Система мониторинга верхнего строения безбалластного и бесстыкового пути на мосту высокоскоростной магистрали

Изобретение относится к средствам мониторинга верхнего строения пути. Система содержит датчики температуры и датчики смещения, волоконно-оптические тензодатчики, которые установлены на шейке рельса и закреплены посредством клея на измерительных точках нейтральной оси шейки рельса, при этом параллельно волоконно-оптическому тензодатчику установлен датчик температуры рельсовой плети и прикреплен к рельсу посредством теплопроводного геля кремниевой кислоты, датчики температуры рельсовой плиты, опорной плиты и моста установлены в отверстиях, выполненных в этих элементах конструкции. Причем отверстия для установки датчиков температуры рельсовой плиты выполнены на верхней и торцевой ее сторонах, датчики смещения рельса относительно рельсовой плиты, относительного смещения рельсовой плиты и основания и продольного относительного смещения концов моста установлены в измерительных точках этих элементов конструкции, при этом датчики температуры, датчики смещения и волоконно-оптические тензодатчики выполнены на основе волоконных решеток Брэгга, а их выходы через демодуляторы соединены с сервером сбора данных, который соединен с сервером обработки данных. Достигается повышение надежности контроля технического состояния пути.

 

Изобретение относится к системам контроля состояния железнодорожного пути и может быть использовано для дистанционного обнаружения опасных изменений состояния верхнего строения безбалластного и бесстыкового пути на мосту высокоскоростной магистрали.

Известно устройство дистанционного контроля состояния безбалластного железнодорожного пути, содержащее расположенные под каждым рельсом в два слоя сенсорно-оптический кабель фиксации перемещения и сенсорно-оптический кабель фиксации температуры, выполненные с возможностью их подключения посредством кросс-муфты к измерительной аппаратуре, причем первый слой сенсорно-оптического кабеля фиксации перемещения и сенсорно-оптического кабеля фиксации температуры расположен под укрепленным слоем земляного полотна, второй слой - в нижней части щебеночно-песчано-гравийной смеси, а каждый слой сенсорно-оптического кабеля фиксации перемещения механически связан с грунтом посредством фиксаторов (RU 2613126, B61L 23/04, 15.03.2017).

Известное техническое решение обеспечивает требуемую надежность контроля состояния безбалластного железнодорожного пути - точность вертикальных перемещений слоев основания составляет ±2 мм, точность определения места этих перемещений по длине кабеля составляет ±1 м.

Однако проводимый контроль по известному техническому решению недостаточен для обеспечения безопасности бесстыкового пути на мосту, поскольку необходимо проведение комплексной оценки прочности, наличие геометрических неровностей рельсовой колеи. Согласно принципам взаимодействия железнодорожного моста и бесстыкового безбалластного пути, эксплуатационная работа определяется температурой окружающей среды, температурой рельса в реальном времени, продольным перемещением рельса, продольными напряжениями в рельсе, температурой пролета моста, смещениями опор на концах моста и т.д.

Бесстыковой путь конструкции БВСП на сплошном подрельсовом основании типа III RUS на мосту состоит из непрерывной рельсовой плети, продольной несвободной системы (скрепления, рельсовой плиты и т.д.) и конструкций моста. Рельсовая плеть является непрерывным элементом, который воспринимает нагрузку от высокоскоростного состава. Рельсовая плеть испытывает напряжения от температуры, динамической нагрузки, поэтому она должна сохранять достаточную прочность, устойчивость и обладать высоким модулем упругости. Несущая железобетонная плита безбалластного пути с помощью арматуры соединяется с мостовым настилом, как правило, между ними не возникает скольжение, поэтому фундамент считается частью пролетного строения. Вокруг ограничительного выспута в плите в продольном направлении установлен подкладочной слой из каучукового эластомера. Этот слой имеет показатели эластичности, как у балласта при езде по мосту на балласте. Конструкция моста включает в себя пролетное строение, промежуточную опору, бык (опорную часть) и устой. Под воздействием температуры или нагрузки от подвижного состава, бык, устой и опора легко деформируются, воздействуя на рельсовую плеть, закрепленную с помощью креплений к рельсовой плите. От бесстыковой плети возникает дополнительная сила и продольное смещение, и в то же время продольные силы в плети действуют на конструкцию моста.

Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности оценки и надежности определения технического состояния верхнего строения безбалластного и бесстыкового пути на мосту высокоскоростной магистрали.

Технический результат достигается тем, что система мониторинга верхнего строения безбалластного и бесстыкового пути на мосту высокоскоростной магистрали, содержащая датчики температуры и датчики смещения, согласно изобретению снабжена волоконно-оптическими тензодатчиками, которые установлены на шейке рельса и закреплены посредством клея на измерительных точках нейтральной оси шейки рельса, при этом параллельно волоконно-оптическому тензодатчику установлен датчик температуры рельсовой плети и прикреплен к рельсу посредством теплопроводного геля кремниевой кислоты, датчики температуры рельсовой плиты, опорной плиты и моста установлены в отверстиях, выполненных в этих элементах конструкции, причем отверстия для установки датчиков температуры рельсовой плиты выполнены на верхней и торцевой ее сторонах, датчики смещения рельса относительно рельсовой плиты, относительного смещения рельсовой плиты и основания и продольного относительного смещения концов моста установлены в измерительных точках этих элементов конструкции, при этом датчики температуры, датчики смещения и волоконно-оптические тензодатчики выполнены на основе волоконных решеток Брэгга, а их выходы через соответствующие демодуляторы по линии связи соединены с сервером сбора данных, который каналом связи соединен с сервером обработки данных.

Все элементы бесстыкового пути на мосту являются единой гармонической продольной взаимодействующей системой. В основном, в такой системе эффективность работы определяют жесткость, температурные условия, тормозная сила (сила тяги), сила излома рельса и другие дополнительные силы. Происходящее продольное смещение рельсовой плети создает концентрацию напряжения частичного растяжения и сжатия, а также вызывает негативное влияние на прочность, устойчивость, геометрию рельсовой плети и положение деталей конструкции пути, и как результат, влияет на качество и безопасность движения состава.

Для обеспечения безопасной эксплуатации большепролетного моста (например, из неразрезных пролетных строений) и бесстыкового безбалластного пути предусмотрен контроль в реальном времени за смещениями и напряжениями в конструкции моста и бесстыковой рельсовой плети путем долговременного комплексного мониторинга. Такая система мониторинга позволяет обеспечить:

- мониторинг основных частей бесстыкового пути на сплошном подрельсовом основании типа III RUS на большепролетном мосту, и как следствие безопасность эксплуатации конструкции большепролетного моста бесстыкового безбалластного пути;

- уточнение нормативных напряжений и деформаций конструкции безбаластного бесстыкового пути на большепролетном мосту для уточнения нормативов по текущему содержанию и обслуживанию пути;

- проведение в реальном времени мониторинга положения, напряжений и деформаций основных частей бесстыкового пути и безбалластной конструкции, создание безопасного механизма раннего предупреждения и своевременного реагирования.

В связи с этим предлагаемая система определяет:

напряжение рельсовой плети и ее температуру;

температура воздуха окружающей среды;

температура рельса;

температура рельсовой плиты;

температура фундаментной плиты;

температура моста

относительное смещение рельса и рельсовой плиты;

относительное смещение рельсовой плиты и основания;

продольное относительное смещение концов моста.

В предлагаемой системе использованы датчики на основе волоконных решеток Брэгга. Это позволяет работать в широком диапазоне температур при высокой стабильности, надежности и универсальности.

Волоконная решетка Брэгга применяется в качестве оптоволоконного пассивного устройства. Датчик на основе волоконных решеток Брэгга (fiber Bragg grating, сокращенное название FBG) обладает следующими преимуществами: не подвержен электромагнитным помехам и коррозии, обладает температурной стойкостью, малым объемом и т.д. Сигнал датчика модулирован длиной волны, на измерительный сигнал не влияет изгиб оптического волокна, потеря соединения, перемена источника излучения и старение детектора. На одном оптическом волокне проводится последовательное соединение нескольких датчиков (FBG). Одновременно можно получить информацию нескольких измерительных объектов, и можно осуществлять распределенное измерение.

При мониторинге температуры рельсовой плети датчик температуры, на основе волоконных решеток Брэгга, приклеен теплопроводным гелем кремниевой кислоты к рельсу. В месте присоединения датчика рельс необходимо отшлифовать. Затем датчик подключается к демодулятору оптическим волокном. Теплопроводный гель кремниевой кислоты обеспечивает одинаковую температуру датчика и рельса.

Для проверки температуры рельсовой плиты на ее поверхности бурится отверстие (глубина: 4 см, диаметр отверстия: 15 мм), закладывается датчик для измерения температуры верхнего слоя плиты, в торце подрельсовой плиты также бурится отверстие и закладывается датчик для измерения температуры средней части.

Для измерения температуры предусмотрен закладной температурный датчик на наружной части фундамента, с последующим подключением к демодулятору.

Для измерения температуры рельсовой плиты, опорной плиты, моста требуется закладка температурного датчика в железобетонную структуру. Для этого применяется закладной температурный датчик или волоконно-оптический температурный растровый датчик. Закладка температурного датчика осуществляется высверливанием. Например, необходимо измерить температуру в трех точках на различных глубинах от поверхности опорной плиты. Для этого сначала сверлится отверстие в опорной плите, затем три температурных датчика крепят на арматуре на заданных расстояниях друг от друга. Арматуру с датчиками закладывают в скважину, с последующим заполнением цементом марки соответствующей материалу опорной плиты, коррозии. Перед закладкой температурные датчики для предотвращения коррозии должны быть покрыты теплопроводящем силикагелем.

Для измерения смещения концы датчика закрепляют на проверяемом сооружении с помощью средств крепления. После чего датчик подключают к демодулятору.

Сигналы с датчиков после демодуляции передаются по многожильному бронированному кабелю на сервер сбора данных, в память которого они записываются. Из сервера сбора данных информация по беспроводной сети передачи данных, предназначенной для высокоскоростной железной дороги, передается в сервер обработки данных. Обработанные данные представляются пользователю в виде графика, кривых, или таблиц, а также топологическое изображение, дающее представление о положение датчика на месте.

Система мониторинга верхнего строения безбалластного и бесстыкового пути на мосту высокоскоростной магистрали, содержащая датчики температуры и датчики смещения, отличающаяся тем, что она снабжена волоконно-оптическими тензодатчиками, которые установлены на шейке рельса и закреплены посредством клея на измерительных точках нейтральной оси шейки рельса, при этом параллельно волоконно-оптическому тензодатчику установлен датчик температуры рельсовой плети и прикреплен к рельсу посредством теплопроводного геля кремниевой кислоты, датчики температуры рельсовой плиты, опорной плиты и моста установлены в отверстиях, выполненных в этих элементах конструкции, причем отверстия для установки датчиков температуры рельсовой плиты выполнены на верхней и торцевой ее сторонах, датчики смещения рельса относительно рельсовой плиты, относительного смещения рельсовой плиты и основания и продольного относительного смещения концов моста установлены в измерительных точках этих элементов конструкции, при этом датчики температуры, датчики смещения и волоконно-оптические тензодатчики выполнены на основе волоконных решеток Брэгга, а их выходы через соответствующие демодуляторы по линии связи соединены с сервером сбора данных, который каналом связи соединен с сервером обработки данных.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля рельсовых путей. Согласно способу диагностики рельсового пути и синхронизации результатов измерений диагностический комплекс, содержащий средства дефектоскопии и навигации, перемещают по рельсовому пути, обнаруживают стрелочные переводы, сохраняют их метки совместно с данными дефектоскопии в диагностической базе данных рельсового пути.

Изобретение относится к диагностике состояния железнодорожного пути. Согласно способу определения геометрических параметров стыков рельсового пути измеряют значения выброса всех максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии в полосе частот от 30 до 300 кГц в равные последовательные промежутки времени с частотой выборки от 500 до 0,1 мкс от датчиков (преобразователей), устанавливаемых на корпусе правой и левой буксы колесной пары локомотива или вагона.

Изобретение относится к средствам контроля и диагностики и может быть использовано, в частности, для определения наличия подвижных единиц на контролируемом участке.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для автоматизированного контроля положения рельсовых путей. Согласно изобретению в устройстве для контроля положения рельсового пути в качестве излучателя использован лазерный источник излучения, снабженный регулятором положения его в пространстве.

Изобретение относится к средствам контроля железнодорожного пути. Система включает размещенное в головной части подвижного объекта устройство сбора данных, состоящее из микроконтроллера, с приемопередатчиком и блоком вывода информации.

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.

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.

Использование: для ультразвукового (УЗ) неразрушающего контроля изделий, в частности железнодорожных рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что в зоне досягаемости диаграммы направленности вертикального зондирующего электроакустического преобразователя (ЭАП), направленного через головку, шейку к подошве рельса, устанавливают дополнительные приемные ЭАП.

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.

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).

Изобретение относится к средствам технического контроля на железнодорожном транспорте для осмотра поездов и вагонов. Система содержит над рельсовым путем П-образную несущую конструкцию, включающую две опоры и ригель, телевизионные камеры, электронно-вычислительную машину, монитор, сканирующие лазерные дальномеры, блок формирования изображения контура вагона, блок сравнения, блок хранения информации о предельном железнодорожном габарите, блок хранения информации о форме боковых поверхностей и крыш вагонов, блок построения рельефа распределения груза по площади полувагона, блок вычисления объема груза, блок вычисления веса груза, контроллеры идентификации промежутков между вагонами и цифровой логический элемент. Достигается расширение функциональных возможностей системы. 1 ил.

Изобретение относится к средствам мониторинга верхнего строения пути. Система содержит датчики температуры и датчики смещения, волоконно-оптические тензодатчики, которые установлены на шейке рельса и закреплены посредством клея на измерительных точках нейтральной оси шейки рельса, при этом параллельно волоконно-оптическому тензодатчику установлен датчик температуры рельсовой плети и прикреплен к рельсу посредством теплопроводного геля кремниевой кислоты, датчики температуры рельсовой плиты, опорной плиты и моста установлены в отверстиях, выполненных в этих элементах конструкции. Причем отверстия для установки датчиков температуры рельсовой плиты выполнены на верхней и торцевой ее сторонах, датчики смещения рельса относительно рельсовой плиты, относительного смещения рельсовой плиты и основания и продольного относительного смещения концов моста установлены в измерительных точках этих элементов конструкции, при этом датчики температуры, датчики смещения и волоконно-оптические тензодатчики выполнены на основе волоконных решеток Брэгга, а их выходы через демодуляторы соединены с сервером сбора данных, который соединен с сервером обработки данных. Достигается повышение надежности контроля технического состояния пути.

Наверх