Путевой шаблон — путевой измерительный инструмент, применяемый для измерения и контроля геометрических параметров рельсовой колеи. У измерительных путевых шаблонов основными контролируемыми параметрами являются ширина колеи и взаимное положение рельсовых нитей по высоте (уровень); многофункциональные исполнения позволяют также определять отдельные геометрические параметры стрелочных переводов и элементов рельсового пути.
Путевые шаблоны применяются при строительстве, ремонте и текущем содержании пути. Традиционные измерительные шаблоны представляют собой переносные механические приборы; существуют также электронные исполнения, в которых перемещения измерительных элементов и положение прибора определяются датчиками, а результаты могут регистрироваться и передаваться в цифровой форме. Отдельные исполнения электронных шаблонов предназначены также для контроля трамвайных путей.
Назначение и разновидности В отечественной железнодорожной учебной литературе различаются рабочие путевые шаблоны и измерительные шаблоны, традиционно называемые путевыми контрольными шаблонами типа ЦУП.
Рабочий путевой шаблон служит главным образом для проверки и установки требуемой ширины колеи при производстве путевых работ. В простейшем исполнении он представляет собой жёсткую металлическую конструкцию с упорами, расстояние между измерительными гранями которых соответствует заданной ширине колеи. На участках, где рельсовые нити входят в электрические рельсовые цепи, применяются шаблоны с электрической изоляцией между частями, контактирующими с разными рельсами.
Измерительные путевые шаблоны позволяют определять фактическую ширину колеи и взаимное положение рельсовых нитей по высоте. В зависимости от конструкции они могут иметь дополнительные измерительные приспособления для контроля стрелочных переводов. Например, ШП.01 предназначен для измерения ширины колеи и возвышения одного рельса относительно другого, тогда как ШП.02 дополнительно позволяет измерять ординаты переводных кривых, ширину желобов и отдельные расстояния в крестовинной части стрелочного перевода.
Существуют также многофункциональные механические шаблоны. Так, различные исполнения ПШ-1520 наряду с шириной колеи и уровнем позволяют контролировать ширину желобов, ординаты переводных кривых, расстояния между элементами крестовины и контррельсами, а некоторые исполнения — отдельные параметры износа и взаимного положения элементов стрелочного перевода.
Устройство и принцип действия Устройство механического измерительного шаблона зависит от его назначения, однако типичная конструкция включает поперечный корпус или штангу, неподвижный и подвижный измерительные упоры, механизм отсчёта ширины колеи и устройство для определения взаимного возвышения рельсов.
При установке шаблона поперёк пути его измерительные упоры соприкасаются с рабочими гранями головок рельсов. Подвижный упор прижимается к рельсу пружиной и связан с указателем. При изменении расстояния между рельсами упор перемещается относительно корпуса, а связанный с ним указатель показывает фактическую ширину колеи на градуированной шкале.
В механических шаблонах положение рельсовых нитей по высоте определяется с помощью уровня. В шаблонах типа ЦУП один конец оправы уровня закреплён шарнирно, а положение другого изменяется вращением лимба. После приведения пузырька уровня в среднее положение по шкале лимба определяют величину возвышения одной рельсовой нити относительно другой.
Шаблон выполняет измерение непосредственно в том поперечном сечении пути, в котором он установлен. В отличие от путеизмерительных вагонов измерение ручным шаблоном производится без нагрузки от подвижного состава; последовательные ручные промеры имеют дискретный характер.
Высота, на которой измеряется ширина колеи относительно поверхности катания головки рельса, определяется применяемыми нормативами и конструкцией конкретного шаблона. На железнодорожных путях сети ОАО «РЖД» при ручных промерах ширина колеи контролируется на глубине 13 мм от уровня головки рельса. Вместе с тем у различных конструкций этот размер может отличаться: например, в семействе шаблонов 08809 существовали исполнения с заглублением измерительных наконечников на 13 и на 16 мм ниже поверхности катания. Поэтому положение измерительных наконечников является характеристикой конкретного типа шаблона, а не универсальной величиной для всех подобных приборов.
Измеряемые параметры Базовыми параметрами для измерительных путевых шаблонов являются: ширина рельсовой колеи; взаимное положение рельсовых нитей по высоте — возвышение одного рельса относительно другого.
Многофункциональные шаблоны в зависимости от исполнения позволяют также измерять и контролировать: ординаты переводных кривых; ширину желобов стрелочного перевода; расстояние между рабочими гранями сердечника крестовины и контррельса; расстояние между рабочими гранями усовика крестовины и контррельса; отдельные параметры износа и взаимного положения рельсов, остряков, рамных рельсов и элементов крестовины.
Набор дополнительных функций не является одинаковым для всех шаблонов. Например, ПШ-1520П предназначен только для измерения ширины колеи и относительного возвышения рельсов, тогда как ПШ-1520 и ПШ-1520В имеют дополнительные приспособления для контроля стрелочных переводов. Для ПШ-1520В предусмотрено также определение бокового износа путевого рельса, однако в описании этого типа средства измерений соответствующий размер обозначен как справочный.
Подуклонка рельсов, стыковые зазоры и волнообразный износ поверхности катания не относятся к универсальным функциям обычного путевого шаблона. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути отдельно предусматривает проверку колеи по шаблону и уровню путевым шаблоном, электронным путевым шаблоном или путеизмерительной тележкой, а износ рельсов — путевыми штангенциркулями, измерительными скобами и другими предназначенными для этого средствами; стыковые зазоры также контролируются отдельно. Для регистрации волнообразного износа поверхности катания применяются специализированные измерительные тележки и другие средства контроля продольного профиля рельса.
Применение и особенности контроля Рабочие шаблоны используются непосредственно при выполнении путевых работ, в частности при установлении и исправлении ширины колеи. Измерительные шаблоны применяются при осмотрах пути и стрелочных переводов для определения фактических геометрических параметров и их последующего сопоставления с установленными значениями и допускаемыми отклонениями.
Ненулевое значение взаимного возвышения рельсов само по себе не означает неисправности пути. В кривых участках наружный рельс может устраиваться с расчётным возвышением относительно внутреннего, поэтому показания шаблона оцениваются с учётом проектных и нормативных параметров соответствующего участка.
Ручной шаблон относится к средствам локального контроля: измерение выполняется в отдельных выбранных сечениях пути. Для последовательного контроля параметров вдоль участка применяются путеизмерительные тележки, а для обследования протяжённых участков, в том числе под воздействием подвижного состава, — мобильные диагностические средства и вагоны-путеизмерители.
При этом серия промеров шаблоном может использоваться для оценки параметров, характеризующих изменение геометрии вдоль пути. Например, при ручном контроле уклон отвода ширины колеи определяется по результатам измерений ширины колеи в нескольких сечениях на заданной базе.
Метрологическое обеспечение Измерительные путевые шаблоны, используемые в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, выпускаются как утверждённые типы средств измерений с установленными диапазонами измерений, пределами допускаемой погрешности и правилами поверки. Эти характеристики определяются для конкретного типа и не являются одинаковыми для всех путевых шаблонов.
Например, для ШП.01 и ШП.02 предел допускаемой погрешности при измерении ширины колеи и взаимного возвышения рельсов составляет ±1 мм, а межповерочный интервал — один год. У электронного шаблона ШЭП-70 также установлена абсолютная погрешность ±1 мм для измерения ширины колеи и уровня, однако межповерочный интервал составляет шесть месяцев. Таким образом, периодичность поверки и метрологические характеристики должны устанавливаться по документации конкретного типа прибора.
В метрологической документации термин «путевой контрольный шаблон» имеет также специальное значение. Методические указания МИ 1795-87 распространяются на контрольные шаблоны КШ колеи 1520 мм, предназначенные не для обычного промера пути, а для поверки стендов, которые, в свою очередь, применяются для поверки рабочих путевых шаблонов. Такой КШ представляет собой штангу с двумя неподвижными рабочими губками и заданным рабочим размером. Поэтому метрологический контрольный шаблон КШ следует отличать от эксплуатационных измерительных шаблонов, которые в железнодорожной учебной литературе также могут называться контрольными.
Электронные шаблоны В электронных путевых шаблонах механическое перемещение измерительных элементов преобразуется датчиками в электрический сигнал, который обрабатывается электронным блоком. Для определения уровня вместо механического пузырькового уровня могут использоваться электронные датчики положения. Результаты выводятся на цифровое показывающее устройство или мобильное рабочее место и, в зависимости от конструкции, могут сохраняться и передаваться в информационные системы.
Например, электронные шаблоны «НЕВА-1» предназначены для измерения геометрических параметров железнодорожных и трамвайных путей колеи 1520 мм. Различные модификации позволяют измерять ширину колеи и уровень, а также ряд параметров стрелочных переводов, боковой износ рельса и вертикальные отклонения элементов рельсовой колеи. В качестве мобильного рабочего места у этих шаблонов используется переносное вычислительное устройство, на которое передаются результаты измерений.
Развитие электронных приборов привело к автоматизации не только измерения, но и регистрации результатов. Инструкция ОАО «РЖД» предусматривает, что при промере электронным путевым шаблоном книги форм ПУ-28 и ПУ-29 ведутся в электронной версии Единой корпоративной автоматизированной системы управления инфраструктурой (ЕК АСУИ) и не дублируются на бумажном носителе.
Современные электронные исполнения не обязательно ограничиваются ручной установкой прибора в каждой точке. Например, шаблон ШЭП-70 выпускается в переносном исполнении ШЭП-70Р и в исполнении ШЭП-70С, способном самостоятельно перемещаться вдоль рельсовой колеи; результаты его измерений передаются на мобильное рабочее место оператора.
История Ручные шаблоны применялись для контроля состояния рельсовой колеи уже на раннем этапе развития железных дорог. Наряду с ними во второй половине XIX века начали появляться устройства, способные перемещаться по рельсам и облегчавшие последовательную проверку пути. Первый российский катучий шаблон был создан инженером Н. А. Онуфровичем в 1886 году.
Дальнейшее развитие средств контроля рельсовой колеи шло в направлении механизации и регистрации результатов. В 1905 году была сконструирована путеизмерительная тележка, фиксировавшая наряду с шириной колеи возвышение одного рельса относительно другого, а в 1913 году Н. Е. Долгов создал усовершенствованную путеизмерительную тележку, применявшуюся впоследствии в течение нескольких десятилетий. Эти устройства стали отдельной ветвью развития путеизмерительной техники и дополнили ручные шаблоны средствами последовательного и непрерывного контроля.
При строительстве пути использовались также простые установочные шаблоны фиксированной ширины. В советских нормативных документах встречается термин «глухой путевой шаблон» — такое приспособление применялось для установления ширины колеи во время прикрепления рельсов при сборке рельсошпальной решётки.