Способ контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути

Способ контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути и может быть использовано при текущей эксплуатации бесстыкового железнодорожного рельсового пути для контроля продольных механических напряжений в рельсовых плетях и предотвращения их выбросов или разрывов.

Известен способ контроля напряженного состояния участков рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, вызываемого изменениями температуры и усталостными явлениями от воздействий колеса на рельс при прохождении состава, заключающийся в том, что предварительно перед укладкой рельсовой плети проводят определение зон концентрации напряжений по собственному магнитному полю рассеяния путем сканирования датчиком магнитометра вдоль поверхности головки рельса, проводят повторную диагностику плети при прохождении по пути 50-150 млн. тонн груза, определяют максимальные изменения параметров, RU №2454344 С1, B61K 9/08, 27.06.2012.

Известен способ диагностики рельсов, заключающийся в том, что на транспортное средство устанавливают устройства дефектоскопии, измерения неровностей и видеонаблюдения рельсов, перемещают транспортное средство вдоль рельсов, периоды измерений состояния рельсов выбирают исходя из скорости перемещения транспортного средства, обнаруживают сигналы, свидетельствующие о подозрениях на дефекты и неровности, повышают чувствительность обнаружения сигналов, задерживают мгновенные сигналы измерений с учетом их относительного положения и скорости перемещения транспортного средства так, чтобы они относились к одним и тем же поперечным сечениям рельсов, совместно анализируют сигналы всех устройств на участках рельсов с подозрениями на дефект или неровности, оценивают перспективное состояние участков рельсов, RU №2474505 C1, B61K 9/08, 10.02.2013.

Известен способ диагностики рельсового пути, заключающийся в том, что приборы измерения параметров рельсового пути устанавливают на транспортное средство, которое перемещают вдоль рельсового пути, измеряют параметры рельсового пути, обнаруживают дефекты и определяют их координаты, получают графические изображения участка рельсового пути с обнаруженными отклонениями в поперечных сечениях рельсовых плетей, сохраняют результаты измерений, после окончания обследования участка рельсового пути анализируют результаты измерений и на основе анализа указанного изображения принимают решение о состоянии рельсового пути, RU №2446971 С2, B61K 9/08, G01D 7/02, 10.04.2012.

Известно устройство для определения продольной жесткости рельсового пути, содержащее рычаги, крепящиеся к концам рельсов разобранного стыка, при этом болт стягивает рычаги через пружину, причем определение силы натяжения производится умножением жесткости пружины на величину ее деформации, а продольная жесткость рельсового пути определяется делением силы натяжения на величину перемещения концов рельсов, RU №100478 U1, B61K 9/08, 20.12.2010.

Известно устройство для измерения напряжений в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей, включающее нагрузочный элемент, закрепляемый на контролируемом объекте, пьезооптический преобразователь, преобразующий в электрический сигнал величину напряжений на фотоупругом элементе, и блок обработки сигнала, RU №115474 U1, G01L 1/00, 27.04.2012; RU №111646 U1, G01L 1/00, 20.12.2011.

Известен способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути, заключающийся в том, что периодически измеряют температуру участков рельсовых плетей, определяют продольные температурные напряжения этих участков, одновременно с измерением температуры участков измеряют величины продольных перемещений, определяют продольные деформации участков рельсовых плетей и продольные напряжения, вызванные ими, а затем определяют продольные напряжения участков с учетом изменения их длины и величины продольных деформаций, RU №2469894 С2, B61K 9/08, 20.12.2012; RU №2239547 С1, B61K 9/08, Е01В 35/00, 10.11.2004.

Известные способы определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей относятся к визуальным методам определения длины объекта контроля при изменении продольных сил растяжения - сжатия и допускают вероятность ложных срабатываний системы или пропусков меток, а также трудоемкость последующих расчетов механических напряжений.

Известен способ определения механических напряжений в рельсовой плети, включающий укладку рельсовой плети при определенных температурных условиях и с заданными усилиями скрепления ее со шпалами, при этом после укладки рельсовой плети в шейках рельса просверливают отверстие конической формы, измеряют его диаметры D_x и D_y по двум взаимно перпендикулярным осям x и y, осуществляют вычитание измеренных данных в соответствии с выражением ΔD=D_x-D_y, выполняют измерение температуры в отверстии шейки рельса, определяют по полученным данным механические напряжения в рельсовой плети и передают их на пункт диагностики, RU №2478153 С2, Е01В 19/00, 27.03.2013.

Известный способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей относится к механическому методу контроля, который сложно реализуется в условиях эксплуатации железнодорожного пути, имеет большую погрешность расчетов механических напряжений при низкой производительности контроля.

К недостаткам известных способов следует отнести зависимость результатов контроля от химического состава рельсовой стали, структуры металла рельса, его начальной намагниченности (магнитные методы).

Общим недостатком всех перечисленных способов является возможность контроля незначительного по протяженности локального участка пути, а также низкая производительность контроля.

Известен способ измерения растягивающих усилий, действующих на рельс, заключающийся в том, что рельс закрепляют в двух или более точках, на рельс между точками закрепления навешивают груз большой массы, при этом сигналом, зависящим от растягивающего усилия, является амплитудно-частотная характеристика получившейся колебательной системы, образованной указанным рельсом и подвешенным к нему грузом, RU №2487325 С2, G01L 1/00, 10.07.2013.

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.

В ближайшем аналоге измерение растягивающих усилий, действующих на рельс, осуществляют без установки на рельс датчиков.

Однако для реализации способа ближайшего аналога необходима предварительная подготовка исследуемого участка пути, отсутствие движения поездов по исследуемому участку пути на время проведения работ, невозможность проведения работ в условиях повышенных температур из-за возможной потери поперечной устойчивости рельсовых нитей и, как следствие, из перечисленного выше, низкая производительность контроля.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи, позволяющей увеличить производительность контроля и повысить безопасность движения поездов.

Технический результат настоящего изобретения заключается в осуществлении контроля без предварительной подготовки исследуемого участка пути и отсутствия необходимости его закрытия для движения поездов на время проведения работ, за счет проведения контроля непрерывно в движении при механическом взаимодействии катящегося железнодорожного колеса и рельса и при анализе спектра возбуждаемых механических колебаний по частоте и амплитуде, и заключается в оперативном получении информации о продольно-напряженном состоянии рельсовых плетей бесстыкового пути, за счет получения информации о плетях с избыточными величинами сжимающих или растягивающих напряжений, анализе изменений спектра возбуждаемых механических колебаний и выделении участков железнодорожного пути с отклонениями амплитудно-частотных характеристик.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что способ контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути заключается в определении продольных механических напряжений участков рельсовых плетей с учетом изменения величины продольных деформаций.

Определение продольных напряжений осуществляют непрерывно в движении железнодорожного подвижного состава при механическом взаимодействии катящегося железнодорожного колеса и рельса, при возбуждении механических колебаний на контролируемых участках рельсовых плетей с регистрацией, преобразованием полученных механических колебаний в акустические и усилением сигнала, и при анализе спектра возбуждаемых механических колебаний по частоте и амплитуде, зависящих от величины продольных механических напряжений участков рельсовых плетей.

По результатам обработки информации анализируют изменение спектра возбуждаемых механических колебаний и оперативно выделяют участки железнодорожного пути с отклонениями амплитудно-частотной характеристики.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.

Определение продольных напряжений непрерывно в движении железнодорожного подвижного состава при механическом взаимодействии катящегося железнодорожного колеса и рельса, при возбуждении механических колебаний и при анализе спектра возбуждаемых механических колебаний по частоте и амплитуде позволяет увеличить производительность контроля.

Проведение анализа изменения спектра возбуждаемых механических колебаний и оперативное выделение участков железнодорожного пути с отклонениями амплитудно-частотных характеристик, зависящих от величины продольных механических напряжений участков рельсовых плетей, повышает безопасность движения поездов.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Сущность осуществления способа поясняется чертежами, где изображены:

На фиг.1 - Схема акустического тракта системы.

На фиг.2 - Графическое изображение избыточной величины растягивающих механических напряжений.

На фиг.3 - Графическое изображение избыточной величины сжимающих механических напряжений.

На чертежах представлено:

рельс - 1,

источник механических колебаний - 2,

акустическая система - 3,

преобразователь механических колебаний в акустические (системы 3) - 4,

усилительный тракт (системы 3) - 5,

анализатор спектра (системы 3) - 6,

блок обработки и хранения информации (системы 3) - 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Способ контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути заключается в том, что определяют продольные механические напряжения участков рельсовых плетей при анализе спектра, анализируют изменения спектра возбуждаемых механических колебаний и оперативно выделяют участки железнодорожного пути с отклонениями амплитудно-частотной характеристики.

Определение продольных напряжений осуществляют непрерывно в движении железнодорожного подвижного состава при механическом взаимодействии катящегося железнодорожного колеса и рельса 1.

Определение продольных напряжений осуществляют при возбуждении механических колебаний на контролируемых участках рельсовых плетей с регистрацией источника механических колебаний 2, преобразованием полученных механических колебаний в акустические в преобразователе 4 акустической системы 3 и усилением сигнала в усилительном тракте 5.

Определение продольных напряжений осуществляют при анализе спектра возбуждаемых механических колебаний по частоте и амплитуде в анализаторе спектра 6, зависящих от величины продольных механических напряжений участков рельсовых плетей.

Анализ изменений спектра возбуждаемых механических колебаний проводят по результатам обработки информации блока обработки и хранения информации 7 акустической системы 3, для чего анализируют изменение спектра возбуждаемых механических колебаний и оперативно выделяют участки железнодорожного пути с отклонениями амплитудно-частотной характеристики.

Решение о продольно-напряженном состоянии рельсовых плетей бесстыкового пути или отдельного их участка и необходимости проведения дополнительных работ принимается оператором на основе анализа изменения амплитудно-частотной характеристики системы.

Графическое изображение избыточной величины растягивающих механических напряжений (фиг.2) и графическое изображение избыточной величины сжимающих механических напряжений (фиг.3) получены при выполнении опытных работ по контролю продольно-напряженного состояния рельсовых плетей на отдельно взятом участке бесстыкового пути.

В предложенном способе контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути использованы методы и устройства, широко применяемые в промышленности и, в частности, на железнодорожном транспорте, и проведенные опытные работы по спектральному контролю механических колебаний обусловливают, по мнению заявителя, соответствие способа критерию «промышленная применимость».

Использование предложенного способа позволяет:

- увеличить производительность контроля;

- повысить объективность контроля;

- повысить качество содержания рельсовых плетей бесстыкового пути;

- повысить безопасность движения поездов.

Способ контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути, заключающийся в определении продольных механических напряжений участков рельсовых плетей с учетом изменения величины продольных деформаций, отличающийся тем, что определение продольных напряжений осуществляют непрерывно в движении железнодорожного подвижного состава при механическом взаимодействии катящегося железнодорожного колеса и рельса, при возбуждении механических колебаний на контролируемых участках рельсовых плетей с регистрацией, преобразованием полученных механических колебаний в акустические и усилением сигнала, и при анализе спектра возбуждаемых механических колебаний по частоте и амплитуде, зависящих от величины продольных механических напряжений участков рельсовых плетей, и по результатам обработки информации анализируют изменение спектра возбуждаемых механических колебаний и оперативно выделяют участки железнодорожного пути с отклонениями амплитудно-частотной характеристики.