Передвижное устройство для оценки несущей способности железобетонных опор

Полезная модель относится к устройствам неразрушающего контроля, установленным на подвижных комбинированных средствах перемещения, может быть использовано, например, в качестве передвижного устройства специального назначения, связанного с обслуживанием железной дороги, а именно оценкой несущей способности железобетонных опор контактной сети.
Железобетонные опоры контактной сети в условиях эксплуатации подвергаются воздействию механических нагрузок и воздействию токов, стекающих с рельсов через арматуру (электрокоррозия), которые приводят к их разрушению, при этом разрушение опор не происходит мгновенно. Разрушение опор происходит постепенно, накопление повреждений до критического уровня, после чего железобетонная опора может упасть под действием собственного веса, может происходить длительное время. Поэтому очень важным является периодический контроль физического состояния железобетонных опор и оценка их несущей способности.
Известно устройство (Сергеев Н.А. Современный метод обследования контактной сети. Локомотив, 1997, №4, стр. 36-37), в состав которого входит железобетонная опора с приставленным к ней микрофоном и устройством записи звука на магнитную ленту, а также ударное устройство в виде слесарного молотка для возбуждения колебаний в опоре и компьютер для анализа зарегистрированных звуковых сигналов.
Это устройство не позволяет получить достоверную информацию о состоянии железобетонной опоры, широкого распространения не получило.
Известно устройство (Указания по техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети, М., Транспорт, 1984, стр. 43-47), в состав которого входят железобетонная опора с установленными на ней акустическими датчиками и устройство записи сигналов акустической эмиссии, а также ударное устройство для возбуждения в железобетонной опоре низкочастотных колебаний.
Недостаток данного технического решения состоит в большой трудоемкости предлагаемого способа возбуждения низкочастотных колебаний. Для их возбуждения используют устройство, состоящее из сбрасывающего приспособления, троса и рычага. Трос одним концом закрепляется на опоре на высоте 3-4 м, а другим концом - на сбрасывающем приспособлении, закрепленном на рычаге. Поворотом рычага трос натягивается, срабатывает сбрасывающее приспособление, и опора приходит в режим свободных колебаний. В связи с трудоемкостью такого способа низкочастотные колебания часто получают раскачкой опоры вручную. Во-первых, при этом трудно достигнуть необходимой амплитуды колебаний, а во-вторых, разные операторы проводят раскачку неодинаково и до разной амплитуды, что ведет к разбросу данных и уменьшает их достоверность.
Известно устройство контроля физического состояния железобетонной опоры контактной сети железной дороги, содержащее установленные на опоре вибратор, датчик регистрации акустической эмиссии (АЭ), устройство записи сигналов акустической эмиссии, компьютер, при этом устройство дополнительно содержит виброметр, регулятор частоты и силы воздействия вибратора, вибрационный датчик, предварительный усилитель акустических сигналов, системный блок анализа акустических сигналов, генератор переменного тока, причем вибрационный датчик закреплен на устройстве крепления вибратора, а датчик регистрации АЭ установлен на опоре, на границе с землей или основанием железобетонной опоры, датчик является широкополосным, в качестве вибратора используется вибратор ЭВ 98 Е. (Патент РФ RU 2521748, заявка №2013101964 от 16.01.2013, МПК G01М 7/00)
Недостаток данного устройства состоит в том, что проведение исследований устройством проводится на резонансных частотах опоры, что может привести к ускоренному разрушению конструкции опоры и появлению и развитию новых дефектов и регистрацию АЭ от данных дефектов, что приводит к снижению достоверности получаемой информации при оценке физического состояния железобетонной опоры, не позволяющей определить критически опасную опору и своевременную ее замену. Однократное нагружение опоры вибрацией на резонансной частоте опоры не позволяет получить высокую достоверность о физическом состоянии опоры. Это обусловлено тем, что АЭ регистрируется как от вновь образующихся дефектов, так и от взаимодействия существующих дефектов, которые в основном и показывают уровень физического состояния опоры. Кроме этого, бетон сильно поглощает сигналы АЭ, и установка датчиков преобразования сигналов АЭ непосредственно на бетон значительно снижает уровень сигналов АЭ и, как следствие, достоверность информации о физическом состоянии опоры. Устройство содержит высокоточную аппаратуру, которую затруднительно использовать в полевых условиях, часть аппаратуры имеет большой вес, в частности вибратор, генератор переменного тока, с такой аппаратурой очень сложно перемещаться от одной опоры к другой, увеличивается время обследования одной опоры. Практически невозможно обследовать опоры в труднодоступных местах и в неблагоприятных условиях..
Задачей предлагаемого способа является повышение безопасности движения железнодорожного движения.
Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении достоверности получаемой информации при оценке физического состояния железобетонной опоры, позволяющей определить критически опасную опору и своевременную ее замену, снижение времени на оценку несущей способности на одну опору, создание благоприятных условий работы операторов, независимо от внешних условий.
Технический результат достигается передвижным устройством для оценки несущей способности железобетонных опор, характеризующимся тем, что содержит компьютер, вибратор, устройство для неподвижного крепления вибратора на опоре, инверторный генератор переменного тока, программируемый регулятор тока, системный блок обработки сигналов акустической эмиссии (АЭ), при этом компьютер, программируемый регулятор тока, системный блок обработки сигналов акустической эмиссии закреплены в приборной стойке, размещенной в фургоне транспортного средства, на комбинированном ходу, преобразуемом для движения по железнодорожным рельсам и автомобильным дорогам, а вибратор и устройство для неподвижного крепления вибратора на опоре закреплены на кран-балке данного транспортного средства, в фургоне транспортного средства предусмотрено место для размещения оператора и отдельное помещение для инверторного генератора переменного тока, оборудованное звукоизоляцией, вентиляцией и фундаментом под генератор. Кроме этого, приборная стойка выполнена в виде шкафа и имеет устройство замыкания шкафа на замок, системный блок обработки сигналов АЭ имеет четыре резонансных датчиками преобразования сигналов АЭ с магнитными держателями и четыре предварительных усилителя и фильтрации электрических сигналов, получаемых от преобразователей АЭ, четыре металлические прокладки, приклеиваемые к опоре, компьютер соединен кабелем USB с системным блоком, по специальной программе производит регистрацию и обработку сигналов АЭ, определяя суммарную энергию АЭ за время измерения, резонансные датчики преобразования сигналов АЭ, предварительные усилители и фильтрации электрических сигналов и системный блок обработки сигналов АЭ соединены высокочастотным кабелем, металлические прокладки для установки датчиков преобразования сигналов АЭ с магнитными накладками приклеиваются к опоре с четырех сторон на границе заделки опоры в грунт, металлические прокладки имеют толщину 0,2-0,3 мм, датчики преобразования сигналов АЭ с магнитными держателями устанавливаются на металлические прокладки через смазку, к инверторному генератору переменного тока подключены кабели питания: системного блока обработки сигналов АЭ, компьютера, программируемого регулятора тока, вибратора, устройства для неподвижного крепления вибратора на опоре, крепится на высоте 1,2-1,8 м от границы заделки опоры в грунт.
Подвижной состав железнодорожного транспорта при движении является мощным источником воздушной волны с высоким давлением в головной части волны и разрежения давления после прохождения головной воздушной волны. Такое воздействие подвижного состава при его движении оказывает заметное давление на объекты, в частности на железобетонные опоры контактной сети, находящиеся в непосредственной близости от железнодорожного полотна. Помимо этого, подвижной состав железнодорожного транспорта является и мощнейшим источником вибрации. Вибрация в широком частотном диапазоне передается, видоизменяясь, через рельсовые пути на опоры и далее в грунт, окружающие здания, элементы верхнего и нижнего строения железнодорожного пути, являясь источником зарождения очагов разрушения. Вес железобетонной опоры создает существенные статические нагрузки на нижнюю часть опоры, которая находится в земле. Такое сложное воздействие на железобетонную опору приводит со временем к ее разрушению, опора падает. Акустический датчик, установленный на опоре, на границе с землей или основанием железобетонной опоры, являясь широкополосным, позволяет получать информацию с самого опасного участка железобетонной опоры и выявлять возникновение опасных дефектов в железобетонной опоре контактной сети, способных в дальнейшем привести к падению опоры.
Повышение достоверности информации при оценке физического состояния железобетонной опоры, позволяющей определить критически опасную опору и своевременную ее замену, достигается тем, что на опоре установлены четыре датчика преобразования сигналов АЭ с магнитными держателями, установленными на металлических накладках, четыре предварительных усилителя и фильтрации электрических сигналов, получаемых от преобразователей АЭ. Металлические накладки приклеены к опоре. Следует отметить, что сигналы АЭ при прохождении в бетоне быстро затухают, поэтому осуществлять контроль физического состояния опоры по сигналам АЭ от одного датчика возможно на небольшой части опоры, в частности находящейся на границе с заделкой в землю.
Снижение времени на оценку несущей способности на одну опору достигается тем, что компьютер, программируемый регулятор тока, системный блок обработки сигналов акустической эмиссии закреплены в приборной стойке, размещенной в фургоне транспортного средства, на комбинированном ходу, преобразуемом для движения по железнодорожным рельсам и автомобильным дорогам, а вибратор и устройство для неподвижного крепления вибратора на опоре закреплены на кран-балке данного транспортного средства и размещены в отдельном помещении инверторного генератора переменного тока, оборудованном звукоизоляцией, вентиляцией и фундаментом под генератор. Такое решение не требует переноса всего оборудования от опоры к опоре, а требуется только перемещение транспортного средства с установленным в нем оборудованием, при этом транспорт может перемещаться как по железной дороге, так и грунтовой дороге, а также проводить оценку опор в труднодоступных местах. Создание благоприятных условий работы операторов достигается размещением его рабочего места в фургоне транспортного средства, возможностью работы в любое время суток и практически при любых погодных условиях.
На фиг. 1 показана принципиальная схема сборки устройства для оценки несущей способности железобетонных опор.
На фиг. 2 показана принципиальная схема передвижного устройства для оценки несущей способности железобетонных опор.
Передвижное устройство для оценки несущей способности железобетонных опор содержит инверторный генератор переменного тока 1 (220 В, 50 Гц) типа BS 1000i, программируемый регулятор тока 2 типа Е2-МИНИ; вибратор 3 типа ИВ-99Е, системный блок обработки сигналов акустической эмиссии (АЭ) типа СДС 1004, который включает: системный блок обработки сигналов АЭ 4, четыре резонансных датчика преобразования сигналов АЭ 5 с магнитными держателями, четыре предварительных усилителя и фильтрации электрических сигналов 6, получаемых от преобразователей АЭ 5, и четыре металлические прокладки, приклеиваемые к опоре (на фиг. не показаны), персональный компьютер (ПК) 7 с программным обеспечением для регистрации АЭ и обработки информации, устройство 8 для неподвижного крепления вибратора на опоре.
Персональный компьютер 7, программируемый регулятор тока 2, системный блок обработки сигналов акустической эмиссии 4 закреплены в приборной стойке 9, размещенной в фургоне 10 транспортного средства 11, на комбинированном ходу, преобразуемом для движения по железнодорожным рельсам и автомобильным дорогам. Вибратор 3 и устройство 8 для неподвижного крепления вибратора на опоре, закреплены на кран-балке 12 транспортного средства 11. В фургоне 10 транспортного средства 11 предусмотрено место 13 для размещения оператора и отдельное помещение 14 для инверторного генератора переменного тока 1.
Передвижное устройство для оценки несущей способности железобетонных опор работает следующим образом. Передвижное устройство по железной или автомобильной дороге подъезжает к железобетонной опоре. С помощью кран-балки устройство крепления вибратора крепится на опоре. Оператором собирается схема, как показано на фиг. 1. Проводится проверка настройки основных параметров АЭ каналов на ПК. Запускается система в режиме накопления данных. На информационной панели начинает отображаться текущее время тестирования. Запускается работа вибратора в режиме изменения частоты. По истечении определенного времени измерения вращение вибратора останавливается. Данные по основным параметрам АЭ диагностируемой опоры сохраняются в памяти компьютера в файле с номером опоры. Производится анализ параметров АЭ.