Стенд для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава
STAND FOR THE STUDY OF THE STRESS STATE OF RAILS, DEFECTS OF RAILS AND ROLLING STOCK WHEELS

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля состояния длинномерных объектов, а именно протяженных грузонесущих конструкций в виде рельсовой колеи железнодорожного полотна местных и магистральных железных дорог, а также для измерения собственных или вынужденных колебаний упругих объектов, например рельсов бесстыкового пути и колес подвижного состава.
Известно устройство и способ обнаружения дефектов колес железнодорожных транспортных средств в движении, содержащее участок рельсового пути, содержащий два рельса, шпалы, тензодатчики, установленные на шейку рельса с обеих сторон, предназначенные для проведения измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс (Патент РФ №2708693 С1, МПК G01/M 17/10, опубл. 11.12.2019 г.)
Недостатком указанного устройства является сложность монтажа тензодатчиков на рельс, а также это устройство не позволяет совмещать обнаружение дефектов колес с проведением диагностики состояния рельсов.
Известно устройство для контроля состояния длинномерного объекта, содержащее источник модулированной волновой энергии, канал передачи волновой энергии и демодулятор, оно снабжено двумя пространственными фильтрами, один из которых включен между выходом источника модулированной волновой энергии и входом канала передачи волновой энергии, а второй пространственный фильтр - между входом демодулятора и выходом канала передачи волновой энергии, который выполнен в виде многомодового протяженного волновода прямоугольного или круглого сечения или их сочетаний, а демодулятор выполнен в виде подключенных к выходам второго пространственного фильтра двух синхронных детекторов, интегратора, подключенного к выходу одного из них, и связанного с выходами интегратора, второго синхронного детектора и операционного усилителя, дополнительно устройство, снабжено гетеродинным преобразователем частот сигналов, включенным между выходами второго пространственного фильтра и входами синхронных детекторов, причем первый вход демодулятора является входом первого детектора, а второй вход демодулятора через направленный ответвитель связан с выходом второго пространственного фильтра, второй выход направленного ответвителя является входом генератора сигналов, два выхода которого являются вторыми входами обоих синхронных детекторов, установлены также аналого-цифровой преобразователь (АЦП), и вычислительное устройство в виде микропроцессора, один вход которого соединен с выходом АЦП, а второй с буферной памятью, в свою очередь вход АЦП соединен с выходом операционного усилителя, являющегося выходом демодулятора, выход микропроцессора подсоединен к входу видеотерминала, а волновод, выполненный в виде многомодового волоконного световода с изолирующей и защитной оболочками, закреплен вдоль образующей грузонесущей конструкции на ее не контактирующей с нагрузкой поверхности в плоскости деформаций, возникающих от действия перемещающейся нагрузки, синхронные детекторы выполнены в виде фотодетекторов, а источник модулированной волновой энергии выполнен в виде генератора оптического излучения. (Патент РФ №2676176 С1, МПК G01B 11/16, Е01В 35/10, опубл. 26.12.2018 г.)
Недостатком указанного устройства является невозможность оценки продольных напряжений, возникающих в рельсах бесстыкового пути, а также невозможность получения эталонных виброакустических данных для типовых дефектов рельсов и колес.
Техническим результатом изобретения является повышение точности обнаружения и идентификации дефектов рельсов и колес подвижного состава, и оценки продольного напряжения в рельсах бесстыкового пути.
Технический результат достигается тем, что в стенде для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава, включающем рельсошпальную решетку, прикрепленную к основанию кронштейнами, тензодатчики, установленные на шейку рельсов рельсошпальной решетки с обеих сторон, для проведения измерений деформации рельса, с одной из торцевых сторон рельсошпальной решетки к концам рельсов установлены упоры с гидравлическими домкратами для продольного нагружения рельсов, причем упоры выполнены с возможностью установки в них тяги для изменения направления продольного нагружения рельсов, также в упоры установлены тензорезистивные датчики силы с шариками для контроля величины силы, приложенной к рельсам, на рельсы установлены вибропреобразователи для измерения собственных и вынужденных колебаний рельсов, рядом с вибропреобразователями наклеены тензодатчики для измерения продольных и изгибных деформаций рельсов, в непосредственной близости от рельсов установлен микрофон шумомера для измерения уровня звукового давления, а вдоль рельсов установлен оптоволоконный кабель для измерения вибраций, возникающих при собственных и вынужденных колебаниях рельсов.
Изобретение поясняется чертежами:
- на фиг. 1 изображен стенд для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава (далее по тексту - стенд), вид сбоку;
- на фиг. 2 изображен стенд, вид сверху;
- на фиг. 3 изображена схема компоновки упоров на концах рельсов для создания продольного усилия сжатия в рельсах;
- на фиг. 4 изображена схема компоновки упоров на концах рельсов для создания продольного усилия растяжения в рельсах.
Стенд состоит из рельсошпальной решетки 1, прикрепленной к основанию 2 кронштейнами 3, тензодатчиков 4, установленных с обеих сторон на шейку рельсов 5 рельсошпальной решетки 1. На одном конце рельсошпальной решетки 1 установлены упоры 6 с гидравлическими домкратами 7 для реализации продольного усилия сжатия в рельсах. Для реализации продольного усилия растяжения рельсов в упорах 6 применяется тяга 8. В упоры 6 установлены тензорезистивные датчики 9 силы с шариками 10, на головку рельсов 5 рельсошпальной решетки 1 установлены вибропреобразователи 11, вблизи рельсов 5 рельсошпальной решетки 1 установлен микрофон 12 шумомера, вдоль рельсов 5 рельсошпальной решетки 1 установлен оптоволоконный кабель 13.
Изобретение осуществляется следующим образом:
Для проведения исследования напряженного состояния рельсов с помощью гидравлических домкратов 7 создают усилие сжатия или при использовании тяги 8 - усилие растяжения в рельсах 5 рельсошпальной решетки 1, величину которого контролируют с помощью тензорезистивных датчиков 9 силы, установленных в упоры 6. Проводят возбуждение собственных колебаний рельсов 5 рельсошпальной решетки 1 и одновременно производят регистрацию продольных и изгибных деформаций рельсов 5 с помощью установленных на них тензодатчиков 3, собственных и вынужденных колебаний рельсов с помощью вибропреобразователей 11, уровня звукового давления с помощью расположенного вблизи рельса микрофона 12 шумомера, а так же вибраций, возникающих при собственных и вынужденных колебаниях рельсов с помощью оптоволоконного кабеля 13.
Исследование дефектов рельсов и колес подвижного состава можно проводить для различных комбинаций дефектов, а также их отсутствия.
Производят установку рельса 5 с выбранным типом дефекта (или его отсутствием) на стенд, далее производят возбуждение собственных колебаний рельса 5 и/или вынужденных колебаний рельса 5 путем катания по нему колесной пары (на фиг. не показана) подвижного состава с выбранным типом дефекта (или его отсутствием) и одновременно производят регистрацию продольных и изгибных деформаций рельсов 5 с помощью установленных на них тензодатчиков 3, собственных и вынужденных колебаний рельсов с помощью вибропреобразователей 11, уровня звукового давления с помощью расположенного вблизи рельса микрофона 12 шумомера, а так же вибраций, возникающих при собственных и вынужденных колебаниях рельсов с помощью оптоволоконного кабеля 13.