液体货物罐车载货容积标识装置

1.一种液体货物罐车载货容积标识装置，其特征在于：该装置具有一根固定在罐体（1）上的导向管（2），所述导向管（2）的上端伸出罐体（1）的顶部与法兰盘（4）相连，所述导向管（2）的下端伸入罐体（1）的内腔与节流板（13）相连；所述法兰盘（4）上设置有容积刻度盘（7），所述容积刻度盘（7）上设置有转动轴（9），所述转动轴（9）上固定连接有刻度指针（5）；所述导向管（2）中设置有浮球（12），所述浮球（12）的上方设置有顶杆（3），所述顶杆（3）的上端通过传动机构与转动轴（9）相连，从而将浮球（12）的浮动高度变化值转换为刻度指针（5）的转动角度值，并通过容积刻度盘（7）直观标识出来；其中，
所述传动机构包括一根其杆身与转动轴（9）固定连接的杠杆（10），所述杠杆（10）的一端设置有滑槽（10.1），所述顶杆（3）的上端通过销轴（11）滑动铰接在滑槽（10.1）中。
2.根据权利要求1所述的液体货物罐车载货容积标识装置，其特征在于：所述杠杆（10）的另一端设置有平衡砝码（8）。
3.根据权利要求1或2所述的液体货物罐车载货容积标识装置，其特征在于：所述法兰盘（4）上设置有用于罩住所有外露部件的透明防护罩（6），所述转动轴（9）的两端支承在透明防护罩（6）的两侧壁上。
4.根据权利要求1或2所述的液体货物罐车载货容积标识装置，其特征在于：所述浮球（12）与顶杆（3）的下端固定连接。
5.根据权利要求3所述的液体货物罐车载货容积标识装置，其特征在于：所述浮球（12）与顶杆（3）的下端固定连接。

液体货物罐车载货容积标识装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及装运液体介质的铁路或公路罐车，具体地指一种液体货物罐车载货容积标识装置。\n背景技术\n[0002] 对于装运柴油、汽油、原油、食用油等液态介质货物的铁路罐车而言，装载容量(重量和容积)和空容积对运输和车辆运行安全有十分重要的影响。如果车辆超载或空容积过大，会增大列车冲击和车辆载荷，造成车辆部件因强度不足发生裂损或断裂，严重时会导致车辆脱轨事故。因此，《铁路危险货物运输管理规则》第八十四条规定：“铁路罐车充装非液化气体类的危险货物，罐体有效容积的膨胀余量上限为5%，下限为20%”，即铁路罐车装载液态介质货物时，其实际装载的有效容积应在总容积的80～95%之间，空容积应在\n5～20%之间。\n[0003] 目前，装运液体货物的铁路罐车一般都是利用装载货物的液面高度来标识装载量和预留空容积。通常是在罐体顶部人孔处安装一个具有刻度线的容积标尺，当货物液面达到刻度线高度时，刻度线所对应的容积值即为罐体装载的货物容积。通常容积标尺有两种类型，第一种容积标尺标示当货物液面达到其下平面时，表明罐体装载货物的容积达到了规定的最大有效容积。第二种容积标尺标示当货物液面达到刻度线高度时，表明罐体装载货物的容积为刻度线所对应的容积值。总的来说，现有技术存在着以下三点不足：\n[0004] 其一、由于容积标尺安装在罐体内，观测时观测人员需爬上罐体顶部，并且开启人孔密封盖，因此，观测人员作业安全性差，劳动强度大。\n[0005] 其二、由于人孔又是罐体装载时的进货口，因此，在观测容积标尺时需停止装载作业，同时还需要地面和罐体顶部人员进行对接配合，从而延长了罐体装载作业时间，降低了加载效率。\n[0006] 其三、由观测人员在罐体顶部人孔处观测容积标尺时，只能斜视容积标尺的刻度线和货物液面高度，同时，加载时由于货物流动冲击，货物液面在不断高低起伏。因此，观测结果误差大，对罐体装置货物容积和空容积不能有效监控，很容易超载和欠载，直接影响到铁路运输安全和经济效益。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的就是要提供一种既能够准确识别装载容积、又能够提高装载作业效率、还能够确保观测人员安全的液体货物罐车载货容积标识装置。\n[0008] 为实现上述目的，本发明所设计的液体货物罐车载货容积标识装置，具有一根固定在罐体上的导向管，所述导向管的上端伸出罐体的顶部与法兰盘相连，所述导向管的下端伸入罐体的内腔与节流板相连；所述法兰盘上设置有容积刻度盘，所述容积刻度盘上设置有转动轴，所述转动轴上固定连接有刻度指针；所述导向管中设置有浮球，所述浮球的上方设置有顶杆，所述顶杆的上端通过传动机构与转动轴相连，从而将浮球的浮动高度变化值转换为刻度指针的转动角度值，并通过容积刻度盘直观标识出来。\n[0009] 作为优选方案之一，所述传动机构包括一根其杆身与转动轴固定连接的杠杆，所述杠杆的一端设置有滑槽，所述顶杆的上端通过销轴滑动铰接在滑槽中。\n[0010] 进一步地，所述杠杆的另一端设置有平衡砝码。\n[0011] 作为优选方案之二，所述传动机构包括一个固定安装在转动轴上的齿轮，所述顶杆的上端开设有齿条，所述齿轮与齿条形成一对啮合配合的传动副。\n[0012] 进一步地，所述齿轮为重量偏心结构的齿轮，以转动轴为中心，其重心位于与齿条相对的另一侧。\n[0013] 再进一步地，所述法兰盘上设置有用于罩住所有外露部件的透明防护罩，所述转动轴的两端支承在透明防护罩的两侧壁上。\n[0014] 更进一步地，所述浮球与顶杆的下端固定连接。\n[0015] 本发明的工作原理是这样的：当罐体的货物液面高度达到与浮球接触时，液体货物对浮球产生浮力；当货物液面高度升高时，在浮力作用下，浮球随着液体货物向上运动，从而带着顶杆通过传动机构驱动转动轴旋转，转动轴又带着刻度指针一起转动，这样就将货物液面的高度值转化为刻度指针的摆动角度，刻度指针摆动后所指示在容积刻度盘上的容积刻度值，即为罐体内装载液体货物的容积。\n[0016] 本发明的优点主要体现如下几方面：\n[0017] 其一，本发明可在罐体外部直接观测罐体装载液体货物的容积，不需作业人员登上罐体顶部或开启人孔盖，从而可提高安全性，减轻作业劳动强度。\n[0018] 其二，本发明可一个人同时进行装载作业和罐体装载液体货物容积观测，即在观测罐体装载液体货物容积时不需罐体顶部和地面作业对接配合，也不需停止罐体的装载作业，从而可缩短罐体装载作业时间，提高作业效率。\n[0019] 其三，本发明可直接从容积刻度盘上读出罐体装载货物的容积，显示的数据可避免因货物流动冲击引起液面高低起伏及观测人员视角误差而带来的偏差，从而可提高罐体装载液体货物容积的观测准确性。\n[0020] 其四，本发明适应性广，不仅可以用在铁路液体罐车上，也可以用在公路液体罐车、船舶液体储存仓、大型液体储存容器等众多场合。\n附图说明\n[0021] 图1为本发明的液体货物罐车载货容积标识装置在铁路罐车上的安装位置示意图。\n[0022] 图2为本发明实施例1的结构示意图。\n[0023] 图3为实施例1中浮球与顶杆的受力分析图。\n[0024] 图4为实施例1的工作原理图。\n[0025] 图5为实施例1的相关变量的关系示意图。\n[0026] 图6为实施例1中刻度指针的偏转示意图。\n[0027] 图7为本发明实施例2的结构示意图。\n[0028] 图8为实施例2的工作原理图。\n具体实施方式\n[0029] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：\n[0030] 本发明的液体货物罐车载货容积标识装置，包括导向管2、顶杆3、法兰盘4、刻度指针5、透明防护罩6、容积刻度盘7、转动轴9、传动机构、浮球12和节流板13。\n[0031] 参见图1，液体货物罐车载货容积标识装置固定于铁路罐车的罐体1上，且其中一部分在罐体1内，另一部分在罐体1顶外。液体货物罐车载货容积标识装置的旁边是人孔\n15。\n[0032] 实施例1\n[0033] 参见图2，焊接固定在罐体1上的导向管2的上端伸出罐体1的顶部与法兰盘4相连，导向管2的下端伸入罐体1的内腔与节流板13相连。所述法兰盘4上设置有容积刻度盘7，所述转动轴9设置于容积刻度盘7上，容积刻度盘7上每个容积刻度值根据罐体1尺寸和货物液面高度计算得出，所述刻度指针5固定连接于转动轴9上，所述浮球12设置于导向管2中，所述顶杆3设置于浮球12的上方，所述节流板13用于缓冲罐体1内液体货物冲击和当浮球12未与液体货物接触时支承浮球12，节流板13上设有小孔以使液体货物流进导线管2内托起浮球12，在本实施例中，导向管2为钢管；所述浮球12与顶杆3的下端固定连接。\n[0034] 所述顶杆3的上端通过传动机构与转动轴9相连，从而将浮球12的浮动高度变化值转换为刻度指针5的转动角度值，并通过容积刻度盘7直观标识出来，刻度指针5初始位置和罐体1初始装载容积由预先设定浮球12与货物液面接触的高度来确定，在本实施例中，所述传动机构为杠杆传动机构，它包括一根其杆身与转动轴9固定连接的杠杆10，所述杠杆10的一端设置有滑槽10.1，所述顶杆3的上端通过销轴11滑动铰接在滑槽10.1中。\n所述杠杆10的另一端固定有平衡砝码8，平衡砝码8的重量可调整，使杠杆10两端在浮球\n12未与液体货物接触时的力臂保持平衡。\n[0035] 所述透明防护罩6设于法兰盘4上，用于罩住所有外露部件，所述转动轴9的两端支承在透明防护罩6的两侧壁上。\n[0036] 参见图3至图6，浮球12与液体货物未接触时，其重量由节流板13支承，预先设定初始的浮球12底面与罐体1的内顶面高差为H0，当液体货物液面高度达到浮球12初始的位置时，浮球12与液体货物接触，浮球12和顶杆3受到液体货物向上的浮力F，将浮球12和顶杆3作为一体，其受力关系式如下所示：\n[0037] F=3.14×h2×(SR-1/3×h)×d\n[0038] 式中：\n[0039] h-浮球12沉入液体货物深度，\n[0040] SR-浮球12半径，\n[0041] d-液体货物比重。\n[0042] 在图3中，W代表浮球12与顶杆3重量之和，P代表杠杆10反力，其通过调整砝码\n8重量来实现，其中，P＜W。浮球12和顶杆3所受的合力为F-W+P。当F-W+P＞0时，浮球\n12和顶杆3驱动杠杆10上行；当F-W+P≤0时，浮球12和顶杆3驱动杠杆10下行，返回初始位置。而杠杆10又通过转动轴9带动刻度指针5摆动，刻度指针5摆动后所指示的容积刻度值，即为液体货物与罐体1的内顶面高差为(H0-H1)时罐体内装载液体货物的容积。\n[0043] 在图4至图6中，当浮球12和顶杆3向上运动距离为H1时，杠杆10转动角度为A，两者关系如下式：\n[0044] \n[0045] L1-杠杆10初始位置转动力臂长度；\n[0046] L2-杠杆10转动A角度后的转动力臂长度；\n[0047] 当罐体1的货物液面高度达到浮球12初始高度时，液体货物对浮球12产生浮力；\n当货物液面高度升高时，在浮力作用下，浮球12随着液体货物向上运动，从而带着顶杆3驱动杠杆10转动；杠杆10转动时，带着转动轴9转动，转动轴9又带着刻度指针5一起转动，这样就将货物液面的高度值转化为刻度指针5的摆动角度，刻度指针5摆动后所指示的容积刻度值，即为罐体1内装载液体货物的容积。\n[0048] 实施例2\n[0049] 参见图7，实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例中，所述传动机构为齿轮传动机构，包括齿轮14，所述齿轮14固定安装在转动轴9上，顶杆3的上端开设有齿条3.1，所述齿轮14与齿条3.1形成一对啮合配合的传动副，在最优实施例中，所述齿轮\n14为重量偏心结构的齿轮，以转动轴9为中心，其重心位于与齿条3.1相对的另一侧，并可调整，以保证齿轮14在浮球12未与液体货物接触时转动力矩保持平衡。\n[0050] 再参见图3，此时W仍代表浮球12与顶杆3重量之和，P代表齿轮14反力，其通过调整齿轮14重量偏心位置来实现。其中，P＜W。浮球12和顶杆3所受的合力为F-W+P。\n当F-W+P＞0时，浮球12和顶杆3上的齿条3.1驱动齿轮14顺时针转动；当F-W+P≤0时，浮球12和顶杆3上的齿条3.1驱动齿轮14逆时针转动，返回初始位置。而齿轮14又通过转动轴9带动刻度指针5摆动，刻度指针5摆动后所指示的容积刻度值，即为液体货物与罐体1的内顶面高差为(H0-H1)时罐体内装载液体货物的容积。\n[0051] 参见图8，当浮球12和顶杆3向上运动距离为H1时，齿轮14转动角度为A，两者关系如下式：\n[0052] \n[0053] m-齿轮14的模数，Z-齿轮14的齿数；\n[0054] 当罐体1的货物液面高度达到浮球12初始高度时，液体货物对浮球12产生浮力；\n当货物液面高度升高时，在浮力作用下，浮球12随着液体货物向上运动，从而带着顶杆3驱动齿轮14转动；齿轮14转动时，带着转动轴9转动，转动轴9又带着刻度指针5一起转动，这样就将货物液面的高度值转化为刻度指针5的摆动角度，刻度指针5摆动后所指示的容积刻度值，即为罐体1内装载液体货物的容积。