Katedra Mostów i Kolei dr inż. Jacek Makuch ĆWICZ. LAB. 5 i 6 PROFILOMIERZ DIAGNOSTYKA DRÓG SZYNOWYCH studia II stopnia, specjalność ITS, semestr 3 rok akademicki 2015/16
GENEZA PROBLEMU zużycie szyny w postaci zmiany kształtu przekroju (głównie ubytku), spowodowanego ścieraniem w tramwajach na kolei
DLACZEGO? działanie siły ciężkości (siły pionowe) rozpędzanie się i hamowanie taboru (poziome siły podłużne) tarcie stalowych kół o stalowe szyny (bieżnią i obrzeżem)
TORY W ŁUKU: działanie siły odśrodkowej (poziome siły poprzeczne) przechyłka minimalizuje negatywne skutki oddziaływania siły odśrodkowej, ALE: nie da się zaprojektować uniwersalnej przechyłki odpowiedniej zarówno dla szybszych pociągów pasażerskich, jak i wolniejszych towarowych dlatego na szybsze pociągi działa siła odśrodkowa, a na wolniejsze siła dośrodkowa
Nominalny zestaw kołowy na nominalnym torze: pomiędzy obrzeżem koła, a główką szyny: LUZY!!! efekt: WĘŻYKOWANIE (poziome siły boczne)
STYK KOŁA Z SZYNĄ powierzchnia styku ma kształt elipsy styk może być zlokalizowany w różnych miejscach główki szyny
styk może być jedno albo dwu punktowy
CO MIERZYMY?
W ROZJAZDACH: - zużycie iglic
- zużycie krzyżownic
OKREŚLANIE ZUŻYCIA SZYNY KOLEJOWEJ Instrukcja Id-1
wyznaczanie kąta zużycia główki szyny
system ekspercki UNIP (2003):
OKREŚLANIE ZUŻYCIA SZYNY TRAMWAJOWEJ Wytyczne techniczne proj., bud. i utrz. torów tramwajowych 1983, zał.1
UWARUNKOWANIA HISTORYCZNE pomiarów zużycia szyn KIEDYŚ: stosowano lekkie typy szyn, których przekroje były obliczone na przenoszenie największych naprężeń zginających z niewielkim zapasem dopuszczalne zużycie pionowe było jedynym czynnikiem określającym ich trwałość, a przez to miało duże znaczenie OBECNIE: duże natężenie ruchu, duże naciski osi oraz stosowanie stali bardziej odpornej na ścieranie konieczność wymiany szyn zachodzi często na długo przed osiągnięciem ich dopuszczalnego zużycia pionowego, przez co znaczenie pomiaru tej wielkości zmalało nadal duże pozostaje znaczenie pomiarów zużycia bocznego, szczególnie zaś kąta zużycia, od którego zależy współczynnik wykolejenia
WSPÓŁCZYNNIK WYKOLEJENIA definiowany jako stosunek nacisku bocznego działającego na szynę do nacisku pionowego koła przy którym obrzeże koła może wjechać na główkę szyny przykładowo przy zmniejszeniu kąta zużycia z 70º do 50º stosunek maleje o połowę!!! (o tyle też zmniejsza się bezpieczeństwo ruchu)
PRZEKROJE NOMINALNE SZYN szyna kolejowa 49E1 (S49) instrukcja Id-1 zał.4 norma: Kolejnictwo Tor Szyna Część 1: Szyny kolejowe Vignole a o masie 46 kg/m i wiekszej na styku koła z szyną złożenie trzech promieni (300 / 80 / 13)
szyna tramwajowa 60R2 (Ri60N) katalogi producentów: norma: Kolejnictwo Tor Szyny specjalne Szyny rowkowe i związane z nimi profile konstrukcyjne
PRZYRZĄDY POMIAROWE
SUWMIARKI ROZJAZDOWE przed wykonaniem pomiaru należy oczyścić dolną powierzchnię stopki szyny wydłużone szczęki dają dobre oparcie o stopkę i główkę mierząc wysokość szyny i odejmując od wartości nominalnej określamy zużycie pionowe główki szyny obracając suwmiarkę do poziomu możemy zmierzyć zużycie boczne (analogicznie mierząc szerokość główki szyny i odejmując od wartości nominalnej) wycięcie w szczękach zaczyna się 15 mm poniżej prowadnicy, dzięki czemu pomiar zużycia bocznego odbywa się stale na jednej wysokości
SUWMIARKI UNIWERSALNE (pomiar szerokości żłobka w dziobie krzyżownicy) 1 prowadnica, 2 szczęka dwustronna stała, 3 szczęka dwustronna ruchoma (suwak), 4 zacisk z pokrętłem do ustawiania szczęki stałej na zerze, 5 śruby zaciskowe
APARATY RYLCOWE pozwalają na ustalenie przybliżonego obrysu główki szyny na podstawie ustalenia położenia kilku punktów nazywane są również profilometrami najczęściej umożliwiają pomiar tylko jednego albo kilku (podobnych do siebie) typów szyny wymagają oparcia o stopkę i szyjkę szyny
aparat opiera się na górnych powierzchniach stopki szyny za pośrednictwem trzech kulek noniusze umożliwiają pomiar z dokładnością do 0,1 mm
ZALETA: umożliwia pomiary dla dwóch typów szyn stosowanych obecnie w Polsce
angielski TPMM2 posiada czujnik zegarowy na obrotowej głowicy o zmiennym kącie ustawienia (co 2º albo 4º), poziome ramię biegnące w prawo opiera się o przeciwległy tok
PROFILOGRAFY urządzenia mechaniczne (ruch ostrza czujnika prowadzonego ręcznie po powierzchni szyny jest przenoszony na ruch pisaka wykonującego rysunek przekroju poprzecznego szyny) odwzorowują profil szyny w sposób ciągły, w skali 1 : 1 w porównaniu z poprzednimi urządzeniami zapewniają największą szybkość i dokładność pomiarów wymagają zapewnienia stałego styku ostrza czujnika z powierzchnią szyny (co wymaga oczyszczenia zanieczyszczonych szyn) wymagają odwzorowania kształtu przekroju szyny również w miejscu, gdzie nie ulega ona zużyciu - w celu nałożenia odwzorowanego kształtu na profil nominalny (co umożliwi ich porównanie)
japoński Yoshida MR wykreśla przekrój główki szyny na specjalnym papierze kredowanym Sposób prowadzenia ostrza czujnika: I. obrys górnej powierzchni tocznej II. III. obrót pokrętła 1 i obrys prawej strony główki obrót pokrętła 2 i obrys lewej strony główki
PROFILOMIERZE obecnie używana nazwa profilografów elektronicznych, współpracujących z oprogramowaniem komputerowym produkowane w dwóch odmianach: mechaniczno-elektroniczne (ruch ostrza czujnika prowadzonego ręcznie po powierzchni szyny jest zapisywany w formie elektronicznego pliku umożliwiającego w odpowiednim oprogramowaniu komputerowym wykonanie rysunku przekroju poprzecznego szyny) optyczno-elektroniczne (urządzenie samo przy pomocy promienia lasera dokonuje pomiaru kształtu przekroju poprzecznego szyny i poprzez współpracę z odpowiednim oprogramowaniem komputerowym daje możliwość uzyskania wydruków, obliczeń i dalszych analiz)
Profilomierz X-Y do szyn i rozjazdów firmy GRAW (mechaniczno-elektroniczny) praca do 20 godzin przy w pełni naładowanych akumulatorach temperatura pracy: - 20 C +45 C, wilgotność: 15 85% (bez kondensacji) masa: profilomierz 3,6 kg; belka ustalająca 3,0 kg; pulpit sterujący 0,8 kg wymiary (wys. x szer. x dług.): profilomierz 240 x 75 x 685 mm; belka ustalająca 165 x 225 x 1910 mm zakres pomiarowy: oś X = 0 575 mm; oś Y = 0 110 mm dokładność: ±0,1 mm; pojemność 30 000 profili
Laserowa głowica pomiarów profili szyn i rozjazdów do toromierza TEP firmy GRAW praca do 12 godzin przy w pełni naładowanych akumulatorach temperatura pracy: - 20 C +45 C, wilgotność: 15 85% (bez kondensacji) masa: 20 kg oprócz normalnych funkcji toromierza: pomiar i zapis profili poprzecznych szyn co 0,5 m podgląd profili w czasie pomiaru, automatyczna ocena profilu szyny pomiar profilu szyny z dokładnością ± 0.3 mm oprogramowanie umożliwiające: zapis w formacie dxf, porównywanie z profilami wzorcowymi, automatyczne wymiarowanie, edycję, wydruki
Skorpion - profilomierz do szyn i rozjazdów firmy GRAW (optyczno-elektroniczny) praca do 2,5 godzin na pojedynczym zestawie baterii (możliwość ich wymiany bez wyłączania urządzenia) temperatura pracy: -10 C +50 C obsługa: 2 operatorów pojemność: 100 pomiarów masa: rama nośna 29 kg; głowica pomiarowa 13 kg wymiary (dług. x wys. x szer.): rama 1800 x 610 x 240 mm; głowica pomiarowa 560 x 300 x 320 mm zakres pomiarowy w jednym przejeździe: 1300 x 160 x x70 mm dokładność: ±0,1 mm, krok pomiarowy: 1 10 mm maksymalny czas pojedynczego pomiaru: 2 min możliwość łączenia pomiarów częściowych
PROFILOMIERZ X-Y firmy GRAW
belka ustalająca (lewa podstawa z magnesem, prawa z bolcami pozycjonującymi) moduł pomiarowy (niebieska skrzynka, pomarańczowy garaż z końcówką pomiarową) rejestrator kabel łączący ładowarka, oprogramowanie, instrukcje obsługi
REJESTRATOR ekran, pulpit przycisków, wejście USB (z boku) klawisze: 1. do edycji tekstów 2. sterujące 3. funkcyjne
OPIS DZIAŁANIA KLAWISZY
PO WŁĄCZENIU: F1 Pomiar profilu F4 Menu: MENU GŁÓWNE: 1. WYKONANE POMIARY: menedżer plików: skasuj plik, kopiuj do USB, podgląd pomiaru 2. USTAWIENIA: Opcje interfejsu: dźwięk klawiszy, poziom jasności, czas i tryb wygaszania, automatyczne generowanie nazw plików pomiarowych, wielkość czcionki nagłówka Data i czas: rok, miesiąc, dzień, godzina, minuta Pamięć, bateria Wersja
OBSŁUGA PROFILOMIERZA: ZMONTOWANIE POMIAR: ustawienie urządzenia na torze i włączenie (PWR) wprowadzenie danych opisujących pomiar (F1): kilometr, tok, typ szyny, nr toru, nr linii, nazwa linii, nazwa stacji/sekcji, klient, ID zamówienia, Operator, Operator ID, uwagi start pomiaru (F1); wprowadzenie nazwy pomiaru - max 8 znaków (F1) wysunięcie końcówki pomiarowej (kulki) z garażu i ustawienie jej na początku mierzonego profilu, bazowanie głowicy (zerowanie współrzędnych X i Y) (F3), prowadzenie końcówki wzdłuż mierzonego profilu do jego końca, zakończenie pomiaru (F4) zapisanie pliku wyłączenie urządzenia (PWR), zdjęcie z toru ROZMONTOWANIE ZGRANIE PLIKÓW DANYCH DO KOMPU- TERA (można wykonać również podczas pomiarów) pliki z rozszerzeniem das
wysunięcie końcówki pomiarowej (kulki) z garażu w tym celu należy unieść do góry blaszkę pod prawym dolnym rogiem modułu rejestrującego
ustawienie końcówki pomiarowej na początku mierzonego profilu w tym momencie wykonujemy bazowanie głowicy
prowadzenie końcówki pomiarowej wzdłuż mierzonego profilu jeżeli końcówka pomiarowa odskoczy od powierzchni szyny cofamy i poprawiamy pomiar
ANALIZA WYNIKÓW POMIARÓW PRZY POMOCY PROGRAMU KOMPUTEROWEGO:
zużyta szyna S49
zużyta szyna Ri60N
PRZYKŁADY OPRACOWANYCH ANALIZ
Literatura: 1. Id-1 (D-1) Warunki techniczne utrzymania nawierzchni na liniach kolejowych - PKP PLK, Warszawa 2005. 2. Wytyczne techniczne projektowania, budowy i utrzymania torów tramwajowych, MAGTiOŚ 1983. 3. PN-EN 13674-1:2011 Kolejnictwo - Tor - Szyna - Część 1: Szyny kolejowe Vignole'a o masie 46 kg/m i większej. 4. PN-EN 14811+A1:2010 Kolejnictwo - Tor - Szyny specjalne - Szyny rowkowe i związane z nimi profile konstrukcyjne. 5. Voestalpine Schienen GmbH, Profile programm (katalog). 6. Bałuch H., Diagnostyka nawierzchni kolejowej, WKiŁ 1978. 7. Kubalski J., Tory tramwajowe, WKiŁ 1978. 8. Esveld C., Modern railway track, 2014. 9. Graw, Profilomierz PXY - instrukcja obsługi, 2010. 10. Graw, Instrukcja obsługi programu Profilomierz, 2010.