УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА РЕЛЬСОВ Российский патент 2003 года по МПК G01B5/14 G01B5/02 E01B35/00 

Предлагаемое техническое решение относится к области железнодорожного транспорта и предназначается для оценки и прогнозирования эксплуатационного ресурса работы рельсов в пути.

Известна конструкция устройства для измерения износа рельсов (С.А. Линев. Результаты эксплуатационных испытаний опытных рельсов. Тр. ВНИИЖТа. Вып. 314. М., Транспорт, 1955, стр.22-24, рис.2), содержащая средства измерения, закрепленные на металлической плоской скобе, состоящей из горизонтального среднего участка и жестко соединенных с ним двух стоек по концам, предназначенных для взаимодействия с подошвой измеряемого рельса через один горизонтальный и два вертикальных упора, установленных в плоскости скобы.

Устройство обладает тремя серьезными недостатками.

Во-первых, расположение всех его упоров в одной плоскости не исключает возможности его установки на измеряемый рельс не строго перпендикулярно его оси, а с некоторым разворотом в плане или с наклоном плоскости скобы по вертикали. Точность измерения здесь зависит от глазомера и аккуратности оператора, устанавливающего прибор на рельс.

Во-вторых, горизонтальный упор в подошву рельса обеспечивается только с одной стороны и не исключается возможность сдвижки прибора в направлении навстречу к этому упору. Указанные недостатки снижают точность измерений и объективность результатов.

В-третьих, при снятии отсчетов оператор вынужден одновременно держать скобу в нужном положении. Записи отсчетов в журнал должны производиться либо вторым лицом, либо тем же оператором по памяти после снятия прибора с контрольного сечения. Таким образом, отсутствие какого-либо механического фиксатора, обеспечивающего неподвижное положение прибора на рельсе в момент снятия и записи отсчетов почти вдвое, завышает трудоемкость процесса измерений.

Известна конструкция устройства для измерения износа рельсов (Исследование рельсов и стыковых скреплений. Тр. ВНИИЖТа, вы.111. М., Трансжелдориздат. 1955, стр.94, рис.61), содержащая средства измерения, закрепленные на плоской металлической скобе, состоящей из горизонтального среднего участка и жестко соединенных с ним двух стоек по концам, предназначенных для взаимодействия с подошвой измеряемого рельса через горизонтальные и вертикальные упоры, расположенные как в плоскости скобы, так и по обе стороны этой плоскости.

Устройство не обладает первым из вышеназванных недостатков, т.к. упоры в нем разнесены по разные стороны плоскости скобы, но другие два недостатка аналога свойственны и данной конструкции.

В частности, недостаток ее заключается в том, что в ней горизонтальный упор скобы в подошву рельса обеспечивается только с одной стороны, и если по вине оператора во время снятия отсчета этот упор не будет плотно прижат к боковой плоскости подошвы, замер будет иметь погрешность.

Второй недостаток заключается в отсутствии какого-либо механического фиксатора, обеспечивающего необходимое положение устройства на рельсе во время снятия отсчетов. В качестве такого фиксатора служит рука оператора, что увеличивает трудоемкость каждого измерения.

Негативное влияние этих недостатков на точность и трудоемкость измерений особенно остро проявляется во время массовых замеров, когда в течение рабочего дня операторам приходится последовательно промерять несколько десятков контролируемых сечений рельсов.

Последнее из описанных устройств наиболее близко по конструкции к предлагаемому техническому решению.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности и снижения трудоемкости измерений износа рельсов.

Задача решается за счет того, что в устройстве для измерения износа рельсов, содержащем средства измерения, закрепленные на плоской металлической скобе, состоящей из горизонтального среднего участка и жестко соединенных с ним двух стоек по его концам, предназначенных для взаимодействия с подошвой измеряемого рельса через горизонтальные и вертикальные упоры, расположенные как в плоскости скобы, так и по обе стороны этой плоскости, во встречном направлении к двум горизонтальным упорам, расположенным на одной стойке, установлен горизонтальный упор на второй стойке в плоскости скобы, расстояние У между концами противоположно направленных упоров, измеренное в этой плоскости, равно
У=В-Д-1, мм
а момент инерции I поперечного сечения скобы выполнен в соответствии с соотношением

где В - ширина подошвы измеряемого рельса, мм;
Д- минусовый допуск на размер ширины подошвы рельса, мм;
Е - модуль продольной упругости материала скобы, МПа.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется с помощью чертежей:
фиг.1 - общий вид устройства на измеряемом рельсе;
фиг.2 - эпюра изгибающих моментов от единичных сил;
фиг.3 - опытный образец устройства.

На фиг. 1 показано, что предлагаемое устройство содержит средства 1 и 2 для измерения соответственно вертикального и горизонтального износа головки 3 рельса 4, закрепленные на плоской металлической скобе 5, состоящей из горизонтального среднего участка 6 и жестко соединенных с ним двух стоек 7 и 8 по его концам, предназначенных для взаимодействия с подошвой 9 рельса 4 через горизонтальные 10, 11, 12 и вертикальные 13, 14 упоры, расположенные как в плоскости скобы (сама эта плоскость на фиг. не показана, но имеются ввиду горизонтальный упор 12 и вертикальный 14), так и по обе стороны этой плоскости (упоры 10, 11, 13).

От прототипа данную конструкцию отличает то, что в ней против горизонтальных упоров 10 и 11, расположенных на стойке 7 по разные стороны плоскости скобы, установлен упор 12 на противоположной стойке 8, который направлен навстречу упорам 10 и 11.

Расстояние между концами противоположно направленных упоров (с одной стороны, 10 и 11, с другой стороны 12), измеренное в плоскости скобы У, меньше ширины В подошвы рельса, изготовленного даже с минусовым допуском Д по данному размеру. Эта разность должна составлять не менее 1 мм, т.е.

У=В-Д-1 (1)
При установке прибора на рельс эта разность компенсируется за счет упругой деформации скобы, а возникающие при этом силы упругости сдавливают с двух сторон подошву рельса, обеспечивая прибору устойчивость на время снятия и записи отсчетов.

Устройство работает следующим образом.

Оператор устанавливает скобу над контролируемым сечением и легким нажатием на нее сверху вниз добивается, чтобы упоры 10, 11, 12, имеющие закругленные концы, скользнув по верхним боковым кромкам подошвы 9 рельса 4, выполненным также с круговыми сопряжениями, опустились до уровня боковых граней подошвы 9. При существующей разности размеров ширины подошвы рельса и расстояний между концами горизонтальных упоров 11 и 12 такое положение возможно только при условии упругого расширения скобы. Таким образом, подошва 9 оказывается неподвижно зажатой между горизонтальными упорами 10, 11 и 12. Когда скоба опустится настолько, что все 3 вертикальных упора 13, 14 (третий упор не виден) обопрутся о верхнюю грань подошвы 9 рельса 4, устройство займет на рельсе вполне устойчивое положение. Руки оператора освобождаются и он заносит показания каждого прибора непосредственно в журнал наблюдений.

Практика показала, что для удержания прибора на рельсе за счет сил упругости не требуется больших усилий.

Достаточно, чтобы сила сжатия подошвы достигала не менее N=10 ньютонов. Для того чтобы определить, чему должен быть равен момент инерции сечения скобы, обеспечивающий указанную силу при деформации скобы в уровне горизонтальных упоров не более δ_min = 1 мм, была построена эпюра изгибающих моментов от единичных сил (см. фиг.2) и произведен расчет по формуле Верещагина сначала самой деформации от единичной силы Р_о=1

а затем и минимального момента инерции, обеспечивающего требуемое усилие N=10H при деформации δ=1 мм

С некоторым запасом для результата округляем числовой коэффициент в выражении (3) в большую сторону. Округление приведет к незначительному завышению I_min на 5,5%, зато мы получаем выражение более удобного вида

где В - ширина подошвы измеряемого рельса, мм;
Е - модуль продольной упругости материала скобы, МПа;
I - момент инерции поперечного сечения скобы, мм⁴.

Предлагаемая конструкция и зависимость (4) прошли экспериментальную проверку на опытном образце, фиг.3. Проверка показала, что усилия сжатия подошвы рельса оказались достаточными для обеспечения неподвижного положения устройства на замеряемых сечениях. С другой стороны, эти усилия не препятствовали свободной установке и снятия прибора при его перестановке с одного контролируемого сечения на другое.

Нам неизвестна конструкция устройства для измерения износов рельсов в виде скобы, в котором для обеспечения стабильного положения прибора на рельсе использовались бы силы упругой деформации самой скобы.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит средства 1, 2 измерения со скобой 5 для установки устройства на измеряемом рельсе 4. Скоба 5 имеет горизонтальные упоры 10, 11, 12, направленные навстречу друг к другу и обеспечивающие неподвижное положение устройства относительно измеряемого рельса за счет сил упругой деформации самой скобы. Расстояние У между концами упоров 10, 11 и 12 и момент инерции I поперечного сечения скобы 5 определяются из соотношений
У=В-Д-1, мм,

где В - ширина подошвы измеряемого рельса, мм; Д - минусовый допуск на размер ширины подошвы рельса, мм; Е - модуль продольной упругости материала скобы, МПа. Технический результат: уменьшение трудоемкости измерений. 3 ил.

Устройство для измерения износа рельсов, содержащее средства измерения, закрепленные на плоской металлической скобе, состоящей из горизонтального среднего участка и жестко соединенных с ним двух стоек по его концам, предназначенных для взаимодействия с подошвой измеряемого рельса через горизонтальные и вертикальные упоры, расположенные как в плоскости скобы, так и по обе стороны этой плоскости, отличающееся тем, что в нем во встречном направлении двум горизонтальным упорам, расположенным на одной стойке, установлен горизонтальный упор на второй стойке в плоскости скобы, расстояние У между концами противоположно направленных упоров, измеренное в этой плоскости, равно
У= В-Д-1, мм,
а момент инерции I поперечного сечения скобы выполнен в соответствии с соотношением

где В - ширина подошвы измеряемого рельса, мм;
Д - минусовый допуск на размер ширины подошвы рельса, мм;
Е - модуль продольной упругости материала скобы, МПа.