СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ БЕССТЫКОВОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
METHOD OF DETERMINATION OF LONGITUDINAL DISPLACEMENTS OF RAIL BARS OF CONTINUOUS WELDED RAILWAY TRACK

Изобретение относится к области измерения длины измерительными устройствами и средствами измерения при деформации твердых тел (например, механическими тензометрами), измерения расстояний между различными предметами или отверстиями.
Известен способ определения продольных перемещений (Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути, утвержденная распоряжением ОАО "РЖД" №2788р от 29.12.2012. - Опубл. 29.12.2012), включающий нанесение рисок на шпалу или подкладку и на подошву рельса, по смещению рисок делают вывод о величине продольного перемещения рельсовой плети.
Недостатком данного способа является низкая точность определения смещений.
Известен способ определения механических напряжений в рельсовой плети (Пат. РФ 2478153, МПК Е01В 19/100, 29/44, 31/06, 35/06. Г.Л. Аккерман, С.Г. Аккерман, Б.С. Сергеев, Ю.А. Смирнов. Способ определения механических напряжений в рельсовой плети и устройство для его осуществления. - Опубл. 27.03.2013 Бюл. №9), включающий сверление в шейке рельса отверстия конической формы, измерение его диаметров по взаимно перпендикулярным осям Dx и Dy, определение ΔD=Dx-Dy, измерение температуры в отверстии шейки рельса, определение по полученным данным механических напряжений.
Недостатком данного способа является то, что определяют только текущие механические напряжения, а не перемещение рельсовых плетей.
д
t
д
д
t
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является (Пат. РФ 2239574, МПК Е01В 35/00, В61К 9/08. Н.П. Виногоров, А.В. Савин, П.Н. Кулешов, А.П. Тимашов. Б.Д. Анашкин. Способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. - Опубл. 10.11.2014), включающий определение продольных деформаций участков от внешних силовых воздействий σ, одновременно измерение температуры этих участков и расчет температурных продольных напряжений σ, расчет продольных напряжений σ, суммирование σ+σ, получение фактических продольных напряжений.
Недостатком данного способа является то, что сложным способом находят напряжения в плети, но не определяют перемещения рельсовых плетей.
Цель изобретения - определение продольных перемещений по длине рельсовой плети и определение наличия угона и его величины.
Указанная цель достигается тем, что определяют продольные перемещения измерительными приборами по всей длине рельсовой плети.
Сущностью изобретения является то, что определяют расчетным путем расстояние между точками замеров по всей длине плети и их количество, устанавливают на нейтральной оси рельса в точках замеров конусообразные металлические трубки, в каждой из которых располагают по два тензометрических датчика, датчик определения температуры, автономный источник питания, приемопередаточное устройство, снимаются автоматически показания тензометрических датчиков непосредственно до и после прохода подвижного состава, с одновременным измерением температуры рельса датчиком определения температуры, результаты данных измерений через приемопередаточное устройство поступают в единую систему обработки данных, расположенную вне конусообразных трубок, определяют продольные механические напряжения в каждой точке замеров, вычисляют разность между продольными механическими напряжениями в соседних точках замеров, рассчитывают по закону Гука продольные перемещения рельсовой плети между соседними точками замеров, используя полученную разность механических напряжений, суммируют результаты данных расчетов продольных перемещений по всем точкам замеров рельсовой плети, определяют наличие угона рельсовой плети с учетом веса подвижного состава и температуры рельсов в момент замеров.
На фиг. 1 представлена схема размещения точек замеров 1 на нейтральной оси 3 рельсовой плети 2 и установки металлических конусообразных трубок 4 с датчиками, с которых поступают результаты замеров в единую систему обработки данных 5.
На фиг. 2 представлена схема металлической конусообразной трубки 4, в которой располагаются два тензометрических датчика 6, датчик определения температуры 7, автономный источник питания 9, приемопередаточное устройство 8, сигнал с которого поступает в единую систему обработки данных 5.
1
2
3
n-1
n
1
2
3
n-1
n
1
2
n-1
На фиг. 3 представлен алгоритм определения продольных перемещений  рельсовой плети 2, наличие угона S и его величину, включающий получение данных о напряжениях σ, σ, σ, …, σ и σ с тензометрических датчиков 6 и данных о температуре t, t, t, …, t, и t с датчика определения температуры 7 в каждой точке замеров 1, вычисление разности механических напряжений Δσ, Δσ, … и Δσ между соседними точками замеров 1, расчет продольных перемещений , , и , между соседними точками замеров, определение общей длины продольных перемещений - угона S.
Предлагаемый способ определения продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути осуществляется следующим образом.
На железных дорогах Российской Федерации, в настоящее время наиболее распространенной является конструкция бесстыкового железнодорожного пути. Наиболее значимой отличительной чертой бесстыкового пути по отношению к звеньевому является то, что в свариваемых рельсовых плетях возникают значительные механические напряжения от температуры и от силы взаимодействия колеса и рельса при прохождение подвижного состава. При длине плети, достигающей длины перегона, не происходит «разрядка пути» из-за отсутствия зазоров достаточной величины между рельсами, в следствие чего возникает угон рельсовой плети S.
Угоном рельсовой плети S называют продольное перемещение рельсов  (фиг. 3) относительно шпал или рельсошпальной решетки относительно балластного слоя под действием продольных сил, создаваемых движущимся подвижным составом и изменением температуры.
Одной из причин угона рельсовой плети S является возникновение при движении подвижного состава дополнительных горизонтальных продольных сил и продольных механических напряжений.
В настоящее время контроль за угоном рельсовой плети S происходит при помощи «маячных шпал». Сущность способа заключается в том, что на шпале или на подкладке, закрепленной на ней, должна быть видна постоянная точка для измерения смещения риски на подошве рельса относительно «маячной» шпалы с точностью до 1 мм. На подошве рельса наносится несмываемой краской метка напротив постоянной точки на шпале. На этой метке острым предметом прочерчивается тонкая риска. Далее измеряется расстояние, на которое смещается риска на рельсе относительно точки на шпале или подкладке.
1
2
3
n-1
1
2
3
n-1
В предлагаемом способе определения продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути расстояния L, L, L, …, L (фиг. 3), между точками замеров 1 (фиг. 1) определяют после расчета модели в программном комплексе «Универсальный механизм» для каждой конкретной рельсовой плети 2, с учетом плана и профиля, этой железнодорожной линии. Расстояние между всеми точками замеров должно быть одинаковое L=L=L=L=L=const (фиг. 3), и не может превышать более 100 м. Необходимо отметить, что количество расстояний всегда будет на одно меньше, чем количество точек замеров 1. Потому что оно измеряется непосредственно между точками замеров 1.
Количество точек замеров n 1 (фиг. 1), зависит от длины рельсовой плети 2 и определенного расстояния L (фиг. 3) между ними. Для каждой конкретной плети количество точек замеров 1 (фиг. 1) будет отличаться.
На нейтральной оси 3 рельса 2 (фиг. 1) в каждой точке замера 1 устанавливают металлическую конусообразную трубку 4. Каждая из них должна иметь свое имя «1», «2», «3», … «n-1», характеризующееся цифрой с порядковым номером металлической конусообразной трубки 4 в каждой точке замера 1.
1
2
3
n-1
n
1
2
3
n-1
n
Далее в металлической конусообразной трубке 4 (фиг. 2) установлены тензометрические датчики 6 и датчик определения температуры 7, с которых снимаются показания о напряжениях σ, σ, σ, …, σ, σ и температуре t, t, t, …, t, t (фиг. 3) соответственно. Замеры производят непосредственно до и после прохода каждого подвижного состава.
Через приемопередаточное устройство 8 (фиг. 2) поступает сигнал в единую систему обработки данных 5 (фиг. 1).
1
2
1
2
3
2
n-1
n
n-1
В единой системе обработке данных 5 (фиг. 1) по алгоритму (фиг. 3) между соседними точками замеров «1» - «2», «2» - «3», «n-1» - «n» вычисляют разность механических напряжений Δσ=σ-σ, Δσ=σ-σ, …, Δσ=σ-σ.
Далее, по закону Гука (Новый политехнический словарь: под редакцией А.Ю. Ишлинского. - Большая Российская энциклопедия, 2000. - 672 с.) при растяжение:
,
где σ - механические напряжения, МПа;
5
Е - модуль упругости стали, для рельсов Е=2,1⋅10, МПа;
L - расстояние между точками замеров, для каждой конкретной плети L=const, м;
- продольные перемещения, м.
Получают продольные перемещения между соседними точками замеров 1 (фиг. 1), подставляя известные указанные значения в формулу закона Гука, например для точек замеров «1» - «2»:
,
1
где Δσ - разность механических напряжений между точками замеров «1» - «2».
Суммируют данные результаты расчетов продольных перемещений  по всем точкам замеров 1 рельсовой плети 2, определяют наличие угона рельсовой плети S и получают его конкретную величину.
Так как одновременно с замерами механических напряжений в рельсовых плетях фиксируются ее температура и вес подвижного состава, то возможно определять влияние данных параметров на угон рельсовой плети.
Таким образом предлагаемый способ определения продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути позволяет определять продольные перемещения по длине рельсовой плети и определять наличия угона и его величину.