Прибор для измерения статических напряжений в рельсах Советский патент 1992 года по МПК E01B35/00 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности для применения в путевом хозяйстве.

Целью изобретения является повышение производительности.

На фиг. 1 показано коническое отверстие, выполненное в шейке рельса, и характер его изменения при действии в рельсовой плети сжимающей и растягивающей статической силы; на фиг. 2 - прибор, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - поперечное сечение полки и стенки разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 6 -вид по стрелке В на фиг. 2; на фиг. 7 - расположение настроечного кольца при настройке прибора.

Прибор для измерения статических напряжений в рельсах бесстыкового пути состоит из вертикальной стенки 1, в горизонтальной прорези которой размещена перпендикулярно стенке t полка 2. В пределах рабочих частей стенка 1 и полка 2 имеют конические грани с конусностью 1:30 (фиг. 2 и 3). Полка и стенка соединены между собой упругой крестовиной 3. выполненной из стали. Крепление полки и стенки к крестовине осуществляется винтами 4. В середине крестовины укреплена ручка 5. На полке с помощью двух кронштейнов б установлен закрепленный винтами 7 корпус индикатора 8 часового типа, который обеспечивает точность измерения линейных перемещений ± 0,01 мм. На стенке установлен регулировочный винт 9., упирающийся в выдвижной стержень 10 индикатора часового типа. Настроечное кольцо-11.

Принцип работы прибора для измерения статических напряжений в рельсах основан на измерении перемещения полки 2

(Л

С

ва&кзаЬ

СО

СО

го

относительно стенки 1 при установке прибора в коническое круглое отверстие, деформированное в результате действия в рельсе статической продольной сжимающей или растягивающей силы. Так, при действии сжимающей силы круглое коническое отверстие сжимается по горизонтальной оси, вследствие этого полка 2 прибора будет вдвинута в отверстие на меньшую величину, чем стенка 1. При этом, чем больше сжимающая сила, тем соответственно больше смещение полки относительно стенки. В случае действия в рельсовых плетях растягивающей статической силы, наоборот, круглое коническое отверстие будет деформировано по горизонтальной оси, в результате этого полка прибора будет вдвинута в отверстие на большую величину, чем стен- ка. При возрастании растягивающей силы соответственно больше будет утоплена полка в коническое отверстие, чем стенка, т.е. больше будет их относительное смещение.

Для обеспечения возможности измерения изменения диаметра отверстия измерением величины внедрения полки в отверстие, отверстие, а также полка и стенка в пределах рабочих граней выполнены коническими с конусностью 1:30. Отверстие в шейке рельса выполняют сверлением с последующей разверткой конической тестированной разверткой.

Точность работы прибора существенно зависит от равенства усилий, с которыми стенка и полка будут установлены в коническом отверстии рельса. Для обеспечения равенства этого усилия, прикладываемого оператором к ручке прибора, стенка и полка соединены между собой упругой крестовиной. Усилие должно быть небольшим, в пределах 20-30 кН (2-3 кг).

Экспериментально установлено, что при изменении продольной силы, действующей на рельс типа Р 65,величину 1 кН (0,1 тс) горизонтальный диаметр конического отверстия номинальной величины 22 мм изменяется на 0,014 мкм, а вертикальный диаметр изменяется на значительно меньшую величину, но обратного знака. Это соответствует факту соотношения поперечных и продольных деформаций растягиваемого стержня (коэффициент Пуассона, меньший единицы).

Для рельсов, имеющих другие площади поперечного сечения, удельные изменения величины горизонтального диаметра круглого отверстия также будут разные. Поэтому для рельсов типа Р 50 и Р 75 градации на часовом индикаторе будут иные, чем для рельсов Р 65.

Для проверки статических напряжений в рельсовых плетях бесстыкового пути предлагаемым прибором необходимо на расстоянии примерно 100-150 м по нейтральной

оси рельсов просверливать сверлом диаметром 19 мм отверстия и развернуть их разверткой (развертка 2373-0084). Отверстие необходимо выполнить при ненагруженном положении рельсов, т.е. при отсутствии статических напряжений в них. Сверление отверстий в рельсах и развертывание их коническими развертками следует делать в рельсосварочных поездах до укладки плетей в путь.

Перед установкой прибора конические отверстия в рельсах на путях должны быть очищены от загрязнителей и протерты концами, смоченными в керосине или другой жидкости.

После этого прибор с усилием 20-30 кН (2-3 кг) вставляют в отверстие и записывают показания индикатора. Операцию повторяют 2-3 раза. Среднее значение измеренных показаний принимают за фактическое напряжение, действующее в данной точке рельсовой плети.

В начале каждого цикла измерений статических напряжений в рельсах на путях должна быть произведена настройка прибора на нуль. В результате настройки стрелка индикатора при нахождении стенки и полки в коническом круглом отверстии (в исходном положении) должна быть на нуле шкалы индикатора. Для этого используют круглую втулку 11 с коническим отверстием диаметром 22 мм и конусностью 1:30(фиг.7).

Проверку положения нуля производят следующим образом. На рабочие конусные

грани стенки и полки надевают круглую втулку с усилием 20-30 кН (2-3 кг) и записывают положение стрелки индикатора. Операцию повторяют 2-3 раза. Среднее показание замеров положений стрелки индикатора соответствует нулю. После этого снимают с прибора втулку и регулировочным винтом 9 стрелку отводят в сторону нуля по шкале на количество делений, равное найденному положению нуля,

Рассмотрим следующий пример работы с прибором. При температуре рельсовой плети типа Р 65, превышающей температуру укладки на At 40°C, в рельсах возникает продольная сжимающая статическая сила, равная N а ЕРД t 0,0000118x210000x0,00829x40 0,822 МН (82,2 тс),

где а 0,0000118 1/град- коэффициент линейного расширения рельсовой стали;

Е 210000 МПа - модуль упругости рельсовой стали при растяжении или сжатии;

F 0,00829 м2 - площадь поперечного сечения рельса типа Р65;

Д t 40°С - повышение температуры рельса по сравнению с температурой укладки.

Продольные статические напряжения в рельсах составят

о

0°оо829 99 МПа (990 кг/см2).

В рассматриваемом случае смещение полки относительно стенки прибора будет равно

Л Мб0 0.822x0.014 „ „„

О -л- гт™ 0,35

1/30

мм

где д0 0,014 мкм/кН 0,014 мм/МН - экспериментально установленное удельное изменение горизонтального диаметра отверстия ( 0 22 мм) в рельсе типа Р 65 при изменении статической силы;

у - 1 /3 - конусность отверстия в шейке рельса и граней рабочих частей стенки и попки прибора.

Цена деления индикатора часового ти- па составляет ± 0,01 мм. Есть основание полагать, что точность всего прибора будет в три раза ниже, т.е. До ± 0,03 мм. Откуда следует, что прибор будет измерять статические усилия и статические напряжения, действующие в рельсах, с точностью

Л-й.-±0. 0,07МН (±7тс);

Д -Ao-g- ±0,03-

0

5

0

5

0

5

0

5

± 8,5 МПа ( ± 85 кгс/см2 ) .

Экспериментальное исследование характера изменения горизонтального диаметра круглого конического отверстия в шейке рельса при изменении продольной статической силы, действующей вдоль рельса, выполнено на 200-тонном гидравлическом прессе с рельсом Р 65. По нейтральной оси рельса просверлено отверстие диаметром 19 мм и развернуто конической разверткой диаметром Qo.22 мм и конусностью 1:30 (см. фиг. 1).

В процессе исследования подтвердился экспериментальный факт изменения горизонтального диаметра круглого отверстия, т.е. диаметра, параллельного продольной оси рельса, при изменении продольной статической силы, действующей на рельс. Так, при действии сжимающей силы круглое отверстие деформируется (сжимается) в эллипс, малая ось которого располагается вдоль продольнойюси рельса (фиг. 1 а). В случае приложения к рельсу растягивающей силы круглое отверстие деформируется (растягивается) в эллипс, у которого вдоль рельса будет расположена большая ось (фиг. 16).

Таким образом, при действии в рельсах продольной сжимающей силы имеет место неравенство

Dc Do,

где DC и Do - соответственно измененный при сжатии рельса горизонтальный диаметр круглого отверстия и диаметр круглого исходного отверстия.

В случае действия в рельсах продольной растягивающей силы справедливо неравенство

Dp D0,

где Dp - измененный при растяжении рельса горизонтальный диаметр круглого отверстия диаметром D0.

«$

4

cv5

I

А-А

1 2

Фиг.Ь

Ъ 4

6-6

Фиг 5

67

ВидЬ

Фиг. 6