СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СТАЛЬНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО РИГЕЛЯ
METHOD FOR DETERMINATION OF RESIDUAL RESOURCE OF STEEL RAILWAY BAR

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля прочности и предназначено для оценки остаточного ресурса стального железнодорожного ригеля, который из-за периодического прохождения поездов и частичной разгрузки их бугелями токопровода работает в условиях статического или циклического знакопостоянного нагружения.
Для оценки остаточного ресурса при хрупком разрушении материала в условиях статического или стационарного циклического нагружения оценивают неразрушающим методом [1, 2, 3] предельное напряжение для изделия и образцов из материала изделия, образцы разрушают при длительном нагружении с различными уровнями напряженного состояния, выясняют зависимость времени (или числа циклов) до разрушения от начального отношения напряжения к предельному напряжению и по этим результатам судят [4] о времени до разрушения изделия. Недостаток указанного аналога [4] состоит в том, что он применим лишь в условиях хрупкого разрушения (развития дефекта, например трещины) и только при соблюдении заданного режима нагружения. В стальных же изделиях квазихрупкому разрушению предшествует неопределенный период зарождения дефекта [5]. Кроме того, для реальных конструкций нагружение, как правило, не стационарно, а носит случайный характер.
Наиболее близким к предлагаемому способу и свободным от указанного выше недостатка аналога является способ [6]. Однако по существующему законодательству его нельзя использовать в качестве прототипа. (В связи с этим формула изобретения составлена без разделения на ограничительную и отличительную часть и соответственно переделано описание.)
Цель изобретения - оценка остаточного ресурса ригеля без демонтажа изделия.
k
Цель достигают тем, что фиксируют время эксплуатации изделия, периодически устанавливают на ригель акустические датчики вне зоны его опирания на кронштейны, плавно разгружают его, регистрируют АЭ или ее отсутствие в процессе разгрузки; а при отсутствии АЭ остаточный ресурс изделия оценивают по суммарной наработке изделия до контрольной разгрузки; предварительно захваты разгрузочных устройств подводят под чашки вертикальных изоляторов, перемещают вверх до тех пор, пока подвески этих изоляторов к ригелю не отклонятся от своего первоначального положения, регистрируют соответствующие нагрузки, снимают их, для контрольной разгрузки прикладывают к ригелю не меньшие нагрузки, направленные вверх, в непосредственной близости от вертикального изолятора между ним и ближайшим кронштейном. Расположение датчиков вне зоны опирания ригеля позволяет ограничить зону контроля и исключить с помощью электронной аппаратуры из анализа шумы от возможной перебазировки ригеля. Отклонение подвески 10 от первоначального положения свидетельствует о том, что разгружающие устройства полностью компенсировали нагрузки L от всех подвесных деталей (см. на чертеже позиции 4…11). При этом полной разгрузки ригеля еще нет, так как он сохраняет деформации от собственного веса. Для устранения этой деформации необходимо при контрольной разгрузке приложить непосредственно к ригелю нагрузки L>L, направленные вверх. Чтобы исключить отрыв концов ригеля от опор должно соблюдаться условие
k
где l - длина ригеля. Приложение нагрузок L в непосредственной близости от вертикального изолятора между ним и ближайшим опорным кронштейном позволяет обеспечить при контрольной разгрузке условие (см. на чертеже «В»)
k
k
k
k
то есть полную разгрузку. Здесь М=La - максимальный изгибающий момент от L;
k
а - кратчайшее расстояние от места подвески вертикального изолятора к ригелю до ближайшей опоры; La - максимальный изгибающий момент от q. Обеспечение полной разгрузки позволяет по наличию или отсутствию АЭ при окончании разгрузки выяснить, развивалась ли трещина в процессе эксплуатации. Экспериментально установлено, что для сталей период развития трещины превышает 0,6 суммарной наработки изделия до отказа. Следовательно, если в конце разгрузки наблюдается АЭ, то трещина уже сформировалась и начала развиваться. При этом остаточный ресурс может оказаться нулевым и эксплуатацию изделия лучше прекратить. (Остаточный ресурс в этом случае может быть количественно определен по ав. св. №1647356 A1.) При отсутствии АЭ в процессе разгрузки остаточный ресурс изделия не менее суммарной наработки к моменту контроля и ее можно повторить.
k
k
k
k
На чертеже показаны: А - правая часть симметричного крепления токопроводов к ригелю; Б - схема загрузки ригеля; В - эпюра изгибающего момента М только от веса L подвесных деталей (сплошная линия); только от распределенной нагрузки q - веса ригеля (штриховая линия); только от сил L>L при контрольной разгрузке (пунктирная линия). На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - ригель; 2 - железобетонная опора; 3 - опорные кронштейны; 4 - токопровод; 5 - тросс; 6 - расчалки; 7 - растяжки; 8 - подвес токопровода; 9 - электроизоляторы; 10 - подвески электроизолятора к ригелю; 11 - фиксатор токопровода; 12 - уголки захвата разгрузочного устройства; 13 - акустический датчик; L - нагрузка при контрольной разгрузке; R - реакция опоры; l - расстояние между опорами (кромками опорных кронштейнов); а - кратчайшее расстояние от места подвески к ригелю вертикального изолятора до ближайшей опоры; а - кратчайшее расстояние от линии (вертикали) действия L до ближайшей опоры; h -кратчайшее расстояние от токопровода до нижнего пояса ригеля.
k
k
k
к
k
k
k
При реализации способа акустические датчики 13 устанавливают на нижнем поясе ригеля 1 вблизи конца опорного кронштейна 3. Электронной аппаратуре, например прибору АФ-15, задают зону контроля в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора с учетом расстояния между датчиками и скоростью распространения скорости звука в стали. Разгрузочные устройства любого типа (винтового, гидравлического и т.д.) устанавливают на передвижных платформах, которые перемещаются от ригеля к ригелю и имеют механизм, например суппорт, перемещения разгрузочного устройства в направлении, перпендикулярном рельсам. Возможный вариант захвата разгрузочного устройства показан на чертеже «По Г»; захват состоит из двух раздвинутых уголков высотой не меньше расстояния h от токопровода до нижнего пояса ригеля. Заведя уголки 12 под нижнюю чашку вертикального изолятора 9, перемещают захват вверх до отклонения от начального положения подвески 10 изолятора и регистрируют по динамометру соответствующее усилие L. По мере дальнейшего подъема захвата усилие L не меняется, так что отклонение подвески 10 от первоначального положения можно фиксировать визуально. Определив L и сняв эти нагрузки, захват подводят под ригель в непосредственной близости от вертикального изолятора между ним и ближайшим опорным кронштейном, исключая соприкосновения уголков 12 с подвесными деталями. Перемещая захват вверх, увеличивают значение L до допускаемого значения, которое рассчитывают из условий (1) и (2) по формуле L≤L(l/4-a)/(l/4-a). Размеры а и a замеряют рулеткой. В процессе плавного увеличения L регистрируют АЭ или ее отсутствие. Проводя эту контрольную операцию, плавно снижают L. При отсутствии АЭ в процессе разгружения ригеля (увеличения L) остаточный ресурс не менее, чем в 1,5 раза больше зафиксированной суммарной наработки ригеля при условии сохранения прежнего режима эксплуатации.
Использование предложенного способа позволяет увеличить время эксплуатации ригеля в среднем в 5 раз по сравнению с гарантированным ресурсом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР №879444.
2. Авторское свидетельство СССР №1663535.
3. Авторское свидетельство СССР №1620930.
4. Авторское свидетельство СССР №1647356.
5. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов./В.А.Петров, А.Я.Башкарев, В.И.Веттергень. - СПб.: Политехник, 1993. - 475 с.
6. Заявка №2006138902 Российская Федерация G01N 3/00 3/32. Способ определения остаточного ресурса изделия./ Никольская Т.С. Заявлено 30.10.2006.