СПОСОБ КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ БЕССТЫКОВОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
METHOD OF CONTROLLING CONTINUOUS WELDED RAIL TRACK RAIL LENGTHS

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна, в частности к способам контроля напряженного состояния участков рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, вызываемого изменениями температуры и усталостными явлениями, вызванными периодическими воздействиями колеса на рельс при прохождении состава, и может быть использовано для определения критических значений продольных сил сжатия, возникающих при повышении температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления, которые могут создать опасность выброса пути или критических растягивающих сил, при понижении температуры, которые могут вызвать излом плети и образование большого зазора, опасного для прохода поезда, или разрыв рельсового стыка из-за среза болтов.
Известна система для контроля перемещений рельсовой плети железнодорожного пути, содержащая транспортное средство, снабженное регистрирующим устройством и бесконтактными датчиками, установленными с возможностью обнаружения и анализа расположения рабочих меток, нанесенных на рельсовую плеть и на подкладку маячной шпалы (патент РФ №2174082).
Недостатком известной системы является то, что контроль деформации рельсовой плети бесстыкового пути осуществляется только по меткам, расположенным на рельсовой плети (на верхней части подошвы рельсовой плети) и на репере (на подкладке «маячной» шпалы), что является недостаточным для получения достоверных результатов и исключения ложного срабатывания системы и, кроме того, в известном устройстве анализу подвергаются метки, нанесенные краской, что также не способствует повышению достоверности результатов.
Известен способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, включающий регистрацию температуры рельсовой плети при укладке ее в путь, контроль за усилием затяжки гаек клеммных и закладных болтов и за продольными подвижками (угоном) плетей по смещениям контрольных сечений рельсовой плети относительно "маячных" шпал, проведение мероприятий по устранению угона превышающих допустимые нормы, а при обнаружении в рельсовой плети опасного дефекта, определение, с помощью съемного ультразвукового дефектоскопа, границы распространения внутренней трещины относительно рабочей грани головки рельса, место расположения дефекта по длине рельса, его устранение и восстановление рельсовой плети или установку на это место накладок, в случае возможности оставления дефектного места в плети.
В качестве "маячной" выбирается шпала, расположенная против пикетного столбика. Ее верх около рельса окрашивается яркой краской. Чтобы "маячная" шпала не смещалась, она должна быть всегда хорошо подбита, закладные болты на ней затянуты, типовые клеммы заменены клеммами с уменьшенной высотой ножек, а резиновые или резинокордовые прокладки - полиэтиленовыми или другими с низким коэффициентом трения.
Оборудование "маячных" шпал и нанесение рисок производится сразу же после закрепления плетей на постоянный режим работы (Технические указания по устройству, укладке, содержанию, ремонту бесстыкового пути. Москва, «Транспорт», 2000. Далее ТУ2000).
Основной задачей при реализации данного способа является сохранение и контроль положения рисок относительно "маячных" шпал при выполнении путевых работ.
Однако в данном способе имеется большое число ложных срабатываний системы и пропусков меток, так как на рельсах в процессе эксплуатации мелом записывают высоту подъемки (при выправке пути) и др. метки. На одних участках метки наносятся в створе с первой по ходу транспортного средства гранью подкладки, а на других с противоположной и датчики либо не получают сигнала на срабатывание, либо получают его, но с запаздыванием, что снижает надежность и достоверность работы системы.
Летом с повышением температур рельсов, близких к наивысшей для данной местности, и зимой при понижении температур на 60°C и более по сравнению с температурой закрепления или при температуре воздуха -30°C и ниже на весь период действия таких температур контроль за бесстыковой плетью усиливается. В такие дни напряженные состояния рельсовых плетей необходим постоянный и информативный способ контроля напряженного состояния бесстыкового рельсового пути.
Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности движения железнодорожного движения.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении контроля состояния железнодорожного полотна, в частности контроля напряженного состояния участков рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, вызываемого изменениями температуры и усталостными циклическими явлениями, в определении зон, где критические значения продольных сил сжатия, возникающих при повышении температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления, могут создать опасность выброса пути или критических растягивающих сил, при понижении температуры, которые могут вызвать излом плети и образование большого зазора, опасного для прохода поезда, или разрыв рельсового стыка из-за среза болтов.
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, включающим регистрацию температуры рельсовой плети при укладке ее в путь, контроль за усилием затяжки гаек клеммных и закладных болтов и за продольными подвижками (угоном) плетей по смещениям контрольных сечений рельсовой плети относительно "маячных" шпал, проведение мероприятий по устранению угона, превышающих допустимые нормы, а при обнаружении в рельсовой плети дефекта определение с помощью съемного ультразвукового дефектоскопа места расположения дефекта, при этом предварительно перед укладкой рельсовой плети проводят определение зон концентрации напряжений (ЗКН) по собственному магнитному полю рассеяния (СМПР), путем сканировании датчиком магнитометра вдоль поверхности головки рельса, в ЗКН определяют градиент магнитного поля рассеяния Hp (dHp/dx), где Hp - напряженность магнитного поля, А/м, x - линия обследования в ЗКН, полученную информацию хранят как исходную, далее проводят повторную диагностику плети в ЗКН с определением выше указанных параметров при прохождении по пути 50-150 млн тонн груза, полученную информацию хранят как полученную после прохождения по пути 50-150 млн тонн, сравнивают полученные данные с исходными данными, полученными ранее, в соответствующих ЗКП, определяют максимальные изменения параметров, данные зоны определят как максимально предрасположенные к разрушению, выявленные ЗКН подвергают дополнительному контролю, периодически проводят такой контроль, при этом зоны с максимальной предрасположенностью к разрушению подвергают дополнительному контролю в случае превышения на 10-15 градусов или при снижении температуры на 50-60 градусов плети, относительно температуры укладки плети в путь, при выявлении дефекта проводят его устранение.
При эксплуатации бесстыкового пути могут происходить подвижки отдельных участков рельсовых плетей вследствие перераспределения напряжений в них как по величине, так и по знаку, при этом концевые участки плетей могут быть неподвижны. Изменение напряженного состояния бесстыкового пути можно определять по изменению расстояний между меткой на рельсовой плети и меткой на репере в каждом контрольном сечении.
Угон плетей вызывает нарушение установленного температурно-напряженного режима их работы и может привести к опасным концентрациям в плетях растягивающих или сжимающих напряжений. Угон плетей возможен лишь на участках, где затяжка клеммных и закладных болтов ниже допускаемых значений, приведенных в п.4.2.5. ТУ2000.
Однако следует заметить, несмотря на постоянный периодический контроль за усилием затяжки гаек клеммных и закладных болтов, отследить время снижения затяжки гаек практически невозможно. Это обусловлено тем, что по бесстыковому пути достаточно прохождения нескольких составов с колесными парами, имеющими наплывы (навары) на ободах. Такие колеса при определенной скорости входят в резонансные колебания и создают значительные периодические ударные нагрузки на рельсы, которые передаются на скрепления и болты, и гайки. Такая вибрация приводит к самоотвинчиванию гаек, что может привести к нарушению установленного температурно-напряженного режима в плети и может привести к опасным концентрациям в плети растягивающих или сжимающих напряжений.
При прохождении составов с дефектными колесами на рельсе могут образоваться зоны с повышенной концентрацией механических напряжений, которые впоследствии могут стать зонами разрушения. Данные ЗКН не могут быть выявлены традиционными методами контроля. В настоящее время на основе установленной взаимосвязи дислокационных процессов с физикой магнитных явлений в металлах, подвергающихся циклическим нагрузкам в присутствии магнитного поля Земли, разработан метод диагностики ЗКН, основанный на явлении собственного магнитного поля рассеяния (Власов В.Т., Дубов А.А. Физические основы метода магнитной памяти металла. ЗАО «Тиссо», 2004 г., 424 стр). Данные зоны выявляются по напряженности магнитного поля и градиенту его изменения. Основным диагностическим параметром метода магнитной памяти металла является градиент магнитного поля рассеяния Hp (dHp/dx), фиксируемого при сканировании датчиком специализированного магнитометра вдоль поверхности головки рельса. Установлено, что именно этот диагностический параметр в силу магнитомеханического эффекта напрямую отображает энергетическое состояние поверхностных и глубинных слоев металла в ЗКН. Для выяснения вопроса, насколько данные ЗКН являются опасными участками рельсового пути, авторами были провели исследования выявленных ЗКН. На фиг.3 видно наличие множества усталостных микротрещин, идущих от поверхности в глубь основы, и микротрещин, расположенных на некотором углублении от поверхности, идущих параллельно поверхности катания. Такая концентрация и расположение микротрещин при соответствующих механических напряжениях и геометрии пути может являться очагом дальнейшего разрушения рельса без каких-либо дополнительных усилий из вне. Для выявления ЗКН предлагается периодически, после прохождения по пути 50-150 млн тонн, проводить контроль зон концентрации напряжений (ЗКН) по собственному магнитному полю рассеяния (СМПР), в ЗКН определять напряженность собственного магнитного поля рассеяния (СМПР) - Hp и градиент магнитного поля (dHp/dx). Такой периодический контроль позволит постоянно выявлять зоны с максимальной предрасположенностью к разрушению, и проводить необходимые профилактические работы. Обязательному дополнительному контролю подвергают рельсовые плети в случае превышения на 10-15 градусов или при снижении температуры на 50-60 градусов плети относительно температуры укладки плети в путь. Такое изменение температуры плети следует отнести к опасным, так как может привести к резкому изменению напряженного состояния рельсовой плети, которые могут вызвать излом плети и образование большого зазора, опасного для прохода поезда, или разрыв рельсового стыка из-за среза болтов.
Предлагаемый способ был опробован на рельсовой плети, на конце которой в вместе второго отверстия от торца была выявлена зона КН. Определение зоны КН проводили прибором ИКНМ-2ФП. На фиг.1 представлено изменение напряженности магнитного поля в районе отверстия и градиента магнитного поля. Детальнейшее исследование выявленной зоны КН показало наличие в зоне с максимальным значением градиента поля dHp/dx множества микротрещин с раскрытием 15-30 микрон. На фиг.2 приведены результаты металлографического исследования данной зоны. Глубина залегания микротрещин составляет около 1000 микрон. Проведенные исследования показали на возможность предлагаемого способа контролировать напряженное состояние рельсового пути.