По разным оценкам от 15 до 20% объема транспортировки нефте-продуктов и сжиженного газа приходится на долю железнодорожного транспорта. Путь перевозимого железнодорожным транспортом груза начинается с его взвешивания, являющегося, с одной стороны, частью системы учета отгружаемой продукции любого предприятия, а с другой стороны, требованием безопасности перевозок железнодорожным транспортом.
Объемы отгрузки нефтепродуктов и сжиженного газа таковы, что чаще всего для определения их массы применяют взвешивание в движении. При движении груженых нефтепродуктами и сжиженным газом железнодорожных цистерн вследствие действия вертикальных и горизонтальных переменных во времени возмущающих сил имеет место колебательное движение перевозимого в котлах цистерн груза. Из-за колебательного движения жидкости происходит постоянное перераспределение массы, приходящейся на оси и колеса цистерны. По этой причине алгоритмы взвешивания таких цистерн в движении с приемлемой точностью оказываются существенно сложнее, чем для вагонов с твердыми, сыпучими и жидкими грузами с высокой вязкостью.
Одним из перспективных инструментов взвешивания железнодорожных вагонов являются выпускающиеся на протяжении почти 10 лет вагонные весы рельсового типа ВД-30 разработки ООО «Авитек-Плюс». Особенностью весов рельсового типа является то, что каждое из колес вагона взвешивается индивидуально, на своем рельсовом датчике, входящем в состав измерительного рельса ИР65 на базе обычного железнодорожного рельса.
Практика показывает, что взвешивание нефтепродуктов на весах рельсового типа требует применения большего числа чувствительных элементов, чем в случае вагонов с твердыми и сыпучими грузами, а также использования специальных методов контроля погрешности звешивания вагона в целом и его тележек в отдельности, для минимизации суммарной погрешности взвешивания.
Учитывая перечисленные положения, предлагается осуществлять взвешивание вагонов с нефтепродуктами и сжиженным газом на весах ВД-30, которые имеют не четыре (традиционно), а шесть чувствительных элементов на каждом грузоприемном устройстве, и использовать специальные методы контроля погрешности с целью отсеивания некорректных результатов взвешивания.
На рис. 1 показаны фазы движения четырёхосного вагона-цистерны через весы ВД-30. Датчики весов условно показаны в виде прямоугольников, образующих две группы по три датчика, одна группа – один измерительный рельс одного грузоприёмного устройства. Нумерация тележек вагона (1, 2) приводится на рис. 1 для фазы A.
При обработке результатов предполагается, что они подчиняются нормальному закону распределения. Также при выводе расчетных зависимостей считается, что в неподвижном состоянии части массы вагона, приходящиеся на каждую из тележек, равны, что можно считать вполне справедливым в случае перевозки жидких грузов.
Для всех предварительных результатов взвешивания (для всех фаз взвешивания) имеем:
- расчет средних значений: M1' = ? (M11 + M12 + M13 + M14) – для тележки 1, (1)
- расчет СКО: ?M1' = ? (M11, M12, M13, M14) – для тележки 1, (4).
- расчет средних значений: M1" = ? (M13 + M14) – для тележки 1, (7)
- расчет СКО: ?M1" = ? (M13, M14) – для тележки 1, (10)
M2' = ? (M21 + M22 + M23 + M24) – для тележки 2, (2)
M' = M1' + M2' – для вагона; (3).
?M2' = ? (M21, M22, M23, M24) – для тележки 2, (5).
?M' = ? (M11 + M23, M12 + M24, M13 + M21, M14 + M22) – для вагона.
(6)
Для части предварительных результатов взвешивания (для фаз взвешивания C и D, когда вагон полностью находится в пределах весов):
M2" = ? (M21 + M22) – для тележки 2, (8)
M" = M1" + M2" – для вагона; (9)
?M2" = ? (M21, M22) – для тележки 2, (11)
?M" = ? (M13 + M21, M14 + M22) – для вагона. (12)
Расчет СКО ?X для N значений Xi, имеющих среднее Xср, выполняется по общеизвестной формуле:
?X = [? (Xi – Xср)2 / (N – 1)]?.
Окончательные результаты взвешивания находятся путем сравнения СКО, полученных по формулам (4) – (6) и (10) – (12) с предельными значениями [dт] (для тележки) и [dв] (для вагона), приведенными ниже.
Для масс, приходящихся на тележки вагона:если выполняется условие:
?M1' ? [dт] и ?M2' ? [dт],
то в качестве масс принимаются значения M1' и M2', рассчитанные по формулам (1) и (2),иначе, если выполняется условие:
?M1" ? [dт] и ?M2" ? [dт],
в качестве масс, приходящихся на тележки вагона, принимаются значения M1" и M2", вычисленные по формулам (7) и (8), иначе результаты взвешивания бракуются.
Для массы вагона.
Если выполняется условие:
?M' ? [dв],
то в качестве массы вагона принимается значение M', формула (3), иначе, если выполняется условие:
?M" ? [dв],
в качестве массы вагона, принимается значение M", формула (9), иначе результат взвешивания бракуется.
Предельные значения для СКО масс [d] определяются на основе предельно допускаемых погрешностей для взвешивания вагона по ГОСТ
30414 «Весы для взвешивания транспортных средств в движении» [dв ГОСТ] и с учетом того, что, во-первых, СКО масс выражают случайную составляющую погрешности взвешивания ?R, и, во-вторых, случайная компонента погрешности составляет 2/3 суммарной погрешности ?, а остальное приходится на долю систематической компоненты погрешности ?S.
Таким образом, для составляющих погрешностей взвешивания справедливы выражения:? = ?S + ?R, ?R = ? ?, ?S = ? ?.
Требования ГОСТ 30414 состоят в том, чтобы погрешность взвешивания вагонов ? не превышала соответствующего, зависящего от массы вагона, предельно допускаемого значения [dв ГОСТ].
Учитывая то, что СКО масс ?M отражает случайную составляющую их определения, условие достоверности взвешивания вагона записывается в виде:?M ? ? [dв ГОСТ] или
?M ? [dв] при обозначении [dв] = ? [dв ГОСТ].
Таким образом, предельное значение для вагона [dв] рассчитывается по формуле:
[dв] = ? [dв ГОСТ],
а предельное значение для тележки [dт] –
[dт] = ? [dв].
Например, для вагона массой 90 т предельно допускаемая погрешность для весов, имеющих класс точности 0.5, согласно ГОСТ 30414 равна 500 кг. Тогда,
[dв] = 333 кг,
[dт] = 167 кг.
Выводы
Таким образом, предлагается способ взвешивания в движении цистерн с нефтепродуктами и сжиженным газом на весах рельсового типа ВД-30 производства ООО «Авитек-Плюс», отличающийся тем, что кроме получения массы вагона и его тележек, дается оценка достоверности результатов взвешивания, что позволяет отбраковывать показания весов, имеющие сверхнормативную погрешность. Предлагаемый алгоритм прошел апробацию, показал положительные стороны и эксплуатируется в составе программного обеспечения вагонных весов ВД-30-2-12, установленных на ряде предприятий, специализирующихся на производстве различных нефтепродуктов и сжиженных газов.
Ямпольский Дмитрий Анатольевичканд. техн. наук, директор по научной работе, dyamp@yandex.ru