负重轨道货运车称量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道车称量系统，并且更具体地，本发明涉及负重轨道车称量系统。
【背景技术】
[0002]所期望的是能够获得轨道货运车或箱体式车中负载的重量。特别期望的是，能够在基于即时的情况获得轨道货运车或箱体式车中负载的重量，而不需要轨道车位于特定的位置处，例如，位于计量装置处。
[0003]还期望的是，能够将表示轨道车或箱体式车中负载的重量的信号传输至承梁，所述信号能够储存在该承梁中。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目的是提供一种用于测量轨道货运车或箱体式车中负载的重量、并将表示该重量的信号传输至接收器的方法和装置。
[0005]本发明包括用于测量轨道车的静态或动态负载的系统的多个实施例。在一个实施例中，将位移/应变式转换器对称地安装至支撑轨道车主体的转向架承梁上。在该实施例中，除了测量轨道车主体的重量，还测量横向负载和纵向负载失衡。无线传感器用于读取并传输所述转换器的输出内容。读取的内容被传送至本地的接收器，或远程位置。
【附图说明】
[0006]图1是典型的三段式转向架组件的视图，其包括承梁、侧架、轮轴、弹簧组以及侧支承件。
[0007]图2是本发明的实施例的视图，所述传感器/转换器对称地安装在轨道车转向架的承梁上。
[0008]图3是图2的实施例的细节视图，显示了转换器元件和传感元件。
[0009]图4是本发明的另一实施例的视图，所述传感器/转换器对称地安装在轨道车转向架的侧架上。
[0010]图5是图4中的实施例的细节视图，显示了所述转换器和传感器。
[0011]图6是所述转换器的弹性元件部分的实施例的视图。
[0012]图7是数据流自转换器传输至远程接收器的框图。
【具体实施方式】
[0013]在图1中显示了通常的三段式转向架系统。该系统包括承梁1，该承梁在两个横向隔开的侧架2a和侧架2b之间延伸。所述承梁I在其端部借助负载弹簧组3a和负载弹簧组3b被支撑。该承梁I包括中心板4和横向间隔开的侧支承件5a和侧支承件5b，用于支撑轨道车主体的重量。轮轴组件6a和轮轴组件6b在侧架2a和2b之间横向地延伸。
[0014]在图2中显示了本发明的第一实施例，其包括三段式转向架承梁1，以及无线应变/位移传感器7a至7c。该传感器7a至7c在通过使用分析/数字应力分析技术选定的位置处安装在承梁I上。此外，使用计算法确定的区域通过使用实验应力分析来验证，实验应力分析可以包括使用应变计和/或位移转换器。还将位置选择成使得焊接或类似技术的热加工保持在由美国铁路协会(AAR)规定的接受范围内。在优选的布局中，如图2所示，两个传感器7被安装到承梁I的斜向张紧部件上，不过多个其他的安装构造也是可行的。
[0015]如图3所示，各无线应变/位移传感器7包括应变/位移转换器8和无线传感单元9。在优选的实施例中，通过使用焊条电弧焊(SMAW)技术，所述应变/位移转换器8刚性地连接至承梁1，不过，可以使用其他的技术进行该连接，包括使用粘结剂、紧固件、或类似的方法。使用焊接接头使得应变/位移最直接地从铸件体传输至转换器8，并且最小化与非线性、滞后以及零点漂移关联的误差。所述转换器8产生与承梁I的安装表面上的位移/应变呈比例的电输出。该原理应用于本发明的所有的其他的实施例，并且在该情况中作为示例使用。
[0016]无线传感单元9直接与转换器8相互作用，起到读取并数字化来自转换器8的输出信号的主要作用。在优选的实施例中，无线传感单元9包括具有相关的模拟数字(A/D)变换器和信号处理装置的微处理器单元、电源以及无线传输器/接收器形式的通信单元。无线传感单元9还可以包括额外的传感元件，包括惯性传感器、温度传感器或压力传感器。这些额外的传感器可以用于对转换器8的数据的完整性进行判断和逻辑运算。例如，可以使用无线传感单元9中的逻辑运算来舍弃在转换器的操作温度界限外收集的转换器8的信号。该无线传感单元9与本地的通信管理器15进行通信，下文将对此进行描述。
[0017]在图4和5中显示了本发明的第二实施例，其包括三段式转向架侧架6，以及横向分隔开的无线转换器组件7d至7e，该无线转换器组件均包括应变/位移转换器8和无线传感单元9。该实施例以针对图2中第一实施例所描述的相同原理来进行操作，但主要的差别在于无线传感器7的位置不同。这些是本发明的优选的实施例，但是无线传感器7的位置和数量不局限于本文描述的这些实施例，并且这些实施例仅用作示例。在最通常的情况中，传感器7可以定位在轨道车辆上的任何位置，这些位置响应施加的负载而呈现应力/应变/位移的变化。
[0018]图6显示了仅用于示例的位移/应变转换器结构的总体视图。该转换器8包括弹性元件10 (优选地是不锈钢)，该弹性元件具有的首要作用是，将来自翼片Ila至Ilb的位移/应变传输至该弹性元件安装了应变计12a至12b的部分。其次，该弹性元件10设计成使得，在翼片Ila至Ilb处输入的位移/应变在应变计12a至12b的位置处被机械放大。在该实施例中，弹性元件10设计成用于在将拉伸或压缩应变/位移施加在翼片Ila至Ilb上的情况下弯曲。该示例使用了以惠斯登电桥方式布置的四个起作用的应变计，不过其他的弹性元件的几何形状可以包括更多个起作用的测量计。该转换器8产生与施加的输入电压以及在翼片Ila至Ilb处输入的应变/位移呈比例的电输出信号。此外，转换器8包括温度探测器13，用于测量弹性元件10在应变计12a至12b位置处的温度。在优选的实施例中，温度探测器13是表面安装式电阻温度探测器(RTD)的形式，不过类似的探测器可以作为替代。
[0019]已经讨论了在图6中显示的优选的实施例，不过只要提供与安装表面的应变/位移成比例的电输出，就可以使用其他的转换器。示例包括线性变量差分转换器(LVDT)、振弦式换能器(VWT)以及布拉格光纤光栅应变传感器。所讨论的操作原理适用于上述转换器类型中的任何类型。
[0020]图7显示了本发明的组件的优选的实施例及其相互作用。在该实施例中，两个无线应变/位移传感器7安装至承梁I的斜向张紧部件上，如图2所示。来自单一承梁I上的横向隔开的转换器8的输出内容由无线传感单元9采样并处理。该处理包括放大来自转换器7的原始信号，过滤该信号以移除噪声信号，并且对各个数据点组求平均值以最小化采样误差。模拟数字变换器(A/D)以系统精度的至少1/5的分辨率将处理的信号转变成数字形式。数字化的输出内容随后经由无线传送操作14被传送至本地的通信管理器15 (优选地安装在轨道车主体上)。该管理器15将来自各对传感器7的信号汇总，并且通过使用储存在管理器15的存储器中的密封型参数(sealed parameter)，对各转向架进行校准。来自各转向架的校准的输出内容被归纳，并且通过无线传送操作16被传送至本地的数字重量指示器17，或被远程传送至专用的计算机或工作站18。从自管理器15到远程接收器17至18的无线传送操作16能够通过使用不同方法实现，并且将在下文进行更详细的讨论。在优选的实施例中，数据通过蓝牙经无线传送操作16被传送至专用的数字重量指示器17。
[0021]如上文所述的，该优选的实施例使用通信管理器15中的密封校准参数将传感器数字数据转换成重量读数。在本发明中，将传感器7安装至轨道车的结构性支撑区域，该结构性支撑区域已被分析和实验性地证实为对施加的负载产生具有高度的可重复性的反应。然而，发现的是，施加的负载和应变/位移之间的关系中存在内在变量，这需要对各组件进行单独的校准。在优选的实施例中，这使得有必要对各个转向架组件进行校准。各转向架组件的校准能够通过使用专用的液压负载架来实现，该专用的液压负载架用于在转向架通过轮轴组件6a至6b被支撑在轨道上的同时，将负载施加至承梁I的中心板4和侧支承件5a至5b。该优选的方法是采用工业认可的校准规程(例如，ASTME74用于检查测试机器的力显示的测力设备的校准的标准操作规程)。在该优选的方法中，使用了至少5个升序或降序的校准点，并且重复了至少3次。使用这样的校准操作规程确保了针对于给定的转向架组件的重量读数的尽可能的最高精度。在组装轨道车辆之前，通过对转向架系统进行校准，该系统将测量轨道车的主体重量，而不是总轨道负载(GRL)。包括借助I或2个校准点在现场进行的校准方法的可选方法将具有大幅降低的静态准确性。然而，简化的现场校准可以在不要求最高精度的情况中使用。在用于监管输送的商业称量应用情况中，根据国家评价体系(NETP)的评估可能是必要的，该评估要求进行实验检验测试和现场检验测试两者。
[0022]参考图7，已经对转换器数据处理的最基本形式进行了描述。通常假设所描述的方法在静态或准静态条件下使用，这两者假设轨道车辆的惯性作用可以忽略。用于称量轨道车的所述优选的方法要求为处于平路上的非耦合条件，并且根据美国铁路协会(AAR)计量手册，所述轨道车处于完全地静止状态。然而，存在以下的情况:当所述轨道车处于非平路或在运动中时，可能需要重量的读数。在这些情况中，轨道车的运动或非平路状态的程度可以通过使用无线传感单元9中的上述的惯性传感器或通信管理器15中的类似的传感器来获得。因此可以基于惯性测量结果使用逻辑运算来对传感器数据的准确性做出判断。例如，惯性传感器可以用于指示5%的轨道等级(rail grade)，并且随后阻止传感器读数的输出，原因在于，这些读数已被视为对于给定的条件而言是不准确的。可替代的，校正算法可以用于基于处于非平路或运动的程度来调节重量读数。所述两个示例提供了相对而言对条件不敏感的粗略的称量方案。
[0023]关于轨道车的运动状态，由于通常假设