СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА РЕБОРДЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС
RAILWAY WHEELS FLANGE WEAR MEASURING METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение относится к способу непосредственного измерения степени износа реборды железнодорожных колес в ходе текущего движения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Железнодорожное колесо создает контакт с рельсом во время движения. Когда колесо изнашивается из-за контакта с рельсом, это сильно ухудшает способность железнодорожного транспорта перемещаться. Поэтому, становится очень важным регулирование степени износа колес, для обеспечения безопасного движения железнодорожного транспорта.
[0003] ФИГ. 10 схематически иллюстрирует, как колесо 1 принимает нагрузку от рельса 2 во время движения по криволинейному участку, образованному из пологой кривой и скругленной кривой. На левой стороне ФИГ. 10, рельс 2 находится на внешней периферии криволинейного участка, а на правой стороне ФИГ. 10, рельс 2 находится на внутренней периферии криволинейного участка. Ниже, внешняя периферия криволинейного участка называется внешним перегоном, а внутренняя периферия криволинейного участка называется внутренним перегоном.
[0004] Колесная нагрузка P, с которой колесо 1 вертикально воздействует на поверхность рельса, и поперечная сила Q, с которой колесо 1 воздействует на боковую поверхность рельса 2, являются важными показателями контроля для обеспечения безопасного хода на криволинейном участке. Для поддержания колесной нагрузки P и поперечной силы Q в подходящем диапазоне, необходимо подходящим образом регулировать угол (угол реборды) α, образованный между горизонтальной линией и касательной в точке контакта между рельсом 2 и ребордой 1f колеса 1 на внешнем перегоне, особенно в колесной паре по направлению движения (здесь и далее называемой передней колесной парой) тележки. На ФИГ. 10 N представляет собой нормальную силу, а fy представляет собой силу поперечного крипа.
[0005] Одним из средств для надлежащего поддержания угла реборды α железнодорожного колеса является быстрое выявление вертикального износа, возникающего в реборде 1f колеса 1, и оптимизация формы колеса 1 за счет использования вращающегося инструмента (называемого ниже фрезой). Термин вертикальный износ относится к истиранию, которое возникает, когда шейка 1th колеса 1 изнашивается, а реборда 1f становится почти отвесной (см. заштрихованную часть на ФИГ. 11).
[0006] Были раскрыты различные способы измерения формы железнодорожных колес. Например, в Патентном документе 1 раскрыто устройство, в котором использовано устройство для измерения формы, для измерения формы обода колеса и формы поперечного сечения рельса справа и слева, с последующим преобразованием этих данных формы для различения моментов времени для каждого конкретного интервала, в направлении толщины колеса, для оценки характеристик контакта между колесами и рельсом.
[0007] В Патентном документе 2 раскрыто устройство и способ для непрерывного измерения изменений в форме обода колеса по всему периферийному направлению.
[0008] В Патентном документе 3 раскрыто устройство для количественной оценки изменений, вызванных износом, в угле реборды относительно расстояния хода, с использованием в качестве эталонного угла реборды в момент проектирования.
[0009] В Патентном документе 4 раскрыто устройство и способ для измерения формы колеса путем использования множества лазерных дальномеров. В Патентном документе 5 раскрыт способ и устройство для измерения формы колеса путем использования нескольких фотокамер и нескольких лазерных дальномеров.
[0010] В Патентных документах 6 и 7 раскрыты устройства и способы для размещения устройств, которые рассчитывают форму колеса, включая диаметр колеса, толщину колеса и высоту реборды, путем использования датчиков расстояния, раскрытых на внешней стороне и внутренней стороне рельса, для измерения расстояния до колеса, и использования полученных измерений вместе с данными расстояния, относящимися к положению двух датчиков расстояния.
[0011] Однако уровень техники, раскрытый в Патентных документах 1-3, не представляет собой технологии для осуществления измерений при перемещении транспорта, а скорее они являются технологиями для получения автономных измерений. Поэтому, представляется сложным своевременное воплощение этих технологий, для обеспечения безопасности при перемещении транспортного средства.
[0012] В уровне техники, раскрытом в Патентных документах 4-7, воплощено множество фотокамер и множество лазерных дальномеров. Следовательно, их спецификации достаточно сложные, и техническое обслуживание требует наличия множества этапов. Более того, измеренные значения приходится обрабатывать по отдельности, что усложняет своевременное воплощение этих технологий для обеспечения безопасности при перемещении транспортного средства.
ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0013] Патентный документ 1: патент Японии № 4657767
Патентный документ 2: Опубликованная заявка на патент Японии № 2011-68242
Патентный документ 3: Опубликованная заявка на патент Японии № 2010-151827
Патентный документ 4: Опубликованная заявка на патент Японии № 2010-181216
Патентный документ 5: Опубликованная заявка на патент Японии № 2011-242239
Патентный документ 6: Опубликованная заявка на патент Японии № 2007-292473
Патентный документ 7: Опубликованная заявка на патент Японии № 2007-192687
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0014] Одна проблема, которую должно решать изобретение, состоит в том, что в уровне техники, раскрытом в Патентных документах 1-3, сложно своевременно воплотить эти технологии, для обеспечения безопасности при перемещении транспортного средства, поскольку эти технологии предполагают, что измерения были осуществлены автономно. Другая проблема состоит в том, что в уровне техники, раскрытом в Патентных документах 4-7, имеются сложные спецификации, и техническое обслуживание требует наличия множества этапов, поскольку для этих технологий требуется использование множества фотокамер и множества лазерных дальномеров. Еще одна проблема состоит в том, что сложно своевременно воплощать эти технологии для обеспечения безопасности при движении транспортного средства, поскольку измеренные значения приходится обрабатывать по отдельности.
СРЕДСТВО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
[0015] Задачей настоящего изобретения является создание возможности для непосредственного измерения степени износа реборды железнодорожного колеса в ходе эксплуатации, при движении на криволинейном участке, для своевременного обеспечения безопасности во время движения.
[0016] Способ измерения износа реборды железнодорожного колеса согласно настоящему изобретению содержит:
установку лазерного дальномера на внешнем перегоне скругленного криволинейного участка на железнодорожном пути;
измерение расстояния до передней поверхности обода колеса на внешнем перегоне, на передней колесной паре тележки, образующей транспортное средство, с использованием лазерного дальномера, при движении транспортного средства через скругленный криволинейный участок; и
определение степени износа реборды железнодорожного колеса путем сопоставления измеренного расстояния с предыдущим измерением измеренного расстояния.
[0017] Согласно настоящему изобретению степень износа реборды может быть определена просто путем сопоставления расстояния до передней поверхности обода колеса на внешнем перегоне, на передней колесной паре тележки, измеренного с использованием лазерного дальномера, установленного на внешнем перегоне скругленного криволинейного участка, при движении транспортного средства по криволинейному участку, с предыдущим измерением измеренного расстояния.
[0018] Согласно настоящему изобретению степень износа реборды на колесе, которое еще не было использовано, или на колесе непосредственно после фрезеровки может быть определена путем сопоставления расстояния до передней поверхности обода колеса, когда железнодорожное транспортное средство проходит по криволинейному участку, причем транспортное средство имеет прикрепленное к нему колесо, которое еще не было использовано, или колесо непосредственно после фрезеровки, вследствие чего бандаж или реборда будет иметь нормальную форму. Здесь и далее, колесо, которое еще не было использовано, называется «новым колесом», а колесо непосредственно после фрезеровки называется «только что отфрезерованным колесом».
[0019] Лазерные дальномеры устанавливают на четырех местоположениях, где кривизны по криволинейному участку обратны друг другу. Когда эти лазерные дальномеры осуществляю измерения в соответствии с настоящим изобретением для определения расстояния до передней поверхности обода колеса на внешнем перегоне, на передних колесных парах двухосной тележки, при перемещении по криволинейному участку, можно измерять степень износа реборды всех колес двухосной тележки.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] Настоящее изобретение дает возможность контролировать степень износа реборды колеса путем непосредственного измерения степени износа колеса износ реборды железнодорожного транспортного средства в процессе во время движения по криволинейному участку.
[0021] Более того, согласно настоящему изобретению, поскольку можно быстро обнаруживать колеса, имеющие износ реборды, который превысил диапазон регулирования, становится возможным получать очень выгодные эффекты для обеспечения безопасности, при движении железнодорожного транспортного средства по криволинейному участку.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022] ФИГ. 1 представляет собой чертеж, на котором обозначены периферийные позиции на железнодорожном колесе.
ФИГ. 2 представляет собой чертеж, иллюстрирующий пример параметров, содержащих контрольные критерии для железнодорожного колеса.
ФИГ. 3 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий взаимное расположение колес, рельсов и лазерных дальномеров, когда двухосная тележка железнодорожного транспортного средства проходит по криволинейному участку.
ФИГ. 4 представляет собой чертеж, иллюстрирующий случай нового колеса или только что отфрезерованного колеса. ФИГ. 4 (a) представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий колеса, рельсы и лазерные дальномеры, когда передняя колесную пару приходится размещать относительно лазерного дальномера. ФИГ. 4 (b) представляет собой чертеж, иллюстрирующий колеса, рельсы и лазерные дальномеры, когда колесную пару в заднем направлении движения (здесь и далее называемую задней колесной парой) тележки приходится размещать относительно лазерного дальномера, отображенный аналогично ФИГ. 4 (a).
ФИГ. 5 представляет собой чертеж, иллюстрирующий случай, где колесо, прикрепленное к железнодорожному транспортному средству, изношено, отображенный аналогично ФИГ. 4.
ФИГ. 6 представляет собой чертеж, иллюстрирующий пример размещения позиций лазерных дальномеров, которые используют при воплощении способа согласно настоящему изобретению. ФИГ. 6 (a) показывает линию прибытия. ФИГ. 6 (b) показывает линию отправления.
ФИГ. 7 представляет собой чертеж, иллюстрирующий колеса, для которых износ реборды измеряют с помощью лазерного дальномера, установленного в позициях, показанных на ФИГ. 6 (a).
ФИГ. 8 представляет собой чертеж, иллюстрирующий колеса, для которых износ реборды измеряют с помощью лазерного дальномера, установленного в позициях, показанных на ФИГ. 6 (b).
ФИГ. 9 (a) представляет собой график, иллюстрирующий результаты измерения для расстояния до передней поверхности обода колеса, с использованием лазерного дальномера для железнодорожного транспортного средства, снабженного только что отфрезерованными колесами. ФИГ. 9 (b) представляет собой график, иллюстрирующий результаты измерения для расстояния до передней поверхности обода колеса, с использованием лазерного дальномера для железнодорожного транспортного средства, снабженного колесами, имеющими износ реборды 1 мм.
ФИГ. 10 иллюстрирует, как колесо железнодорожного транспортного средства принимает на себя силу от рельса во время движения по криволинейному участку. На левой стороне изображен внешний перегон, а на правой стороне изображен внутренний перегон.
ФИГ. 11 представляет собой чертеж, иллюстрирующий вертикальный износ, образовавшийся в реборде колеса железнодорожного транспортного средства.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0023] Задача настоящего изобретения, которая состоит в обеспечении возможности непосредственного измерения степени износа реборды железнодорожного колеса в процессе во время движения по криволинейному участку, для своевременного обеспечения безопасности при движении транспортного средства, достигается путем сопоставления расстояний до передней поверхности обода колеса, измеренных лазерным дальномером, установленным на внешнем перегоне скругленного криволинейного участка.
ПРИМЕР
[0024] Далее следует описание примера способа для измерения износа реборды железнодорожного колеса согласно настоящему изобретению со ссылкой на ФИГ. 1 - ФИГ. 8.
[0025] ФИГ. 1 представляет собой чертеж, на котором обозначены периферийные позиции на железнодорожном колесе. Колесо 1 образовано из трех частей: колесного центра 1h, в который вставлена ось; обода 1r, который создает контакт с рельсом 2; и пластины 1w, которая соединяет колесный центр 1h и обод 1r.
[0026] На внешней периферии обода 1r образован бандаж 1t, который создает контакт с рельсом 2, и реборда 1f, которая продолжается до бандажа 1t через выемку 1h. Боковая поверхность обода 1r на стороне, где образована реборда 1f, называется обратной 1rb стороной обода, и боковая поверхность на стороне, противоположной обратной стороне 1rb обода, называется передней 1rf поверхностью обода.
[0027] Как правило, при движении железнодорожного транспортного средства по криволинейному участку с радиусом кривизны 800 м или менее, как было описано выше, выемка 1th колеса 1 на внешнем перегоне, на передней колесной паре Sf тележки B, в частности, прижимается к рельсу 2. Следовательно, с повышением времени движения железнодорожного транспортного средства, повышается вертикальный износ реборды 1f колеса 1, и расстояние между внешними поверхностями реборд двух колес 1, образующих колесную пару, понижается (см. ФИГ. 2). Это называется ниже «расстоянием до внешней поверхности реборды».
[0028] В дополнение, поскольку выемка 1th колеса 1 на внешнем перегоне, на передней колесной паре Sf прижимается к рельсу 2, при перемещении по криволинейному участку передняя колесная пара Sf движется к внешнему перегону только при такой степени износа, при которой расстояние до внешней поверхности реборды колеса 1 уменьшается.
[0029] Поэтому, как показано на ФИГ. 3, степень износа реборды 1f колеса 1 может быть определена путем установки лазерного дальномера 3 на внешней стороне рельса 2o на внешнем перегоне, на скругленном криволинейном участке, с последующим измерением расстояния от позиции этой установки до передней 1rf поверхности обода колеса 1sfo на внешнем перегоне передней колесной пары Sf при перемещении железнодорожного транспортного средства.
[0030] Например, сначала железнодорожное транспортное средство, снабженное новыми колесами или только что отфрезерованными колесами 1, приводят в движение, а затем, когда транспортное средство движется по криволинейному участку, расстояние L1 до передней 1rf поверхности обода колеса 1sfo на внешнем перегоне передней колесной пары Sf измеряют с использованием лазерного дальномера 3 (см. ФИГ. 4(a)).
[0031] Измерение расстояния L1 используют для переустановки поперечного смещения передней колесной пары Sf на ноль. Это обеспечивает точность измерений, сделанных с использованием лазерного дальномера 3, когда железнодорожное транспортное средство, снабженное колесом 1sfo, имеющим изношенную реборду 1f, проходит по криволинейному участку.
[0032] После этого расстояние L2 до передней 1rf поверхности обода колеса 1sfo железнодорожного транспортного средства измеряют с использованием лазерного дальномера 3, когда транспортное средство проходит по криволинейному участку, и предполагается измерение степени износа реборды 1f колеса 1sfo (см. ФИГ. 5 (a)).
[0033] На ФИГ. 3 - ФИГ. 5 рельс на внутреннем перегоне обозначен ссылочным обозначением 2i. В дополнение, колесо на внутреннем перегоне передней колесной пары Sf обозначено ссылочным обозначением 1sfi, колесо на внешнем перегоне задней колесной пары Sr обозначено ссылочным обозначением 1sro, а колесо на внутреннем перегоне задней колесной пары Sr обозначено ссылочным обозначением 1sri.
[0034] Степень износа реборды 1f колеса 1sfo может быть определена путем вычитания измеренного расстояния L2 из измеренного расстояния L1.
[0035] Степень износа реборды колеса задана как степень изменения в величине (расстояние до внешней поверхности реборды - расстояние до внутренней поверхности колеса)/2 (см. ФИГ. 2) применительно к новым колесам или к только что отфрезерованным колесам. При усилении износа колес, степень изменения в величине (расстояние до внешней поверхности реборды - расстояние до внутренней поверхности колеса)/2 понижается. Расстояние до внутренней поверхности колеса задано как расстояние между внутренними поверхностями двух колес 1, образующих колесную пару.
[0036] Когда такой расчет сделан, становится возможным выполнить оценку степени износа с течением времени, до тех пор, пока транспортное средство, снабженное новыми колесами или только что отфрезерованные колесами, отслеживается путем последовательного измерения степени износа реборды колеса на внешнем перегоне передней колесной пары, при прохождении через лазерные дальномеры.
[0037] Согласно настоящему изобретению лазерные дальномеры 3a-3d могут быть установлены на двух соответствующих позициях, где кривизна рельса 2 обратна друг другу на каждой из соответствующих линий, - прибытия и отправления, для измерения степени износа реборды на всех колесах тележки B, т.е., на колесах 1sfo и 1sfi передней колесной пары Sf и колесах 1sro и 1sri задней колесной пары Sr (см. ФИГ. 6).
[0038] При установлении лазерных дальномеров 3a-3d в таких позициях становится возможным измерять степень износа реборды 1f колеса 1sfo, если измерения сделаны для расстояний L1 и L2 до передней 1rf поверхности обода колеса 1sfo на внешнем перегоне передней колесной пары Sf, соответственно, для двухосной тележки B1, расположенной на передней стороне относительно направления движения транспортного средства, и двухосной тележки B2, расположенной на задней стороне. Иными словами, становится возможным измерять степень износа реборды для всех колес, установленных на одном железнодорожном транспортном средстве.
[0039] Более подробно, в случае линии прибытия, показанной на ФИГ. 7, можно измерять степень износа реборды 1f колес 12 и 16 на внешнем перегоне передней колесной пары Sf двухосной тележки B1, расположенной на передней стороне, и передней колесной пары Sf двухосной тележки B2, расположенной на задней стороне, путем использования лазерного дальномера 3a. В дополнение, можно измерять степень износа реборды 1f колес 11 и 15 на внешнем перегоне передней колесной пары Sf двухосной тележки B1, расположенной на передней стороне, и передней колесной пары Sf двухосной тележки B2, расположенной на задней стороне, путем использования лазерного дальномера 3b.
[0040] С другой стороны, в случае линии отправления, показанной на ФИГ. 8, можно измерять степень износа реборды 1f колес 18 и 14 на внешнем перегоне передней колесной пары Sf двухосной тележки B2, расположенной на передней стороне, и передней колесной пары Sf двухосной тележки B1, расположенной на задней стороне, путем использования лазерного дальномера 3c. В дополнение, можно измерять степень износа реборды 1f колес 17 и 13 на внешнем перегоне передней колесной пары Sf двухосной тележки B2, расположенной на передней стороне, и передней колесной пары Sf двухосной тележки B1, расположенной на задней стороне, путем использования лазерного дальномера 3d.
[0041] Авторы применяли лазерные дальномеры, установленные на внешнем перегоне скругленного криволинейного участка экспериментального перегона для определения расстояния до передней поверхности обода колеса, прикрепленного к транспортному средству, перемещающемуся со скоростью 10 км/ч по криволинейному участку экспериментального перегона, имеющего скругленный криволинейный участок с радиусом кривизны 120 м. Результаты измерения описаны ниже.
[0042] ФИГ. 9 (a) представляет собой график, иллюстрирующий результаты измерения для расстояния до передней поверхности обода колеса железнодорожного транспортного средства, снабженного только что отфрезерованными колесами. ФИГ. 9 (b) представляет собой график, иллюстрирующий результаты измерения аналогично ФИГ. 9 (a), в случае железнодорожного транспортного средства, снабженного колесами, обладающими износом реборды 1 мм.
[0043] В случае колес на внешнем перегоне на передней колесной паре передней тележки было обнаружено, что измеренное расстояние до передней поверхности обода было на 1 мм короче, когда степень износа реборды колеса составляла 1 мм (см. ФИГ. 9 (b)), чем в случае только что отфрезерованных колес (см. ФИГ. 9 (a)), что, таким образом, подтверждает выгодные эффекты настоящего изобретения.
[0044] Настоящее изобретение не ограничено вышеописанным примером, и предпочтительный вариант воплощения, конечно, может быть выгодно модифицирован в рамках объема технических идей, изложенных в формуле изобретения.
[0045] Например, в вышеописанном примере согласно настоящему изобретению измерения расстояния до передней 1rf поверхности обода колеса 1sfo на внешнем перегоне передней колесной пары Sf выполняют с использованием лазерных дальномеров 3, установленных на внешней стороне рельса 2o на внешнем перегоне, на скругленном криволинейном участке. Однако измерения расстояния до обратной 1rb стороны обода также может быть выполнено с использованием лазерных дальномеров 3, установленных на внутренней стороне рельса 2o на внешнем перегоне.
[0046] Если должны быть предприняты только измерения степени износа реборды для определенных колес, то отпадает необходимость в установке лазерных дальномеров 3 на четырех позициях, как показано на ФИГ. 6, а скорее достаточно одной позиции.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0047] 1 - колесо;
1sfo - колесо на внешнем перегоне передней колесной пары;
1f - реборда;
1rf - передняя поверхность обода;
2 - рельс;
3 - лазерный дальномер;
B - тележка;
Sf - передние колеса