Устройство для магнитной обработки рельсов и рельсовых плетей
DEVICE FOR MAGNETIC TREATMENT OF RAILS AND RAIL BARS

Предлагаемое устройство относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и обеспечивает повышение надежности работы электрических рельсовых цепей (РЦ) и автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) за счет обеспечения электромагнитной совместимости локомотивных приемников с обратной тяговой рельсовой сетью.
Многолетний анализ надежности работы устройств железнодорожной автоматики и телемеханики показывает, что одной из основных причин отказов РЦ и сбоев в работе устройств АЛС является неравномерная намагниченность рельсов и рельсовых плетей по их длине. По статистике собранной на Транссибирской магистрали по причинам влияния остаточной неравномерной намагниченности происходит порядка 15% отказов рельсовых цепей из-за закорачивания изолирующих стыков и более 40% сбоев в работе АЛС. Большое количество таких сбоев появляется при замене рельсов и рельсовых плетей. Как правило, они начинаются с момента выгрузки рельсов и рельсовых плетей и продолжаются довольно длительное время после их укладки в путь [1-4].
Негативное влияние намагниченности рельсов на работу РЦ проявляется в закорачивании изолирующих стыков, имеющих повышенную намагниченность на торцах рельсов. При этом РЦ контролирующие участки пути показывают ложную занятость, что с одной стороны направлено на повышение безопасности движения поездов, а с другой стороны нарушает бесперебойность движения поездов.
Влияния неравномерной намагниченности рельсов и рельсовых плетей на устойчивость работы систем АЛС проявляется, когда на выходе локомотивных приемных катушек возникают помехи, прямо пропорциональные величине изменения напряженности магнитного поля рельса и скорости движения поезда и обратно пропорциональные длине участка рельса с повышенной намагниченностью. Эти помехи имеют частоту близкую к частоте полезного сигнала и, искажая кодовые посылки, приводят к сбоям в работе локомотивных дешифрирующих устройств, ухудшая безопасность и нарушая бесперебойность движения поездов.
Устранение намагниченности рельсов и рельсовых плетей по их длине с помощью переносных мобильных размагничивающих устройств неэффективно, а использование магнитных вагонов-дефектоскопов или электробалластеров часто затруднительно, так как связано с их отвлечением от основных работ. Применение размагничивающих устройств, устанавливаемых на мотовозы, позволяет оперативно размагничивать рельсы, но также имеется ряд сложностей их применения [5].
Известно устройство для размагничивания рельсов, которое содержит источник электропитания и средства для магнитной обработки, установленные на раме рельсовой тележки, снабженной устройством для ее перемещения и механизмом регулирования зазора между средствами размагничивания и рельсами. Тележка опирается на два колеса, установленные на одной линии друг за другом, механизм регулирования зазора между средствами размагничивания и рельсами выполнен в виде пластин, с которыми связано одно из колес тележки с возможностью изменения положения колеса по высоте относительно рамы, между колесами на раме размещены средства для магнитной обработки, выполненные в виде постоянных магнитов, закрепленных равномерно на периферии диска, установленного в одной плоскости с колесами тележки и соединенного кинематически с мотор колесом, размещенным на раме тележки и подключенным к источнику электропитания через блок управления. Постоянные магниты выполнены на основе редкоземельного металла - неодима. Тележка и диск выполнены из немагнитных материалов. Диск снабжен защитным кожухом. Тележка снабжена рукояткой, для перемещения вручную [6].
Основные недостатки рассматриваемого устройства состоят в том, что для использования этого устройства необходим специально обученный персонал в количестве четырех человек и применение физической силы, а само устройство требует наличие внешнего мобильного источника питания. Из достоинств можно отметить относительную простоту конструкции и мобильность установки.
Также известно устройство для размагничивания рельсов, содержащее корпус, в котором установлен подковообразный магнитопровод, состоящий из пластин с двумя размещенными на них обмотками, подключенными к источнику переменного напряжения, и блок конденсаторов, включенный параллельно обмоткам. Особенность устройства в том, что магнитопровод изолирован от корпуса, на передней и задней стенках корпуса выполнены окна, а на боковых стенках - вертикальные жалюзи, при этом на крышке корпуса установлен тяговый рычаг, а на задней части крышки корпуса размещен узел крепления к транспортному средству [7].
Достоинством является то, что устройство устанавливается на подвижной состав и исключает необходимость «ручной» работы. Недостатки заключаются в сложности изготовления и невозможности работать автономно.
Наиболее близким к заявляемому устройству и используемому как прототип является размагничивающая установка, в которой используется одновременно два электромагнита, включенных разнополюсно. До и после места установки электромагнитов для измерения и контроля входной и выходной величин намагниченности участков рельсов установлены датчики Холла. Результаты измерения величины напряженности магнитного поля рельсов поступают на регистратор-анализатор сигналов, куда также поступает информация от датчика путевой скорости. Энергоснабжение всех элементов системы обеспечивается от штатного источника питания. По результатам измерения входной величины напряженности магнитного поля рельсов устройство управления электромагнитами выдает сигнал на включение электромагнитов [8].
Достоинством данного устройства также является то, что устройство устанавливается на подвижной состав и исключает необходимость «ручной» работы. В качестве недостатка отмечается относительная сложность изготовления и необходимость использования электромагнитов, для электропитания которых нужен мощный источник питания.
Целью изобретения является устранение неравномерной намагниченности рельсов и рельсовых плетей по их длине с помощью размагничивающей установки, устанавливаемой на подвижной единице и не требующей наличия мощного источника питания и повторного проезда по участкам пути с наличием неравномерной остаточной намагниченности, и как следствие повышение безопасности и обеспечение бесперебойности движения поездов.
Это достигается тем, что устройство для магнитной обработки рельсов и рельсовых плетей содержит два блока неодимовых магнитов, устанавливаемых над каждой рельсовой нитью. В каждом блоке используется шесть неодимовых магнитов, собранных в две группы по три, которые для плавного воздействия на элементы рельсовой линии и получения лучшего эффекта размагничивания расположены в форме трапеции. Причем, каждая группа из трех неодимовых магнитов установлена разнополюсно. Высота подвеса блоков неодимовых магнитов над рельсами регулируется устройством управления, получающим входные сигналы от регистратора-анализатора сигналов двух датчиков измерения магнитного поля (датчиков Холла), установленных перед первой колесной парой и после этих блоков за последней колесной парой, и датчика скорости.
Энергоснабжение всех элементов системы обеспечивается от автономного источника питания. Размагничивающая установка работает при любом направлении движения подвижной единицы.
В данном устройстве предлагается использовать неодимовые магниты -мощные постоянные магниты, состоящие из сплава редкоземельного элемента неодима, бора и железа. Они обладают высокой величиной магнитной энергии превышающей обычные магниты более чем в 10 раз исключительной стабильностью и стойкостью к размагничиванию.
В качестве датчиков измерения магнитного поля используются датчики Холла - приборы, которые фиксируют наличие магнитного поля и измеряют его. Они не боятся вибрации, пыли и влаги.
Принцип действия устройства для магнитной обработки рельсов и рельсовых плетей поясняется фигурами. На фиг. 1 изображен внешний вид блока неодимовых магнитов, на фиг. 2 изображена структурная схема устройства, а на фиг. 3 - общая схема использования предлагаемого устройства.
Каждый блок неодимовых магнитов 1, схема размещения которых представлена на фиг. 1, содержит шесть неодимовых магнитов 3, объединенных в две группы 2 по три магнита. В каждой группе магниты расположены в форме перевернутой трапеции. Для крепления к подвижной единице блок магнитов имеет регулируемые по высоте подвесы 4.
1
2
3
Структурная схема, поясняющая принцип действия устройства представлена на фиг. 2. Сигналы x(t) и x(t) с первого и второго датчиков измерения магнитного поля 5 и 6 соответственно и сигнал х(t) с измерителя скорости движения 7 поступают на входы регистратора-анализатора сигналов 8. На устройство управления блоками магнитов 9 с выхода регистратора-анализатора сигналов подается сигнал y(t) для регулирования высоты установки блоков магнитов над каждой рельсовой нитью рельсовой линии. Уровень регулирования зависит от скорости движения подвижной единицы и измеренного значения магнитного поля первым по ходу датчиком 5. Последним этапом проводится измерения магнитного поля рельса после размагничивания и получение сигнала со второго датчика измерения магнитного поля 6, который также поступает на вход регистратора-анализатора сигналов 8 для контроля результата размагничивания. Автономный источник питания 10 предназначен для питания регистратора-анализатора сигналов и устройства управления блоками магнитов.
Общая схема использования предлагаемого устройства с размещением на подвижной единице представлена на фиг. 3.
Таким образом, применение устройства обеспечивает устранение неравномерной намагниченности рельсов и рельсовых плетей по их длине без использования электромагнитов, требующих мощный источник питания, и при любом направлении движения подвижной единицы с установленной на ней размагничивающей установкой без повторных проездов, и как следствие повышает безопасность и обеспечивает бесперебойность движения поездов.
Список использованных источников
1. Повышение эффективности работы изолирующих стыков электрических рельсовых цепей / А.В. Пультяков, В.П. Мартыновский, А.Ф. Наталии, М.Э. Скоробогатов // Мат-лы I междунар. научн.-практ. конф. - Самара: СамГУПС, 2016. С. 34-37.
2. Пультяков А.В. Повышение эффективности эксплуатации рельсовых цепей / А.В. Пультяков, В.П. Мартыновский, А.Ф. Наталии // Транспортная инфраструктура сибирского региона. Мат-лы V междунар. научн.-практ. конф. В 2 т. Т. 1. - Иркутск: ИрГУПС, 2014. С. 327-331.
3. Пультяков А.В. Анализ влияния неравномерной намагниченности рельсов на устойчивость работы АЛСН / А.В. Пультяков, Ю.А. Трофимов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2011. - Т. 30, №1. - С. 206-210.
4. Трофимов Ю.А. Намагниченность рельсовых плетей и устойчивость работы АЛСН / Ю.А. Трофимов, А.В. Пультяков // Эффективность и безопасность работы электротехнических комплексов и систем автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте: межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омск: ОмГУПС, 2011. С. 46-49.
5. Пультяков А.В. Анализ технических средств применяемых для уменьшения неравномерности остаточной намагниченности рельсов и их влияния на устройства железнодорожной автоматики [Электронный ресурс] / А.В. Пультяков, В.В. Соколова // Молодая наука Сибири: электрон, науч. журн. - 2020. - №2. - Режим доступа: -http://mnv.irgups.ru/toma/28-20, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус, англ. (дата обращения: 10.06.2020).
6. Устройство для размагничивания рельсов: пат.121259 Российская Федерация: МПК Е01 В 11/54 / Казаков С.Г., Сазанов Ю.П., Лившиц Ю.И., Кондратьев В.И., Гвоздев М.В., Леммер А.Г.; заявитель и патентообладатель ОАО «РЖД» - №2012126587/11; заявл. 26.06.2012; опубл. 20.10.2012, Бюл. №29. - 7 с.
7. Способ устранения остаточной неравномерной намагниченности рельсов: пат.2579236 Российская федерация: МПК7 H01F 13/00, B61L 25/06 / Трофимов Ю.А., Пультяков А.В.; заявитель и патентообладатель ИрГУПС. - №2014131428/11; заявл. 29.07.14; опубл. 10.04.16, Бюл. №10. - 3 с.
8. Устройство для размагничивания рельсов: пат.184408 Российская Федерация: МПК G01G 7/00, H01F 13/00, B60L 1/00 / Регер И.И., Карнаухов А.С., Тоскин Ф.А., Пазылов Р.С.; заявитель и патентообладатель ОАО «РЖД» - №2018127527; заявл. 26.07.2018; опубл. 24.10.2018, Бюл. №30. - 8 с.