УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ МЕТОДОМ ШУМОВ БАРКГАУЗЕНА

Полезная модель относится к устройствам контроля состояния железнодорожного полотна, в частности к устройствам контроля напряжений сжатия и растяжения в рельсовых плетях, вызванных изменением температуры, основанных на регистрации шумов Баркгаузена (ШБ).
Метод регистрации шумов Баркгаузена известен как один из методов определения механических напряжений в ферромагнитных материалах. Метод основан на регистрации акустических или магнитных шумов в процессе множественных упругих колебаний доменных стенок, возникающих при повороте доменов в ферромагнетиках, вызванных приложением к ним переменного магнитного поля. (В.В. Плешаков, А.Н. Шурпо, Е.А. Егорушкин. «Магнитошумовой метод контроля остаточных напряжений в поверхностном слое деталей», Вестник Брянского государственного технического университета. 2014. №4(44), с. 92-100).
Известно устройство для контроля изделий из ферромагнитных материалов методом регистрации шумов Баркгаузена, содержащее соединенные последовательно источник переменного тока, индукционный преобразователь, усилитель, детектор, фильтр низких частот, аналоговый ключ, блок памяти, сумматор, блок регистрации, а также последовательно соединенные пороговый элемент и ждущий мультивибратор. (Патент SU1179204 по заявке 3727557 от 16.04.84 г. МКИ G01N 27/83).
Недостаток данного устройства заключается в отсутствие возможности определения температуры в зоне наложений датчика регистрации шумов Баркгаузена, что необходимо при определении напряжений сжатия или растяжения рельсовых плетей, вызванных изменением температуры. Данное устройство не позволяет использовать его при контроле механических напряжений в рельсовых плетях, вызванных изменением температуры.
Наиболее близким техническим решением является устройство для магнитошумовой диагностики элементов кузова автомобилей. (Патент на полезную модель RU №38946 по заявке 20033131732 от 31.10.2003 г., МКИ G01M 17/00). Устройство магнитошумовой диагностики элементов кузова автомобилей содержит магнитошумовой преобразователь, состоящий из катушки возбуждения, установленной на разомкнутом магнитопроводе, и измерительной катушки с предварительным усилителем, генератор, усилитель и индикатор, при этом измерительный комплекс выполнен из блока усилителей, блока фильтров, детектора, выпрямителя и коммутирован с аналого-цифровым преобразователем и ЭВМ.
Недостатки данного устройства заключаются в отсутствии возможности оценки влияния температуры контролируемого объекта на интенсивность шумов Баркгаузена, и отсутствии возможности оптимальной корректировки напряжения (тока) в катушке возбуждения (KB) с целью получения более достоверных значений параметров шумов Баркгаузена. Данное устройство невозможно использовать для определения механических напряжений в рельсовых плетях, вызванных изменением температуры.
Задачей заявляемого технического решения повышение безопасности движения железнодорожного движения.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении достоверности результатов определения механических напряжений в рельсовой плети методом шумов Баркгаузена, вызванных изменением температуры.
Указанный технический результат достигается устройством контроля механических напряжений рельсовых плетей методом шумов Баркгаузена, состоящим из блока накладного датчика, состоящего в свою очередь из катушки возбуждения (KB), установленной на разомкнутом магнитопроводе, и измерительной катушки с предварительным усилителем, при этом блок накладного датчика выполнен с возможностью установки на шейке рельса, дополнительно содержит катушку обратной связи (КОС) и пирометрический датчик температуры, при этом все три катушки и магнитопровод объединены в сердечник, залитый компаундом, блок установлен в держатель и прижат к рельсу упругой пластиной, закрепленной на подошве рельса, корпус держателя опирается на головку и подошву рельса, сохраняя постоянным положение места контакта датчика на шейке рельса. Кроме этого, в корпусе держателя установлена пластина для вертикальной регулировки датчика и прижимной винт для дополнительной фиксации датчика к держателю, усилие прижатия датчика к шейке рельса составляет 50-100 Н, блок накладного датчика имеет выводы катушек и пирометрического датчика для соединения с управляющей аппаратурой.
Исследования в лабораторных условиях показали, что искажения формы тока в обмотке KB приводят к потере однозначной (линейной) зависимости амплитуды шумов Баркгаузена от прикладываемых к ферромагнитному образцу напряжений растяжения и сжатия. С увеличением напряжения (тока) в KB увеличивается амплитуда шумов Баркгаузена, что положительно влияет на точность измерений, но при превышении напряжения определенного порога начинает происходить искажение формы тока возбуждения, что приводит к недостоверным результатам измерения.
Повышение достоверности контролируемых параметров рельсовой плети железнодорожного полотна методом шумов Баркгаузена, в частности механических напряжений в рельсовой плети бесстыкового железнодорожного пути, достигается тем, что регистрируются параметры шумов Баркгаузена (ШБ) без искажения формы тока возбуждения, благодаря наличию катушки обратной связи (КОС). КОС необходима для контроля напряжения (тока) в катушки возбуждения (КБ). Отслеживая форму тока в KB с помощью КОС, подбирается оптимальное значение напряжения в KB, при котором не происходит искажение формы тока КВ.
Блок накладного датчика реализован таким образом, чтобы была возможность его установки на шейке рельса в одной позиции и одинаковым усилием прижатия к шейке рельса. Установленные в блок накладного датчика пирометрический датчик температуры и сердечник, залитый компаундом, объединяющий все три катушки и магнитопровод, позволяет защитить блок от воздействия агрессивной среды и придает механическую прочность. Такое исполнение блока позволяет пропускать железнодорожный состав по рельсовому пути без снятия датчика с рельса. Закрепление блока накладного датчика в держателе на шейке рельса, опирающегося на головку и подошву рельса и прижатого к рельсу упругой пластиной, закрепленной на подошве рельса, обеспечивает единообразную установку датчика на шейке рельса, позволяя сохранять постоянным положение места контакта датчика на шейке рельса длительное время, не снимая датчик при прохождении железнодорожного состава по рельсовому пути, что позволяет получать более точные результаты, кроме этого повышается безопасность работы оператора при проведении измерений.
Обработку полученных значений шумов Баркгаузена проводят созданной программой для ЭВМ. Параметры механических напряжений регистрируют при достижении заданной периодичности следования огибающих гармоник спектра ТТТБ при одновременном определении температуры объекта контроля датчиком температуры.
Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 показано устройство контроля механических напряжений рельсовых плетей методом шумов Баркгаузена, установленное на шейке рельса (объекте контроля), на фиг. 2 блок накладного датчика, фиг. 3 сердечник.
Устройство контроля механических напряжений рельсовых плетей методом шумов Баркгаузена, состоит из блока накладного датчика 1, закрепленного в держателе 2, опирающегося на головку и подошву рельса 3 и прижатой к шейке рельса упругой пластиной 4, закрепленной на подошве рельса 3. Блок 1 содержит залитый компаундом 5 сердечник 6, объединяющий все три катушки, измерительную катушку с предварительным усилителем 7, катушку возбуждения 8, катушку обратной связи 9 и магнитопровод 10, пирометрический датчик температуры 11, выводы катушек и пирометрического датчика для соединения с управляющей аппаратурой (на чертеже не обозначены). Держатель 2 имеет установленную пластину для вертикальной 12 регулировки блока датчика 1 с помощью регулировочного винта 13 и прижимной винт 14 для дополнительной фиксации блока датчика 1 в держателе 2.
Устройство контроля механических напряжений рельсовых плетей методом шумов Баркгаузена является одним из составных частей комплекса, предназначенного для проведения исследований механических напряжений в рельсовой плети, вызванных изменением температуры, который управляется с ноутбука или планшетного компьютера (ЭВМ) посредством USB интерфейса. В материалах заявки они не представлены и не являются объектом охраны.
1
2
n
В качестве информативного параметра при регистрации шумов Баркгаузена используется среднеквадратичное значение (RMS) шумов Баркгаузена. Расчет RMS числового ряда амплитуд оцифрованного сигнала ШБ {a, a, …, a} выполнялся по известной формуле:
Программное обеспечение позволяет задавать различные значения частоты переменного магнитного поля. Повышение частоты приводило к увеличению разброса численных значений. Управляющая программа выполняет расчет RMS зарегистрированного сигнала ШБ и его индикацию на экране в установленном числовом коде, заранее заданном при калибровке прибора с учетом температурного режима. Для настройки режима работы прибор снабжен дополнительным цифровым интерфейсом.
Устройство контроля механических напряжений рельсовых плетей методом шумов Баркгаузена в составе комплекса проходит испытания на Дальневосточной железной дороге.