УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРОВ И ТОЛЩИНЫ ГРЕБНЕЙ КОЛЕС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель на устройство для измерения диаметров и толщины гребней колес железнодорожного транспортного средства предназначено для технологического контроля рабочих параметров колес без выкатки колесных пар из-под вагона.
В эксплуатационной практике на железнодорожном транспорте для измерения диаметров колес используется скоба типа ДК, а толщина гребней измеряется Абсолютным шаблоном. Скобой ДК по инструкции положено измерять три параметра - диаметр колеса, овальность колеса и разность диаметров колес на одной колесной паре. При этом диаметр определяется как средняя величина, а овальность - как половина разности диаметров в трех сечениях, два из которых перпендикулярны друг другу. Провести такие измерения трудно, а если колеса стоят группой перед подкаткой в тележку или находятся под вагоном, то и невозможно. Шкала скобы ДК плохо видна, что служит дополнительным источником ошибок. Очень часто из-за технологических сложностей проводится только одно измерение диаметра колеса или не измеряется диаметр второго колеса, хотя технологией контроля они предусмотрены. В результате этого под вагоны подкатывают колесные пары с разностью диаметров, превышающей допустимые нормами значения. В процессе эксплуатации из-за плохой настройки тормозов или неправильной установки тормозных колодок число колесных пар с разностью диаметров свыше нормативной увеличивается. При текущем отцепочном ремонте диаметр колес и разность диаметров не проверяются совсем, поскольку скобой ДК это сделать невозможно. В результате этого разность диаметров колес колесных парах постоянно увеличивается, увеличивается и вероятность повреждений гребней. Разность диаметров до 5 мм мало сказывается на безопасности движения, но повреждения гребня (подрез и остроконечный накат) являются серьезными дефектами, значительно влияющими на безопасность движения. Кроме того, повреждение гребня значительно снижает ресурс колеса, поскольку для восстановления правильного профиля при обточке колеса надо снимать гораздо больше металла, чем при повреждении круга катания.
Известен штангенциркуль бандажный [1], который позволяет измерить диаметры по кругу катания бандажей колесных пар либо диаметров цельнокатаных колес железнодорожного подвижного состава. Штангенциркуль бандажный содержит скобу, соединяющую соосно между собой две штанги. На штангах в плоскости, перпендикулярной плоскости скобы, установлены измерительные головки. Одна измерительная головка неподвижная, другая выполнена с возможностью перемещения в продольном направлении по отношению к штанге. Измерительные головки содержат опорные поверхности и наконечники. Подвижная измерительная головка также снабжена нониусом и стопорным механизмом, а штанга, на которой она установлена, - продольной направляющей и линейной шкалой с делениями и цифрами. Недостатком этого устройства является то, что хотя и предусмотрено измерение колес под вагонами и локомотивами, но они не удобны в обращении и громоздки. Кроме того, в устройстве отсутствует автоматическая фиксация результатов измерений.
Известен раздвижной шаблон с двойным отсчетом [2], снабженный двумя щупами для одновременного касания их наконечниками поверхности профиля колеса и эталонного профиля в одной вертикальной плоскости. В случае отклонения профиля измеряемого колеса от эталонного генерируется сигнал рассогласования, который используют для определения износа колеса. Щупы размещены неподвижно в вертикальной каретке. Она перемещается в горизонтальном направлении с помощью шагового электродвигателя, вращающего резьбовой вал, зацепленный с кареткой. Шаговый электродвигатель установлен на скобе, вертикальную полку которой при измерении прижимают к вертикальной поверхности обода колеса. Предложенный метод имеет низкую производительность, так как требует расшифровки перед расточкой колесной пары. Кроме того, низка точность измерения этим методом и отсутствует автоматический анализ полученных результатов.
Известно устройство для измерения диаметров колес железнодорожных вагонов [3], представляющее собой скобу, один конец которой имеет неподвижный контактный зажим, а второй конец - подвижный. Зажимы соединены с прецизионными реостатами, электрические сигналы с которых используются для получения интересующей информации о диаметре измеряемого колеса после преобразования сигналов в аналогово-цифровом преобразователе. Устройство позволяет измерять только диаметр колеса и не позволяет определять толщину гребня. Кроме того, в приборе не предусмотрен автоматический анализ полученных результатов.
Известен метод определения диаметра колеса [4]. При измерении диаметра колесо контактирует с двумя щупами, расположенными на известном расстоянии друг от друга, закрепляясь на одной скобе. На скобе также помещен конденсаторный датчик смещения, соединенный с контактом щупа. Щуп расположен вертикально и вниз от неподвижного контакта. Датчик прижат к колесу, а сигналы от него с помощью микропроцессора преобразуются в цифровой вид, отображаясь на табло. Недостатки этого устройства такие же, как и у предыдущих аналогов.
Известно устройство для контроля поверхности катания колес железнодорожных вагонов [5]. Оно представляет собой несколько измерительных головок, накладываемых на поверхность катания колеса и перемещающихся по его поверхности посредством множества роликов, закрепленных на этих головках. Головки измеряют отклонения поверхности катания от нормы. Этим устройством контролируется только поверхность катания колеса, но не измеряются диаметр колеса и толщина гребня.
Известно устройство для измерения профиля колеса железнодорожного транспортного средства [6]. Оно представляет собой опорную скобу с закрепленным на его поверхности шаговым повторителем для фиксирования профиля колеса с определенным шагом. Подвижная часть скобы двигается шаговым повторителем вдоль обода колеса, измеряя его поперечные контуры и записывая результаты измерений с помощью самописца, укрепленного также на скобе, который повторяет контуры колеса. Предусмотрено наличие датчика калибровки диаметра колеса, и возможно использование шкалы для измерения выщербин с определенным шагом измерений. Сигналы от самописца могут регистрироваться в специальных устройствах. Это устройство сложно, громоздко и не отвечает требованиям эксплуатационного контроля колесных пар.
Известно также устройство для измерения профиля колеса железнодорожного транспортного средства [7]. Оно выполнено в виде плоской конструкции с вырезом для гребня измеряемого колеса и снабжено подпружиненными щупами, один из которых предназначен для упора в поверхность гребня, а другой в рабочую поверхность колеса. Щупы жестко соединены с подвижными контактами прецизионных реостатов, электрические сигналы с которых после усиления и преобразования в аналогово-цифровом преобразователе (АЦП) используются для управления изображением на панели светодиодного индикатора. Поскольку положение каждого из щупов-датчиков электрического сигнала характеризуется соответствующим уровнем напряжения, то перемещение любого из щупов благодаря усилителю электрического сигнала позволяет получить измерение его. Данным устройством определяются только размеры гребня, но не измеряется диаметр железнодорожных колес.
Из приведенных аналогов видно, что существует немало устройств измерения диаметров колес или толщины их гребней, но отсутствуют приборы, позволяющие одновременно производить измерение этих параметров. Кроме того, этими приборами реально можно измерять колеса только после качественной их обточки. В условиях эксплуатации в качестве рабочего инструмента для контроля параметров колесных пар, когда очень часто наблюдается овальность или повреждение поверхности катания колес, они неэффективны. Патентным поиском не выявлено существование универсального измерителя колес, одновременно определяющего с высокой точностью и диаметр, и толщину гребня колеса железнодорожного транспортного средства.
Целью создания предлагаемой полезной модели является разработка устройства, позволяющего производить измерение диаметра и толщины гребня железнодорожных колес под вагоном с высокой точностью, автоматически регистрируя результаты измерений в энергонезависимой памяти.
Цель достигается тем, что измеряется высота дуги над хордой фиксированной длины вместо диаметра колеса. Эта величина имеет известную зависимость от диаметра измеряемой окружности. Диаметр колеса вычисляется в электронном блоке, выполняющем функции обработки и хранения результатов измерений. На фиг.1 схематически изображено использование указанного метода определения высоты дуги над хордой.
Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью произвести измерения диаметров и толщины гребней колес железнодорожного подвижного состава. Оно выполнено в виде скобы с закрепленными на ней роликами опор, роликовыми кронштейнами, измерительным органом. Измерительный орган состоит из индикатора, источника постоянного тока, датчика измерения диаметра колеса, датчика измерения толщины гребня, усилителя и аналого-цифрового преобразователя. Для компенсации возникающих ошибок измерения, когда требуемая точность измерения высока, а неровности колеса превышают допустимую погрешность, применяется автоматическое многократное измерение диаметра в различных точках колеса с усреднением результатов.
Кроме диаметра на индикатор выводится величина разброса показаний в процессе измерений. Эта величина позволяет судить о неровности поверхности катания колеса (наличии ползунов), овальности колеса или неправильной установке прибора на колесе.
На фиг.2 представлена схема устройства для измерения диаметров и толщины гребней колес железнодорожного транспортного средства. Устройство состоит из измерительной скобы 1, роликовых опор 2, кронштейнов с закрепленными на них роликами 3, щупа-датчика измерения диаметра 4; щупа-датчика измерения толщины гребня 5, электронно-измерительного блока с аналого-цифровым преобразователем 6, источника постоянного тока 8; тумблера включения источника питания 7; индикатора 10 и разъема подключения к ЭВМ 9, установленного на устройстве с целью передачи записанной информации для последующего ее анализа. Измеряемое колесо обозначено цифрой 11.
Описываемое устройство используется следующим образом.
Измерительная скоба устанавливается на измеряемое колесо таким образом, что одновременно она взаимодействует с гребнем колеса и поверхностью его катания. При этом контролируется плотное прилегание роликовых опор к поверхности катания, а также поверхностей роликов, расположенных на кронштейнах, к внутренней грани колеса. При регистрации результатов контроля фиксируются: режим работы, текущее время измерения, диаметр, толщина гребня, введенный номер и разность диаметров колес на колесной паре. Они автоматически записываются в энергонезависимую память устройства после каждого измерения. По мере заполнения памяти или необходимости считывания записанную информацию переносят в ПЭВМ с помощью блока сопряжения.
Предлагаемое устройство имеет преимущества по сравнению с известными аналогами. Оно позволяет автоматически определять статистические характеристики результатов измерений - среднего значения диаметра и толщины гребня колеса с оценкой разброса значений и автоматически регистрировать результаты измерений. Кроме того, устройство обладает эргономичностью, проявляющейся в малом весе и габаритах. Наличие жесткости конструкции обеспечивает прижатие датчиков к измеряемым поверхностям с помощью пружин. В устройстве предусмотрена четкая индикация результатов измерений.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является возможность измерения с требуемой точностью диаметра колеса по кругу катания и толщины гребня колеса непосредственно под вагонами подвижного состава в процессе планового технического осмотра. Это даст существенное снижение затрат на обслуживание и ремонт колесных пар, а также позволит своевременно выявить наличие разности диаметров колес колесной пары, из-за которой происходит интенсивный односторонний износ гребней бандажей, определить овальности колес и находить закатанные ползуны. Все это повысит безопасность движения. Автоматическая регистрация результатов измерений и номеров колесных пар или вагонов улучшит технологическую дисциплину.
Источники информации
1. RU2160426, МПК G01В 3/20, заявлено 12.09.1999.
2. SU18820, MПК B61K 9/12, заявлено 28.06.1991.
3. FR2617278, МПК G01B 3/00, G01B B 5/08, заявлено 23.06.1987.
4. FR2843453, МПК G01В 5/08, G01B 121/14, заявлено 08.08.2002.
5. DE10257709, МПК В61К 9/12, G01M 17/10, заявлено 11.12.2002.
6. US4268968, МПК G01В 5/20, G01B 5/08, заявлено 20.08.1979.