СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В РЕЛЬСОВОЙ ПЛЕТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO DETERMINE MECHANICAL STRESSES IN RAIL AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к устройствам для защиты верхнего строения пути от воздействия погодных условий.
Известны измерительные устройства, например путеизмерительные вагоны, которые позволяют определять большое количество характеристик рельсов, в том числе и длинных плетей (Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и мерам по обеспечению безопасности движения поездов. - ЦП-515 от 04.10.97. МПС РФ).
Однако информация, получаемая от путеизмерительных вагонов, не содержит необходимых данных о механических напряжениях, которые возникают в рельсах при изменении погодных условий, в частности при изменении температуры рельсов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ, когда при реализации бесстыкового пути, применяют специальный способ укладки рельсовых плетей, который зависит от температуры рельсов и погодных условий в процессе их укладки (Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. В ред. Указаний МПС от 23.11.2001 г., №С-1861у от 27.11.2001 г., №С-1881у).
Недостатком данного технического решения является отсутствие определения механических напряжений, возникающих в рельсовых плетях при их эксплуатации при различных погодных условиях.
Целью изобретения является повышение надежности работы длинных рельсовых плетей путем контроля механических напряжений, возникающих в рельсовых плетях в зависимости от погодных условий.
x
y
x
y
Указанная цель достигается тем, что в шейке рельса высверливают отверстие диаметром D и D, в которое введено приспособление для измерения изменений диаметров D и D в зависимости от внешних условий.
x
y
x
y
x
y
Сущность изобретения по п.1 заключается в том, что после укладки рельсовой плети в шейках рельса просверливают отверстие конической формы, измеряют его диаметры D и D по двум взаимно перпендикулярным осям x и y, осуществляют вычитание измеренных данных в соответствии с выражением ΔD=D-D, выполняют измерение температуры в отверстии шейки рельса, определяют по полученным данным механические напряжения в рельсовой плети и передают их на пункт диагностики, а сущность изобретения по п.2 заключается в том, что в устройство для определения механических напряжений вводят приспособление для измерения диаметров D и D, имеющего форму, в которую до упора вводят диск, плоскость которого параллельна плоскости шейки рельса, по сторонам последнего закреплены первый и второй тензодатчики, расположенные по двум взаимно перпендикулярным осям x и y соответственно, а на внутренней поверхности приспособления расположен датчик температуры, причем выходы первого и второго тензодатчиков и датчика температуры через узел герметизации соединены с входами первого, второго и третьего усилителей соответственно, выходами подключенных к входам первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами микропроцессора, выходом подключенного к входу радиомодема, передающего информацию на пункт диагностики.
x
y
На фиг.1 показано расположение отверстия 1 в шейке рельса 2, а на фиг.2 приведен разрез по А-А рельса 2 с установленным в указанное отверстие приспособлением 3, для измерения диаметров D и D. На фиг.3 приведен чертеж приспособления 3 для измерения указанных диаметров, которое состоит из диска 4, по обоим сторонам которого взаимно перпендикулярно по осям x и y закреплены первый 5 и второй 6 тензодатчики, а на внутренней стороне приспособления 3 установлен датчик температуры 7. Выводы 8 от тензодатчиков 5 и 6, а также от датчика температуры через узел герметизации 9 выходят наружу приспособления 3 и соединяются с последующими функциональными узлами схемы устройства для определения механических напряжений в рельсовой плети, показанной на фиг.4, где условно показаны разрезы по В-В и С-С приспособления 3.
В схеме устройства для определения механических напряжений фиг.4 выход первого 5 тензодатчика соединен с входом первого 10 усилителя, выход второго 6 тензодатчика подключен к входу 11 второго усилителя, а выход датчика температуры 7 соединен с входом 12 третьего усилителя. Выходы первого 10, второго 11 и третьего 12 усилителей через первый 13, второй 14 и третий 15 аналого-цифровые преобразователи подключены к входам микропроцессора 16, выход которого соединен к входу радиомодема 17, передающего по радиоканалу 18 полученную информацию на пункт диагностики.
x
y
x1
y1
x2
y2
x3
y3
На фиг.5 и 6 показано изменение диаметров D и D отверстия 1 в шейке рельса 2 при воздействии, например, температуры рельса 2. При номинальной температуре рельса диаметры отверстий равны D и D, при увеличении или уменьшении температуры рельса они изменятся до величин D и D или D и D.
Способ и устройство для определения механических напряжений в рельсовой плети работают следующим образом.
Приспособление 3 повторяет изменения формы отверстия 1, которые возникают в результате температурных воздействий на рельс, что приводит к изменению механических напряжений в рельсовой плети.
x1
y1
x1
y1
При расчетном значении механических напряжений в рельсе 2, которые имеют место при укладке рельсовой плети, геометрические размеры отверстия 1 по осям x и y в шейке рельса 2 равны: D и D, где D=D.
x1
x2
y1
y2
При изменении температуры механические напряжения в рельсе 2 приводят к изменению его длины, при этом геометрические размеры отверстия 1 в шейке рельса 2 изменяются и приобретают следующие значения: D<D, D>D (фиг.5, 6).
x1
x2
Очевидно, что полученные при последующем определении разности параметров D и D однозначно определяют напряженное состояние рельса 2 при воздействии на него температурных факторов.
Приспособление 3 для измерения линейных размеров, которое показано на фиг.2 и 3, имеет конусную форму, что необходимо для его надежного закрепления в отверстие 1 шейки рельса 2, при этом для более надежного закрепления в отверстии 1 со стороны меньшего диаметра на приспособлении устанавливают гайку.
x
y
x
y
Измерение изменяющихся параметров D и D (фиг.5, 6) осуществляется первым 5 и вторым 6 тензодатчиками, которые показаны на фиг.3 на диске 4. Первый 5 из них располагается по оси х системы координат, второй 6 - по оси у. Увеличение (уменьшение) диаметра D и D обусловливает увеличение (уменьшение) сопротивления тензодатчика 5 и 6.
Измерение сопротивления тензодатчика 5 и усиление его сигнала осуществляется первым 10 усилителем, второго 6 - вторым 11 усилителем. Выходной сигнал датчика температуры 7 усиливается третьим 12 усилителем. Показания термодатчика через соответствующий алгоритм также определяет механические напряжения в рельсовой плети, то есть тензодатчики и термодатчик дублируют друг друга, что повышает надежность определения механических напряжений в рельсовой плети.
x
y
Преобразование полученных усилителями сигналов из аналогового вида в логический осуществляется первым 13, вторым 14 и третьим 15 аналоговыми аналого-цифровыми преобразователями. Их выходы передают информацию на соответствующие входы микропроцессора 16, который осуществляет логические операции, осуществляющие сравнение поступающих на его входы сигналов и последующее кодирование в вид, необходимый для передачи информации по радиоканалу 18 через модем 17 в соответствующий центр диагностики. Следовательно, изменения диаметров D и D отверстия 1 преобразуются в электрические сигналы.
Способ и устройство определения механических напряжений в рельсовой плети позволяют преобразовывать механические напряжения в электрические сигналы, которые определяют механические напряжения в рельсовой плети при воздействии на нее погодных факторов, возникающих в процессе эксплуатации железнодорожного пути, контролировать их на пункте диагностики, тем самым предупредить «выброс» пути, что обеспечивает безопасность движения поездов.