Неоспоримый факт: изобретение колеса изменило мир. Еще больше повлияло на современность изобретение паровой тяги, которая стала мощным толчком для развития мировой промышленности. Но куда бы человек приложил силу паровой тяги, не имея специализированного колеса, будь то сухопутного или водного транспорта?
С появлением паровой тяги связано появление первого поезда, точнее, паровоза. Опытные образцы проектировались и воплощались в металле в Англии с конца 1780-х годов. Однако они не смогли носить массовый характер выпуска. Потому только в 1823 появился первый в мире паровозостроительный завод при содействии изобретателя и предпринимателя Джорджа Стефенсона. Его окрестили “отцом железных дорог”, хотя он не был самым первым, но зато он был самым успешным. Секрет успеха достаточно прост. Стефенсон, помимо улучшения технических характеристик подвижного состава, уделял внимание его безопасности и особенно качеству.
Возьмем, например, колесо железнодорожного состава. Для обеспечения плавности хода и наращивания скорости необходимо, как бы банально ни прозвучало, обеспечить круглость колеса. Круглость же - качественная характеристика, которую необходимо контролировать и измерять.
Чем ее измеряли во времена пионеров паровой тяги?
Если расстояние между объектами, городами например, еще с древних времен измеряли одометром, то с размерами самих изделий все было куда сложнее.
Для контроля параметров могли применяться специальные шаблоны, они же прото-калибры или, переводя на современный язык, стенды для оценки геометрии. Стенд - стационарная конструкция, крупногабаритная, к которой еще нужно было доставить контролируемое изделие. На этом стенде буквально совмещали изделие с шаблоном, что в целом процедуру контроля геометрии делало весьма трудоемкой.
Одними из первых ручных средств измерения линейных размеров служили кронциркули, которые позволяли проводить оценку геометрии изделия.
Для круглости и более сложных параметров использовались средства по оценке отклонения кривизны формы - курвиметры.
Однако курвиметр и кронциркуль нельзя назвать участниками пионерских измерений, ведь их создание датируется патентами 1868-го и 1873-го года соответственно. Эти приборы были запатентованы в преддверии появления метрической конвенции, и они известны и применяются до сих пор. Появление метрической конвенции - следующий большой этап развития метрологии и средств измерений.
Представьте, вы едете из Кракова в Вену. Спустя 50 верст пути у вашего дилижанса ломается колесо. До ближайшего населенного пункта 13 акров. В пределах 100 ярдов виднеется хижина. Там проживает мастер и готов изготовить опору для колеса. Вы даете чертежи и спустя время принимаете деталь. И она не подходит, ведь у вас измерения были в линиях, а мастер сделал в дюймах. Уверен вы полезли смотреть значения каждой единицы измерения, и вот представьте, каково было человечеству в те времена.
В России первая железная дорога была запущена в царскосельском направлении в 1837 году. Но лишь в 1850-х годах начался масштабный железнодорожный бум, который длительное время являлся самой прибыльной и инвестируемой сферой бизнеса во всем мире. При этом вопросам качества уделяли большое внимание многие передовые страны, включая Россию. Необходимость обеспечить производство надежными способами и средствами измерений для оценки качества побуждала мировых ученых прийти к принятию единой системы единиц измерений и “разговора на одном языке”.
Огромную роль в становлении нынешней метрологической системы единиц и появлению науки об измерениях, как таковой, сыграл Дмитрий Иванович Менделеев. При его участии были определены и занесены первые единицы такие, как метр. Так Дмитрий Иванович в 1867 году предложил на съезде русских естествоиспытателей, что в России необходимо ввести метрическую систему. В 1872 году комиссия в Париже утвердила эталон метра. Он состоит из 90% платины и 10% иридия, в виде стрежня, с поперечным разрезом в виде буквы “Х”, и составляет одну сорока миллионную часть меридиана. Сейчас эталон меры длины хранится в Международном бюро мер и весов в городе Севре, что недалеко от Парижа. В 1875 году Россия как одна из стран основательниц подписала с рядом ведущих промышленных стран того времени метрическую конвенцию и присоединилась к системе международных сличений и обеспечению воспроизводимости единиц измерений.
Первые промышленные революции дали мощный толчок развитию промышленности. Однако очень быстро стало недостаточным просто произвести и обеспечить объем спроса. Степень удовлетворенности потребителя - мера качества товара или услуги. Конкуренция среди производителей всё более остро проявляется в качестве выпускаемой продукции. Качество стало в центре всей системы производства. Так же, как менялся подход к обеспечению качества, так менялись средства, которые помогали контролировать соответствие характеристик продукции к современным ожиданиям потребителя. За неполные 250 лет с момента запуска первых паровозов, кардинально изменились и средства измерения качественных параметров и метрологических характеристик колес.
Так, чем же сейчас контролируют качество того же железнодорожного колеса? Если полтора века назад довольствовались объемными шаблонами и громоздкими стендами, то сейчас уже и ручные средства измерений такие, как, например, калибры, воспринимаются как архаизм и “каменный век”, хотя и всё ещё широко применяются в машиностроении.
К современным средствам измерения (СИ) для контроля качества ЖД-колеса сейчас можно отнести цифровые штангенинструменты, средства оценки параметров зазора и кривизны. Однако наиболее прогрессивным решением для контроля геометрии выступают автоматизированные системы такие как: координатно измерительные машины с числовым программным управлением (ЧПУ КИМ), лазерные сканирующие системы, в том числе, в составе роботизированных комплексов, а также кругломеры и контурографы для специализированных “узких” задач.
Подробный обзор и сравнение применяемых ручных СИ и современного оборудования для контроля биения, цилиндричности, шероховатости и линейной геометрии ждите в ближайших публикациях.