УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ОПОРЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Полезная модель относиться к устройствам неразрушающего контроля, а именно акустическим методам, и методам контроля путем анализа вибрационных параметров, может найти применение для определения состояния железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог.
Опоры контактной сети относятся к наиболее ответственным элементам системы энергоснабжения железных дорог. От их надежности и состояния зависит обеспечение бесперебойности энергоснабжения и безопасность движения поездов.
Железобетонные опоры контактной сети в условиях эксплуатации подвергаются воздействию не только механических нагрузок, но и воздействию токов, стекающих с рельсов через арматуру (электрокоррозия). Наиболее опасны повреждения подземной части опор, так как их невозможно обнаружить без откопки опор. Эта работа является трудоемкой и не позволяет своевременно выявлять начинающиеся процессы разрушения подземной части опоры.
Известно устройство (Сергеев Н.А. Современный метод обследования контактной сети. Локомотив, 1997, №4, стр.36-37), в состав которого входит железобетонная опора с приставленным к ней микрофоном и устройством записи звука на магнитную ленту, а так же ударное устройство, в виде слесарного молотка, для возбуждения колебаний в опоре и компьютер для анализа зарегистрированных звуковых сигналов.
Это устройство не позволяет получить достоверную информацию о состоянии железобетонной опоры, широкого распространения не получило.
Известно устройство диагностики подземной части железобетонных опор контактной сети (Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети, г.Москва, 2003 г., стр.65-69). В состав, которого входит железобетонная опора с установленными на ней двумя акустическими датчиками низкочастотный и высокочастотный, устройство записи сигналов акустической эмиссии, ударное устройство, для возбуждения в железобетонной опоре колебаний. Опору приводят в колебания, определяют логарифмические декременты этих колебаний и по величине их отношения, сравнивая его с нормированным, судят о состоянии подземной части опоры. Недостаток данного устройства заключается в получении информации не в полной мере отвечающей физическому состоянию опоры. С помощью данного устройства получают логарифметический декремент колебаний опоры, который определяется не только наличием или отсутствием трещин в подземной части опоры, но и качеством бетона.
Наиболее близким, и принятым за прототип, является устройство (Указания по техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети, М., Транспорт, 1984, стр. 43-47), в состав которого входит железобетонная опора с установленными на ней акустическими датчиками и устройство записи сигналов акустической эмиссии, а так же ударное устройство, для возбуждения в железобетонной опоре низкочастотных колебаний.
Недостаток этого метода состоит в большой трудоемкости предлагаемого способа возбуждения низкочастотных колебаний. Для их возбуждения используют устройство, состоящее из сбрасывающего приспособления, троса и рычага. Трос одним концом закрепляется на опоре, на высоте 3-4 м, а другим концом - на сбрасывающем приспособлении, закрепленном на рычаге. Поворотом рычага трос натягивается, срабатывает сбрасывающее приспособление и опора приходит в режим свободных колебаний. В связи с трудоемкостью такого способа низкочастотные колебания часто получают раскачкой опоры вручную. Во-первых, при этом трудно достигнуть необходимой амплитуды колебаний, а во-вторых, разные операторы проводят раскачку неодинаково и до разной амплитуды, что ведет к разбросу данных и уменьшает их достоверность.
Задачей предлагаемого способа является повышение безопасности движения железнодорожного движения.
Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении точности определения опасного физического состояния железнодорожной опоры и наличия опасных дефектов в железобетонной опоре контактной сети, способных в дальнейшем привести к падению опоры.
Технический результат достигается устройством контроля физического состояния железобетонной опоры контактной сети железной дороги, содержащее установленные на опоре
вибратор, датчик регистрации
акустической эмиссии (АЭ), устройство записи сигналов акустической эмиссии, компьютер, при этом устройство дополнительно содержит виброметр, регулятор частоты и силы воздействия вибратора, вибрационный датчик, предварительный усилитель акустических сигналов, системный блок анализа акустических сигналов, генератор переменного тока, причем вибрационный датчик закреплен на устройстве крепления вибратора, а датчик регистрации АЭ установлен на опоре, на границе с землей или основанием железобетонной опоры, датчик является широкополосным. Кроме этого в качестве вибратора используют вибратор ЭВ 98 Е.
Подвижной состав железнодорожного транспорта при движении является мощным источником избыточного давления и разряжения головной воздушной волны, возникающей при его движении и оказывающие заметное воздействие на объекты, в частности на железобетонные опоры контактной сети, находящиеся в непосредственной близости от железнодорожного полотна. Помимо этого подвижной состав железнодорожного транспорта является и мощнейшим источником вибрации. Вибрация в широком частотном диапазоне передается, видоизменяясь, через рельсовые пути на их опору и далее в грунт, окружающие здания, элементы верхнего и нижнего строения железнодорожного пути, являясь источником зарождения и
развития дефектов. Вес железобетонной опоры создает существенные статические нагрузки на нижнюю часть опоры, которая находится в земле. Такое сложное воздействие на железобетонную опору приводит со временем к ее разрушению, опора падает. Акустический датчик, установленный на опоре на границе с землей или основанием железобетонной опоры, являясь широкополосным позволяет получать информацию с самого опасного участка железобетонной опоры и выявлять возникновение опасных дефектов в железобетонной опоре контактной сети способных в дальнейшем привести к падению опоры.
Следует отметить, что сигналы АЭ при прохождении в бетоне быстро затухают, поэтому осуществлять контроль физического состояния опоры по сигналам АЭ от одного датчика возможно на небольшой части опоры, в частности находящейся в земле.
Установка на опоре вибратора ЭВ 98 Е, позволяет значительно упростить задачу колебаний опоры. Наличие виброметра, регулятор частоты и силы воздействия вибратора позволяют определить резонансную частоту опоры. Вибрация опоры на резонансной частоте позволяет повысить точность определения опасного физического состояния железнодорожной опоры и наличия опасных дефектов в железобетонной опоре контактной сети, так как на этой частоте они проявляются наиболее явно. Данное устройство позволяет воспроизводить условия нагружения опоры через некоторый промежуток времени. Проведение такого анализа в течении нескольких лет, позволит определить уровень деградации физических свойств железнодорожной опоры и в дальнейшем прогнозировать время замены опоры.
Дополнительный контроль физического состояния по анализу значений виброперемещений и виброскоростей полученных от колебания опоры на частотах близких к собственной частоте железобетонной опоры, позволяет достаточно точно оценивать физическое состояние железнодорожной опоры в целом.
На фиг.1 показано предлагаемое техническое решение. Устройство содержит железобетонную опору 1 контактной сети, на ней установлены датчик 2 регистрации акустической эмиссии (АЭ), устройство записи сигналов акустической эмиссии 3, вибрационный датчик 4, установленный на устройстве крепления вибратора 5, на котором крепится вибратор 6, контроль частоты вибраций производится виброметром 7, а изменение частоты и силы воздействия вибратора производится регулятором 9. Датчик 2 сигналов АЭ установлен - непосредственно на опоре 1, с помощью резинового кольца 8, на границе с землей или основанием железобетонной опоры, датчик 2 является широкополосным. Питание всех устройств и датчиков происходит от генератора напряжений 10. Предварительный усилитель 11 акустических сигналов, системный блок 12 анализа акустических сигналов, компьютер устанавливаются рядом с опорой.
Устройство работает следующим образом. На опору 1 устанавливается устройство для крепления вибратора 5, с закрепленным на нем вибратором 6. Крепятся датчики акустической эмиссии 2 и
датчик 4 регистрации
вибрационных колебаний. При помощи резинного кольца к опоре крепится акустический датчик. Настраивается остальная аппаратная часть. Проводится колебание опоры с помощью вибратора. Регистрируются параметры АЭ и вибраций.
На ст. Бронницы, Московской области, был проведен контроль двух опоры контактной сети. Год установки первой опоры - 1973 г., второй опоры - 2006 г. Первая опора имеет установленный дефект в подземной части (скол бетона, коррозионные повреждения арматуры) на глубине 1,5 м. Вторая опора выявленных дефектов не имела ввиду сравнительно небольшого срока эксплуатации, считалась бездефектной. Использовали вибратор ЭВ 98 Е, частоту и силу воздействия вибратора 4 устанавливали с помощью регулятора Р1 8600А1 Вибродатчик подключали к виброметру ВИБРАН 2.2. Измерения проводились на частотах вибратора 1,5; 5; 13; 14; 15 Гц в течении одной минуты после установления частоты измерения.
Данные полученные с вибродатчика датчика АЭ подвергались обработке на ПК. Снимался частотный спектр, который с помощью быстрого преобразования Фурье раскладывался на октавы. Было установлен, что резонансной частотой опор является частота в районе 12,5 Гц.
Сравнение полученных значений на резонансной частоте показало, что виброперемещения и виброскорости, интенсивности сигналов АЭ от первой опоры
более чем в два раза выше, чем от второй, из чего можно сделать
вывод, что данное техническое решение может быть использовано для контроля физического состояния железобетонных опор.