Вагонные весы

Электронные весы. Четырехсекционные и двухсекционные призматические весы. Шарнирные весы на гибких пластинах. Проходные пути и настилы. Колодцы для весов. Регистрирующая аппаратура

Вагонные весы большей частью делятся на два типа: призматические и шарнирные на гибких пластинах. Однако в настоящее время все большее внимание управлений железных дорог привлекают к себе весы нового типа— электронные. Электронные весы получают большое распространение благодаря непрерывно растущим скорости, точности и дешевизне взвешивания, что делает их особенно пригодными для применения на железных дорогах. На некоторых новых сортировочных станциях электронные весы нашли применение наряду с автоматическим управлением стрелками и замедлителями, новыми средствами связи, телевизорами для наблюдения за вагонами в парке (последние имеют пока ограниченное применение) и другими средствами для повышения скорости сортировки вагонов.
Взвешивание вагонов на электронных весах производится в момент начала их спуска с сортировочной горки, для чего весы устанавливаются на горочном пути непосредственно за горбом горки (рис. 1). Взвешивание вагонов при этом производится не только в коммерческих целях, но также для расчета скорости спуска вагона с горки при помощи контрольного аппарата, управляющего замедлителем. Использование электронных вагонных весов при операциях по сортировке вагонов увеличивает выгоды, получаемые от улучшения работы не только существующих или строящихся сортировочных станций с механизированными горками, которых уже сейчас насчитывается 85, но в десятки раз больше может улучшить работу проектируемых станций.
Автоматическое взвешивание пока еще является новостью. С некоторого времени промышленность выпускает для этой цели пневматическое, гидравлическое и электрическое оборудование. Для взвешивания тяжеловесных грузов в настоящее время наиболее перспективным является электрическое оборудование. С некоторых пор железные дороги внесли улучшения в процесс взвешивания вагонов, установив на призматических весах автоматические самописцы. Вопросы надзора за состоянием таких весов и их ремонта требуют изучения.

Рис.1. Взвешивание вагонов на ходу на электронных весах длиной 27,4 установленных за горбом сортировочной горки.
На снимке показан момент начала задвижки состава на весы
Призмы, соединительные серьги и опоры весов подвержены значительному износу, размеры которого прямо зависят от числа взвешиваний. Применение шарнирных весов на гибких пластинах позволило исключить эти нежелательные и дорогостоящие элементы конструкции заменой их тонкими вертикальными стальными пластинами. Остальные элементы конструкции в этих весах сохранены без изменения. В последнем образце электронных весов исключены все обычные детали вагонных весов, за исключением настила и рельсов весового пути.

Электронные весы.

В этих весах вес груза на колесах передается электрическим датчикам, на которые опирается весовая площадка. Эти датчики электропроводкой соединены с регистрирующей аппаратурой, которая фиксирует и записывает вес. В весах другого типа датчики установлены между весовой площадкой и рычажным механизмом. Вес груза на этих весах регистрируется как через электронный аппарат, так и при помощи обычного коромысла. В последнее время одной фирмой предложены весы третьего типа, которые следует рассматривать как опытные. В этих весах применяется обычное коромысло с электрическим датчиком.
Основой электронных весов являются тензометры типа SR-4 для записи напряжений, применение которых основано на использовании закона Гука, что упругая деформация тела пропорциональна вызывающему ее усилию. Четыре таких тензометра прикреплены по бокам калиброванной квадратной грузоопорной стойки, сечение которой зависит от предельной величины взвешиваемого на весах груза.
В одних 250-т весах длиной 27,5 м установлено восемь датчиков диаметром 102 и высотой 203 мм. При взвешивании грузоопорная стойка сжимается и деформация сжатия регистрируется наклеенным на стойку тензометром типа SR-4, который соединен с мостиком Уитстона. Электрическая система до восприятия груза находится в равновесии и после деформации датчика тензометр изменяет величину электрического сопротивления системы, что вызывает изменение величины напряжения в мостике Уитстона. Это изменение строго пропорционально величине груза, воспринятого датчиком. При помощи точных измерений таким образом производится регистрация изменения напряжений, возникших на каждом датчике под давлением весовой площадки, и определяется вес груженого вагона.
Вмонтированные в датчиках различные электронные приспособления показывают изменения температуры и другие данные. Все они герметически запечатаны внутри датчика; благодаря этому датчики можно помещать в весовых колодцах или в таких условиях, где они подвергаются снаружи воздействию масла, воды и грязи, без какого-либо вреда для точности их показаний и срока действия.
Весы имеют как электрическое, так и механическое оборудование. Изменение напряжения в мостике Уитстона передается через усилитель вспомогательному электромотору, который заставляет вращаться точный потенциометр (переменное сопротивление мостика Уитстона), пока в системе не установится равновесие. Одновременно электромотор приводит в движение механический регистрирующий аппарат.
При снятии нагрузки с датчика ток, проходящий через мостик Уитстона, меняет фазу, что вызывает изменение направления вращения электромотора и установку потенциометра в исходное положение. На регистрирующем аппарате имеются распределительные кулачки, приливы и самопишущее перо для записи полученных данных.
При взвешивании на ходу требуется, чтобы вагон находился на площадке весов не менее 4 сек. Этот отрезок времени достаточен, чтобы вспомогательная балансирующая система пришла в равновесие. При взвешивании с остановкой, или как иногда говорят, при взвешивании мертвого груза, вес вагона записывается на ленте или на бланке при нажатии на особый рычаг. При взвешивании же на ходу записывающий контур приводится в действие движущимся вагоном. Если при этом на весы накатились колеса следующего вагона или если взвешиваемый вагон сошел с весов прежде, чем записывающий механизм успел сработать, записи веса не произойдет. При взвешивании на электронных весах без коромысла регистрирующий аппарат можно, если это потребуется, разместить в точке, удаленной от весов.
Ниже приводится краткое описание устройства электронных весов фирмы Кокс и Стефенс.
Электронные весы фирмы Кокс и Стефенс состоят из простой весовой площадки длиной от 15,2 до 25,4 м, установленной в неглубоком весовом колодце на восьми электрических датчиках. Датчики соединены электропроводкой с циферблатным указателем веса и с регистрирующим аппаратом, который печатает или пробивает на накладных или на особой ленте вес вагона. Печатающий аппарат приводится в действие автоматически посредством фотоэлемента. Специальная контрольная аппаратура предупреждает возможность ошибок при взвешивании вследствие слишком быстрого надвига вагонов на весы или при чересчур тесной их установке.
При весах имеется полностью автоматизированная установка, вычитающая вес тары вагона и быстро вычисляющая вес груза нетто.
На дорогах США и Канады в настоящее время имеются многочисленные действующие установки весов этого типа. Электронные весы установлены, например,   на станции Кадикс в штате Огайо, на путях Канадской железорудной компании в Севен Айланд, где поезд из 100 вагонов, груженный рудой, взвешивается в течение 19 мин.

Преимущества взвешивания на электронных весах

1. Быстрота взвешивания — на взвешивание одного вагона требуется 3 сек.
2. Большая, чем на механических весах, точность взвешивания.
3. Автоматическое записывание веса при помощи печатающих аппаратов.
4. Снижение стоимости содержания благодаря отсутствию тяжелых деталей.
5. Более низкая стоимость установки, так как установка электронных весов требует устройства относительно неглубокого колодца и применения несложного оборудования. Нет необходимости в укладке специального проходного пути, так как локомотивы могут проходить по весовым рельсам без опасности повреждения весов.
6. Легкость замены существующих весов электронными, так как последние можно устанавливать в существующем колодце, используя имеющуюся весовую платформу.

Четырехсекционные призматические весы.

Весы этого типа предназначены для постоянной работы как при взвешивании на ходу, так и с остановкой. Их величина и пропускная способность скорее зависят от количества подлежащих взвешиванию вагонов, чем от веса и размеров отдельных вагонов.
В легких условиях работы применяют весы с 50- или 75-т секциями, тогда как в весах тяжелого типа на каждой секции могут взвешиваться грузы весом от 75 до 200 т. Длина весов определяется длиной весовых рельсов и для весов легкого типа может изменяться от 14,0 до 18,3 м,  наиболее часто встречающаяся длина весов тяжелого типа колеблется от 18,3 до 21,3 м, но встречаются весы длиной и 33,5 м.
Механизм весов состоит из серии рычагов, опорных стоек, соединительных серег и подвесных опор для поддержания весовой площадки. Весы, как сказано, разделены на секции, из которых каждая имеет два основных рычага, установленных под прямым углом к оси пути и соединенных с продольным передаточным рычагом, установленным параллельно пути. Каждый рычаг поддерживается жесткой стойкой, опирающейся на опоры из закаленной стали. Продольные передаточные рычаги в свою очередь соединены с поперечным передаточным рычагом съемными серьгами. Поперечный передаточный рычаг соединен с коромыслом при помощи стального прута и вспомогательного рычага, помещенных в весовой будке, расположенной рядом с весами (рис. 2).

Рис. 2. Весовая будка из волнистых стальных листов
Весовая площадка подвешена к основным опорам на шарнирах, что дает ей возможность прогибаться и свободно перемещаться в горизонтальном направлении, не нарушая положения опор на ребре грузоприемной призмы, и воспринимать сотрясения от динамических толчков.
Главный и передаточные рычаги должны находиться в строго горизонтальном положении так, чтобы все опоры находились на одной прямой, а вертикальные соединительные подвески для достижения точности взвешивания должны быть установлены строго по отвесу. Чтобы не допустить возникновения напряжений кручения, в рычагах не допускаются горизонтальные искривления или скручивания. Каждый рычаг должен допускать возможность индивидуальной регулировки, а весовая площадка должна допускать регулировку распределения ее веса на опорах.
Если это необходимо, то весовой настил и проходной путь укладываются на поперечных опорах, опирающихся на стены весового колодца. Рельсы проходного пути находятся обычно на одной прямой с весовыми рельсами. Весовые рельсы укладываются на весовой площадке. На подходе к весам устраивается прямая длиной не менее 15 м.

Двухсекционные призматические весы.

Эти весы являются весами тяжелого типа. Они применяются в двух вариантах: грузоподъёмностью каждой секции по 150 т и длиной 15,2 и 18,3 м и грузоподъемностью секции по 200 т и длиной 18,3 и 22,85 м. Длина этих весов, как четырехсекционных, определяется длиной весовых рельсов. Общая конструкция и набор деталей механизма такие же, как и у четырехсекционных весов, за исключением того, что система рычагов имеет две пары главных рычагов, установленных под прямым углом к весовому пути и соединенных с одним общим передаточным рычагом, установленным параллельно пути. Обладая большей грузоподъемностью и длиной секций, эти весы допускают взвешивание тяжелых локомотивов, поэтому они могут строиться без проходного пути и разгрузочных приспособлений. Определяющими данными при выборе системы весов является количество вагонов, подлежащих взвешиванию, по сравнению с количеством вагонов, проходящих весы без взвешивания.

Шарнирные весы на гибких пластинах.

Весы этого типа являются последним изобретением специалистов, которым удалось заменить призмы и опоры из закаленной стали гибкими стальными пластинами, что позволило исключить из конструкции весов наиболее интенсивно изнашивающиеся детали, уменьшив необходимость в более или менее частой регулировке весов. Эти весы предназначены для взвешивания грузов весом до 200 и 250 т. Стоимость их установки, так же как и двухсекционных призматических весов, больше стоимости четырехсекционных весов такой же длины и грузоподъемности.
Взвешивание на этих весах производится передачей веса груза механизму весов в определенных точках посредством стальных пластинок. Изгиб этих пластинок в небольших пределах заменяет колебания рычагов на грузоприемных призмах. Пластинки жестко прикреплены к соединительным рычагам, так что взаимное перемещение деталей при установке или снятии груза невозможно.
При сооружении этих весов необходима исключительно тщательная установка опор и пригонка конструктивных деталей весов.
В первых образцах таких весов в некоторых случаях происходил излом гибких пластинок, однако после усиления контроля за продольными и поперечными перемещениями весовой площадки и принятия мер к смягчению ударов при надвижке вагонов эти неисправности были устранены.
Система гибких пластинок обладает высокой чувствительностью, несмотря на то, что весь механизм весов жесткий и малоподвижный. Весы грузоподъемностью 250 т обладают чувствительностью в 1,2—2,0 кг.
С появлением на железнодорожном транспорте электронных весов весы на гибких пластинах посредством замены под каждым концом весовой площадки некоторой части опорных пластин четырьмя датчиками были переделаны в совмещенные весы для электронного и механического взвешивания. Это позволило сравнивать вес вагонов, одновременно определенный обоими способами. В некоторых новейших весовых установках на линиях с большим грузооборотом была использована эта схема с таким расчетом, чтобы в случае порчи электронной системы можно было прибегать к механическому взвешиванию.

Проходной путь и весовой настил.

Необходимость в укладке проходного пути зависит от грузоподъемности весов, места их установки и условий взвешивания. При четырехсекционных весах укладка проходного пути обычно необходима. Однако в некоторых случаях такие весы сооружались с рельсами длиной не более 3,81 м при грузоподъемности 150 т. Такая длина весов исключает возможность установки на весовых рельсах более двух локомотивных осей или одной вагонной тележки одновременно и,   так как две локомотивные оси не могут весить более 72 т, весы сохраняют двойной запас прочности.
Применение неподвижного верхнего настила желательно в любых вагонных весах. Этот настил укладывается на поперечные балки, опирающиеся на боковые стены. На этих же балках укладывают рельсы проходного пути. Неподвижный настил предохраняет механизм весов от грязи, снега, дождя и посторонних предметов. Настил сооружают из стальных листов или досок, которые покрывают сверху защитным слоем.

Весовые колодцы и фундамент весов.

Весовые колодцы должны сооружаться из бетона, и там, где это необходимо, должна предусматриваться гидроизоляция дна и стен для предупреждения попадания в колодцы грунтовой воды. Кроме того, в таких случаях необходимо предусмотреть устройство дренажа с самоотводом воды или с применением принудительной откачки. Во избежание застоя воды на дне последнее должно выравниваться промазкой смолой. В главе 14 руководства AREA приводятся следующие рекомендуемые размеры весовых колодцев.
Глубина колодца от подошвы рельса до поверхности пола должна быть не менее 2,13 м; ширина его между внутренней поверхностью стен — не менее 3,05 м\ при этом расстояние от внутренней поверхности стен до отдельных деталей весового механизма, расположенных ниже опорных балок и выше опор стоек, должно быть не менее 40 см. Длина колодца между торцовыми стенами должна быть не менее чем на 60 см больше длины механизма весов. Технические условия содержат указания, что на определенных широтах и в известных климатических условиях не требуется сооружения закрытых сверху колодцев. При опускании верха боковых стен улучшаются условия эксплуатации.
При устройстве полностью закрытых колодцев необходимо предусмотреть отверстия для вентиляции. При устройстве вентиляции отпадает необходимость в искусственном обогреве колодцев и механизма весов. Для возможности осмотра и удобства ремонта колодцы внутри должны освещаться.
Электронные весы на одной железной дороге были установлены без колодца. Опоры весового механизма и датчиков были устроены выше поверхности земли на фундаментных столбах, установленных вдоль пути. Необходимость в устройстве весов без колодца была вызвана тем, что предполагалась частая передвижка весов вследствие истощения запасов угля в этом районе.
Чтобы устроить хорошо выровненные в плане и по уровню подходы, путь на протяжении 4,5—7,6 м с каждой стороны весов укладывают на бетонном основании. Шпалы укладывают прямо на бетон или же рельсы прикрепляют непосредственно к бетонным лежням специальным креплением.

Регистрирующая аппаратура.

Выше уже упоминалось о    применении при взвешивании автоматической регистрирующей аппаратуры. На неэлектронных весах регистрирующая аппаратура связана с коромыслом весов. Предел взвешивания установлен в 257 т при цене деления от 4,5 до 90 кг. Регистрирующие приборы успевают при движении вагона записать его вес и напечатать его на специальных бланках. При необходимости на весах можно взвешивать также и сцепленные вагоны.
При взвешивании вагонов на ходу специальный наблюдающий за временем счетный механизм контролирует процесс взвешивания с тем, чтобы предупредить возможность преждевременной регистрации веса вагона, пока не прекратятся колебания весов. Скорость взвешивания составляет от двух до четырех вагонов в минуту в среднем, причем она зависит главным образом от длины весов и системы регистрирующего прибора. Побочная экономия во времени при взвешивании вагонов на ходу получается в результате исключения времени, требующегося на установку весов, вследствие раскачки и вибрации или при остановке подлежащего взвешиванию вагона.
Фирмы, выпускающие автоматически регистрирующую аппаратуру, обычно сдают ее в аренду, хотя в некоторых случаях она продается. При сдаче аппаратуры в аренду фирмы-изготовители обычно включают в арендную стоимость плату за надзор, проверку и обслуживание аппаратуры.
В руководстве AREA содержатся технические условия и указания по производству и установке двухсекционных и четырехсекционных призматических вагонных весов с допусками, требованиями и указаниями по регулировке механизмов для весов большой грузоподъемности. Указания для четырехсекционных весов отмечают, что необходимо соблюдать рациональную однотипность в конструкции весов, предназначенных для однородных операций, не меняя типа весов и не внося конструктивных изменений в детали механизма.