Определение массы вагонов в режиме взвешивания в движении

Металлургическая промышленность характеризуется исключительно большими объемами как входящих/исходящих грузов, так и грузов, перемещаемых внутри предприятия. Это требует создания высокопроизводительных автоматических систем весоизмерения, основанных на взвешивании вагонов и составов в целом в движении.
Взвешивание в движении, так же как и статическое взвешивание, может осуществляться повагонно (на полной длине), потележечно или поосно. Наибольшее распространение получило потележечное взвешивание в движении, при исключении применения этого типа взвешивания для грузов с вязкостью менее 60 мм2/с. Это обусловлено рядом причин:

• потележечное взвешивание принципиально точнее, чем поосное, так как устраняет влияние перераспределения осевых нагрузок непосредственно в процессе взвешивания имеющимися в тележке вагона механизмами – балками и пружинами. При потележечном взвешивании все оси тележки находятся на весах, и неважно, как усилия распределены между ними. Это подтверждено экпериментальными данными, полученными еще в 80-х годах прошлого века. Так среднеквадратичное отклонение (в % от измеренной массы) при потележечным взвешиванием четырехосных вагонов в составе меньше для потележечного взвешивания в 1,7 раза по сравнению с поосным взвешиванием;
• объем строительно-монтажных работ существенно ниже, чем при взвешивании на полной длине вследствие существенно меньшей длины участка взвешивания;
• возможность взвешивания более широкой номенклатуры вагонов с разной базой и осностью на грузоприемной платформе конкретной длины, по сравнению с реализацией повагонного взвешивания;
• меньшие требования для потележечного взвешивания к обеспечению бесстыкового наезда и строгой горизонтальности подъездных путей на длине взвешиваемого состава по сравнению с поосным взвешиванием.

Для потележечного взвешивания в движении применяются все рассмотренные типы конструкций весов, с учетом преимуществ и ограничений каждого типа конструкции для каждого конкретного применения. Класс точности при потележечном взвешивании по ГОСТ 30414 редко превышает 0,5 для потележечного взвешивания, что ограничивает применение взвешивания в движении учетными операциями на стыке технологических этапов металлургического производства, технологическими операциями и коммерческим взвешиванием малоценных грузов.
Взвешивание в движении характеризуется значительными трудностями, вызванными динамическими помехами, воспринимаемыми тензодатчиками и передаваемыми на весовой контроллер (в некоторых случаев роль весового контроллера выполняет персональный компьютер). Амплитуда помехи может достигать 10% от постоянной составляющей пропорциональной массе вагона.

Динамические помехи имеют три основные составляющие:

• вызванную колебаниями системы вагон — весы;
• вызванную влиянием одного вагона на соседний через автосцепку;
• вызванную неровностями пути, овальностью колес, колебаниями шпальной решетки и т.д.

Все виды помех должны быть отфильтрованы весовым контроллером, а после фильтрации определена масса вагона. Наибольшую сложность представляет фильтрация колебаний, которые вызваны колебаниями системы вагон – весы. Сложность фильтрации обусловлена тем, что частота помехи лежит в диапазоне 3…10 Гц. Помеха носит фактически периодический характер. Таким образом, для надежной фильтрации этой помехи, а следовательно получения минимальной погрешности измерений, необходимо достаточное время нахождения обособленной тележки на весовом участке, а это заставляет резко снижать допустимую скорость проезда вагона или увеличивать длину весового участка. Например (простейший случай взвешивания полностью обособленного вагона), при взвешивании четырехосной тележки вагона (расстояние между центрами крайних колес тележки 5,05 м) на скорости взвешивания в 2,7 м/с (10 км/час) длина участка взвешивания с учетом частоты помехи в 3 Гц должна быть как минимум на метр больше расстояния между центрами колес, (что соответствует времени нахождения тележки на весовом участке около 0,3 с). Этот вывод можно распространить и на тележки другой осности. Уменьшение времени взвешивания (увеличение скорости проезда) неизбежно приводит к ухудшению метрологических показателей до класса хуже 2,0 по ГОСТ 30414 вне зависимости от конструкции весов и применяемых алгоритмов фильтрации.
Фильтрация помехи реализуется путем интегрирования в весовой контроллер различных алгоритмов цифровой фильтрации. Понятно, что выбранный алгоритм фильтрации будет существенным образом влиять на погрешность весоизмерения.
Выбор длины грузоприемной платформы при потележечном взвешивании в движении представляет собой сложную задачу, обусловленную следующими факторами:

• наличием большого разнообразия геометрических размеров вагонов;
• необходимостью обеспечить требуемое время взвешивания;
• необходимостью идентификации подвижного состава по сигналам с тензодатчиков с целью автоматизации процесса взвешивания.

Совокупность этих факторов не позволяет решить задачу автоматического потележечного взвешивания в движении для всей номенклатуры вагонов без использования комплекта путевых датчиков прохождения осей вагона, то есть выбрать длину грузоприемной платформы такой величины, которая обеспечивала бы возможность создания программного алгоритма, надежно идентифицирующего все типы вагонов и локомотивов с последующим определением веса каждого вагона. Во многих случаях потележечное взвешивание реализуется только для определенного парка вагонов (как правило, одной осности), а вагоны других типов взвешиваются поосно с естественным увеличением погрешности взвешивания. Это диктует необходимость применения платформ различной длины (при условии, что путевые датчики для решения задачи идентификации вагонов не применяют) и, соответственно, разных алгоритмов идентификации в каждой конкретной точке применения.
Весы для взвешивания в движении также, как и статические, могут быть выполнены с определением смещения центра тяжести груза в проекции на горизонтальную плоскость.
Можно сформулировать общие условия наибольшей целесообразности применения взвешивания в движении:

• большой грузопоток;
• отсутствие коммерческого взвешивания в месте установки весов, либо коммерческое взвешивание малоценных грузов;
• отсутствие необходимости взвешивания жидкостей с вязкостью менее 60 мм2/с (взвешивание возможно на полной длине на универсальных весах).