СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ БЕССТЫКОВОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
METHOD TO MONITOR TEMPERATURE MODE OF OPERATION OF CONTINUOUS WELDED RAILROAD TRACK

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна, в частности к не разрушаемым методам контроля напряженного состояния участков рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. Может быть использовано для контроля температурного режима работы бесстыкового железнодорожного пути.
Уровень техники известен из системы контроля перемещений рельсовой плети железнодорожного пути, содержащей 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 на изобретение RU №2174082, заявка: №2000127662 от 08.11.2000, МПК B61K 9/08).
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 определения состояния рельсошпальной решетки эксплуатируемого железнодорожного бесстыкового пути, преимущественно ее продольно-поперечной устойчивости под действием в ней продольных сжимающих температурных сил, заключающийся в том, что путеизмерительными средствами непрерывно измеряют кривизну рельсовых плетей в плоскости пути, периодически измеряют температуру этих же плетей при помощи бесконтактных температурных датчиков, определяют по формуле средние значения продольных сжимающих каждую рельсовую плеть сил, непрерывно определяют по формуле силы, стремящиеся сдвинуть шпалы поперек пути, сравнивают значения последних с допускаемыми их значениями для данного участка пути. (Патент RU №2038441, заявка: 5045651 от 21.04.1992, МПК Е01В 35/00).
К недостаткам способа следует отнести следующие:
- использование для определения продольных сил значений кривизны рельса, отнесенной к расстоянию между осями соседних шпал, т.е. мгновенных значений кривизны, ввиду того, что из-за солидарной работы всех элементов рельсошпальной решетки и жесткости рельсов в плоскости пути возможные поперечные деформации (искривления) на таком расстоянии (до 0,5 м) при нагревании рельсов очень малы.
- необходимо иметь систему контроля за продольными силами в рельсах бесстыкового пути, чтобы вовремя обнаруживать опасные отступления от установленного температурного режима, особенно в случаях возникновения на пути мест с избыточными сжимающими силами.
Известен способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, включающий регистрацию температуры рельсовой плети при укладке ее в путь и после проведения ремонтных работ, 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, превышающего допустимые нормы, при этом выявляют участки напряженного состояния рельсовой плети, для этого на рельсовой плети в сечениях с интервалом 50-500 метров определяют текущее значение температуры плети, интенсивность генерируемого шума Баркгаузена, определяют фактическое значение механических продольных напряжений по графику зависимости интенсивности шумов Баркгаузена от механических продольных напряжений, полученной при калибровке анализатора интенсивности магнитных шумов Баркгаузена, при этом калибровку анализатора шумов Баркгаузена проводят на образцах, вырезанных из рельсовой стали, причем калибровочный образец подвергается осевому сжатию или осевому сжатию и продольному изгибу от усилия осевого сжатия, при построении калибровочной зависимости интенсивность магнитных шумов Баркгаузена оценивают в относительных единицах, определяемых как отношение разности показаний анализатора к их сумме, полученной при измерении интенсивности магнитных шумов Баркгаузена в двух взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых должно совпадать с направлением приложения нагрузки при калибровке анализатора и направлением продольной оси рельса при измерении на рельсе, полученные значения напряжений и температуры наносят на расчетную зависимость значений напряжений в рельсе от температуры рельсовой плети, определяют разность между измеренными напряжениями и расчетными напряжениями и по величине разности напряжений на расчетной зависимости определяют отклонение температуры закрепления от ее нормативного значения и в случае ее превышения проводят работы по введению бесстыкового пути в нормируемый температурный режим. (Патент RU №2251114, заявка: 2012157562 от 27.12.2012, МПК Е01В 35/12). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
К недостаткам данного способа следует отнести следующее:
- сложность реализации способа,
- необходимость иметь калибровочную зависимость интенсивности шумов Баркгаузена от напряжения.
Интенсивность шумов Баркгаузена определяется не только напряженным состоянием материала, но и многими другими свойствами, такими как структура материала, наличие поверхностных дефектов, намагниченность и другими свойствами. Поэтому, чтобы точно определить механические напряжения в данном сечении железнодорожной плети, необходимо иметь калибровочную зависимость для каждого сечения плети, где производится определение интенсивности шумов Баркгаузена, что практически невозможно.
Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности движения железнодорожного движения.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в упрощении контроля температурного режима работы железнодорожной плети бесстыкового пути, в более точном определении зон, где может создаваться опасность выброса пути, обусловленная повышением температурных механических напряжений в рельсовой плети.
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом контроля температурного режима работы бесстыкового железнодорожного пути, включающим определение оптимальной температуры рельсовых плетей при их закреплении в пути при проведения ремонтных работ, выявление участка напряженного состояния рельсовой плети путем определения текущего значение температуры плети и интенсивности генерируемых шумов Баркгаузена, в относительных единицах в сечениях с интервалом 50-500 метров, при этом дважды определяют интенсивность генерируемых шумов Баркгаузена, первый раз при текущей температуре рельсовой плети, которая ниже оптимальной температуры закрепления плети, второй раз при текущей температуре рельсовой плети, которая выше оптимальной температуры закрепления плети, при чем разность текущих значений температур рельсовой плети относительно оптимальной температуры закрепления плети в обоих случаях должна быть одинаковой и составлять не менее 10°С, определяют разность значений интенсивности генерируемых шумов Баркгаузена, полученных при первом и втором измерениях, по полученным значениям разности интенсивности шумов Баркгаузена оценивают температурный режим работы бесстыкового железнодорожного пути. Кроме этого, интенсивность генерируемого шума Баркгаузена определяют одновременно с определением текущего значения температуры рельса, текущее значение температуры рельса и интенсивность генерируемого шума Баркгаузена определяют на шейке рельса с двух сторон, затем вычисляют среднее значение, оптимальную температуру закрепления плети определяют по паспорту укладки плети.
Контроль температурного режима работы бесстыкового железнодорожного пути производится при проходе путеизмерительной техники, а также натурном осмотре и промере многих параметров, определяющих текущее состояние железнодорожной плети. Определяют текущее состояние неровностей геометрии рельсовой колеи в плане, длину волны и амплитуду неровностей, состояние скреплений (моменты затяжки, силы прижатия клемм), состояние балластной призмы (размеры плеча, полнота балластной призмы в шпальных ящиках). Предлагаемый способ позволит, в совокупности с данными параметрами бесстыкового пути, значительно повысить точность оценки температурной работы плети.
Предлагаемый способ контроля температурного режима работы бесстыкового железнодорожного пути, основан на методе изменения зависимости интенсивности шумов Баркгаузена, возникающих при намагничивании зоны исследования, от величины механических напряжений. Структурные изменения, происходящие в рельсовых сталях при термической обработке, а также в процессе эксплуатации влияют на интенсивность шумов Баркгаузена, что позволяет использовать метод шума Баркгаузена для неразрушающего контроля механических напряжений в рельсовой цепи. Наличие упругих внутренних напряжений в материале рельсовой плети, их значения и характер распределения оказывают влияние на то, каким образом домены определяют для себя ось легкого намагничивания и как они ориентируются по отношению друг к другу, определяют интенсивность генерируемого шума Баркгаузена, т.е. амплитуда магнитного шума зависит от внутренних напряжений в плети.
Авторами разработано устройство, позволяющее получать линейные зависимости интенсивности шумов Баркгаузена при деформации сжатия и деформации растяжения исследуемого образца. При этом при увеличении деформации сжатия интенсивность шумов Баркгаузена снижается, а при увеличении деформации растяжения интенсивность шумов Баркгаузена возрастает.
Бесстыковой путь, согласно действующим указаниям по укладке пути, должен закрепляться при оптимальных температурах, которые приведены в табл. П. 2.1 в «Инструкции по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути», утвержденной Распоряжением ОАО «РЖД» №2788р от 29 декабря 2012 г.)» Для Дальневосточной дирекции инфраструктуры эта температура составляет 35±5°С. Железнодорожная плеть при нагреве атмосферным воздухом и лучами солнца до температуры, равной оптимальной температуре укладки (35°С), находится в растянутом состоянии, а выше оптимальной температуры закрепления плети (35°С) - находится в сжатом состоянии. Таким образом, достаточно определить интенсивность шумов Баркгаузена при температуре плети ниже оптимальной температуры закрепления плети и выше температуры закрепления плети, сравнить полученные значения, и если температурная работа плети находится в удовлетворительном состоянии, то разность полученных значений интенсивности шумов Баркгаузена будет минимальной или близкой нулю. Измерения интенсивности шумов Баркгаузена предпочтительно выполнять при равенстве значений разности температур между температурой укладки плети и текущими измерениями температур. Температуру укладки плети определяют по паспорту укладки плети.
Исключить вероятность выброса пути возможно, если вовремя провести мероприятия по снижению напряжений в рельсовой плети. Такая работа проводится, если известно напряжение сжатия в рельсовой плети и температура, при которой определено напряжение сжатия и температура укладки плети. Точно определить механические напряжения в рельсовой плети задача сложная. Предлагается достаточно простой в исполнении, не требующий длительного времени в исполнении, без определения абсолютных значений механических напряжений в плети способ контроля температурного режима работы бесстыкового железнодорожного пути, позволяющий получать результаты, имеющие высокую достоверность.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
По паспорту плети определяется оптимальная температура рельсовых плетей при закреплении в железнодорожном пути. Исследовали железнодорожное полотно, уложенное на ст. Комсомольск, Дальневосточной железной дороги. По сведениям из паспорта плеть длиной 1030 м закреплялась при температуре 30°С. Интенсивность шумов Баркгаузена определяли прибором УКБП, разработанным в ООО «НТЦ Информационные Технологии». Температуру рельса определяли термометром контактным ТК-5.06. Контроль температурного режима работы бесстыкового железнодорожного пути проводили первый раз при температуре атмосферного воздуха 19°С с 8-00 до 9-00 час, температура левой и правой плетей в процессе контроля находились в пределах 23°С-24,5°С, и второй раз при температуре атмосферного воздуха 32°С с 15-00 до 14-00 час, температура плетей находилась в пределах 43°С-45°С. Определение интенсивности шумов Баркгаузена определяли на прямолинейном участке (пикеты 4-5 и 5-6) и на криволинейном участке (пикеты 6-7, 7-8 и 8-9). Расстояние между пикетами составляло 100 метров. Интенсивность генерируемых магнитных шумов Баркгаузена оценивали в относительных единицах. Интенсивность генерируемых шумов Баркгаузена, определяли дважды при различных текущих значениях температуры плетей в одних и тех же сечениях плети, один раз при температуре ниже оптимальной температуры закрепления плети (23°С-24,5°С,) второй раз при температуре выше оптимальной температуры закрепления плети (43°С-45°С). Определяли разность интенсивности генерируемых шумов Баркгаузена, полученную при различных текущих значениях температуры рельса. Разность текущих значений температур рельса составляла примерно 16°С, Результаты реализации способа представлены на фиг. 1 и 2. Из полученных значений наиболее хорошо отрабатывают изменения температуры рельсовые плети в районе пикетов 4/5 и 8/9. Первый пикет расположен на прямолинейном участке, второй на границе прямолинейного и криволинейного участка рельсовой плети. По полученным данным можно сделать заключение, что температурный режим работа плетей на обследованном участке удовлетворительный.
Необходимо также отметить, что наличие напряжений в рельсовой плети способствует ускоренному протеканию процессов деградации материала, наблюдаются такие явления деградации материала, как усталость, деформационное старение, эволюция дислокационной структуры, межкристаллитная коррозия, поэтому очевидна необходимость периодического измерения уровня интенсивности шумов Баркгаузена, которая позволит оптимизировать условия эксплуатации рельсовых плетей железнодорожного полотна.