is the embodiment in which two sealed containers filled with liquid are used as load receptors - one for each row of wheels of a moving vehicle. Each tank consists of: a sufficiently flexible upper surface that performs the functions of a load receiving platform that converts the force from the car wheel to the fluid pressure inside the tank; a rigid base, rigid side walls, an internal stiffener, dividing the entire container into two interconnected through technological holes in the stiffening region; fluid pressure sensor with integrated ADC connected to a computer with installed software and a database for processing results. At the same time, each tank is divided by a stiffener into two areas so that, during straight-ahead passage of the vehicle’s wheel along it, the temporal diagram of the fluid pressure inside the container obtained during software processing is unique for a particular path of the wheel. As the most technologically advanced option (Fig. 1), it is the use of load-receiving devices in the form of parallelepipeds each having: a width sufficient to allow confident passage of any automobile vehicle with any known distance between the wheels on one axle; a length that ensures, on the one hand, the impossibility of simultaneously driving two wheels of all known vehicles, and on the other, as long as possible travel time on a receiving device to increase the number of measurements and, accordingly, reduce the overall measurement error; height, on the one hand, providing the necessary rigidity of the entire structure, on the other hand, eliminating its bulkiness. For example, the following dimensions of a parallelepiped-shaped cargo receiving device correspond to all these conditions: length - 1100 mm, width - 1700 mm, height - 30 mm. The inner stiffener is rectilinear and is located on the diagonal of the parallelepiped. The load-receiving devices are perpendicular to the movement of the car relative to the width. The pressure values measured with a frequency sufficient for a given error by the sensor 1 are transmitted to a computer for subsequent analysis of the data obtained by special software and the output of the result in the form of a weight value. In this case, the value of the fluid pressure for each point of application of the wheel to the platform will be proportional to the deflection of the platform at this point, although the real deflection will be insignificant due to the practical incompressibility of the fluid and the rigid structure of the base and the walls of the tank. Figure 2 shows a surface plot of the deflections of the platform for the load receiving device with the above shape and dimensions at each point when a certain load is applied in increments of 100 mm, based on the data calculated in the MathCad computer program. Accordingly, the fluid pressure inside the tank, measured by the sensor, will be proportional to the deflection for each point.
Временные диаграммы давления жидкости при проезде колеса автомобиля по разным траекториям А и Б (фиг.3), построенные на основе поверхностной эпюры прогиба, обладают рядом характерных особенностей. Так, траектория А показывает линию проезда колеса по траектории отличной от осевой, траектория Б - линию проезда по осевой траектории. К характерным особенностям диаграмм относятся, в частности, общее время проезда по платформе, время t и t1, их соотношения, значения и соотношения максимумов и минимумов давления и прочих характеристик для определения скорости проезда автомобиля, точного места проезда колес по платформам, площади соприкосновения каждого колеса с платформой. После программной обработки полученных значений и введения заранее известных поправочных коэффициентов, вычисляется нагрузка от каждого колеса и оси автомобиля в целом. При этом поправочные коэффициенты являются лишь функцией давления жидкости в ненагруженном состоянии, и, так как они заранее известны, то первичной настройки комплекса на новом месте установки не требуется. Суммированием полученных значений осевых нагрузок вычисляется общий вес автомобиля.Timing diagrams of fluid pressure during the passage of a car’s wheel along different trajectories A and B (Fig. 3), built on the basis of the surface curve of the deflection, have a number of characteristic features. So, trajectory A shows the line of travel of the wheel along a path different from the axial, trajectory B - the line of travel along the axial trajectory. The characteristic features of the diagrams include, in particular, the total travel time on the platform, the time t and t1, their ratios, the values and ratios of pressure maxima and minima and other characteristics to determine the speed of the car, the exact location of the wheels on the platforms, the contact area of each wheel with the platform. After software processing of the obtained values and introduction of previously known correction factors, the load from each wheel and the axis of the car as a whole is calculated. In this case, the correction factors are only a function of the liquid pressure in the unloaded state, and, since they are known in advance, the initial setup of the complex at a new installation site is not required. By summing the obtained axial loads, the total weight of the vehicle is calculated.
