Способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути

 

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна. Согласно предложенному способу периодически измеряют температуру участков рельсовых плетей и рассчитывают температурные продольные напряжения σ _t участков. Одновременно с измерением температуры участков рельсовых плетей определяют продольные деформации участков от внешних силовых воздействий или изменений состояния пути и рассчитывают продольные напряжения σ _д участков, вызванные этими деформациями. Далее суммируют найденные σ _t и σ _д и получают величины фактических продольных напряжений в сечениях по границам участков рельсовой плети, после чего строят эпюру продольных напряжений по длине рельсовой плети. Способ позволяет определять продольно-напряженное состояние рельсовой плети, вызванное не только изменениями ее температуры относительно температуры закрепления, но и деформациями участков рельсовой плети по ее длине. Это положительно сказывается на оперативности контроля.

Изобретение относится к способам определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути и может быть использовано при эксплуатации бесстыкового железнодорожного пути для определения продольных напряжений в рельсовых плетях с целью предотвращения выброса пути.

Известно устройство для измерения продольных перемещений рельсовой плети железнодорожного пути, реализующее измерение продольных перемещений участков рельсовой плети по всей длине плети (RU №2174082 С1, В 61 К 9/08, 27.09.2001 г.).

Известное устройство позволяет лишь измерять (фиксировать) продольные перемещения участков рельсовой плети и не определяет продольно-напряженное состояние участков рельсовой плети (не определяет деформации участков рельсовой плети и продольные напряжения на этих участках).

Известен мобильный контрольно-вычислительный диагностический комплекс, реализующий способ контроля положения железнодорожного пути (положения рельсовых плетей по уровню, в плане и профиле, температуру рельсовых плетей) (RU №2066645 C1, B 61 K 9/08, 20.09.1996 г.).

Известный комплекс не обеспечивает измерения (определения) продольных перемещений участков рельсовой плети и определения продольно-напряженное состояние участков рельсовой плети, поскольку не имеет средств для такого определения.

Известен способ определения состояния рельсошпальной решетки эксплуатируемого бесстыкового железнодорожного пути, заключающийся в том, что периодически измеряют температуру участков рельсовых плетей при помощи бесконтактных температурных датчиков и определяют средние значения продольных сжимающих каждую плеть сил (продольные напряжения рельсовых плетей) (RU №2038441 C1, E 01 B 35/00, 27.06.1995 г.).

Этот способ определения состояния рельсошпальной решетки (рельсовых плетей) бесстыкового железнодорожного пути дает возможность определения среднего значения продольных сжимающих сил (среднего значения продольного напряжения) в соответствующей рельсовой плети, вызванных изменениями температуры при эксплуатации железнодорожного пути относительно температуры закрепления каждой рельсовой плети, и определения теоретическим путем поперечной составляющей температурных сил, которая затем сравнивается с допускаемым значением.

Известным способом невозможно определить фактическое продольно-напряженное состояние рельсовых плетей, поскольку при этом способе не учитываются продольные деформации участков рельсовых плетей, вызванные внешними силовыми воздействиями или изменениями состояния пути. Вследствие неравнозначного прижатия подошвы плети к подкладке (подрельсовому основанию) по длине плети, неодинакового уплотнения балласта, а в соответствии с этим и неодинакового сопротивления продольному сдвигу рельсошпальной решетки в балласте по длине плети, неодинакового силового воздействия продольных сил от поезда по длине плети (при изменении режима ведения, например наличия или отсутствия торможения) продольные деформации участков каждой рельсовой плети могут быть различными, а следовательно, и продольно-напряженное состояние участков каждой рельсовой плети может быть различным.

Техническим результатом изобретения является определение продольно-напряженного состояния участков рельсовой плети бесстыкового железнодорожного пути, вызванного не только изменениями ее температуры относительно температуры закрепления, но и деформациями участков рельсовой плети по ее длине.

Для достижения этого технического результата в способе определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, заключающемся в том, что периодически измеряют температуру на участках рельсовых плетей и определяют продольные температурные напряжения в рельсовых плетях, одновременно с измерением температуры участков рельсовых плетей измеряют величины продольных перемещений участков рельсовых плетей, определяют продольные деформации участков рельсовых плетей и продольные напряжения вызванные ими, а затем определяют продольные напряжения участков рельсовых плетей с учетом изменения их температуры и величин продольных деформаций.

Способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути заключается в том, что при помощи бесконтактных датчиков, смонтированных на перемещаемом по железнодорожному пути транспортном средстве, например на вагоне-путеизмерителе, измеряют температуру участков рельсовой плети, одновременно с измерением температуры участков рельсовой плети измеряют продольные перемещения (подвижки) сечений плети по границам участков, на которые разделена рельсовая плеть, то есть одновременно с измерением температуры участков рельсовой плети измеряют продольные перемещения участков рельсовой плети. Границы участков рельсовой плети отмечают путем нанесения на нее фиксированной точки, линии на верхней части подошвы рельсовой плети, например через 100 метров, или иным способом, но с обязательной фиксацией расстояния между контрольными сечениями. Вдоль железнодорожного пути или непосредственно в пути на определенном расстоянии друг от друга размещают неподвижные фиксированные реперы. В качестве реперов в пути могут использоваться, например, шпалы, исключенные из продольной работы рельсовых плетей. Измерение продольных перемещений участков рельсовой плети относительно реперов производят при помощи бесконтактных датчиков, смонтированных на подвижной единице, например на вагоне, при перемещении вагона один из датчиков обнаруживает фиксированную точку или линию на верхней части подошвы рельсовой плети, а другой датчик обнаруживает метку на репере. Все бесконтактные датчики связаны с входной шиной вычислительной машины с программным обеспечением, установленной на вагоне, и измеренные величины температуры и продольных перемещений участков рельсовой плети поступают в вычислительный блок вычислительной машины. В вычислительной машине имеются данные о температуре закрепления измеряемой рельсовой плети. В вычислительном блоке машины определяется разность между измеренной температурой участка рельсовой плети и температурой закрепления рельсовой плети и определяется температурное напряжение соответствующего участка рельсовой плети по соотношению

σ _t=α·E·Δt _i,

где

α - коэффициент линейного удлинения рельсовой плети;

Е - модуль упругости рельсовой плети;

Δt _i - разность между измеренной температурой (t _i) соответствующего участка рельсовой плети и температурой закрепления (t₃) рельсовой плети.

То есть

σ _t=α·E·(t _i-t₃).

В вычислительном блоке машины также определяется продольная деформация каждого участка рельсовой плети, то есть изменение длины каждого участка рельсовой плети относительно первоначальной, которую участок плети имел в начальный период эксплуатации (после укладки плети). По результатам полученных деформаций каждого участка рельсовой плети определяют продольные напряжения на каждом участке рельсовой плети, вызванные этими деформациями, в соответствии с соотношением

где

а_i - величина продольного перемещения в начале i-того участка рельсовой плети (величина продольной подвижки фиксированной точки на рельсовой плети в начале ее i-того участка по ходу движения вагона);

a_i+1 - величина продольного перемещения рельсовой плети в конце i-того участка;

(а_i-а_i+1) - величина продольной деформации рельсовой плети в пределах i-того участка.

Значения а_i, a_i+1 по ходу движения вагона берутся со знаком “+”, а против хода движения - со знаком “-”

После указанного расчета вычислительный блок вычислительной машины суммирует σ _t и σ _д, получает величины фактических продольных напряжений в сечениях по границам участков рельсовой плети и строит эпюру продольных напряжений по длине рельсовой плети.

Заявленный способ обеспечивает оперативный контроль за продольно-напряженным состоянием участков рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути.

Формула изобретения

Способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, заключающийся в том, что периодически измеряют температуру участков рельсовых плетей и рассчитывают температурные продольные напряжения σ _t участков, отличающийся тем, что одновременно с измерением температуры участков рельсовых плетей определяют продольные деформации участков от внешних силовых воздействий или изменений состояния пути, рассчитывают продольные напряжения σ _д участков, вызванные этими деформациями, суммируют найденные σ _t и σ _д и получают величины фактических продольных напряжений в сечениях по границам участков рельсовой плети, после чего строят эпюру продольных напряжений по длине рельсовой плети.