УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОНАМАГНИЧИВАНИЯ РЕЛЬСОВОГО ИЗОЛИРУЮЩЕГО СТЫКА

Полезная модель относится к устройствам, использующим магнитометрию на железных дорогах, в частности измерению напряженности магнитного поля в рельсовых стыках.
Известно явление роста остаточной намагниченности. Если, например, в каком-то месте конструкции действует циклическая нагрузка, (такая нагрузка присутствует при прохождении колеса по стыку) и есть внешнее магнитное поле (например, поле Земли), то в этом месте происходит рост остаточной намагниченности. После снятия нагрузки (прохождения состава) обратимая составляющая исчезает, а остается только необратимая составляющая остаточной намагниченности. (На этом явлении построена целое направление диагностики материалов Дубов А.А. "Диагностика котельных труб с использованием магнитной памяти металла" М.: "Энергоатомиздат", 1995, 112 с.). В силу магнитоупругого эффекта происходит "самонамагничивание" рельсов в зонах концентрации напряжений от нагрузок, возникающих между колесом и рельсом. Проведенные авторами исследования показали что "самонамагничиванию" подвержены рельсы на всей длине и особенно в местах изолирующих стыков.
Известны проведенные исследования по измерению напряженности магнитного поля в изолирующих стыках (В.М.Федин, А.В.Наумов, А.И.Борц, И.В.Шарапова К вопросу намагниченности концов рельсов в изолирующих стыках. Вестник ВНИИЖТ-2006, №2, стр.21-23.) Показано, что в настоящее время объем данных, полученных по результатам измерений напряженности магнитного поля в стыках различной конструкции, недостаточен для нормирования предельно допустимой величины напряженности магнитного поля, не приводящей к сбоям в работе системы сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Необходимо проведение дальнейших сравнительных испытаний изолирующих стыков различной конструкции.
Сделанный вывод говорит о том, что оценив напряженность магнитного поля в изолирующем стыке, службы средств СЦБ не могут принять какого либо решения по обслуживанию изостыка. Поскольку проблема намагниченности изолирующих стыков остается, и существующие устройства, направленные на уменьшение напряженности магнитного поля в изоляционном стыке за счет шунтирования магнитного поля не решает полностью этой проблемы, остается вопрос о необходимости принятия оперативного решения по обслуживанию изостыка. Для этого необходимо устройство, которое могло бы показать, насколько возросшее магнитное поле изостыка, насколько оно опасно для дальнейшей эксплуатации рельсового пути с таким изостыком, насколько эффективно работает шунтирующие устройства установленное в изостык.
Создание новых технических решений, направленных на снижение напряженности магнитного поля в изостыке за счет шунтирования магнитного поля является актуальной задачей, и здесь имеются некоторые успехи. Постоянно повышаемая намагниченность изолирующего стыка способствует притягиванию в зону стыка металлических частиц, которые могут образовать токопроводный мост между рельсами. В этих случаях установленные устройства шунтирования магнитного поля не могут предотвратить сбой в цепи СПБ. При достижении определенного уровня величины магнитного поля в изолирующем стыке необходимо проведение ряда технических мероприятий направленных на его снижение. Для этого необходимы устройства для оперативного определения данного уровня напряженности магнитного поля.
Известен способ уменьшения напряженности магнитного поля в стыках (RU 2379402) в частности, при укладке или замене железнодорожного полотна железных дорог, оборудованных системой железнодорожной автоматики и телемеханики. При сборе плетей и укладке железнодорожного полотна из намагниченных рельсов, имеющих одну ориентацию вектора напряженности магнитного пола в штабеле, каждый второй рельс разворачивают на 180 градусов. Таким образом, рельсы соединяют одноименными магнитными полюсами. Способ позволяет уменьшить напряженность магнитного поля в воздушных зазорах стыков между рельсами. Однако, применение этого способа, без соответствующего приборного обеспечения, малоэффективно. Без прибора определять вектор напряженности магнитного поля невозможно, возможны ошибки. Такие ошибки приводят с сбоям в работе систем СЦБ и автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН). Это отмечается в специализированном журнале: «На участках железных дорог, электрифицированных на переменном токе, одним из главных факторов, вызывающих сбои в работе устройств АЛСН, является влияние неравномерности магнитного поля рельсов по их длине. При капитальном ремонте пути мешающее воздействие этих помех усиливается. На перегонах главного хода Красноярской железной дороги, например, в первой половине 2008 г. около 40% сбоев АЛСН было вызвано именно влиянием магнитного поля рельсов. Три четверти из них возникали вследствие нарушения правил укладки рельсов в колее или по краям шпал, а четверть - из-за неравномерной намагниченности по длине уложенных рельсов. Подавляющее число сбоев АЛСН по рассматриваемой причине (до 80-90%) происходило на перегонах, примыкающих к станциям с тяговыми подстанциями, где имеет место совместное мешающее влияние тягового тока и неравномерной намагниченности рельсов. Переменный тяговый ток электровозов активно стекает в землю с рельсов и возвращается в обратную тяговую рельсовую сеть на участках, прилегающих к месту подключения отсасывающих линий тяговых подстанций. В результате увеличивается и тяговый ток в рельсах, и соответственно растет абсолютное значение его асимметрии под приемными локомотивными катушками». (Магнитное поле рельсов и устойчивость работы АЛСН. В.И.Шаманов, И.И.Регер Журнал «Железнодорожный транспорт» №2, 2010).
Для исследований явления намагниченности рельсов на дорогах в ООО «АпАТэК» разработали цифровой магнитометр «Стык-3D», способный измерять и записывать в электронную память параметры магнитного поля. (А.Козлов, А.С.Козлов, А.Е.Ушаков «Намагниченность изолирующих стыков», Путь и путевое хозяйство, №1, 2005 г. стр.10-12). Этот прибор служит для сбора информации.
Для эксплуатационников железнодорожного пути необходимо устройство, которое могло бы оперативно оценить величину «самонамагничивания» конкретного изостыка. Если напряженность магнитного поля в изолирующем стыке, такова, что она может привести к образования мостика из магнитных частиц (металлической стружки), прибор это должен показать. В этом случае службами пути выполняются соответствующие технические мероприятия по дальнейшему обслуживания изолирующего стыка.
Известно техническое решение по заявке №2008150211, принятое в качестве прототипа. Устройство для контроля изменений во времени намагниченности объекта, включает элементы корпусных конструкций объекта из ферромагнитного материала с расположенными над ними феррозондами удлиненной формы, каждый состоящий из сердечника из магнитомягкого материала, на который намотаны электрические обмотки, подключенные к измерительной аппаратуре, при этом сердечники феррозондов выполнены в виде скоб и расположены на корпусной конструкции с непосредственным контактом обоих их концов с поверхностью корпусной конструкции.
Недостаток данного технического решения заключается в невозможности оперативного контроля изменения напряженности изолирующего стыка.
Задача заявляемого технического решения заключается в разработке устройства, позволяющего оперативно контролировать изменения напряженности магнитного поля в изолирующем стыке рельсов.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в уменьшении времени контроля степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка.
Указанный технический результат достигается предлагаемым устройством для контроля «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка, включающем корпусные элементы конструкции объекта, с расположенной над ними магнитной системой при этом, корпусными элементами конструкции являются участки рельсов, образующих изолирующий стык рельсового пути, а магнитная система состоит из основания, с закрепленными на нем магнитопроводом с магнитом, магнитной стрелки и картушкой, при чем магнитная стрелка и картушка расположены в отдельном прозрачном корпусе над поверхностью головки рельса в области стыка, а над ними располагается магнитопровод с магнитом, при чем магнитопровод сориентирован по зазору стыка, а картушка имеет шкалу для определения степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка.
Кроме этого, основание выполнено из немагнитного материала, внутренняя поверхность основания повторяет наружную поверхность головки рельса, обеспечивая плотность прилегания, магнитопровод состоит из ферромагнитного сердечника и электрической обмотки или ферромагнитного сердечника и постоянного магнита, шкала картушки выполнена разноцветной при этом низкая степень намагниченности, средняя степень намагниченности, высокая степень намагниченности в различных зонах картушки, соответственно, выполнены одним цветом, магнитная стрелка установлена на высоте 20-35 мм относительно поверхности головки рельса, магнитопровод установлен на высоте 20-35 мм над магнитной стрелкой.
На основе экспериментальных исследований оценки явления «самонамагничивания» разработано специализированное устройство контроля, которое позволяет без какой-либо подготовки объекта контроля, путем установки прибора на изолирующий стык, проконтролировать напряженность магнитного поля, способного собрать металлическую стружку и замкнуть изолирующий стык.
На фиг. представлено устройство в объемном изображении. Устройство устанавливается на изолирующий стык, состоящий из рельсов 1 и 2, соединенных накладками 3 и 4, между торцами рельсов установлена шунтирующая прокладка 5, а между накладками и рельсами установлены прокладки 6 и 7. На место стыка устанавливается основание 8, и магнитная система, которая состоит из магнитопровода 9 с магнитом 10, магнитной стрелки 11 и картушки 12, при этом, магнитная стрелка и картушка расположены в отдельном прозрачном корпусе 13 над поверхностью головки рельсов 1 и 2 в области стыка, где установлена шунтирующая прокладка 5. Магнитопровод 9 с магнитом 10 расположен над магнитной стрелкой 11, при этом магнитопровод сориентирован по зазору стыка, т.е вдоль прокладки. Картушка 12 имеет шкалу для определения степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка.
Устройство работает следующим образом. В свободном состоянии магнитная стрелка устройства сориентирована вдоль магнитопровода. При установке основания с установленной на нем магнитной системой на стык, магнитной поле изолирующего стыка ориентирует магнитную стрелку вдоль рельса. В зависимости от величины напряженности магнитного поля изолирующего стыка магнитная стрелка отклониться на определенный угол, и будет указывать на определенную зону картушки. Предлагается разделить картушку на три зоны: зеленая соответствует низкой степень «самонамагниченности», желтая соответствует средней степени «самонамагниченности», красная соответствует высокой степени «самонамагниченности». Зеленая и красная зоны, имеет два участка, расположенных противоположно друг другу, зеленые участки расположены со стороны торцов магнитопровода, а красные вдоль линии рельсов, а желтая зона имеет четыре участка, по два с обеих сторон относительно магнитопровода. Такое распределение зон в зависимости от «полярности» изолирующего стыка позволит определить уровень степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка при одной установке основания на головки рельсов.
Если степень «самонамагниченности» высокая, то магнитное полет изолирующего стыка будет удерживать магнитную стрелку в красной зоне, если степень «самонамагниченности» низкая, то магнитопровод будет удерживать стрелку в зеленой зоне, или в желтой зоне. В зависимости от положения стрелки при определении степень «самонамагниченности» будет определяться уровень технического обслуживания изолирующего стыка.