СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ БЕСКОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ
DETERMINATION OF ENDLESS CYLINDRICAL SURFACE CURVATURE RADII

Изобретение относится к карьерному железнодорожному транспорту, а именно к способам определения радиуса кривизны цилиндрических поверхностей бесконечной длины, например рабочей поверхности железнодорожного рельса.
В процессе эксплуатации колесо железнодорожного транспорта при качении по рельсу движется со скольжением, вследствие чего в зоне контакта колеса с рельсом трущиеся поверхности подвергаются износу. Рабочий профиль головки рельса вследствие износа изменяется, «уплощается», т.е. становится плоским, и первоначальные радиусы кривизны рабочих поверхностей профиля головки рельса (выкружки) изменяются (как правило, увеличиваются). В результате изменяется геометрический профиль рабочей поверхности рельса, для восстановления которого требуется постоянный контроль (мониторинг) радиусов кривизны цилиндрических поверхностей, образующих геометрический профиль рабочей поверхности железнодорожного рельса.
При движении железнодорожного состава на поверхности рельсов образуется дорожка катания, расположенная на прямолинейных участках примерно симметрично относительно продольной оси рельса, а на криволинейных участках - в области радиуса закругления головки рельса (соответственно - фиг. 1, 2) (Лужнов Ю.М. Нанотрибология сцепления колес с рельсами. Реальность и возможности. М.: Интекст, 2009. 176 с.).
Известен способ определения радиуса кривизны цилиндрической поверхности железнодорожного рельса с помощью прибора для снятия очертаний профиля рельса, заключающийся в том, что на поверхность, подлежащую измерению, устанавливают подвижные игольчатые острые стержни по очертанию измеряемого рельса, после чего игольчатые острия фиксируют, снимают с рельса и очертания снятого профиля переносят на бумагу (Васильев Н.Н., Исаакян О.Н. и др. Профилограф. // в кн. «Технический железнодорожный словарь» - М.: Государств. трансп. жел. дор. изд.-во, 1941). Недостатком данного способа для применения в условиях карьера является то, что не обеспечивает при его применении в условиях карьеров необходимую точность измерения и сопряжен с большими трудозатратами вследствие необходимости изготовления шаблонов и сравнением профиля изношенного рельса с неизношенным.
Известен способ измерения геометрических параметров цилиндрической поверхности детали с помощью накладного прибора для измерения радиуса кривизны цилиндрической поверхности.
Данный способ включает измерение радиуса кривизны с помощью установленной на цилиндрическую поверхность оптической системы (RU 2180428 C2. Накладной прибор для измерения геометрических параметров цилиндрической поверхности крупногабаритных деталей).
Недостатком этого способа является то, что несмотря на высокую точность он предусмотрен для измерения радиусов крупногабаритных деталей и при измерении радиусов кривизны рабочих поверхностей рельсов в условиях карьеров его применение связано со значительными трудностями технического и организационного характера.
Известен также способ определения радиуса кривизны цилиндрической поверхности, заключающийся в том, что по поверхности, подлежащей измерению, устанавливают и перемещают материальное тело в заданном направлении, измеряют мгновенные значения его нормального ускорения и касательной скорости и данные измерения используют для вычисления кривизны путем деления величины нормального ускорения на квадрат значения касательной скорости (Вериго М.Ф., Ромен Ю.С. Способ определения кривизны поверхности. А.с. 379719).
Техническим результатом известного способа является определение радиуса кривизны рабочей поверхности рельса. Это техническое решение принято авторами в качестве прототипа. Недостатком известного способа является необходимость применения сложных электроизмерительных приборов и выполнение математических действий с помощью специального вычислительного устройства.
Техническим результатом предлагаемого способа является определение радиуса кривизны рабочей поверхности рельса, а также снижение трудозатрат при измерении и уменьшение времени для обработки результатов измерения непосредственно в условиях карьера.
Технический результат достигается следующим образом. В способе определения радиуса кривизны цилиндрической поверхности по поверхности, подлежащей измерению, устанавливают и перемещают материальное тело, например измерительный инструмент, и определяют ширину дорожки катания колеса и высоту сегмента, измеренную от хорды, стягивающей дугу окружности контура поверхности дорожки катания, и вычисляют частное от деления суммы квадратов полуширины дорожки катания колеса и высоты сегмента, измеренную от хорды, стягивающей дугу поверхности дорожки катания, на удвоенную высоту сегмента. При этом высоту сегмента измеряют по оси, проходящей по центру дорожки катания колеса перпендикулярно хорде, стягивающей крайние точки дуги поверхности дорожки катания.
На фиг. 1 и фиг. 2 показаны возможное расположение дорожек катания колеса локомотива по поверхности рельса соответственно на прямолинейных и криволинейных участках рельсового пути.
На фиг. 3 показана схема измерения радиуса кривизны рельса при движении на прямолинейных участках рельсового пути, а на фиг. 4 - на кривых участках рельсового пути при гребневом контакте колеса с рельсом.
Обозначения на фигурах 1 и 2: 1 - рельс, 2 - колесо. На фигурах 3 и 4: 3 - сегмент, образованный дугой окружности ACB контура поверхности дорожки катания колеса 2 по рельсу 1 и хордой AB, стягивающей дугу ACB; 4 - ось, проходящая по центру дорожки катания колеса по рельсу перпендикулярно хорде, стягивающей крайние точки дуги ACB (соответственно для прямолинейных и кривых участков рельсового пути).
Способ определения радиуса кривизны цилиндрической поверхности заключается в следующем.
На рабочую поверхность железнодорожного рельса 1, подлежащей измерению, устанавливают измерительный инструмент, который перемещают вдоль рельса, и с определенным шагом измеряют ширину L дорожки катания колеса 2 (фиг. 1, 2) и высоту h сегмента 3, заключенного между дугой ACB цилиндрической поверхности дорожки катания колеса 2 по рельсу 1 и хордой AB, стягивающей крайние точки дуги ACB (фиг. 3, 4). Причем измерение высоты h сегмента 3 производят по оси 4, проходящей по центру дорожки катания колеса 2 перпендикулярно хорде AB.
Радиус кривизны R цилиндрической поверхности дорожки катания ACB рельса 1 определяют как частное от деления суммы квадратов полуширины дорожки катания l=L/2 и высоты h сегмента 3 на удвоенную высоту сегмента h по формуле
cp
Для повышения точности измерения и обеспечения достоверности полученного результата измерение производят на отрезке рельсового пути, равном длине рельса (12 м), в 10 точках и определяют среднее значение радиуса кривизны R рабочего профиля рельса по формуле
где Ri - радиус кривизны рабочего профиля рельса на i-м отрезке поверхности рельса (i = от 1 до 10).
Предлагаемое изобретение позволяет быстро и с минимальными трудозатратами определить радиус кривизны рабочей поверхности рельса непосредственно в условиях карьера и принять меры для своевременной профилировки изношенных рельсов.