Разработка тензометрических вагонных весов для взвешивания в движении, страница 6

Для реализации потележечного взвешивания на неразрезном рельсе, где грузоприемный блок выполняется в виде рельсового участка, целесообразно использовать в качестве преобразующего элемента тензорезисторный датчик деформации рельса. Для увеличения функциональности датчика и уменьшения времени устранения отказов предлагается поместить тензорезисторы в капсулу, а не клеить непосредственно на рельс (рисунок 2.5).

Рисунок 3.5. Цилиндрическая капсула с наклеенными тензодатчиками.

2.1.2.1 Расчет датчика

Основные задачи, которые необходимо решить при расчете:

- определить толщину мембраны;

- выбрать материал из которого целесообразно изготавливать датчик.

§  Выбор материала для упругого элемента

Материалы для упругих измерительных элементов должны обладать малыми несовершенствами упругости, высокой релаксационной стойкостью, стабильностью упругих свойств во времени и в переменных внешних условиях. При работе в контакте с агрессивными средами упругие элементы должны обладать высокой коррозионной стойкостью.

Упомянутые требования  к материалам и к уже изготовленным из них упругим измерительным элементам удовлетворяются соответствующим химическим составом материала, его состоянием, определяемым термической обработкой; состоянием поверхности и свойствами защитных покрытий.

Применяемые для упругих элементов материалы делят на стали, сплавы и неметаллические материалы.

Для упругих элементов класса упругих тел и упругих оболочек применяют легированные стали и сплавы. Углеродистые стали отличаются меньшей стоимостью в сравнении с легированными сталями и сплавами, но обладают более высокими несовершенствами упругости при равных значениях напряженного состояния.

Для достижения низких несовершенств упругости упругие элементы после термической и механической обработки не должны иметь остаточных внутренних напряжений в ненагруженном состоянии. Этому благоприятствуют хорошая прокаливаемость материала и получение в результате этого однородной структуры по всему сечению упругого элемента, а также удовлетворительная обрабатываемость резанием после закалки и отпуска, так как многие окончательные прецизионные операции механической обработки выполняются на термообработанном упругом элементе.

На практике для упругих элементов типа упругих тел получила применение среднеуглеродистая хромистая сталь 35ХГСА [7].

§  Определение толщины мембраны

Т. к. датчик впрессован в рельс, то на него воздействует деформация пропорциональная деформации этого рельса. Из рисунка 3.6 видно, что деформация рельса подчинена закону деформации изгиба.

Рисунок 3.6. Измерительный участок рельса с впресоваными тензодатчиками.

Рассчитаем деформацию рельса, учитывая его размеры (приведены на рисунке 2.7) и зная, что материал из которого изготовлен рельс – нержавеющая сталь (Е=2,0·10⁵  МПа) [3].

Рисунок 2.7. Основные размеры рельса

Значит деформация рельса:

;

;

.

Для круглой пластины            ;

  .

Приравняем деформации мембраны и рельса

;

;

мм.

Значит толщину мембраны целесообразно выбрать равной 2 мм.

2.1.2.2  Выбор тензорезистора

Исходя из расчетов подобран фольговый тензорезистор ФК-П-10-100 (рисунок 2.8) с минимальным значением базы, технические характеристики его приведены в таблице 2 [1].

Рисунок 2.8. Фольговый тензорезистор.

Таблица 2

Наименование технических данных тензорезистора	Параметры
База А, мм	10
База Б, мм	15
База В, мм	7
Основа и соединенный с ней клей	Пленка лака ВЛ-7
Клей покрывающий решетки	Пленка лака ВЛ-7
Материал чувствительной решетки	Константан, фольга толщиной 7 мк
Пределы измеряемых деформаций	0-300·10-5
Рабочая температура ºС	-50 - +90
Тензочувствительность	2,2 – 2,3
Разброс тензочувствительности в %	±1
Часовая ползучесть в %	±0,5
R, Ом	100

2.1.3  Измерительный процессор

Измерительный процессор (ИП) выполняется в металлическом корпусе прямоугольной формы.

На одной боковой стенке корпуса ИП размещены два соединителя (“Х1” и “Х2”) для подключения кабелей датчиков. На второй боковой стенке ИП расположен соединитель (“Х3”) для кабелей связи с измерительными процессорами соседнего модуля или связи измерительных процессоров ИП1 и ИП2 модуля 1.

Измерительный процессор поочередно коммутирует электрические цепи датчиков, преобразует их сигналы, пропорциональные нагрузке на рельс от оси вагона, в цифровую форму, определяет сумму этих сигналов в единицах массы и по интерфейсу RS485 передает их в весопроцессор.

Каждый ИП имеет измеритель температуры, сигнал которого используется для компенсации температурной погрешности ГУ по соответствующему каналу.

2.1.4   Весопроцессор

Весопроцессор ВП (рисунок 2.9) выполняется в пластмассовом корпусе прямоугольной формы.

На лицевой панели корпуса ВП размещены:

матричный индикатор, на котором высвечиваются результаты взвешивания и сообщения о результатах тестирования и режимах работы;

семь клавиш клавиатуры управления;

- описательная маркировка весов, включающая НПВ, НмПВ и другие технические данные.

Рисунок 2.9

На задней стенке ВП размещены:

- розетка соединителя “RS485” для подключения кабеля связи с ИП;

- вилка соединителя “RS232” для подключения кабеля связи с ЭВМ;

- шнур сетевого питания (1);

- гарантийная пломбировочная пленка (5) с помеченной датой ввода в эксплуатацию, при нарушении которой изготовитель снимает весы с гарантийного обслуживания.

На правой стенке размещен выключатель питания.

На нижней поверхности корпуса размещен переключатель доступа, который в замкнутом состоянии позволяет изменять коэффициенты настройки с помощью клавиатуры ВП. После окончания настройки весов и их поверки переключатель размыкается (отжатое состояние), крышка переключателя пломбируется через два винта (6) ее крепления.