Способ определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути



Способ определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути
Способ определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути

 


Владельцы патента RU 2457969:

Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр информационных и транспортных систем (ЗАО НПЦ ИНФОТРАНС) (RU)

Изобретение относится к способам непрерывного контроля состояния железнодорожного бесстыкового пути при помощи путеизмерительных средств. В способе определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути определяют осредненную кривизну в пределах круговой кривой на базовой длине, принятой нормативными документами, определяют осредненную кривизну на заданной длине короткой неровности. Определяют для каждой круговой кривой расчетную минимальную температуру закрепления min tз, затем определяют отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей Δtрих. Определяют новую температуру закрепления рельсовых плетей в кривой по формуле: tо.рих=tз-Δtрих, где tз - температура закрепления рельсовых плетей, °С. Далее по определению условия устойчивости круговой кривой, определяемому по формуле: tо.рих≥min tз и найденному запасу поперечной устойчивости бесстыкового пути в пределах круговой кривой (ΔΔtрих), определяемому по формуле: ΔΔtрих=tо.рих-min tз, судят о состоянии рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути. В результате повышается точность определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к способам непрерывного контроля состояния железнодорожного бесстыкового пути при помощи путеизмерительных средств.

Известен способ определения состояния рельсошпальной решетки эксплуатируемого железнодорожного бесстыкового пути, преимущественно ее продольно-поперечной устойчивости под действием в ней продольных сжимающих температурных сил (патент РФ №2038441, кл. E01B 35/00, E01B 29/17, B61K 9/08), заключающийся в том, что путеизмерительными средствами

непрерывно измеряют кривизну рельсовых плетей в плоскости пути,

периодически измеряют температуру этих же плетей при помощи бесконтактных температурных датчиков,

определяют по формуле средние значения продольных сжимающих каждую рельсовую плеть сил,

непрерывно определяют по формуле силы H, стремящиеся сдвинуть шпалы поперек пути,

сравнивают значения последних сил H с допускаемыми их значениями [H] для данного участка пути.

При этом для расчетов и другого длительного использования определяют во время укладки или ремонта бесстыкового пути на каком-то участке (в границах каждой пары сварных плетей) или заменяют прежние исходные данные новыми и вводят в память бортовой вычислительной машины путеизмерительного вагона следующие исходные данные каждой пары рельсовых плетей: условный номер участка бесстыкового пути, координаты начала и конца участка (километр, пикет, расстояние начала и конца рельсовой плети (м) от пикетного знака по ходу километров), площадь поперечного сечения рельсов 2F, см2, среднее расстояние между осями соседних шпал S на этом участке, минимальную измеренную температуру рельсовых плетей Tз при их закреплении в рельсовых скреплениях на участке.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

При всех достоинствах известного способа следует отметить следующие недостатки:

- использование для определения H значений кривизны, отнесенной к расстоянию между осями соседних шпал, т.е. мгновенных значений кривизны, ввиду того, что из-за солидарной работы всех элементов рельсошпальной решетки и жесткости рельсов в плоскости пути невозможны поперечные деформации (искривления) на таком расстоянии (до 0,5 м) при нагревании рельсов.

Рост температурных напряжений в рельсовых плетях проявляется через поперечные деформации участка пути, длина которого зависит от радиуса кривой.

Венгерскими исследователями экспериментально получены [Й.Надь «Исследования явлений, вызываемых температурными напряжениями в бесстыковом пути». Перевод №6514 с венгерского статьи НИИЖТа ВНР, Москва, 1976] минимальные значения длины упругих изгибов рельсошпальной решетки в плоскости пути при нагреве рельсовых плетей в кривых разных радиусов (см. таблицу 1).

Таблица 1
Радиус кривой, м 600 500 400 300
Длина изгиба, м 3,16 3,12 2,95 2,68

Из этого эксперимента следует, что неровность рельсовых плетей в плане не может быть меньше указанной в таблице 1, а кривизна на участке длиной меньше указанной в таблице, некорректна и не приведет к ожидаемому результату.

- невозможность использования способа в случаях, когда в качестве норм при укладке и эксплуатации бесстыкового пути приняты расчетные интервалы температур (например, в России, Германии, Венгрии и т.д.), а не тот, который неизвестен в мировой практике эксплуатации бесстыкового пути показатель, как допускаемое значение силы [H], стремящейся сдвинуть поперек пути одну шпалу, принятый в прототипе.

Технический результат изобретения - повышение точности определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути.

Технический результат достигается тем, что в способе определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути, заключающемся в том, что путеизмерительными средствами непрерывно измеряют кривизну рельсовых плетей в плоскости пути, определяют осредненную кривизну в пределах круговой кривой на базовой длине, принятой нормативными документами, определяют осредненную кривизну на заданной длине короткой неровности, определяют для каждой круговой кривой расчетную минимальную температуру закрепления min tз по формуле:

min tз=tmax max-[Δty],

где tmax max - наибольшая температура рельсов, возможная в данном географическом пункте, °C,

[Δty] - нормативное значение допускаемого превышения температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления, °C,

затем определяют отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей по формуле:

Δtрихэп×9360×(ККНБДН),

где Kэп - коэффициент, учитывающий количество шпал на один километр пути, принимаемый равным Кэп=1 при R≤1200 м и Кэп=0,92 при R>1200 м,

ККН - кривизна, полученная осреднением текущей кривизны на длине короткой неровности, 1/м,

КБДН - кривизна, полученная осреднением текущей кривизны на базовой длине, 1/м,

9360 - введенный коэффициент пропорциональности, °C/м-1, определяют новую температуру закрепления рельсовых плетей в кривой по формуле:

tо.рих=tз-Δtрих,

где tз - температура закрепления рельсовых плетей, °C,

далее по определению условия устойчивости круговой кривой, определяемому по формуле:

to.рих≥min tз

и найденному запасу поперечной устойчивости бесстыкового пути в пределах круговой кривой (ΔΔtрих), определяемому по формуле:

ΔΔtрих=tо.рих-min tз,

судят о состоянии рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути.

Сущность способа заключается в следующем.

Вводят в память бортовой вычислительной машины автоматизированного средства измерения геометрических характеристик пути (путеизмерительного вагона) следующие исходные данные каждой пары рельсовых плетей: конструкция пути, дата укладки, условный номер участка бесстыкового пути, координаты начала и конца участка (место укладки, километр, пикет, расстояние начала и конца рельсовой плети (м) от пикетного знака по ходу километров), температура закрепления tз, паспортные значения радиуса кривых участков с координатами начала и конца переходных кривых и круговой кривой, значения ожидаемых температур для оценки резерва поперечной устойчивости бесстыкового пути, значения допускаемых повышений температур рельсовой плети, интервалы осреднения кривизны.

Измеряют непрерывно кривизну рельсовых плетей в плоскости пути.

Определяют осредненную кривизну в пределах круговой кривой на базовой длине, принятой нормативными документами.

Так, в РФ положение пути в плане согласно нормативному документу [Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути / МПС России. М.: Транспорт, 2000. - 223 с.] нормируется и оценивается по разности стрел изгиба, измеряемых от середины хорды длиной 20 м.

Кривизна, осредненная в круговых кривых на базовой длине, равной 20 м (или базовая кривизна) формируется в процессе укладки рельсошпальной решетки и поддерживается рихтовкой в процессе эксплуатации пути по показаниям вагонов-путеизмерителей. При этой кривизне формируется начальное напряженное состояние и происходит его изменение при изменении температуры рельсовых плетей в процессе эксплуатации. Именно поэтому базовую кривизну можно считать как систему отсчета, относительно которой можно определять изменение кривизны на локальных участках при текущем содержании пути.

Следует отметить, что на железных дорогах ряда стран (Великобритания, Германия, США, Франция, Япония и др.) разность стрел изгиба оценивается при хордах длиной 10 м [Нормы и допуски устройства и содержания пути на зарубежных железных дорогах. Ершков О.П. и др. М.: Транспорт, 1978, с.40].

Существует практика назначения длины осреднения кривизны в зависимости от стоящих задач. Так, например [Технические указания по определению и использованию характеристик устройства и состояния пути, получаемых вагонами-путеобследовательскими станциями ЦНИИ-4 / ОАО «РЖД». - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 112 с.: ил.] при скоростях движения пассажирских поездов более 100 км/ч предусмотрено при расчетах параметров пути в плане использовать не мгновенные, а осредненные значения кривизны на скользящем отрезке пути 50 м, причем величина интервала осреднения установлена так, что она на 10 м (20%) перекрывает длину определяемых неровностей.

При оценке параметров содержания в плане используется интервал осреднения кривизны длиной 20 м, а для других случаев используют другие интервалы осреднения кривизны или они (интервалы) задаются руководством Службы пути.

Как отмечено выше, требуемый интервал осреднения кривизны должен быть соизмерим с длиной неровности, требующей определения и должен быть обоснован.

Осреднение в пределах всей круговой кривой было обосновано выше.

Длина осреднения кривизны, равная 20 м, обосновывается также базой вагонов-путеизмерителей (17 м), принятой по конструктивным соображениям, длиной хорды для измерения вагоном-путеизмерителем параметров кривых (21,5 м), а также необходимостью пересчета замеренных значений параметров кривых к хорде длиной 20 м согласно требованиям документа [Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи… Утв. 14.10.1997 г.].

Определяют осредненную кривизну на заданной длине короткой неровности.

Приведем обоснование длины осреднения коротких неровностей.

Выше (см. таблицу 1) приведены минимальные значения длин неровностей рельсошпальной решетки при нагреве рельсовых плетей. С учетом того что, длина осреднения кривизны должна быть не менее чем на 20% перекрывать искомую неровность пути, то для определения короткой неровности может быть принята длина осреднения кривизны, равная 4 м.

Определяют для каждой круговой кривой расчетную минимальную температуру закрепления min tз по формуле:

где tmax max - наибольшая температура рельсов, возможная в данном географическом пункте, °C,

[Δty] - нормативное значение допускаемого превышения температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления, °C.

Затем определяют отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей Δtрих (°C) в кривой по формуле:

где Кэп - коэффициент, учитывающий количество шпал на один километр пути, принимаемый равным Кэп=1 при R≤1200 м и Кэп=0,92 при R>1200 м,

KКН - кривизна, полученная осреднением текущей кривизны на длине короткой неровности, 1/м,

КБДН - кривизна, полученная осреднением текущей кривизны на базовой длине, 1/м,

9360 - введенный коэффициент пропорциональности, °C/м-1.

Локальные отступления в плане изменяют КБДН. Наиболее опасными по условиям поперечной устойчивости являются участки, где кривизна увеличивается.

Так как действующие нормы эксплуатации бесстыкового пути [Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути / МПС России. - М.: Транспорт, 2000. 96 с.] предполагают его укладку и содержание в определенных температурных интервалах, зависящих от радиуса кривой, то в местах уменьшения радиуса кривой на локальных участках должно быть проверено соблюдение условий устойчивости. Обоснуем корректность использования формулы (2).

Нормативные значения допускаемых превышений температуры [Δty] рельсовых плетей [Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути / МПС России. - М.: Транспорт, 2000. 96 с., табл.II 2.1] в табличной форме (для Р65, ЖБ, Щ) приведены таблице 2.

Таблица 2
R 2000 1200 1000 800 600 500 400 350
[Δtу 54 50 50 49 47 42 39 35 31

Указанные в таблице 2 числовые значения [Δty] достаточно точно аппроксимируются функцией:

Вычитая (3б) из (3а) получим формулу (2) для определения отклонения фактической температуры закрепления рельсовых плетей (°C).

Определяют новую температуру закрепления рельсовых плетей (tо.рих) в кривой по формуле:

где tз - температура закрепления рельсовых плетей, °C.

Алгоритм получения новой температуры закрепления рельсовых плетей изложен в нормативном документе [Технические указания по устройству, укладке и содержанию бесстыкового пути / МПС России. - М.: Транспорт. - 1992. 72 с.].

Далее по определению условия устойчивости круговой кривой, определяемому по формуле:

и найденному запасу поперечной устойчивости бесстыкового пути в пределах круговой кривой (ΔΔtрих), определяемому по формуле:

судят о состоянии рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути.

Алгоритм определения условий устойчивости при наличии фактора, ослабляющего поперечную устойчивость, изложен в нормативном документе [Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути / МПС России. - М.: Транспорт, 2000. 96 с.].

Пример реализации способа определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути.

Вводят в память бортовой ЭВМ путеизмерителя следующие исходные данные: конструкция пути: рельсовые плети из рельсов P65, шпалы железобетонные, балласт щебеночный, место укладки - станция Сызрань Куйбышевской железной дороги, рельсовые плети уложены и закреплены на шпалах при температуре tз=30°C, радиус кривой по паспорту (Rп) - 652 м, ожидаемая летняя температура для оценки резерва устойчивости бесстыкового пути tож=tmax max=61°C, допускаемое повышение температуры рельсовой плети (из табл. П 2.1 [6]) [Δty]=43°C, интервалы осреднения кривизны 20 м, 4 м.

Измеряют непрерывно кривизну рельсовых плетей в плоскости пути. Замеренная кривизна приведена на фиг.1.

Определяют осредненную кривизну на длине 20 м. Осредненная кривизна приведена на фиг.2 (I). Максимальная кривизна K20 находится в точке 1 и равна 0,001819 (1/м), что соответствует радиусу кривизны, равному R20=550 m.

Определяют осредненную кривизну на заданной длине 4 м. Осредненная кривизна приведена на фиг.2 (II). Максимальная кривизна К4 находится в точке 2 и равна 0,002671 (1/м), что соответствует радиусу кривизны, равному Р4=374 м.

Определяют для каждой круговой кривой расчетную минимальную температуру закрепления min tз по формуле:

min tз=tmax max-[Δty]=61-43=18°C.

Затем определяют отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей Δtрих (°C) в кривой по формуле:

Δtрихэп×9360×(ККНБДН),

Δtрих=1,0×9360×(0,002671-0,001819)=7,97=8,0°C.

Определяют новую температуру закрепления рельсовых плетей (tо.рих) в кривой по формуле:

tо.рих=tз-Δtрих,

tо.рих=30,0-8,0=22,0°C.

Далее по определению условия устойчивости круговой кривой, определяемому по формуле:

tо.рих≥min tз; 22,0°C≥18°С,

и найденному запасу поперечной устойчивости бесстыкового пути в пределах круговой кривой (ΔΔtрих), определяемому по формуле:

ΔΔtрих=tо.рих-min tз,

ΔΔtрих=22-18=4°C,

судят о состоянии рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути.

Таким образом, положительный эффект способа заключается в том, что определение осредненной кривизны на длине 4 м (длина короткой неровности) способствует выявлению реально существующего участка кривой с наибольшей кривизной (т.е. наименьшим радиусом), а определение осредненной кривизны на длине 20 м является базой для отсчета максимальной кривизны.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Определение из перечня аналогов наиболее близкого технического решения (прототипа) позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом изобретении «Способ определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути», изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна».

Заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение поставленного технического результата.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Критерий «промышленная применимость» подтверждается тем, что предлагаемый способ может быть эффективно использован на сети железных дорог России и СНГ, оснащенных компьютеризированными путеизмерительными вагонами при соответствующем дополнении программного обеспечения.

Способ определения состояния рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути, заключающийся в том, что путеизмерительными средствами непрерывно измеряют кривизну рельсовых плетей в плоскости пути,
отличающийся тем, что определяют осредненную кривизну в пределах круговой кривой на базовой длине, принятой нормативными документами, определяют осредненную кривизну на заданной длине короткой неровности, определяют для каждой круговой кривой расчетную минимальную температуру закрепления min tз по формуле:
min tз=tmах max-[Δty],
где tmax max - наибольшая температура рельсов, возможная в данном географическом пункте, °С;
[Δtуl - нормативное значение допускаемого превышения температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления, °С,
затем определяют отклонение фактической температуры закрепления рельсовых плетей по формуле:
Δtрихэп×9360×(ККНБДН),
где Кэп - коэффициент, учитывающий количество шпал на один километр пути, принимаемый равным Кэп=1 при R≤1200 м и Кэп=0,92 при R>1200 м;
ККН - кривизна, полученная осреднением текущей кривизны на длине короткой неровности, 1/м;
КБДН - кривизна, полученная осреднением текущей кривизны на базовой длине, 1/м;
9360 - введенный коэффициент пропорциональности, °С/м-1,
определяют новую температуру закрепления рельсовых плетей в кривой по формуле:
to.pих=tз-Δtрих,
где tз - температура закрепления рельсовых плетей, °С,
далее по определению условия устойчивости круговой кривой, определяемому по формуле:
to.pиx≥mintз
и найденному запасу поперечной устойчивости бесстыкового пути в пределах круговой кривой (ΔΔtрих), определяемому по формуле:
ΔΔtрих=to.pиx-mintз,
судят о состоянии рельсошпальной решетки бесстыкового железнодорожного пути.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства. .

Изобретение относится к применению измерительной аппаратуры и приспособлений для измерений перемещений гребня железнодорожного колеса по отношению к головке рельса при движении железнодорожного состава.

Изобретение относится к устройствам обнаружения посторонних предметов и может быть использовано для контроля чистоты железнодорожного пути на перегонах и станциях.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. .

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля железнодорожного пути, в частности для определения отклонения железнодорожного пути от проектного положения.

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна. .

Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам для проверки состояния железнодорожного полотна и может быть использовано при комплексной диагностике рельсовых путей, например, в вагонах дефектоскопах.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля геометрических размеров колеи железнодорожного пути. .

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и предназначено для контроля и оценки состояния железнодорожных путей. .

Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам для проверки состояния железнодорожного полотна и может быть использовано для обнаружения и оценки степени коррозионного повреждения подошв эксплуатируемых рельсов с использованием ультразвуковых методов исследования.

Изобретение относится к системе мониторинга напряжений рельсов. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного контроля кривизны различных длинномерных объектов, например, относящихся к продукции прокатных и трубных производств, в технологическом потоке.

Изобретение относится к диагностическим комплексам для диагностики железнодорожной инфраструктуры. .

Изобретение относится к области рельсовых транспортных систем, в частности к вспомогательному оборудованию железнодорожных систем. .

Изобретение относится к путевому хозяйству и может быть использовано для измерения величины относительных перемещений участков рельсовых плетей бесстыкового пути при воздействии на них поездной нагрузки и температуры
Наверх