Методы определения массы грузов в движении с использованием однокомпонентного тензометрического динамометра

Рассмотрены вопросы повышения точности определения массы грузов в движении. Массу грузов в движении рассчитывают по результатам измерений нестационарной силы с помощью однокомпонентных тензометрических динамометров. Показано, что существующие методы динамического взвешивания обеспечивают измерение нестационарной силы с погрешностью более 10 %. Высокая погрешность измерений силы обусловлена тем, что с увеличением скорости перемещения груза точность измерений динамических нагрузок сильнее зависит от динамических характеристик однокомпонентных тензометрических динамометров. Для повышения точности определения массы требуется разработать новые методы измерения силы, которые устраняют систематическую погрешность, обусловленную собственной динамикой динамометра. Разработаны два метода определения массы груза, движущегося с высокой скоростью по платформе однокомпонентного тензодинамометра. Масса грузов определена в широком диапазоне частот динамометра, включая собственную частоту. Для применения первого метода требуются показания динамометра в окрестности заданного момента времени для вычисления первой и второй производных показаний динамометра по времени и его динамические коэффициенты, полученные в лабораторных условиях. Для применения второго метода необходимо предварительно найти собственную частоту колебаний динамометра с платформой, а затем частоту колебаний платформы с движущимся грузом. Далее полученную при реализации первого или второго метода измерительную информацию используют для расчёта массы груза. Средняя погрешность определения массы первым методом составила 2,8 %, вторым методом – 4,1 %. При больших скоростях перемещения груза погрешность определения массы обоими методами составила около 6 %. Методика определения массы движущегося груза двумя предложенными методами будет полезна при создании весоизмерительных систем, используемых в различных отраслях промышленности, торговли, сельского хозяйства и др.

1. Meymand S. Z., Ahmadian M. Design, development, and calibration of a force-moment measurement system for wheel– rail contact mechanics in roller rigs. Measurement, 81, 113–122 (2016). http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2015.12.012

2. Xiaodi Xu, Shanchao Sun, Liubin Niu, Zaitian Ke, Fei Yang, Xin Xiong. An approach for the estimation of vertical wheel/rail force using dynamic signals. Vehicle System Dynamics, 62(4), 1022–1036 (2024). https://doi.org/10.1080/00423114.2023.2214256

3. Сенянский М. В., Гавриленков С. И. Метод оценки точности автоматических измерений весовых параметров транспортных средств при максимальных скоростях и осевых нагрузках. Приборы, (9(255)), 44–54 (2021). https://www.elibrary.ru/kjjaaq

4. D. L. Beshears, G. J. Capps, J. K. Jordan, J. V. Laforge, J. D. Muhs, R. N. Nodine, M. B. Scudiere, C. P. White. US Patent no. WO 98/40705 (17 September 1998).

5. Burnos P., Gajda J., Sroka R., Wasilewska M., Dolega C. High accuracy weigh-in-motion systems for direct enforcement. Sensors, 21, 8046 (2021). https://doi.org/10.3390/s21238046

6. Socha A., Izydorczyk J. Strain gauge calibration for high speed weight-in-motion station. Sensors, 24, 4845 (2024). https://doi.org/10.3390/s24154845

7. Солнцев К. Е., Рябцев А. Н. Дозаторы и бункерные весы. Приборы, (10(244)), 35–44 (2020). https://www.elibrary.ru/qcqkmu

8. Mee D. J. Dynamic calibration of force balances for impulse hypersonic facilities. Shock Waves, 12, 443–455 (2003). https://doi.org/10.1007/s00193-003-0181-6

9. Quix H., Ann-Katrin Hensch. Dynamic measurements on the NASA CRM model tested in ETW. AIAA 2015-1097. 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, 5–9 January 2015, Kissimmee, Florida. https://doi.org/10.2514/6.2015-1097

10. Dontu A. I., Barsanescu P. D., Andrusca L., Danila N. A. Weigh-in-motion sensors and traffic monitoring systems – Sate of the art and development trends. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 997(1), 012113 (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899X/997/1/012113

11. Gorbushin A. R., Bolshakova A. A. Unsteady axial force measurement by the strain gauge balance. Measurement, 152, 107381 (2020). https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.107381

12. Горбушин А. Р. Способ определения нестационарной силы и устройство для его реализации: пат. RU 2743778 C1. Изобретения. Полезные модели. № 6 (2021).

13. Лойцянский Л. Г., Лурье А. И. Курс теоретической механики. Наука, Москва (1983).

14. Горбушин А. Р. Метод учёта влияния веса модели и веса динамометра на показания тензометрических весов. Учёные записки ЦАГИ, XL(4), 63–70 (2009). https://www.elibrary.ru/KWKFMF

15. Горбачев Н. А., Горбушин А. Р., Крапивина Е. А., Судакова И. А. Применение акселерометров для измерения углов тангажа и крена в аэродинамическом эксперименте. Измерительная техника, (8), 25–28 (2012).

16. Буров В. В., Волобуев В. С., Глазков С. А., Горбушин А. Р., Чумаченко Е. К. Измерительно-вычислительный комплекс трансзвуковой аэродинамической трубы Т-128. Датчики и системы, (5(132)), 20–24 (2010).

17. Анохина Е. Н. и др. Способ определения массы движущегося объекта (варианты): пат. RU 2805536 C1. Изобретения. Полезные модели, № 29 (2023).

18. Анохина Е. Н. и др. Способ определения массы движущегося объекта (варианты): пат. RU 2805127 C1. Изобретения. Полезные модели, № 29 (2023).