СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК E01B29/44 E01B31/18 

Изобретение относится к способу восстановления железнодорожных путей и к устройству для его осуществления.

Более конкретно, изобретение касается усовершенствования способов, осуществляемых непрерывно для обслуживания и/или восстановления железнодорожных путей.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Работы по восстановлению железнодорожных путей обычно производят при помощи специальных так называемых «ремонтных» поездов с целью полной или частичной замены старых или изношенных рельсов с одновременной заменой или без замены шпал.

Снятие старого рельса производят непосредственно перед установкой участков новых рельсов (на старые или на новые шпалы), длина которых может достигать нескольких сотен метров.

Однако при окончательном креплении нового рельса на шпалах при помощи скреплений необходимо принимать в расчет неизбежные будущие размерные изменения рельса и, в частности, его удлинение при расширении или его сжатие по причине многочисленных и значительных колебаний температуры в течение времени.

По этой причине на практике крепление рельса производят, предварительно скорректировав его температуру для ее стабилизации в заранее определенном значении в точке первичного регулирования спереди и вблизи зоны крепления на шпалах.

В частности, эта температура, называемая температурой «предварительного снятия напряжений» или «снятия напряжений», является температурой, которую принято считать как среднее значение в обычном температурном диапазоне, прогнозируемом в зависимости от климата региона, где необходимо восстановить путь.

Эти температуры «снятия напряжений» можно получить либо в результате нагрева, либо в результате охлаждения относительно окружающей температуры на месте проведения работ в момент крепления новых рельсов.

Температуру «предварительного снятия напряжений» получают при приближении к точной заданной температуре, и, следовательно, она в целом соответствует диапазону, близкому к температуре «снятия напряжений».

Эта операция «предварительного снятия напряжений» или «снятия напряжений» рельса позволяет упреждать его расширение или его сжатие, независимо от окружающей температуры на участке проведения работ, и ограничить таким образом риски коробления или последующей поломки рельса.

Подвод тепла, позволяющий достичь и поддерживать эту температуру, осуществляют, например, при помощи индуктивных средств, обеспечивающих непрерывный локальный нагрев рельса вблизи и перед постом крепления, где находятся соответствующие средства контроля и регулирования температуры, возможно связанные со средствами нагрева.

Такой способ восстановления и соответствующее оборудование, а именно средства нагрева, уже были описаны, в частности, в документе WO 2007/118977, который приводится здесь в качестве ближайшего аналога.

Вместе с тем, хотя металлический рельс уже сам по себе может обеспечивать хорошую теплопроводность между источником тепла и постом крепления, где производят измерение и коррекцию температуры на поверхности, все же необходимо надежно гарантировать, чтобы температура в сердцевине рельса и, в частности, в центре головки или подошвы, равнозначно тоже соответствовала температуре «предварительного снятия напряжений» или «снятия напряжений».

Для решения этой задачи были проведены лабораторные испытания с размещением датчиков внутри материала (стали) рельса. Результаты этих испытаний позволяют с достаточной степенью надежности вычислить время, необходимое для получения, - в зависимости от подачи тепла или от охлаждения, - однородной температуры общего сечения рельса в диапазоне так называемых значений «предварительного снятия напряжений» или поддержания точного значения «снятия напряжений» в момент крепления рельса.

Кроме того, с учетом габаритов оборудования и размера вагонов «ремонтного» поезда расстояние между положением поста нагрева и постом крепления (10-20 м) является довольно значительным, поэтому тепловые потери являются существенными, и/или окружающая среда или сопутствующие факторы отрицательно сказываются на заданной температуре рельса в момент его крепления. Это относится, в частности, к случаю, когда ремонтный поезд стоит или медленно двигается или когда на участке проведения работ возникают погодные явления (осадки, такие как дождь, снег, присутствие ветра…), которые могут повлиять на температуру рельса. В этих условиях, поскольку температура рельса может меняться, его длина оказывается существенно изменившейся в момент его окончательного крепления на шпале.

Следовательно, эти факторы могут в дальнейшем привести к не контролируемым отклонениям внутреннего напряжения рельса, которые могут оказать серьезное отрицательное влияние на надежность и безопасность пути после соединения рельса со шпалами.

Кроме того, некоторые ремонтные поезда не могут давать задний ход, чтобы корректировать при помощи средств первичного регулирования расхождение между реальной и заданной температурой, например, в результате непредвиденной остановки поезда. Эти ремонтные поезда могут, таким образом, регулировать или поддерживать заданную температуру в непрерывном режиме работы напрямую и непосредственно перед моментом крепления нового рельса.

Задачей изобретения является решение этих технических проблем за счет обеспечения контролируемого термодинамического поведения рельса и более точного регулирования его температуры в точке крепления на шпалах.

Эта цель достигается при помощи способа, отличающегося тем, что контролируют термодинамическое поведение вставного участка нового рельса, находящегося между точкой первичного регулирования его температуры и зоной крепления, таким образом, чтобы температура нового рельса была однородной в его сечении и соответствовала заданному значению в точке крепления.

Согласно первому предпочтительному варианту, термодинамический контроль вставного участка производят, изолируя его термически от окружающей среды.

Предпочтительно вставной участок изолируют при помощи по меньшей мере одного теплоизолированного туннеля.

Согласно частному варианту, первичное регулирование температуры осуществляют, поддерживая температуру сверх заданного значения.

Согласно другому варианту, осуществляют дополнительную термическую обработку вдоль вставного участка, чтобы компенсировать термические взаимодействия с окружающей средой.

Согласно предпочтительному признаку, непрерывно измеряют температуру вставного участка на всей или на части его длины при помощи по меньшей мере одного датчика, связанного с вычислительным устройством, воздействующим на первичное регулирование и/или на дополнительную термическую обработку.

Согласно частному варианту, дополнительную термическую обработку производят при помощи термодинамической текучей среды (газа или жидкости).

Согласно предпочтительному признаку этого варианта, термодинамическую текучую среду подают под давлением в контакте с рельсом, например, нагнетая ее на его боковые стороны.

Согласно другому предпочтительному признаку этого варианта, термодинамическая текучая среда является средой-теплоносителем, нагнетаемой на стороны рельса.

Согласно еще одному варианту способа, дополнительную термическую обработку осуществляют при помощи пламени, входящем в контакт с вставным участком рельса.

Согласно еще одному варианту, дополнительную термическую обработку осуществляют при помощи по меньшей мере одной индуктивной системы или посредством комбинации по меньшей мере двух из вышеупомянутых вариантов.

Предпочтительно первичное регулирование температуры вставного участка осуществляют посредством нагрева при помощи по меньшей мере одной индуктивной системы.

Другим объектом изобретения является устройство для осуществления представленного выше способа.

Согласно предпочтительному признаку, это устройство отличается тем, что содержит систему контроля и управления термодинамической энергией вставного участка нового рельса, находящегося между упомянутыми средствами первичного регулирования и зоной крепления, при этом упомянутая система предназначена для гомогенизации температуры нового рельса в заданном значении в точке крепления.

Согласно другому признаку, система контроля и управления содержит средства дополнительной термической обработки вдоль упомянутого участка, чтобы компенсировать взаимодействия с окружающей средой.

Согласно первому варианту, система содержит по меньшей мере один температурный датчик, расположенный на вставном участке и связанный с вычислительным устройством, воздействующим на средство первичного регулирования и/или на средства дополнительной термической обработки.

Предпочтительно система контроля и управления содержит три температурных датчика, расположенных соответственно на уровне средства первичного регулирования, вдоль участка и на уровне зоны крепления.

Согласно другому варианту, средства дополнительной термической обработки вставного участка содержат по меньшей мере один теплоизолированный туннель.

Согласно еще одному варианту устройства, средства дополнительной термической обработки участка содержат орган нагрева, работающий в одном или нескольких из режимов, выбираемых среди индуктивного нагрева, нагрева при помощи среды-теплоносителя или нагрева за счет контакта с пламенем.

Согласно альтернативному варианту, средства дополнительной термической обработки вставного участка содержат орган охлаждения.

Благодаря различным вариантам заявленного способа, можно усовершенствовать восстановление железнодорожного пути за счет более надежного позиционирования новых рельсов и специального крепления на шпалах с одновременным улучшением подготовки и адаптации пути к потенциальным размерным изменениям рельсов в зависимости от окружающей среды и, в частности, от различных климатических и/или метеорологических условий.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на подробно описанные ниже прилагаемые фигуры.

Фиг. 1А - схематичный вид рабочей площадки проведения работ по восстановлению железнодорожного пути в соответствии с известным решением.

Фиг. 1В - схематичный детальный вид площадки, показанной на фиг. 1А.

Фиг. 2 - схематичный вид рабочей площадки проведения работ по восстановлению железнодорожного пути согласно варианту осуществления заявленного способа.

Фиг. 3А, 3В и 3С - схематичные детальные виды различных вариантов выполнения устройства, используемого для осуществления заявленного способа.

Фиг. 4 - схематичный вид в разрезе варианта устройства для осуществления заявленного способа.

Фиг. 5 - технологическая схема варианта термодинамического контроля рельса в рамках заявленного способа.

Для большей ясности на всех фигурах идентичные или аналогичные элементы имеют одинаковые обозначения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Естественно, варианты осуществления, показанные на вышеуказанных фигурах, представлены лишь в качестве не ограничительных примеров. Эти различные варианты и версии можно комбинировать между собой для получения других вариантов или версий.

На фиг. 1А представлен общий вид традиционной рабочей площадки проведения работ по восстановлению железнодорожного пути, на которой при помощи ремонтного поезда Т (показан частично) производят соответственно снятие старых рельсов А (передний сектор) и укладку новых рельсов В на шпалы Н (задний сектор).

Для большей ясности в данном случае предполагается, что шпалы Н и балласт (на фигурах не показан) замене не подлежат.

Новый рельс В укладывают, затем постепенно закрепляют на шпалах Н по мере продвижения поезда, как показано на фиг. 1.

Передние вагоны W1, W2 движутся по старому рельсу А, тогда как задние вагоны W3 движутся по новому рельсу В. Центральный транспортный вагон WT, обеспечивающий замену рельсов, обычно содержит механические средства подъема и укладки рельсов и имеет приподнятую раму, не входящую в контакт качения с колеей (фиг.1).

Чтобы предупредить или ограничить риски разрывов или поломки рельсовой колеи по причине размерных колебаний под действием более суровых климатических или метеорологических условий, окончательное крепление новых рельсов на шпалах обычно производят, доводя эти металлические профили до так называемой средней температуры «предварительного снятия напряжений» или «снятия напряжений», которая приводит к определенному удлинению или сжатию рельса.

В частности, эти операции призваны упредить или моделировать механическое поведение материала рельса в зависимости от температурных колебаний, которые могут происходить в течение его срока службы.

Для этого перед укладкой участка нового рельса осуществляют первичное регулирование температуры этого участка до заданного значения T1 в точке С, находящейся спереди и вблизи зоны крепления F на одной или нескольких шпалах Н.

Это регулирование может представлять собой нагрев или локальное охлаждение металла, первоначально находящегося при температуре Т0, так как период проведения работ предпочтительно выбирают в момент, когда окружающая температура ниже или соответственно выше заданной так называемой температуры «предварительного снятия напряжений» или «снятия напряжений».

Если речь идет о подаче тепла, ее можно осуществлять при помощи средств нагрева, представляющих собой, например, источник тепла или индуктивную систему, работающую перед участком R рельса В на шпалах Н (см. фиг. 1В). Это тепло, подаваемое на рельс В, распространяется за счет проводимости металла до зоны крепления F рельса В.

Если же термическое регулирование рельса требует его локального охлаждения, применяют соответствующие средства кондиционирования или аэрации.

Последующие сжатие или удлинение рельса, связанные соответственно с возможным охлаждением или нагревом после окончательного закрепления (в зависимости от окружающей температуры), контролируют, применяя нормы монтажа и соблюдая возможные зазоры, задаваемые действующими регламентами.

Как показано на фиг. 1В, участок рельса В, расположенный между постом С первичного термического регулирования (нагрева или охлаждения) и постом крепления F, как правило, находится на открытом воздухе и, следовательно, может взаимодействовать с климатической окружающей средой, что может привести к размерным колебаниям рельса еще до его окончательного крепления на шпалах Н.

Для решения этой проблемы в рамках заявленного способа предусмотрена дополнительная термическая обработка СС, чтобы корректировать или поддерживать температуру рельса В на этом вставном участке R в значении заданной однородной температуры Tf (так называемой температуры «предварительного снятия напряжений» или «снятия напряжений»), независимо от длины этого участка и от внешних факторов.

Для этого способ можно осуществлять в различных вариантах пассивной обработки, при которой этот участок термически изолируют, и/или активной обработки, при которой компенсируют естественные тепловые потери или нагрев, связанные с внешним влиянием (ветер, дождь, солнце,…).

На фиг. 2 представлен первый пассивный вариант осуществления заявленного способа, в котором участок R рельса В, предварительно нагретый до температуры T1 при помощи индуктивных средств С, вводят по меньшей мере в один теплоизолированный туннель D, который защищает его и термически изолирует от внешней среды.

В этом туннеле, который проходит непрерывно или с перерывами до зоны крепления F, температура рельса В остается стабильной в пределах значений, очень близких к температуре Tf предварительного снятия напряжений или снятия напряжений.

На фиг. 3А-3В представлены активные варианты осуществления заявленного способа, в которых на рельс В подают дополнительное количество тепловой энергии или энергии охлаждения, предназначенной для компенсации тепловых потерь на протяженности участка R.

Это термодинамическое изменение (добавление или отбор тепла) позволяет рельсу В сохранять температуру, равную или очень близкую к температуре Tf предварительного снятия напряжений или снятия напряжений, до зоны F.

Первичное регулирование С температуры осуществляют путем добавления температуры, более высокой или более низкой относительно заданного значения Tf, чтобы компенсировать время, которое протекает между термодинамическим воздействием и креплением F рельса.

В случае добавления тепловой энергии применяют средства нагрева СС, идентичные или аналогичные расположенным спереди первичным средствам нагрева С.

Таким образом, средства СС позволяют поддерживать или корректировать температуру вставного участка R нового рельса В перед зоной крепления F.

Согласно изобретению, эти варианты можно комбинировать с вариантом, показанным на фиг. 2, располагая дополнительные средства нагрева СС внутри теплоизолированного туннеля D.

Согласно варианту осуществления заявленного способа, представленному на фиг. 4, дополнительный нагрев СС производят посредством нагнетания среды-теплоносителя S (газ или жидкость) под давлением при контакте с рельсом В и предпочтительно путем ее нагнетания на его боковые стороны.

Если же, наоборот, необходимо произвести охлаждение рельса В, туннель D можно оборудовать средствами вентиляции и/или средствами охлаждения или кондиционирования (тепловой насос,…).

Согласно другому варианту, не показанному на фигурах, участок R рельса пропускают в герметичный канал, содержащий жидкость или газ при постоянной температуре или текучую среду, температура которой изменяет температуру рельса в ту или иную сторону (охлаждения или нагрева).

Согласно еще одному не показанному варианту, вблизи рельса можно расположить горелки либо на открытом воздухе, либо внутри закрытой или полуоткрытой камеры, в которой вставной участок R поступательно перемещается и нагревается при контакте с пламенем.

Согласно предпочтительному варианту осуществления заявленного способа, температуру Ti вставного участка непрерывно измеряют на всей или на части его длины, чтобы контролировать его термодинамическое поведение и доводить его до заранее определенной температуры Tf снятия напряжений в точке крепления F рельса.

Для этого, как показано на фиг. 5, способ осуществляют, применяя, в частности, систему G контроля и управления термодинамической энергией.

Система G содержит по меньшей мере один датчик и в данном случае три датчика, расположенные на вставном участке R и связанные с вычислительным устройством Е (и/или с микропроцессором), воздействующим на первичное средство регулирования С и/или на средства дополнительной термической обработки СС, которые могут быть как пассивными, так и активными.

Таким образом, на вставном участке R рельса перед зоной крепления F можно производить и корректировать любое изменение по отношению к заданному значению температуры Tf.

В варианте, представленном на фиг. 5, перед первичным средством регулирования С располагают первый датчик для измерения первоначальной температуры T0 нового рельса В, второй промежуточный датчик для измерения температуры Ti вдоль участка R и третий датчик для измерения и подтверждения температуры Tf снятия напряжений в точке крепления F.

В случае необходимости, система G управления энергией может также содержать датчик или тахометр, установленный за пределами зоны крепления F для определения скорости движения поезда. Этой скоростью может управлять и/или ее может задавать вычислительное устройство, чтобы лучше контролировать однородность температуры вдоль участка R.

Все измерения, производимые различными датчиками, сохраняются в памяти вычислительного устройства Е и дополняют информацию, содержащуюся в базе данных, управляемой оператором.

Как показано на фиг. 5, согласно заявленному способу, термодинамический контроль участка R можно применять совместно и одновременно для двух параллельных рельсов В одного пути.

Изобретение относится к способу восстановления железнодорожных путей и к устройству для его осуществления. Способ включает в себя, в частности, снятие старого рельса (А), укладку нового рельса (В) и первичное регулирование температуры этого нового рельса до заданного значения (T1) в точке (С), находящейся спереди и вблизи зоны его крепления (F) на шпале (Н). При помощи средств устройства, имеющего систему (G) контроля и управления, контролируют термодинамическое поведение вставного участка (R) нового рельса (В), находящегося между точкой (С) первичного регулирования его температуры и зоной крепления (F), таким образом, чтобы температура нового рельса (В) была однородной в его сечении и соответствовала заданному значению (Tf) в точке крепления (F). В результате исключаются неконтролируемые отклонения внутреннего напряжения рельса, что обеспечивает надежность и безопасность пути после соединения рельса со шпалами. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ восстановления железнодорожных путей, включающий в себя, в частности, снятие старого рельса (А), укладку нового рельса (В) и первичное регулирование температуры (T1) этого нового рельса в точке (С), находящейся спереди и вблизи зоны его крепления (F) на шпале (Н), отличающийся тем, что контролируют термодинамическое поведение вставного участка (R) нового рельса (В), находящегося между точкой (С) первичного регулирования его температуры и зоной крепления (F), таким образом, чтобы температура нового рельса (В) была однородной в его сечении и соответствовала заданному значению (Tf) в точке крепления (F).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термодинамический контроль упомянутого вставного участка (R) производят, изолируя его термически от окружающей среды.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что упомянутый вставной участок термически изолируют при помощи по меньшей мере одного теплоизолированного туннеля (D).

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что первичное регулирование (С) температуры осуществляют, поддерживая температуру сверх заданного значения (Tf).

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную термическую обработку (СС) вдоль упомянутого вставного участка, чтобы компенсировать термические взаимодействия с окружающей средой.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что непрерывно измеряют температуру вставного участка на всей или на части его длины при помощи по меньшей мере одного датчика, связанного с вычислительным устройством, воздействующим на первичное регулирование (С) и/или на дополнительную термическую обработку (СС).

7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что упомянутую термическую обработку (СС) производят при помощи термодинамической текучей среды (S).

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что термодинамическую текучую среду подают под давлением в контакте с рельсом (В).

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что термодинамическая текучая среда (S) является средой-теплоносителем, нагнетаемой на стороны рельса (В).

10. Способ по п. 5, отличающийся тем, что упомянутую дополнительную термическую обработку (СС) осуществляют при помощи пламени, входящего в контакт с упомянутым вставным участком рельса.

11. Способ по любому из пп. 1-6, 8-10, отличающийся тем, что первичное регулирование (С) температуры вставного участка осуществляют посредством нагрева при помощи по меньшей мере одной индуктивной системы.

12. Устройство восстановления железнодорожных путей, содержащее средства (С) первичного регулирования температуры (T1) нового рельса (В), расположенные спереди и вблизи зоны его крепления (F) на шпале (Н), отличающееся тем, что дополнительно содержит систему (G) контроля и управления термодинамической энергией вставного участка (R) нового рельса (В), находящегося между упомянутыми средствами (С) первичного регулирования и зоной крепления (F), при этом упомянутая система (G) предназначена для гомогенизации температуры нового рельса (В) в заданном значении (Tf) в точке крепления (F).

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что упомянутая система (G) содержит средства (СС) дополнительной термической обработки вдоль упомянутого участка (R), чтобы компенсировать взаимодействия с окружающей средой.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что упомянутая система (G) содержит по меньшей мере один температурный датчик, расположенный на вставном участке (R) и связанный с вычислительным устройством (Е), воздействующим на средство (С) первичного регулирования и/или на средства (СС) дополнительной термической обработки.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что упомянутая система (G) содержит три температурных датчика, расположенных соответственно на уровне средства (С) первичного регулирования, вдоль участка (R) и на уровне зоны крепления (F).

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что упомянутые средства (СС) дополнительной термической обработки участка (R) содержат по меньшей мере один теплоизолированный туннель (D).

17. Устройство по любому из пп. 13-16, отличающееся тем, что упомянутые средства (СС) дополнительной термической обработки участка (R) содержат орган нагрева, работающий в одном или нескольких из режимов, выбираемых среди индуктивного нагрева, нагрева при помощи среды-теплоносителя или нагрева за счет контакта с пламенем.

18. Устройство по любому из пп. 13-16, отличающееся тем, что упомянутые средства (СС) дополнительной термической обработки участка (R) содержат орган охлаждения.