Весовое оборудование современных зерноперерабатывающих предприятий и перегрузочных терминалов является важным звеном их технологической базы, в связи с тем, что от его состояния и исправности, а также технических параметров и точности взвешивания зависит количественная характеристика и учёт операций с поступающими на переработку зерновыми культурами.

В соответствии с правилами технического регламента зернового склада всё поступающее, перемещаемое и отгружаемое предприятиями зерно, также как и продукты его переработки, отходы производства и всякого рода хозяйственные грузы должны взвешиваться. В настоящее время в агропромышленном зерноперерабатывающем комплексе применяются разнообразные типы и системы весов различной грузоподъемности, типоразмеров, большой гаммы модификаций отечественного и зарубежного производства. В предлагаемой статье рассматриваются новые тенденции в развитии современного весового оборудования, обусловленные проблемами и противоречиями, поставленными современным производством.

Автомобильные и вагонные весы относятся к тяжёлым весам. Конструкции грузоприёмных платформ, имеющих значительные размеры, должны воспринимать в процессе взвешивания большие нагрузки от современных грузовых автомобилей с прицепами (в пределах 60-80 т) и железнодорожных вагонов (150-200 т).

Традиционно, существующие конструкции весов для восприятия таких нагрузок своей неотъемлемой частью имеют фундамент, который по стоимости составляет, как правило, до 50 % стоимости весов (например, для вагонных весов эта цифра может находиться в пределах 100-130 тыс. грн.).

Общеизвестно, что стационарные монолитные фундаменты, для вагонных и автомобильных весов трудоёмки в изготовлении и материалоёмки. При их строительстве в связи с соблюдением технологических режимов требуются значительные временные затраты (от двух до четырёх недель). К тому же качественное производство строительных работ не всегда гарантирует защиту от просадки фундамента в зависимости от геологии и специфики местных условий.

В 1998 году впервые в практике «Пульсар-92» на Крюковском щебеночном заводе Южной железной дороги были установлены вагонные весы на фундаменте из сборного железобетона. Некоторое увеличение транспортных расходов (общий вес сборных элементов фундамента и металлических грузоприёмных платформ составлял 26 т) с лихвой окупались существенным сокращением сроков монтажа фундамента и весов до 3 4х рабочих смен. Сборный железобетон обеспечил весам «Пульсар-92» высокую конкурентоспособность, особенно в тех случаях, когда нельзя на длительное время прерывать движение (станции УЗ, предприятия с непрерывным циклом работы).
Тем не менее, в нашей практике неоднократно встречались ситуации, когда имеется действующий путь, но близость подземных вод не позволяет ставить вообще никакой фундамент.

Идея бесфундаментных весов не нова. Приведём цитату из обзорной статьи «Вагонные весы Schenck» за 2002 год: «В конце семидесятых и в течение восьмидесятых годов широкое распространение получила так называемая бесфундаментная конструкция механической части железнодорожных весов. Этот термин хорошо прижился и стал синонимом современности конструкции…. Большим преимуществом весов, устанавливаемых непосредственно на уплотнённое гравийное основание, является удобное и быстрое выполнение монтажных работ, которые можно выполнить в течение нескольких дней, при минимальном выводе железнодорожных путей из эксплуатации. Главный недостаток такого конструктивного решения – необходимость частого выравнивания участка рельсового пути в месте расположения весов, которое осуществляется путём подбивки железнодорожного пути и контроля градировочной характеристики весов».

На аналогичный недостаток (отдадим должное их объективности) обращают внимание и ряд российских фирм, предпринявших попытку создать бесфундаментные весы.
Другими словами, при всей внешней привлекательности бесфундаментных весов их практическое применение осложнилось возникновением погрешности измерений, каким-то образом связанных, по мнению многих, с отсутствием магического фундамента. Заметим, кстати, что в СНИПах (Строительные Нормы и Правила) регламентируются величины просадок фундаментов для различных сооружений, а цифры красноречиво говорят о том, что фундаменты на самом деле не такие уже и магические.

Когда речь заходит о погрешности взвешивания весов необходимо разобраться в глубинных источниках этих погрешностей. По нашему мнению следует остановиться на двух основных моментах.

Момент первый. Принцип действия электронных тензометрических весов раскрывается той цепочкой преобразований, которые происходят от момента накатывания груза на платформу до момента появления цифры на индикаторе отображающего прибора (весопроцессор). Ключевым моментом, естественно, является преобразование силы в электрический сигнал. В датчиках это преобразование происходит в два этапа: вначале сила, действующая на датчик, вызывает деформацию упругого чувствительного элемента, а затем деформация упругого элемента с помощью наклеенных на него тензорезисторов (собственно поэтому весы и называются тензометрическими) приводит к изменению сопротивления тензорезистора. Дальнейшими преобразованиями сигналов датчиков занимаются электронщики, программисты.

Современные тензометрические датчики силы отличаются достаточно высокими метрологическими характеристиками. Суммарная погрешность преобразования силы в электрический сигнал (нелинейность, гистерезис, температурная погрешность и пр.) по паспортным данным фирм-изготовителей не превышает 0,02-0,03 %.
Метрологические характеристики датчиков определяются при помощи испытательного оборудования, в котором датчик устанавливается вертикально, а верхняя и нижняя плита нагружающего устройства имеют инструментальную горизонтальность. Понятно, что для получения высокой точности измерений датчикам необходимо создать такую же «среду обитания» и в весах в процессе их эксплуатации:
1. Ось датчика должна быть строго вертикальной.
2. Элемент платформы, опирающийся на датчик, в процессе взвешивания должен сохранять горизонтальное положение.
3. Поверхность фундамента (закладная деталь), на которую устанавливается датчик, также должна быть горизонтальной.

В реальных условиях эти три «идеальности», когда датчик показывает свои действительные метрологические возможности, выдержать практически невозможно. Деформации платформ и просадки фундаментов, как под нагрузкой, так и во времени, приводят к изменениям условий приложения нагрузок к датчикам в процессе взвешивания. Причина, как это ни странно, лежит в конструкции самих датчиков, широко применяемых в последнее 10-летие в автомобильных и вагонных весах. Наиболее характерные из них – датчики типа С16 фирмы НВМ и RC3 фирмы Flintec (Германия), а также ряд других. Эти датчики отличаются наличием сферических поверхностей большого радиуса на грузоприёмных торцах датчиков.

Из схемы видно, что в ненагруженном состоянии платформа касается датчика в точке, совпадающей с осью симметрии датчика.

При наезде груза на платформу происходит её прогиб на величину f, а опорная поверхность платформы поворачивается на угол:

В этом случае деформированная платформа касается датчика не на оси симметрии (точка касания уходит с «макушки» датчика) и нагрузка прикладывается к датчику с эксцентриситетом. Аналогичная ситуация может сложиться на нижней опоре датчика в случае непараллельной просадки фундамента. Не будем недооценивать реальных величин смещений фундаментов на фоне микроскопических деформаций датчиков силы под нагрузкой.

Фирмы-производители подобных по схеме датчиков ограничивают угол без объяснения причин. А причина есть – увеличение погрешности датчиков и погрешности взвешивания.

Разработанные сотрудниками «Пульсар-92» схемы нагружения датчиков обеспечивают осесимметричное приложение нагрузок, что позволяет сохранить метрологические характеристики датчиков в условиях деформирующихся платформ и, что особенно важно в контексте настоящей статьи, депланирующих фундаментов.

Поставьте датчики в условия, близкие к идеальным, и они порадуют Вас весами высочайшей точности и стабильности измерений.

Второй важный момент в плане дискуссии «фундаментные - бесфундаментные» состоит в следующем.

Грузоприёмные платформы автомобильных и вагонных весов представляют собой прямоугольные четырёхопорные конструкции, которые по определению статически неопределимы относительно распределения нагрузок по опорам-датчикам. В случае жёсткой платформы невозможно обеспечить «прилегание» платформы к датчикам при «неплоской» просадке фундамента.

Сотрудниками «Пульсар-92» разработана эффективная чётырехопорная квазистатическая силовая схема платформы, которая обеспечивает надёжное распределение нагрузок на датчики даже при существенных (но в разумных пределах) просадках одного из датчиков (читай – углов фундамента). Такая конструкция позволяет платформам хорошо приспосабливаться к неровностям площадки под автомобильными весами ВТА-60.3Э, или просадкам фундамента под вагонными весами.
За все годы существования фирмы «Пульсар-92» усилия разработчиков всегда были направлены на достижение главной цели – повышения точности взвешивания. На данном этапе развития весоизмерительной техники средством достижения этой цели стали (приятная неожиданность) схемы, применённые в бесфундаментных весах.

Впервые, разработанные идеи, были реализованы в автомобильных весах ВТА-60.3Э (Э- серия “Эврика”). С 2004 года выпущено более сорока комплектов 3-х платформенных (18 м) и 4-х платформенных (24 м) весов этой серии, которые были приняты Заказчиками без особых психологических трудностей. Весы устанавливаются на ровную площадку с твёрдым покрытием. При отсутствии твёрдого покрытия самоориентирующиеся подпятники весов устанавливаются на 4-х или 5-ти дорожных плитах для 18 или 24-х метровых платформ соответственно.

Производство вагонных весов бесфундаментной схемы ВТВ-1СБ начато в мае 2008 года. Несмотря на общий для всех спад производства, к настоящему времени установлено 14 комплектов весов ВТВ-1СБ.

Весы ВТВ-1СБ поставляются в виде двух грузоприёмных платформ с металлическими рамами. Между платформой и рамой имеются по четыре датчика и средства взаимной фиксации платформы и рамы, которые собраны и отъюстированы в заводских условиях. На месте монтажа весов (у Заказчика) каждая рама устанавливается на обычные ж/б шпалы, которые имеют принижение под платформами на 280 мм относительно шпал основного пути. Такая конструкция прошла техническую экспертизу в УкрГАЖТ`е и согласована в службах пути и сигнализации УЗ для эксплуатации на дорогах УЗ с нагрузкой на ось вагона 25 т при скорости движения по весам до 25 км/час.
Из сказанного выше понятно, что, весы ВТВ-1СБ условно бесфундаментные. Фундамент трансформировался в раму со шпалами. Это позволяет обслуживать весы тем же инструментом и средствами, что и основной путь.

Монтаж весов автомобильных ВТА-60 на подготовленной площадке Заказчика занимает 2 3 часа при наличии крана до 2 т. Установка вагонных ВТВ-1СБ в путь с учётом демонтажа шпальной решётки, принижения шпал под платформами и восстановления рельсового пути через платформы весов составляет 1-2 рабочие смены. В случае необходимости весы ВТА и ВТВ могут быть демонтированы и перенесены на другую площадку без больших капитальных затрат.

Для транспортировки комплекта весов ВТА или ВТВ достаточно бортового автомобиля, например, КАМАЗ. Поскольку груз габаритный, отпадают межобластные согласования перевозки грузов в службах ГАИ.

Аппаратура весов предоставляет Владельцу весов возможность самостоятельно производить калибровку весов (естественно, в присутствии Госповерителя). Для точной настройки весов предусмотрена шкала с е = 1 кг.

Весы обладают функцией дозирования. При загрузке на весах возможно задать дозу, при достижении которой весопроцессор выдаст сигнал на остановку загрузки. Весы определяют продольное и поперечное положение центра тяжести взвешиваемого вагона.

Весопроцессор обеспечивает передачу результатов измерений в компьютер по последовательному интерфейсу обмена. Простой и открытый протокол, поставляемые с весами программные модули для ПК, позволяют легко интегрировать получаемые результаты в систему бухгалтерского учета “1С”.

Весы ВТА-60 и ВТВ-1СБ внесены в Госреестры Украины, России.

К настоящему времени на предприятиях Украины эксплуатируется более 200 вагонных весов и более 140 автомобильных весов.

Считаем, что новые технические решения, примененные в конструкциях весов, выпускаемых «Пульсар-92», имеют положительные отличия и могут быть полезно использованы на всех предприятиях, стоящих перед выбором какие весы лучше выбрать.

Наш 17-летний опыт создания тяжелых весов, - и с монолитными фундаментами, и со сборным железобетоном и, наконец, бесфундаментные весы, - убедил нас: есть фундамент – есть проблемы, нет фундамента – нет проблем.

Волков И.В. - директор торгового дома «ВЕГА»
Григоров Е.В. – исполнительный директор ООО «ПУЛЬСАР-92»
Кравченко -
Паценкер Б.Л. - кандидат технических наук, директор ООО «ПУЛЬСАР-92», лауреат премии Совета Министров СССР
Подгородецкий О.А. -
Шелехова Н.М. – главный метролог ООО «ПУЛЬСАР-92»