(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (2)Data zgłoszenia: (51)IntCl6: E01B 35/10 B61K 9/00 (54) Przyrząd do pomiaru i rejestracji prostoliniowości powierzchni tocznych główki szyny (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 02/95 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/97 (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Kraków, PL (72) Twórcy wynalazku: Maciej Jamka, Kraków, PL Włodzimierz Czyczuła, Kraków, PL Jerzy Stawowiak, Kochanów, PL (74) Pełnomocnik: Vasina Stanisław, Politechnika Krakowska im.tadeusza Kościuszki PL B1 1 Przyrząd do pomiaru i rejestracji prostoliniowości powierzchni tocznych główki szyny, posiadający (57) głowicę pomiarową połączoną z elementami tworzącymi bazę odniesienia, której położenie wyznaczają elementy stykające się w odstępie z główką szyny, oraz która to głowica wyposażona jest w przetworniki przemieszczeń pionowych 1 poziomych, ustalone prostopadle do górnej 1 wewnętrznej bocznej powierzchni główki szyny, a sygnały przetworników przekazywane są do elektronicznego układu przetwarzania danych połączonego z urządzeniem rejestrującym wyniki pomiarowe na nośniku informacji, znamienny tym, ze głowica pomiarowa (4) osadzona jest przesuwnie na prostoliniowej prowadnicy (1) zamocowanej sztywno końcami w podporach (2), które swymi stykami pionowym (16) 1 poziomym (17) po osadzeniu na szynie wyznaczają bazę odniesienia (L) ponadto na wysokości (a) styku poziomego (17) każda z podpór (2) ma gniazdo prowadzące (18)- o osi prostopadłej do osi prowadnicy (1) w którym osadzana jest suwliwie końcówka (19) drążka rozpierającego (5), wyposażonego w poosiowo ściskaną sprężynę (21) a na drugim końcu w stopkę (23) ukształtowaną tak, że przy bocznym oparciu o główkę drugiej szyny toru oś drążka rozpierającego (5) jest równoległa do płaszczyzny toru, natomiast głowica pomiarowa (4) ma zespół przesuwu (3 1 )... fig. 1

2 Przyrząd do pomiaru i rejestracji prostoliniowości powierzchni tocznych główki szyny Zastrzeżenia patentowe 1. Przyrząd do pomiaru i rejestracji prostoliniowości powierzchni tocznych główki szyny, posiadający głowicę pomiarową połączoną z elementami tworzącymi bazę odniesienia, której położenie wyznaczają elementy stykające się w odstępie z główką szyny, oraz która to głowica wyposażona jest w przetworniki przemieszczeń pionowych i poziomych, ustalone prostopadle do górnej i wewnętrznej bocznej powierzchni główki szyny, a sygnały przetworników przekazywane są do elektronicznego układu przetwarzania danych połączonego z urządzeniem rejestrującym wyniki pomiarowe na nośniku informacji, znamienny tym, że głowica pomiarowa (4) osadzona jest przesuwnie na prostoliniowej prowadnicy (1) zamocowanej sztywno końcami w podporach (2), które swymi stykami pionowym (16) i poziomym (17) po osadzeniu na szynie wyznaczają bazę odniesienia (L) ponadto na wysokości (a) styku poziomego (17) każda z podpór (2) ma gniazdo prowadzące (18) - o osi prostopadłej do osi prowadnicy (1) - w którym osadzana jest suwliwie końcówka (19) drążka rozpierającego (5), wyposażonego w poosiowo ściskaną sprężynę (21) a na drugim końcu w stopkę (23) ukształtowaną tak, że przy bocznym oparciu o główkę drugiej szyny toru oś drążka rozpierającego (5) jest równoległa do płaszczyzny toru, natomiast głowica pomiarowa (4) ma zespół przesuwu (31) oraz miernik położenia wzdłużnego (8), którego sygnał doprowadzony jest do elektronicznego układu przetwarzania danych (9). 2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadnicę (1) tworzą dwie listwy kątowe (13), ustalone równolegle względem siebie skierowanymi w dół ramionami pionowymi a ramionami poziomymi zwrócone na zewnątrz, przy czym naroża ramion poziomych są obustronnie zukosowane i stanowią bieżnię dla rolek (26) prowadzących głowicę pomiarową (4), której przetwornik przemieszczeń pionowych (6) zamocowany jest tak, że jego końcówka stykowa przeprowadzona jest przez odstęp między listwami kątowymi (13). 3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że stopka (23) posiada łożysko (25), zamocowane pod kątem i na wysokości zapewniającej współpracę jego pierścienia zewnętrznego z dolną krawędzią powierzchni bocznej główki szyny (3). 4. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że elektroniczny układ przetwarzania danych (9) zawiera charakterystykę pionowych i poziomych odchyłek prowadnicy (1). * * * Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do pomiaru i rejestracji prostoliniowości powierzchni tocznych główki szyny. Szczególnym przeznaczeniem przyrządu jest geometryczna kontrola stanu powierzchni stref zespoleń szyn toru bezstykowego, gdzie wyniki pomiaru stanowią podstawę decyzji co do konieczności prowadzenia wyrównującej obróbki wiórowej albo innych, bardziej złożonych czynności naprawczych. Wzrost szybkości eksploatacyjnej pojazdów szynowych narzuca coraz wyższe wymagania w zakresie geometrycznej dokładności torów. Dokładność ta odniesiona do mikrogeometrii główki szyny określona jest zasadniczo prostoliniowością powierzchni tocznych, która według aktualnie obowiązujących w krajach europejskich norm nie przekracza dopuszczalnej odchyłki 0,3 mm na bazie odniesienia o długości 1 metra. Szczególnie istotnymi są pod tym względem strefy zespoleń spawów termitowych lub zgrzewów szyn długich toru bezstykowego, gdzie nieregularności powierzchni tocznych główki wyrównywane są obróbką wiórową przez szlifowanie lub struganie. Znanych jest wiele różnych rozwiązań urządzeń do pomiaru i rejestracji parametrów geometrycznych szyn toru kolejowego, które podwieszone do podwozia pojazdu szynowego

3 dokonują pomiaru podczas przejazdu po mierzonym torze. Jedno z rozwiązań do pomiaru prostoliniowości powierzchni główki szyny przedstawione jest polskim opisem patentowym nr Urządzenie to może stanowić wyposażenie wagonu pomiarowego lub pojazdu do wyrównywania główki szyn obróbką skrawaniem. Urządzenie posiada wózek pomiarowy podwieszony przegubowo do ramy'wagonu, z możliwością zmiany położenia pionowego. W wózku zabudowane są krążki prowadzenia pionowego i bocznego, przetaczające się po powierzchniach główki szyny, oraz przyrząd czujnikowy zamontowany w osi symetrii, między krążkami. Przyrząd czujnikowy zawiera szereg przetworników przemieszczeń pionowych i poziomych, które zamieniają ruch względny elementu stykowego przetwornika na proporcjonalną wielkość elektryczną lub elektroniczną. Sygnały wyjściowe przetworników przekazywane są do elektronicznego układu przetwarzania danych, połączonego z urządzeniem rejestrującym. Położenie wózka ustalane jest przez co najmniej dwa krążki prowadzenia bocznego, o pionowych osiach obrotu, oraz co najmniej cztery - nastawiane po dwa w położenie robocze - krążki prowadzenia pionowego, o osiach równoległych do płaszczyzny toru. Nastawialne położenie krążków prowadzenia pionowego umożliwia wybór długości bazy odniesienia, czyli odległości między pracującymi krążkami. Wózek pomiarowy dociskany jest w sposób ciągły siłą poziomą do badanej szyny, krążki prowadzenia bocznego są w ciągłej styczności z główką niezależnie od błędów rozstawienia szyn. W opisanym rozwiązaniu pomiar prostoliniowości opiera się na określeniu odległości punktu szyny usytuowanego w środku długości bazy od prostej bazy odniesienia. Pomiar dokonywany jest w sposób ciągły podczas przemieszczania bazy odniesienia wzdłuż szyny, położenie bazy jest w każdej chwili wyznaczane przez punkty końcowe - opierających się o główkę szyny krążków prowadzenia pionowego i bocznego. Pomiar wykonywany z wagonu pomiarowego lub szynowego pojazdu naprawczego wymaga zajętości toru. W trakcie układania nowego toru jak i podczas nadzoru eksploatacyjnego występuje wiele sytuacji przy których korzystniejszym, organizacyjnie optymalnym rozwiązaniem byłby dokładny, przenośny przyrząd do pomiaru prostoliniowości główki szyny. Przyrząd według wynalazku posiada głowicę pomiarową osadzoną przesuwnie na prostoliniowej prowadnicy. Końce prowadnicy zamocowane są sztywno w podporach, które swymi stykami pionowym i poziomym -po osadzeniu na szynie- wyznaczają bazę odniesienia. Na wysokości styku poziomego każda z podpór ma gniazdo prowadzące, o osi prostopadłej do osi prowadnicy. W gnieździe prowadzącym osadzana jest suwliwie końcówka drążka rozpierającego, wyposażonego w poosiowo ściskaną sprężynę a na drugim końcu w stopkę. Stopka ukształtowana jest tak, że przy bocznym oparciu o główkę drugiej szyny toru oś drążka rozpierającego jest równoległa do płaszczyzny toru. Głowica pomiarowa ma zabudowane przetworniki przemieszczania pionowego i poziomego oraz posiada zespół przesuwu i miernik położenia wzdłużnego. Sygnały przetworników oraz miernika położenia doprowadzone są do elektronicznego układu przetwarzania danych, połączonego z urządzeniem rejestrującym. Korzystnym rozwinięciem wynalazku jest wykonanie prowadnicy z dwóch listew kątowych, ustalonych równolegle względem siebie skierowanymi w dół ramionami pionowymi a ramionami poziomymi zwrócone na zewnątrz. Naroża ramion poziomych są obustronnie zukosowane i stanowią bieżnie dla rolek prowadzących głowicę pomiarową. Przetwornik przemieszczeń pionowych zamocowany jest tak, że jego końcówka stykowa przeprowadzona jest przez odstęp między listwami kątowymi. Dalszym rozwinięciem jest wyposażenie stopki w łożysko, zamocowane pod kątem i na wysokości zapewniającej współpracę jego pierścienia zewnętrznego z dolną krawędzią powierzchni bocznej główki szyny. Podparcie drążka rozpierającego na łożysku eliminuje możliwość zginającego odkształcania prowadnicy w sytuacji nieprostopadłego osadzenia drążka na drugiej szynie. Wprowadzenie do elektronicznego układu przetwarzania danych charakterystyki pionowych i poziomych odchyłek prowadnicy pozwala skorygować wyniki istotnie zwiększając dokładność pomiaru. Przyrząd jest konstrukcyjnie prosty, lekki i łatwy w obsłudze. Zapewnia wysoką dokładność pomiaru, z bazy odniesienia uwzględniającej płaszczyznę toru. Stosowanie przyrządu

4 pozwala na znaczne skrócenie zajętości toru, przykładowo w wyniku wcześniejszego - bez zmian w rozkładzie jazdy - wytypowania stref zespoleń spawów lub zgrzewów toru bezstykowego, wymagających szlifowania. Rozwiązanie według wynalazku przybliżone jest opisem przykładowego wykonania przyrządu pokazanego na rysunku. Figura 1 rysunku przedstawia widok z góry przyrządu, natomiast następne figury pokazują pionowe przekroje prowadzone kolejno przez: podporę - fig. 2, stopkę drążka rozpierającego - fig. 3, głowicę pomiarową - fig. 4 i przez zespół przesuwu głowicy pomiarowej na fig. 5. Podstawowymi elementami przyrządu są: prostoliniowa prowadnica 1, osadzona końcami w podporach 2 bazowanych na mierzonej szynie 3, oraz głowica pomiarowa 4 ustalona przesuwnie na prowadnicy 1. Każda z podpór 2 przyjmuje położenie równoległe do płaszczyzny toru, wyznaczone poprzecznym ukierunkowaniem jej przez drążek rozpierający 5, który jednocześnie dociskają siłą poziomą do szyny 3. Prowadnica 1 stanowi bazę odniesienia o długości L, wyznaczonej odległością między podporami 2. W głowicy pomiarowej 4 zamocowane są elektroniczne przetworniki przemieszczeń pionowych 6 i przemieszczeń poziomych 7 oraz miernik położenia wzdłużnego 8, którego sygnał określa usytuowanie głowicy na długości prowadnicy 1. Sygnały przetworników 6 i 7 oraz miernika 8 przekazywane są elastycznym przewodem do elektronicznego układu przetwarzania danych 9. Układ przetwarzania danych 9, zawierający mikrokomputer sprzężony z urządzeniem rejestrującym 10 - drukarką komputerową oraz akumulatorowy układ zasilania 11 osadzone są w przenośnym pojemniku 12. Prowadnicę 1 tworzy zestaw dwóch listew kątowych 13, ustalonych ramionami pionowymi równolegle w odstępie obok siebie, a ramionami poziomymi skierowane na zewnątrz. Końce listew kątowych 13 zamocowane są sztywno w podporach 2. Każda z podpór 2 ma korpus 14 o kształcie odwróconej litery "L", z przymocowanym uchwytem 15 do przenoszenia przyrządu. Na wewnętrznej pionowej i poziomej powierzchni korpusu 13 osadzone są wychylnie, na łożyskach, styk pionowy 16 i styk poziomy 17. Prostopadle, na zewnątrz pionowego ramienia oraz na wysokości styku poziomego 17, do korpusu 13 przymocowana jest tuleja, której otwór stanowi gniazdo prowadzące 18 dla końcówki 19 drążka rozpierającego 5. Drążek rozpierający 5 stanowi element rurowy z zamocowanymi na końcach stopką 23 i końcówką 19. Wewnątrz końcówki 19 znajduje się teleskopowo prowadzony popychacz 20, obciążony poosiowo sprężyną 21, a którego wysunięcie maksymalne wyznacza ogranicznik 22. Stopka 23 osadzona jest w rurze drążka rozpierającego 5 za pośrednictwem sworzniowego łącznika 24. W dolnym ramieniu stopki 23 zamocowane jest pod kątem łożysko 25, współpracujące pierścieniem zewnętrznym z dolną krawędzią bocznej powierzchni główki szyny przeciwległej do mierzonej. Taki układ konstrukcyjny, przy poosiowym oddziaływaniu sprężyny 21, powoduje ciągły docisk stopki 23 do główki szyny 3, a podparcie na łożysku 25 zabezpiecza przed ewentualnym gnącym odkształcaniem prowadnicy 1. Po założeniu przyrządu korpusy 14 podpór 2 ustalone są zgodnie z płaszczyzną toru oraz dociskane w poziomie do mierzonej szyny 3. Końce ramion poziomych listew kątowych 13 są obustronnie zukosowane i stanowią bieżnie dla rolek 26 głowicy pomiarowej 4. Rolki 26, w postaci łożysk tocznych, zamocowane są do korpusu wózka 27 z jednej strony za pośrednictwem wspornika stałego 28 a z drugiej w ruchomym wsporniku dociskowym 29, który w sposób ciągły obciążony jest sprężyną 30. Głowica pomiarowa 4 przemieszczana jest wzdłuż prowadnicy 1 zespołem przesuwu 31, który w tym wykonaniu ma napęd ręczny. Obracane pokrętłem 32 koło cierne 33 współpracuje obwodowo z klinowym rowkiem 34, wykonanym wzdłuż jednej z listw kątowych 13 prowadnicy 1. Koło cierne 33 łożyskowane jest w obejmie 35, dociskanej w kierunku prowadnicy 1 sprężynami 36. W bardziej złożonej wersji przyrządu zespół przesuwu 31 napędzany może być silnikiem elektrycznym przez przekładnię połączoną z wałkiem koła ciernego 33, co pozwala na pełną automatyzację pomiaru z eliminacją niejednorodnego oddziaływania ręcznego. Miernik położenia wzdłużnego 8 głowicy pomiarowej 4 tworząc: bramka fotoelektryczna 37 - obejmująca z obu stron koło cierne 33 oraz otwory 38 wykonane w tarczy koła. Rozwiązanie zapewnia usytuowanie w jednej płaszczyźnie rolki przetwornika przemieszczeń poziomych 7, styków poziomych 17 podpór 2 oraz osi drążków rozpierających 5 - w płaszczyźnie

5 przebiegającej równolegle do płaszczyzny toru w odstępie a, ustalonym jako wysokość pomiaru poziomego prostoliniowości szyny. Dokonanie pomiaru prostoliniowości szyny wymaga wykonania opisanych poniżej czynności i przeprowadzenia następujących działań. - ułożenie na badanym odcinku szyny 3 zespołu podpór 2 z prowadnicą 1 i głowicą pomiarową 4, usytuowaną w jednym ze skrajnych położeń, - włożenie w gniazda prowadzące 18 końcówek 19 drążków rozpierających 5, następnie przy poosiowym nacisku przechylenie drążków aż do oparcia stopek 23 o główkę drugiej szyny toru a potem zwolnienie nacisku doprowadzające do styku łożyska 25 z szyną, - włączenie układu przetwarzania danych 9, przemieszczanie głowicy pomiarowej 4 wzdłuż prowadnicy 1 aż do przeciwległej podpory 2, czemu towarzyszy pomiar i rejestracja w pamięci mikrokomputera sygnałów z przetworników przemieszczeń pionowych 6 i poziomych 7 dla każdego punktu pomiarowego wyznaczonego przez miernik położenia wzdłużnego 8, - elektroniczne przetwarzanie danych według programu ujmującego kolejne działania: a. wyznaczenie pionowej i poziomej prostych odniesienia, według wartości sygnałów uzyskanych w punktach skrajnych - ustalających długość L bazy odniesienia, b. sprawdzenie czy ilość przekazanych punktów pomiarowych odpowiada długości bazy odniesienia, czy nie wystąpił poślizg zespołu przesuwu 31, c. obliczenie odchyłek sygnałów względem prostych odniesienia dla każdego punktu pomiarowego, d. korekta obliczonych odchyłek wartością błędu prostoliniowości prowadnicy 1 w danym punkcie pomiarowym - ustalenie odchyłek rzeczywistych, e. zapis w pamięci odchyłek rzeczywistych, - wydruk świadectwa pomiaru drukarką komputerową. Analiza świadectwa pozwala stwierdzić czy odchyłki nie przekraczają wyznaczonego pola tolerancji prostoliniowości szyny.

6 fig. 2 fig. 3

7 fig. 4 fig. 5

8 fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł