Способ определения механических напряжений в рельсовой плети и устройство для его осуществления

Изобретение относится к устройствам для защиты верхнего строения железнодорожного пути от воздействия погодных условий. Способ определения механических напряжений в рельсовой плети состоит в том, что в шейках рельса просверливают коническое отверстие и измеряют его диаметры по перпендикулярным осям, после чего выполняют вычитание измеренных диаметров. Также измеряют температуру рельса, после чего передают все измеренные данные на пункт диагностики. Устройство для определения механических напряжений состоит из приспособления конической формы для измерения диаметров, в который введен диск, плоскость которого параллельна плоскости шейки рельса. На каждой стороне диска закреплено по одному тензодатчику, которые расположены на перпендикулярных осях диска. Внутри приспособления расположен датчик температуры. Выходы датчиков через узел герметизации последовательно связаны с усилителями, аналого-цифровыми преобразователями, микропроцессором и радиомодемом. Решение направлено на повышение надежности работы рельсовых плетей путем контроля механических напряжений. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к устройствам для защиты верхнего строения пути от воздействия погодных условий.

Известны измерительные устройства, например путеизмерительные вагоны, которые позволяют определять большое количество характеристик рельсов, в том числе и длинных плетей (Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и мерам по обеспечению безопасности движения поездов. - ЦП-515 от 04.10.97. МПС РФ).

Однако информация, получаемая от путеизмерительных вагонов, не содержит необходимых данных о механических напряжениях, которые возникают в рельсах при изменении погодных условий, в частности при изменении температуры рельсов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ, когда при реализации бесстыкового пути, применяют специальный способ укладки рельсовых плетей, который зависит от температуры рельсов и погодных условий в процессе их укладки (Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. В ред. Указаний МПС от 23.11.2001 г., №С-1861у от 27.11.2001 г., №С-1881у).

Недостатком данного технического решения является отсутствие определения механических напряжений, возникающих в рельсовых плетях при их эксплуатации при различных погодных условиях.

Целью изобретения является повышение надежности работы длинных рельсовых плетей путем контроля механических напряжений, возникающих в рельсовых плетях в зависимости от погодных условий.

Указанная цель достигается тем, что в шейке рельса высверливают отверстие диаметром D_x и D_y, в которое введено приспособление для измерения изменений диаметров D_x и D_y в зависимости от внешних условий.

Сущность изобретения по п.1 заключается в том, что после укладки рельсовой плети в шейках рельса просверливают отверстие конической формы, измеряют его диаметры D_x и D_y по двум взаимно перпендикулярным осям x и y, осуществляют вычитание измеренных данных в соответствии с выражением ΔD=D_x-D_y, выполняют измерение температуры в отверстии шейки рельса, определяют по полученным данным механические напряжения в рельсовой плети и передают их на пункт диагностики, а сущность изобретения по п.2 заключается в том, что в устройство для определения механических напряжений вводят приспособление для измерения диаметров D_x и D_y, имеющего форму, в которую до упора вводят диск, плоскость которого параллельна плоскости шейки рельса, по сторонам последнего закреплены первый и второй тензодатчики, расположенные по двум взаимно перпендикулярным осям x и y соответственно, а на внутренней поверхности приспособления расположен датчик температуры, причем выходы первого и второго тензодатчиков и датчика температуры через узел герметизации соединены с входами первого, второго и третьего усилителей соответственно, выходами подключенных к входам первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами микропроцессора, выходом подключенного к входу радиомодема, передающего информацию на пункт диагностики.

На фиг.1 показано расположение отверстия 1 в шейке рельса 2, а на фиг.2 приведен разрез по А-А рельса 2 с установленным в указанное отверстие приспособлением 3, для измерения диаметров D_x и D_y. На фиг.3 приведен чертеж приспособления 3 для измерения указанных диаметров, которое состоит из диска 4, по обоим сторонам которого взаимно перпендикулярно по осям x и y закреплены первый 5 и второй 6 тензодатчики, а на внутренней стороне приспособления 3 установлен датчик температуры 7. Выводы 8 от тензодатчиков 5 и 6, а также от датчика температуры через узел герметизации 9 выходят наружу приспособления 3 и соединяются с последующими функциональными узлами схемы устройства для определения механических напряжений в рельсовой плети, показанной на фиг.4, где условно показаны разрезы по В-В и С-С приспособления 3.

В схеме устройства для определения механических напряжений фиг.4 выход первого 5 тензодатчика соединен с входом первого 10 усилителя, выход второго 6 тензодатчика подключен к входу 11 второго усилителя, а выход датчика температуры 7 соединен с входом 12 третьего усилителя. Выходы первого 10, второго 11 и третьего 12 усилителей через первый 13, второй 14 и третий 15 аналого-цифровые преобразователи подключены к входам микропроцессора 16, выход которого соединен к входу радиомодема 17, передающего по радиоканалу 18 полученную информацию на пункт диагностики.

На фиг.5 и 6 показано изменение диаметров D_x и D_y отверстия 1 в шейке рельса 2 при воздействии, например, температуры рельса 2. При номинальной температуре рельса диаметры отверстий равны D_x1 и D_y1, при увеличении или уменьшении температуры рельса они изменятся до величин D_x2 и D_y2 или D_x3 и D_y3.

Способ и устройство для определения механических напряжений в рельсовой плети работают следующим образом.

Приспособление 3 повторяет изменения формы отверстия 1, которые возникают в результате температурных воздействий на рельс, что приводит к изменению механических напряжений в рельсовой плети.

При расчетном значении механических напряжений в рельсе 2, которые имеют место при укладке рельсовой плети, геометрические размеры отверстия 1 по осям x и y в шейке рельса 2 равны: D_x1 и D_y1, где D_x1=D_y1.

При изменении температуры механические напряжения в рельсе 2 приводят к изменению его длины, при этом геометрические размеры отверстия 1 в шейке рельса 2 изменяются и приобретают следующие значения: D_x1<D_x2, D_y1>D_y2 (фиг.5, 6).

Очевидно, что полученные при последующем определении разности параметров D_x1 и D_x2 однозначно определяют напряженное состояние рельса 2 при воздействии на него температурных факторов.

Приспособление 3 для измерения линейных размеров, которое показано на фиг.2 и 3, имеет конусную форму, что необходимо для его надежного закрепления в отверстие 1 шейки рельса 2, при этом для более надежного закрепления в отверстии 1 со стороны меньшего диаметра на приспособлении устанавливают гайку.

Измерение изменяющихся параметров D_x и D_y (фиг.5, 6) осуществляется первым 5 и вторым 6 тензодатчиками, которые показаны на фиг.3 на диске 4. Первый 5 из них располагается по оси х системы координат, второй 6 - по оси у. Увеличение (уменьшение) диаметра D_x и D_y обусловливает увеличение (уменьшение) сопротивления тензодатчика 5 и 6.

Измерение сопротивления тензодатчика 5 и усиление его сигнала осуществляется первым 10 усилителем, второго 6 - вторым 11 усилителем. Выходной сигнал датчика температуры 7 усиливается третьим 12 усилителем. Показания термодатчика через соответствующий алгоритм также определяет механические напряжения в рельсовой плети, то есть тензодатчики и термодатчик дублируют друг друга, что повышает надежность определения механических напряжений в рельсовой плети.

Преобразование полученных усилителями сигналов из аналогового вида в логический осуществляется первым 13, вторым 14 и третьим 15 аналоговыми аналого-цифровыми преобразователями. Их выходы передают информацию на соответствующие входы микропроцессора 16, который осуществляет логические операции, осуществляющие сравнение поступающих на его входы сигналов и последующее кодирование в вид, необходимый для передачи информации по радиоканалу 18 через модем 17 в соответствующий центр диагностики. Следовательно, изменения диаметров D_x и D_y отверстия 1 преобразуются в электрические сигналы.

Способ и устройство определения механических напряжений в рельсовой плети позволяют преобразовывать механические напряжения в электрические сигналы, которые определяют механические напряжения в рельсовой плети при воздействии на нее погодных факторов, возникающих в процессе эксплуатации железнодорожного пути, контролировать их на пункте диагностики, тем самым предупредить «выброс» пути, что обеспечивает безопасность движения поездов.

1. Способ определения механических напряжений в рельсовой плети, включающий укладку рельсовой плети при определенных температурных условиях и с заданными усилиями скрепления ее со шпалами, отличающийся тем, что после укладки рельсовой плети в шейках рельса просверливают отверстие конической формы, измеряют его диаметры D_x и D_y по двум взаимно перпендикулярным осям x и у, осуществляют вычитание измеренных данных в соответствии с выражением ΔD=D_x-D_y, выполняют измерение температуры в отверстии шейки рельса, определяют по полученным данным механические напряжения в рельсовой плети и передают их на пункт диагностики.

2. Устройство для определения механических напряжений в рельсовой плети, отличающееся тем, что в него вводят приспособление для измерения диаметров D_x и D_y, имеющее коническую форму, в которое до упора вводят диск, плоскость которого параллельна плоскости шейки рельса, по сторонам диска закреплены первый и второй тензодатчики, расположенные по двум взаимно перпендикулярным осям x и у соответственно, а на внутренней поверхности приспособления расположен датчик температуры, причем выходы первого и второго тензодатчиков и датчика температуры через узел герметизации соединены с входами первого, второго и третьего усилителей соответственно, выходами подключенных к входам первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами микропроцессора, выходом подключенного к входу радиомодема, передающего информацию на пункт диагностики.