Устройство контроля статической подуклонки рельса

1. Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к контрольно-измерительному оборудованию для диагностики состояния железнодорожного пути и контроля угла наклона вертикальной оси рельса относительно плоскости пути.
2. Уровень техники
Известно устройство для измерения подуклонки рельсов железнодорожного пути (патент SU 86661 A1 опубликованный 10.10.1949) заключающее в себе раму, опирающуюся на головку рельсов и несущую на себе колодку, прижимаемую к шейке рельса и несущую стрелку по отклонению которой относительно шкалы, неподвижно укреплённой на раме, измеряют подуклонку рельсов. Недостатками данного устройства является применение механических рычагов для измерения, что делает их подверженными механическим повреждениям, влияющим на достоверность результатов, возможность единовременно зафиксировать значение подуклонки только одной нити железнодорожного пути. Также к недостаткам данного устройства относится измерение подуклонки по внутренней стороне рельса, что не позволяет проводить измерения на участках с наличием устройств внутри колеи, таких как контррельс в стрелочных переводах и на мостовых конструкциях или стационарный рельсосмазыватель в кривых участках пути.
Известно приспособление для измерения подуклонки рельса (патент RU 67589 U1 опубликованный 27.10.2007), включающее штангу с опорой и устройство определения наклона рельса относительно поверхности катания, содержащее кронштейн, расположенный на опоре, рычаг с измерительным и отсчетным наконечниками и шкалу отсчета наклона рельса, рычаг выполнен V-образной формы с подвижными нижней и верхней частями, имеющими измерительный наконечник и отсчетный указатель, соответственно, и снабженными пружинами, а на кронштейне выполнены упор, ответный измерительному наконечнику, и поворотные оси, расположенные внизу и вверху него, несущие рычаг с возможностью поворота подвижной нижней его части и прижатия измерительного наконечника посредством пружины к измеряемой поверхности и с возможностью поворота подвижной верхней его части и взаимодействия отсчетного указателя со шкалой отсчета наклона рельса при замыкании штифта, выполненного на верхней подвижной части, посредством пружины с нижней подвижной частью, при этом шкала отсчета наклона рельса размещена параллельно поверхности катания. Недостатком данного приспособления является большое количество механических и пружинных соединений, малейшие повреждения которых могут привести к снижению достоверности результатов.
Известно устройство Измеритель подуклонки рельсов электронный ручной (патент RU 201957 U1 опубликованный 22.01.2021) , содержащий корпус, блок питания, измерительный блок, соединённый с блоком питания, и электронный блок, соединённый с блоком питания и измерительным блоком и выполненный с возможностью обработки результатов измерений, принятых из измерительного блока. Недостатком данного устройства является измерение наклона оси рельса относительно горизонта, в то время как, согласно нормативной документации, подуклонка измеряется относительно плоскости пути, что позволяет данному устройству измерять подуклонку рельса только в прямых участках пути. При измерении подуклонки данным устройством в кривом участке пути необходимо дополнительно определять угол наклона железнодорожной рельсовой колеи относительно горизонта (угол возвышения одного рельса над другим) и по результатам измерения этого угла вручную производить перерасчёт в подуклонку.
Из существующего уровня техники известно устройство для измерения подуклонки рельсов (патент RU 2158689 C1 опубликованный 11.10.2000), содержащее планку, устанавливаемую на головках рельсов и несущую на одном из своих концов измерительное устройство и упор для взаимодействия с боковой гранью головки измеряемого рельса, отличающееся тем, что указанное измерительное устройство содержит вертикальный упор на планке в сечении, совпадающем с осью измеряемого рельса, и индикатор часового типа с щупом, расположенным в вертикальном положении, и шкалой, разградуированной в угловых единицах. Недостатками данного устройства является применение механических рычагов для измерения, что делает их подверженными механическим повреждениям, влияющим на достоверность результатов, возможность единовременно зафиксировать значение подуклонки только одной нити железнодорожного пути. Кроме того, данное устройство не содержит электронных блоков автоматической фиксации результатов с возможностью дальнейшей передачи данных для обработки. Градуированная шкала требует фиксации результатов вручную, что увеличивает возможность допущения ошибки в силу человеческого фактора, а также требует больших затрат времени на проведение измерений и запись результатов.
Данное устройство принято в качестве прототипа.
3. Раскрытие полезной модели
В основу полезной модели положена задача измерения статической подуклонки обоих рельсов в рассматриваемом сечении.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство для контроля статической подуклонки рельсов состоит из рамы 1, к которой крепятся упор 2 и подвижный рычаг 3. Подвижный рычаг 3 соединен с измерительным блоком 4, разработанном на базе микропроцессорной сборки (фиг.1). Измерительный блок 4 содержит электропривод подвижного рычага 5, высокоточный датчик линейного перемещения 6, аналогово-цифровой преобразователь 7. Результаты измерений, полученные измерительным блоком 4, передаются в блок обработки и вывода данных 8, где микропроцессор 9 с помощью встроенного программного обеспечения определяет значения подуклонки и выводит на экран 10 и сохраняет на устройствах вывода данных 11 (фиг. 2). Устройство содержит два упора 2, два подвижных рычага 3 и два измерительных блока 4, расположенных с разных сторон рамы и позволяющих производить измерение наклона рельсов обеих нитей в заданном поперечном сечении железнодорожного пути.
Питание электронных компонентов обеспечивает блок питания 12, состоящий из узла зарядки 13, аккумуляторной батареи 14, регулятор напряжения 15.
Для определения подуклонки измеряется расстояния до головки рельса 16 от вертикальной линии, условно проведенной касательно к краю подошвы (фиг.3, 4, 5). Результат измерения обрабатывается  аналогово-цифровым преобразователем 7 измерительного блока 4 с помощью встроенного программного обеспечения и выводит результат на экран 10 возле рукоятки. Также возможен вывод результатов измерений на переносные карты памяти или на мобильные устройства с помощью устройства вывода данных 11.
Измерительный блок 4 помещается в корпус из пластмассы, устанавливаемый на раму 1 устройства, выполненную из стального профиля. Для изоляции рамы 1 от рельса 16 используются полимерные проставки.
Введение измерительного электронного измерительного блока 4 позволит повысить достоверность измерений и снизить влияние «человеческого» фактора
Особенностью предлагаемого устройства контроля статической подуклонки рельса является возможность измерения наклона рельсов обеих нитей в заданном поперечном сечении железнодорожного пути.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является измеренное значение подуклонки рельсов по обеим нитям в заданном поперечном сечении железнодорожного пути
4. Сущность полезной модели
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
Фиг. 1 – Устройство контроля статической подуклонки рельсов, общий вид (1- рама, 2 – упор, 3 – подвижный рычаг, 4 – измерительный блок, 10 – экран, 16 – рельс Р65, 17 – железобетонная шпала, 18 – рельсовая подкладка);
фиг. 2 – Функциональная схема устройства контроля статической подуклонки (4 – измерительный блок, 5 – электропривод подвижного рычага, 6 – датчик линейного перемещения, 7 – аналогово-цифровой преобразователь, 8 – блок обработки и вывода данных, 9 – микропроцессор, 10 – дисплей, 11 – устройства вывода данных, 12 – блок питания, 13 – узел зарядки, 14 – аккумуляторная батарея, 15 – регулятор напряжения).
фиг. 3 – Устройство контроля статической подуклонки рельсов, измерение подуклонки рельса при подуклонке рельса 1/12 (1 – рама, 2 – упор, 3 – подвижный рычаг, 4 – измерительный блок, 16 – рельс Р65, 17 – железобетонная шпала, 18 – рельсовая подкладка);
фиг. 4 – Устройство контроля статической подуклонки рельсов, измерение подуклонки рельса при подуклонке рельса 1/20 (1 – рама, 2 – упор, 3 – подвижный рычаг, 4 – измерительный блок, 16 – рельс Р65, 17 – железобетонная шпала, 18 – рельсовая подкладка);
фиг. 5 – Устройство контроля статической подуклонки рельсов, измерение подуклонки рельса при подуклонке рельса 1/60 (1 – рама, 2 – упор, 3 – подвижный рычаг, 4 – измерительный блок, 16 – рельс Р65, 17 – железобетонная шпала, 18 – рельсовая подкладка);
Одним из геометрических параметров железнодорожного пути является подуклонка рельсов, которая обеспечивает затухание колебаний колесной пары и является индикатором ширины рельсовой колеи. Подуклонка и ширина колеи определяют взаимодействие ходовых частей подвижного состава и пути. Положение колеса на головке рельса, определяемое подуклонкой и шириной колеи, влияет на срок службы рельса.
Согласно нормативной документации, значение подуклонки должно быть 1/20, что соответствует углу наклона подошвы 2.86°, допускается подуклонка от 1/12 до 1/60 (4.76° и 0.95° соответственно). Согласно Инструкции по определению и контролю подуклонки рельсов подуклонка определяется относительно плоскости пути, которой называют общую касательную к криволинейным поверхностям, описывающим поверхность катания головок рельсов.
Устройство контроля статической подуклонки рельсов состоит из рамы 1, упоров 2, подвижных рычагов 3, измерительных блоков 4, блока обработки и вывода данных 8, блока питания 12. Измерительный блок 4 состоит из электропривода подвижного рычага 5, датчика линейного перемещения 6, аналогово-цифрового преобразователя 7. Блок обработки и вывода данных 8 состоит из узла зарядки 13, аккумуляторной батареи 14, регулятора напряжения 15.
Устройство контроля статической подуклонки устанавливается рамой 1 на железнодорожный путь, опираясь на рельсы 16, таким образом, чтобы упор 2 касался нерабочей грани головки рельса. После чего подвижный рычаг 3 с помощью электропривода 5 перемещается до касания с ребром подошвы рельса 16. Перемещение подвижного рычага 3 фиксируется с помощью датчика линейного перемещения 6. Датчик линейного перемещения 6 передает аналоговый сигнал на аналого-цифровой преобразователь 7, который преобразует его в цифровой и передает в микропроцессор 9. Микропроцессор 9 обрабатывает полученный сигнал из значения линейного перемещения в значение подуклонки рельса с помощью встроенного программного обеспечения. Полученное значение подуклонки рельса выводится на экран 10, а также отправляется на другие устройства вывода данных 11. В зависимости от варианта прибора в качестве устройства вывода данных 11 могут быть применены карты памяти, Bluetooth или Wi-Fi адаптеры для связи с карманными или мобильными ПК.