СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ РЕЛЬСОВОГО ИЗОЛИРУЮЩЕГО СТЫКА И УСТРОЙСТВО ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR MEASURING MAGNETIC INDUCTION OF AN INSULATED RAIL JOINT AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Данный способ измерения магнитной индукции рельсового изолирующего стыка относится к способам для обслуживания устройств железнодорожного пути.
Намагниченность рельсового изолирующего стыка (далее - изостыка) является крайне нежелательным побочным эффектом, возникающем на смежных концах двух прилегающих блок-участков рельсового пути. В результате притягивающего действия магнитного поля в торцевом зазоре рельсов образуется налипание металлических продуктов износа от взаимодействия пары «колесо-рельс», что создает эффект электропроводности изостыка и приводит к крайне отрицательным последствиям ложных срабатываний и сбоям в работе систем сигнализации, централизации и блокировки.
Кроме этого, при проследовании локомотивов по участкам пути с повышенным уровнем магнитной индукции, в частности по изостыкам, имеющим этот повышенный уровень, в приемных катушках локомотивов возникает импульсный электрический сигнал, который создает помеху в кодовом сигнале автоматической локомотивной сигнализации и приводит к сбоям в работе этих систем.
Для приведения величины сверхнамагниченности изостыка к нормативному значению необходимо проводить регулярные измерения магнитной индукции магнитного поля изостыка.
Данное предложение является промышленно применимым, так как при разработке магнитного шунта изолирующего стыка использовались известные в мировой технике конструктивные элементы, способы и приемы.
По уровню техники известны способы измерения, которые можно разделить на стационарные (локальные) и мобильные, предназначенные для определения методом магнитной локации мест со сверхнормативной намагниченностью при движении регистрирующего прибора, установленного на подвижном составе. Результаты, полученные с помощью мобильных способов, имеют относительный характер, ввиду влияния на объекты измерения (в частности, на изостыки) проходящего в момент измерения подвижного состава.
Более совершенными могут служить стационарные способы, позволяющие проводить измерения локально на одном месте.
Принцип действия известных приборов «А9-1М», «ИТРЦ-М», «Стык-3D» [1] основан на измерении индукции магнитного поля с помощью преобразователя Холла, при взаимодействии магнитных полей:
- статического магнитного поля изостыка (остаточная намагниченность);
- магнитного поля, создаваемого при пропускании электрического тока в элементах прибора от внешнего источника (аккумуляторной батареи).
Величина индукции магнитного поля изостыка в единицах миллитесла (мТл) выводится на экран с цифровой индикацией.
Принцип действия известного прибора «Индикатор ИКН» [2] основан на определении степени намагниченности рельсового изолирующего стыка при взаимодействии магнитных полей:
- статического магнитного поля изостыка (остаточная намагниченность);
- магнитного поля постоянного магнита, сориентированного вдоль зазора изостыка.
По величине отклонения магнитной стрелки прибора от первоначального положения в неполяризованном состоянии (свободном от взаимодействия двух полей) делают заключение о степени намагниченности изостыка.
Тем не менее, способность к образованию притягивающих сил для микрочастиц продуктов износа в изостыке не ограничивается лишь остаточной (статической) компонентой магнитного поля изостыка.
В большой мере изостык подвержен налипанию стружки при прохождении по нему подвижного состава, когда мелкие продукты износа интенсивно образуются и вихреобразно переносятся вдоль рельса движущимися колесами.
В этот момент и проявляются в полной мере вредные магнитные свойства изостыка - динамическая характеристика его намагниченности, возникающая от протекания обратного тягового тока в рельсовой цепи при прохождении электроподвижного состава.
Тяговый ток в рельсовой цепи на изостыке, как и всякий электрический ток, может оказывать не только мощное индукционное воздействие на торец рельса смежного блок участка, но и в некоторых случаях, при неисправности дроссель-трансформатора, приводить к прогару изостыка с выплавлением фрагментов металла торцов рельсов.
В любом случае, индукционное воздействие тягового тока в рельсовой цепи изостыка приводит к образованию динамического (переменно образующегося) магнитного поля изостыка, существующего только в период прохождения по нему электроподвижного состава.
Как известно, источниками магнитного поля являются:
1. Постоянные магниты
2. Электрический ток, или движущийся заряд, контур проводника
3. Изменяющееся во времени электрическое поле.
Обратный тяговый ток, проходящий по рельсовым цепям, в зоне изостыка в момент прохождения электроподвижного состава создает мощное магнитное поле, обусловленное разностью потенциалов двух смежных блок участков. Так как тяговый ток, обходя изостык, проходит через дроссель-трансформатор, большую роль в образовании разности потенциалов на концах изостыка играет эффективность работы дроссель-трансформатора, его внутренние потери, а также переходные сопротивления элементов рельсовых цепей.
Магнитную индукцию, вызванную изменяющимся во времени электрическим током, протекающим по рельсовой цепи в момент прохождения по изостыку подвижного состава, не позволяет измерять ни один из известных вышеописанных способов.
Недостатком вышеуказанных способов является следующее:
Невозможность измерять магнитную индукцию магнитного поля изолирующего стыка в момент прохождения по изостыку подвижного состава.
Остаточная статическая намагниченность изостыка, которую измеряют с помощью известных приборов, является не единственной и неполной характеристикой его намагничивающей способности, которая притягивает в зазор изостыка металлические продукты износа.
Техническим результатом, разработанного способа и устройства, является возможность измерять динамическую составляющую магнитной индукции рельсового изостыка при прохождении по изостыку электроподвижного состава.
Так как рельсовая сталь является ферромагнетиком, магнитная индукция, возникающая в изостыке при движении подвижного состава, оказывает влияние на величину статической (остаточной) магнитной индукции изостыка. Чем выше уровень динамической магнитной индукции, тем больше она оказывает влияние на уровень остаточной намагниченности.
Как следствие достигаемого технического результата, общественно-полезным эффектом при использовании предлагаемого способа и конструкции устройства является учет влияния протекающего обратного тягового тока на возникающую магнитную индукцию конкретно в данном изолирующем стыке.
Это позволит разрабатывать мероприятия по снижению влияния протекающего тягового тока на величину динамической составляющей магнитной индукции изостыка, связанную с ней величину остаточной намагниченности стыка, а значит, и уменьшать способность изостыка притягивать металлические продукты износа, в том числе и в период прохождения по нему электроподвижного состава.
Снижение количества отказов и сбоев в работе устройств сигнализации, централизации и блокировки приведет к снижению издержек на обслуживание и эксплуатацию оборудования, повысит ритмичность перевозок, позволит снизить риски нештатных ситуаций, вызванных неправильной работой автоматических систем.
Технический результат от использования предлагаемого способа и устройства измерения достигается за счет специальной конструкции устройства, которое содержит:
Катушка индуктивности - 1, Сердечник - 2, Металлическая накладка изостыка - 3, Изолирующая накладка изостыка - 4, Торцевая изоляция изостыка - 5, Болтовое соединение - 6, Стопорная шайба - 7, Рельс - 8, Шпала - 9.
Техническая сущность предлагаемой конструкции и ее устройство поясняется рисунком фиг. 1.
Катушку индуктивности 1 расположенную на сердечнике 2 устанавливают с помощью штатного болтового соединения 6 на металлическую накладку 3 изостыка. Свободный незакрепленный конец сердечника 2 не достигает и не касается металлической накладки 3 смежного рельса и элементов крепления смежного рельса во избежание замыкания изостыка. С этой целью между свободным концом сердечника 2 и накладкой 3 оставляют воздушный зазор 18…20 мм. Также свободный конец сердечника следует заизолировать изоляционным материалом.
Работа предлагаемого устройства основана на измерении вольтметром (на чертеже не показан) величины электродвижущей силы (ЭДС) в индукционной катушке 1 при возникновении в сердечнике 2 и изменении во времени магнитной индукции, обусловленной прохождением обратного тягового тока по рельсовым цепям в районе изолирующего стыка.
Чем выше измеряемая величина ЭДС катушки индуктивности в момент прохождения по изостыку электроподвижного состава, тем больше величина динамической магнитной индукции в изостыке, обусловленной действием обратного тягового тока.
Высокий уровень динамической магнитной индукции, воздействуя периодически (при каждом проходе подвижного состава) оказывает нежелательное накопительное действие на величину остаточной намагниченности изостыка ввиду свойств рельсовой стали, как ферромагнетика.
Библиография
[1] Инструкция по определению мест со сверхнормативной намагниченностью рельсов в пути и на рельсосварочных предприятиях и Технология обеспечения нормативного значения намагниченности рельсов, утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 09.01.2013 г. №5 р.
[2] Журнал "Путь и путевое хозяйство" №8 2015 г