Способ определения продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути

Авторы патента:

Гришан Александр Анатольевич (RU)

Аккерман Геннадий Львович (RU)

Скутина Мария Александровна (RU)

E01B35/12 - для измерения перемещения рельсовых путей или их частей при воздействии на них подвижной нагрузки, например просадки шпал, уширения пути

E01B35/00 - Применение измерительной аппаратуры и приспособлений при сооружении рельсовых путей (аппаратура на локомотивах и вагонах для указания или регистрации неисправности пути B61K 9/00; аппаратура для измерения углов, линейных размеров или неровностей G01B,G01C)

B61K9/08 - контрольно-измерительные устройства для проверки состояния железнодорожного полотна (применение измерительной аппаратуры или приспособлений при сооружении рельсовых путей E01B 35/00; измерительные приборы G01)

Владельцы патента RU 2670375:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (УрГУПС) (RU)

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к определению продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. Согласно изобретению определяют расчетным путем расстояние между точками замеров по всей длине плети и их количество. Устанавливают на нейтральной оси рельса в точках замеров конусообразные металлические трубки, в каждой из которых располагают по два тензометрических датчика, датчик определения температуры, автономный источник питания, приемопередаточное устройство. Снимаются автоматически показания тензометрических датчиков непосредственно до и после прохода подвижного состава, с одновременным измерением температуры рельса датчиком определения температуры. Результаты данных измерений через приемопередаточное устройство поступают в единую систему обработки данных, расположенную вне конусообразных трубок. Определяют продольные механические напряжения в каждой точке замеров. Вычисляют разность между продольными механическими напряжениями в соседних точках замеров. Рассчитывают по закону Гука продольные перемещения рельсовой плети между соседними точками замеров, используя полученную разность механических напряжений. Суммируют результаты данных расчетов продольных перемещений по всем точкам замеров рельсовой плети и определяют наличие угона рельсовой плети с учетом веса подвижного состава и температуры рельсов в момент замеров. В результате становится возможным определить продольные перемещения по длине рельсовой плети, определить наличие угона и его величину. 3 ил.

Изобретение относится к области измерения длины измерительными устройствами и средствами измерения при деформации твердых тел (например, механическими тензометрами), измерения расстояний между различными предметами или отверстиями.

Известен способ определения продольных перемещений (Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути, утвержденная распоряжением ОАО "РЖД" №2788р от 29.12.2012. - Опубл. 29.12.2012), включающий нанесение рисок на шпалу или подкладку и на подошву рельса, по смещению рисок делают вывод о величине продольного перемещения рельсовой плети.

Недостатком данного способа является низкая точность определения смещений.

Известен способ определения механических напряжений в рельсовой плети (Пат. РФ 2478153, МПК Е01В 19/100, 29/44, 31/06, 35/06. Г.Л. Аккерман, С.Г. Аккерман, Б.С. Сергеев, Ю.А. Смирнов. Способ определения механических напряжений в рельсовой плети и устройство для его осуществления. - Опубл. 27.03.2013 Бюл. №9), включающий сверление в шейке рельса отверстия конической формы, измерение его диаметров по взаимно перпендикулярным осям Dx и Dy, определение ΔD=Dx-Dy, измерение температуры в отверстии шейки рельса, определение по полученным данным механических напряжений.

Недостатком данного способа является то, что определяют только текущие механические напряжения, а не перемещение рельсовых плетей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является (Пат. РФ 2239574, МПК Е01В 35/00, В61К 9/08. Н.П. Виногоров, А.В. Савин, П.Н. Кулешов, А.П. Тимашов. Б.Д. Анашкин. Способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. - Опубл. 10.11.2014), включающий определение продольных деформаций участков от внешних силовых воздействий σ_д, одновременно измерение температуры этих участков и расчет температурных продольных напряжений σ_t, расчет продольных напряжений σ_д, суммирование σ_д+σ_t, получение фактических продольных напряжений.

Недостатком данного способа является то, что сложным способом находят напряжения в плети, но не определяют перемещения рельсовых плетей.

Цель изобретения - определение продольных перемещений по длине рельсовой плети и определение наличия угона и его величины.

Указанная цель достигается тем, что определяют продольные перемещения измерительными приборами по всей длине рельсовой плети.

Сущностью изобретения является то, что определяют расчетным путем расстояние между точками замеров по всей длине плети и их количество, устанавливают на нейтральной оси рельса в точках замеров конусообразные металлические трубки, в каждой из которых располагают по два тензометрических датчика, датчик определения температуры, автономный источник питания, приемопередаточное устройство, снимаются автоматически показания тензометрических датчиков непосредственно до и после прохода подвижного состава, с одновременным измерением температуры рельса датчиком определения температуры, результаты данных измерений через приемопередаточное устройство поступают в единую систему обработки данных, расположенную вне конусообразных трубок, определяют продольные механические напряжения в каждой точке замеров, вычисляют разность между продольными механическими напряжениями в соседних точках замеров, рассчитывают по закону Гука продольные перемещения рельсовой плети между соседними точками замеров, используя полученную разность механических напряжений, суммируют результаты данных расчетов продольных перемещений по всем точкам замеров рельсовой плети, определяют наличие угона рельсовой плети с учетом веса подвижного состава и температуры рельсов в момент замеров.

На фиг. 1 представлена схема размещения точек замеров 1 на нейтральной оси 3 рельсовой плети 2 и установки металлических конусообразных трубок 4 с датчиками, с которых поступают результаты замеров в единую систему обработки данных 5.

На фиг. 2 представлена схема металлической конусообразной трубки 4, в которой располагаются два тензометрических датчика 6, датчик определения температуры 7, автономный источник питания 9, приемопередаточное устройство 8, сигнал с которого поступает в единую систему обработки данных 5.

На фиг. 3 представлен алгоритм определения продольных перемещений рельсовой плети 2, наличие угона S и его величину, включающий получение данных о напряжениях σ₁, σ₂, σ₃, …, σ_n-1 и σ_n с тензометрических датчиков 6 и данных о температуре t₁, t₂, t₃, …, t_n-1, и t_n с датчика определения температуры 7 в каждой точке замеров 1, вычисление разности механических напряжений Δσ₁, Δσ₂, … и Δσ_n-1 между соседними точками замеров 1, расчет продольных перемещений , , и , между соседними точками замеров, определение общей длины продольных перемещений - угона S.

Предлагаемый способ определения продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути осуществляется следующим образом.

На железных дорогах Российской Федерации, в настоящее время наиболее распространенной является конструкция бесстыкового железнодорожного пути. Наиболее значимой отличительной чертой бесстыкового пути по отношению к звеньевому является то, что в свариваемых рельсовых плетях возникают значительные механические напряжения от температуры и от силы взаимодействия колеса и рельса при прохождение подвижного состава. При длине плети, достигающей длины перегона, не происходит «разрядка пути» из-за отсутствия зазоров достаточной величины между рельсами, в следствие чего возникает угон рельсовой плети S.

Угоном рельсовой плети S называют продольное перемещение рельсов (фиг. 3) относительно шпал или рельсошпальной решетки относительно балластного слоя под действием продольных сил, создаваемых движущимся подвижным составом и изменением температуры.

Одной из причин угона рельсовой плети S является возникновение при движении подвижного состава дополнительных горизонтальных продольных сил и продольных механических напряжений.

В настоящее время контроль за угоном рельсовой плети S происходит при помощи «маячных шпал». Сущность способа заключается в том, что на шпале или на подкладке, закрепленной на ней, должна быть видна постоянная точка для измерения смещения риски на подошве рельса относительно «маячной» шпалы с точностью до 1 мм. На подошве рельса наносится несмываемой краской метка напротив постоянной точки на шпале. На этой метке острым предметом прочерчивается тонкая риска. Далее измеряется расстояние, на которое смещается риска на рельсе относительно точки на шпале или подкладке.

В предлагаемом способе определения продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути расстояния L₁, L₂, L₃, …, L_n-1 (фиг. 3), между точками замеров 1 (фиг. 1) определяют после расчета модели в программном комплексе «Универсальный механизм» для каждой конкретной рельсовой плети 2, с учетом плана и профиля, этой железнодорожной линии. Расстояние между всеми точками замеров должно быть одинаковое L=L₁=L₂=L₃=L_n-1=const (фиг. 3), и не может превышать более 100 м. Необходимо отметить, что количество расстояний всегда будет на одно меньше, чем количество точек замеров 1. Потому что оно измеряется непосредственно между точками замеров 1.

Количество точек замеров n 1 (фиг. 1), зависит от длины рельсовой плети 2 и определенного расстояния L (фиг. 3) между ними. Для каждой конкретной плети количество точек замеров 1 (фиг. 1) будет отличаться.

На нейтральной оси 3 рельса 2 (фиг. 1) в каждой точке замера 1 устанавливают металлическую конусообразную трубку 4. Каждая из них должна иметь свое имя «1», «2», «3», … «n-1», характеризующееся цифрой с порядковым номером металлической конусообразной трубки 4 в каждой точке замера 1.

Далее в металлической конусообразной трубке 4 (фиг. 2) установлены тензометрические датчики 6 и датчик определения температуры 7, с которых снимаются показания о напряжениях σ₁, σ₂, σ₃, …, σ_n-1, σ_n и температуре t₁, t₂, t₃, …, t_n-1, t_n (фиг. 3) соответственно. Замеры производят непосредственно до и после прохода каждого подвижного состава.

Через приемопередаточное устройство 8 (фиг. 2) поступает сигнал в единую систему обработки данных 5 (фиг. 1).

В единой системе обработке данных 5 (фиг. 1) по алгоритму (фиг. 3) между соседними точками замеров «1» - «2», «2» - «3», «n-1» - «n» вычисляют разность механических напряжений Δσ₁=σ₂-σ₁, Δσ₂=σ₃-σ₂, …, Δσ_n-1=σ_n-σ_n-1.

Далее, по закону Гука (Новый политехнический словарь: под редакцией А.Ю. Ишлинского. - Большая Российская энциклопедия, 2000. - 672 с.) при растяжение:

где σ - механические напряжения, МПа;

Е - модуль упругости стали, для рельсов Е=2,1⋅10⁵, МПа;

L - расстояние между точками замеров, для каждой конкретной плети L=const, м;

- продольные перемещения, м.

Получают продольные перемещения между соседними точками замеров 1 (фиг. 1), подставляя известные указанные значения в формулу закона Гука, например для точек замеров «1» - «2»:

где Δσ₁ - разность механических напряжений между точками замеров «1» - «2».

Суммируют данные результаты расчетов продольных перемещений по всем точкам замеров 1 рельсовой плети 2, определяют наличие угона рельсовой плети S и получают его конкретную величину.

Так как одновременно с замерами механических напряжений в рельсовых плетях фиксируются ее температура и вес подвижного состава, то возможно определять влияние данных параметров на угон рельсовой плети.

Таким образом предлагаемый способ определения продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути позволяет определять продольные перемещения по длине рельсовой плети и определять наличия угона и его величину.

Способ определения продольных перемещений рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути, включающий измерение продольных механических напряжений и расчет продольных перемещений рельсовых плетей, отличающийся тем, что определяют расчетным путем расстояние между точками замеров по всей длине плети и их количество, устанавливают на нейтральной оси рельса в точках замеров конусообразные металлические трубки, в каждой из которых располагают по два тензометрических датчика, датчик определения температуры, автономный источник питания, приемопередаточное устройство, снимаются автоматически показания тензометрических датчиков непосредственно до и после прохода подвижного состава, с одновременным измерением температуры рельса датчиком определения температуры, результаты данных измерений через приемопередаточное устройство поступают в единую систему обработки данных, расположенную вне конусообразных трубок, определяют продольные механические напряжения в каждой точке замеров, вычисляют разность между продольными механическими напряжениями в соседних точках замеров, рассчитывают по закону Гука продольные перемещения рельсовой плети между соседними точками замеров, используя полученную разность механических напряжений, суммируют результаты данных расчетов продольных перемещений по всем точкам замеров рельсовой плети, определяют наличие угона рельсовой плети с учетом веса подвижного состава и температуры рельсов в момент замеров.

Изобретение относится к средствам контроля железнодорожной колеи. Согласно способу выявления участков с нестабильной шириной рельсового пути измерение осуществляют в процессе смещения рельсового пути непосредственно во время движения железнодорожного транспортного средства и фиксируют величину этого смещения при помощи маркеров устройства, смещаемых на величину смещения рельсового пути, до момента освобождения рельсового пути транспортным средством.

Способ оценки напряженно-деформированного состояния пути // 2659365

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для контроля и оценки фактического состояния элементов железнодорожного пути по условию их прочности по силам взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути.

Способ автоматического контроля состояния рельсовых плетей бесстыкового пути и система для его реализации // 2636200

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля железнодорожного пути. Способ автоматического контроля состояния рельсовых плетей бесстыкового пути включает размещение и фиксацию в заданном месте рельсового пути комплекта меток, детектирование положения меток датчиком, установленным на транспортном средстве, перемещающемся по рельсовому пути, передачу результатов детектирования в устройство предварительной обработки (УПО), обработку получаемых результатов в УПО и передачу предварительно обработанной информации на серверное устройство для конечной обработки, анализа и сохранения.

Способ оценки угона рельсовой плети // 2578897

Изобретение относится к способам продольного перемещения (угона) участков рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. Способ оценки угона рельсовой плети заключается в том, что на каждой маячной шпале и на рельсовой плети, на нерабочей стороне рельса и на известном расстоянии друг от друга устанавливают метки - ферромагнитные элементы так, чтобы обеспечить надежное обнаружение сигналов от них магнитным дефектоскопом.

Способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути // 2521114

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна. Способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути включает регистрацию температуры рельсовой плети и контроль за угоном плетей.

Способ оценки состояния рельсового пути // 2513338

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Способ оценки состояния рельсового пути заключается в том, что с применением диагностического вагона, оборудованного тензометрическими колесными парами, тензометрическими автосцепками, измерительными приборами, системами спутниковой навигации и беспроводной передачи данных, который устанавливают в состав грузового поезда, определяют состояние геометрии рельсового пути: радиусы кривых, положение рельсовых нитей в плане и профиле, ширину колеи и другие параметры с привязкой к электронной GPS карте рельсового пути, и связывают их с данными последних проездов вагона-путеизмерителя.

Способ определения силы удара гребня колеса о головку рельса при движении железнодорожного вагона // 2485239

Изобретение относится к средствам контроля рельсовой колеи и колес железнодорожных вагонов. .

Способ определения бокового усилия прижатого колеса на рельс при движении железнодорожного состава // 2426664

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

Силоизмерительный датчик // 2329176

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к методам и устройствам для измерения веса подвижного состава в эксплуатационных условиях без остановки подвижной единицы, а также в системах горочной автоматики.

Способ определения зазора между гребнем железнодорожного колеса и головкой рельса и устройство для его осуществления // 2326782

Изобретение относится к оборудованию для измерений железнодорожных рельс и колес. .

Способ калибровки устройства для измерения рельсовых путей // 2667018

Изобретение относится к калибровке устройства для измерения рельсовых путей. Устройство для измерения рельсовых путей (3, 28) содержит по меньшей мере один согласованный с подъемным и рихтовальным приспособлением перемещаемый по рельсам путеизмерительный вагон (4) и путеизмерительные датчики для измерения положения (17) по высоте, направления (11) и возвышения (25) рельсов рельсового пути (3, 28), и машинную раму (13) в качестве эталонной нулевой линии (15, 22).

Способ контроля бесстыкового железнодорожного пути // 2656777

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики для контроля температурного напряженно-деформированного состояния рельсовых плетей. В способе на подошве рельса с внешней стороны размещаются путевые датчики, содержащие по меньшей мере один волоконно-оптический чувствительный элемент на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки для измерения продольной деформации рельса и по меньшей мере один волоконно-оптический чувствительный элемент на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки для измерения температуры рельса.

Устройство электромагнитно-акустического контроля рельсов // 2653663

Изобретение относится к области неразрушающего контроля при реализации ультразвуковых бесконтактных методов дефектоскопии для обнаружения дефектов в рельсах на значительных скоростях сканирования.

Способ определения стрелочных переводов и положения остряков // 2652673

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способам и устройствам для идентификации элементов железнодорожного пути, в частности стрелочных переводов, и может быть использовано в компьютеризированных дефектоскопических и путеизмерительных диагностических вагонах, автомотрисах, выполняющих неразрушающий контроль и диагностику рельсового пути с помощью имеющихся мобильных средств.

Способ ультразвукового контроля алюминотермитного сварного соединения рельсов // 2643866

Изобретение относится к неразрушающему контролю уложенных в железнодорожный путь железнодорожных рельсов ультразвуковым методом и может быть использовано для обнаружения дефектов в подошвах рельсов в зоне их сварного соединения, выполненного алюминотермитной сваркой методом промежуточного литья.

Способ контроля механических напряжений рельсовых плетей в условиях наличия магнитных и температурных полей методом шумов баркгаузена и устройство для его осуществления // 2640492

Изобретение относится к области неразрушающего контроля состояния железнодорожного полотна. Согласно способу контроля механических напряжений рельсовых плетей в условиях наличия магнитного и температурного полей методом шумов Баркгаузена (ШБ) проводят визуализацию полученных данных в виде амплитудного графика огибающих гармоник спектра ШБ.

Способ определения пространственных координат и геометрических параметров рельсового пути и устройство для его осуществления // 2628541

Техническое решение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики для непрерывной регистрации пространственного положения рельсовой колеи. Устройство, реализующее способ определения пространственных координат и геометрических параметров рельсового пути, содержит путеизмерительную тележку, включающую подвижную и неподвижную колесные пары, связанные между собой опорной рамой, установленной перпендикулярно относительно направления движения, при этом в оконечных частях указанной опорной рамы над соответствующими рельсовыми нитями установлены первая и вторая спутниковые антенны.

Способ контроля температурного режима работы бесстыкового железнодорожного пути // 2617319

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна, в частности к не разрушаемым методам контроля напряженного состояния участков рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути.

Способ оценки запаса устойчивости бесстыкового железнодорожного пути // 2617315

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна. Способ оценки запаса устойчивости бесстыкового железнодорожного пути включает регистрацию температуры рельсовой плети при укладке ее в путь, а также после проведения ремонтных работ, выявление участков напряженного состояния рельсовой плети, для этого на рельсовой плети в сечениях с интервалом 50-500 метров определяют текущее значение температуры плети и интенсивность генерируемого шума Баркгаузена в рассматриваемом сечении пути, интенсивность магнитных шумов Баркгаузена оценивают в относительных единицах, определение фактической температуры закрепления плети.

Способ контроля устойчивости бесстыкового рельсового пути // 2614744

Предлагаемое изобретение относится к железнодорожному транспорту. Согласно способу контроля устойчивости бесстыкового рельсового пути путем измерения частоты его собственных горизонтальных поперечных колебаний в качестве критерия устойчивости принимают отношение частоты его собственных горизонтальных поперечных колебаний в текущий момент времени к заранее известной частоте колебаний этого же участка пути при продольной силе, равной нулю.

Рельсовое транспортное средство // 2669880

Изобретение относится к рельсовому транспортному средству. Рельсовое транспортное средство содержит по меньшей мере один блок датчиков (18.1-18.8) для измерения значения по меньшей мере одного параметра, представляющего динамическую характеристику, присущую транспортному средству и регулируемую машинистом.