ПЕРЕДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА РЕЛЬСА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛАМП ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И СВЯЗАННЫЙ С НИМ СПОСОБ НАГРЕВА Российский патент 2023 года по МПК E01B29/17 E01B29/44 E01B31/18 H05B3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к нагреву рельса железнодорожного пути с целью нейтрализации или предварительной нейтрализации указанного рельса перед его прикреплением к железнодорожной шпале. Оно относится как к передвижному нагревательному устройству, выполненному с возможностью перемещения вдоль рельсового пути, так и к способу укладки, включающему нагрев рельса.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Рельсы железнодорожных путей подвержены воздействию значительных колебаний температуры в зависимости от времени года и метеорологических условий. Рельсы имеют тенденцию расширяться и растягиваться при повышении температуры и, наоборот, сжиматься при падении температуры.

[0003] В прошлом между последовательными рельсами линии железнодорожных рельсов применяли компенсаторы теплового расширения. В настоящее время рельсы приваривают встык на очень большом участке и, таким образом, закрепляют на шпалах пути. Под действием температуры окружающей среды, превышающей среднегодовую, рельсы, которые не способны расширяться, подвержены воздействию силы сжатия, а шпалы подвержены воздействию сил, которые стремятся раздвинуть их друг от друга. И наоборот, под действием температуры окружающей среды, которая ниже среднегодовой, рельсы, не способные сжиматься, подвержены воздействию силы растяжения, а шпалы подвержены воздействию сил, которые стремятся переместить их по направлению друг к другу.

[0004] Если во время укладки температура рельса не регулируется, необходимо выполнять операции, называемые механической «нейтрализацией» после укладки, и ограничить скорость перемещения до тех пор, пока эти операции не будут завершены. Механическая нейтрализация заключается в разрезании участка рельса, толщина которого зависит от определенной разности между температурой во время вмешательства и «нейтральной» температурой в местоположении, в демонтаже рельса и его растягивании с помощью натяжителя рельса, чтобы заполнить пространство, оставшееся в вырезанном участке, перед повторным соединением с помощью болтов и, если применимо, перепайкой рельса. До окончания выполнения этой операции нейтрализации скорость перемещения по пути должна быть ограничена, обычно до 50 км/ч. Следует понимать, что такая организация работ приводит к значительному нарушению графика движения железнодорожного транспорта, как во время операции нейтрализации, так и во время предшествующей фазы, между укладкой рельса и нейтрализацией.

[0005] Непосредственное прикрепление рельсов, непрерывно нагреваемых до температуры, близкой к «нейтральной» температуре или равной ей, позволяет добиться лучших результатов в отношении минимизации нарушения графика движения железнодорожного транспорта. Такую операцию называют тепловой нейтрализацией.

[0006] Решение с непрерывным нагревом рельсов, которое применялось до сих пор, предполагает применение индукционной технологии. Указанный способ позволяет добиться нагрева, который является достаточно точным, чтобы обеспечить укладку рельсов в пределах требуемого допуска, соответствующего «нейтральной» температуре. Таким образом, можно говорить о непосредственной точной тепловой нейтрализации. Однако выбор материала, требуемого для выполнения данной операции, относительно сложен, поскольку для нее требуется генератор энергии, а также охлаждение силовых схем, генератора и индуктора.

[0007] Для участков, требующих последующей стабилизации балласта, был предложен процесс тепловой «предварительной нейтрализации», который заключается в доведении рельса, перед его прикреплением к шпалам, до температуры, достаточно близкой к «нейтральной» температуре для местоположения, однако не обязательно с обеспечением достижения «нейтральной» температуры. Такая «предварительная нейтрализация» предпочтительна в том отношении, что позволяет сразу же двигаться со скоростью около 80 км/ч, а не 50 км/ч, когда необходимо дождаться выполнения заключительных операций по механической нейтрализации, описанных выше. Способ проведения указанной предварительной тепловой нейтрализации состоит в опрыскивании рельсов горячей водой: решение простое, но, тем не менее, имеет недостатки в использовании, в частности, с точки зрения выхода, подачи и отвода воды, что делает его менее пригодным для эксплуатации.

[0008] Кроме того, в US6308635 предложено нагревать рельс, который уже уложен на грунт, с использованием электрического модуля нагрева излучением, содержащего электрические нагревательные элементы из карбида кремния, каждый из которых соединен со специальным параболическим отражателем. Однако производительность такого устройства еще не зафиксирована документально.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] В настоящем изобретении устранены недостатки предшествующего уровня техники и предложен режим нагрева, который обеспечивает достаточную мощность, является точным в отношении количества передаваемого тепла и реактивным в переходные периоды изменения скорости укладки или изменения температуры окружающей среды.

[0010] Для достижения этого согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено передвижное устройство для нагрева рельса железнодорожного пути, содержащее: по меньшей мере один нагревательный модуль, имеющий по меньшей мере одну зону нагрева и по меньшей мере один источник теплового излучения, который ориентирован по направлению к зоне нагрева; и транспортное средство для транспортировки нагревательного модуля, которое выполнено с возможностью перемещения по железнодорожному пути в направлении укладки, так что в каждый момент времени участок рельса железнодорожного пути, не прикрепленный к шпалам железнодорожного пути, проходит через зону нагрева в направлении рабочего хода. Как правило, нагревательный модуль содержит по меньшей мере один нагревательный блок, причем нагревательный блок содержит множество электрических ламп инфракрасного излучения, которые распределены по периферии зоны нагрева и ориентированы по направлению к зоне нагрева, при этом каждая из электрических ламп инфракрасного излучения содержит по меньшей мере один источник излучения, способный излучать инфракрасное излучение с максимальной спектральной плотностью распределения мощности для длины волны менее 2 мкм, предпочтительно менее 1,4 мкм, наиболее предпочтительно менее 1,2 мкм, и по меньшей мере один первичный отражатель, который ориентирован таким образом, чтобы отражать инфракрасное излучение, испускаемое источником излучения по направлению к зоне нагрева, причем источник излучения расположен между первичным отражателем и зоной нагрева, непосредственно напротив зоны нагрева, при этом нагревательный блок дополнительно содержит вторичный отражатель, имеющий вогнутую отражающую поверхность, окружающую зону нагрева и способную возвращать отраженные лучи, проходящие между электрическими лампами инфракрасного излучения по направлению к зоне нагрева.

[0011] Стальной железнодорожный рельс имеет поглощающую способность, которая увеличивается при уменьшении длины волны, по меньшей мере для длин волн более 0,5 мкм. Выбор инфракрасных ламп, максимум излучения которых достигается в ближней инфракрасной области спектра (в частности, IR-A или NIR), обеспечивает лучшее поглощение, чем в случае применения ламп, излучающих свет в средней или дальней инфракрасной области спектра.

[0012] Наличие отдельных первичных отражателей и общего вторичного отражателя позволяет значительно повысить мощность, возвращая по направлению к рельсам отраженное ими излучение.

[0013] В действительности часть излучения, падающего на рельс, отражается от него. Это, в частности, верно для нижней части рельса, которая является светлой и коэффициент отражения которой может достигать 65%. Первичный отражатель, встроенный в каждую инфракрасную лампу, в первую очередь предназначен для направления излучения, испускаемого лампой, по направлению к рельсу, но он также выполняет функцию вторичного отражателя для перенаправления по направлению к рельсу излучения, которое ранее было отражено рельсом. Общий вторичный отражатель дополняет действие первичных отражателей, перенаправляя непоглощенное излучение по направлению к рельсу. Это положение позволяет достичь очень хорошей выходной мощности при использовании несоединенных ламп.

[0014] Электрические лампы с излучением в ближней инфракрасной области спектра имеют чрезвычайно малое время отклика по сравнению со скоростью продвижения работ по укладке железнодорожной линии, что позволяет предусмотреть не только операции предварительной нейтрализации, но и операции точной нейтрализации.

[0015] Согласно одному варианту осуществления в зоне нагрева существует по меньшей мере одна точка, которая расположена на расстоянии менее 160 мм, а предпочтительно менее 120 мм от источника излучения каждой из электрических ламп инфракрасного излучения.

[0016] Согласно одному варианту осуществления в зоне нагрева существует по меньшей мере одна точка, которая расположена на расстоянии менее 160 мм, а предпочтительно менее 120 мм от любой точки отражающей поверхности вторичного отражателя.

[0017] Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере некоторые из ламп распределены таким образом, чтобы находиться на расстоянии друг от друга по периферии зоны нагрева. Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере некоторые из электрических ламп инфракрасного излучения соединены попарно.

[0018] Для ограничения потерь вторичный отражатель предпочтительно должен максимально окружать рельс, расположенный в центре зоны нагрева. Таким образом, предпочтительно можно обеспечить, чтобы в поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной направлению рабочего хода, отражающая поверхность вторичного отражателя имела поперечное сечение в форме круговой дуги, имеющей угол более 180°, предпочтительно более 240°, или круглое сечение. В поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной направлению рабочего хода, отражающая поверхность вторичного отражателя предпочтительно имеет радиус кривизны менее 160 мм, предпочтительно менее 120 мм, и более 70 мм, предпочтительно более 100 мм.

[0019] Отражающая поверхность вторичного отражателя предпочтительно должна обладать значительной отражающей способностью в рассматриваемой области спектра. На практике предпочтительно выбирать отражающую поверхность с отражающей способностью более 80% в спектральном диапазоне от 0,5 до 2 мкм, что может быть достигнуто при разумных затратах, в частности, с применением поверхности из полированного алюминия или, если применимо, из серебра или золота.

[0020] Аналогичным образом, предпочтительно, чтобы отражающая способность первичных отражателей была очень высокой, предпочтительно более 90%, в спектральном диапазоне от 0,5 до 2 мкм. Первичный отражатель каждой из электрических ламп инфракрасного излучения предпочтительно изготавливают из серебра или золота.

[0021] Для достижения оптимального перенаправления потока, испускаемого каждым источником излучения по направлению к зоне нагрева, первичный отражатель каждой из электрических ламп инфракрасного излучения имеет параболическую форму или форму эллиптической или круговой дуги в поперечном сечении в соответствии с плоскостью сечения, перпендикулярной направлению рабочего хода. Источник излучения предпочтительно расположен в области фокуса параболы, или эллипса, либо в центре круговой дуги.

[0022] На практике максимальная спектральная плотность распределения мощности наблюдается для длины волны более 0,7 мкм. В частности, в качестве источника излучения можно выбрать галогенные лампы накаливания, которые излучают свет в ближней инфракрасной области спектра.

[0023] Предпочтительно, чтобы количество электрических ламп инфракрасного излучения было больше 2, предпочтительно больше 4.

[0024] Согласно одному варианту осуществления, который является очень простым в реализации, вторичный отражатель окружает электрические лампы инфракрасного излучения. Таким образом, вторичный отражатель может быть выполнен в виде единой детали без вырезов.

[0025] В качестве альтернативы может быть предусмотрено, чтобы вторичный отражатель проходил между электрическими лампами инфракрасного излучения. В этом случае во вторичном отражателе необходимо вырезать или вырубить проемы для размещения электрических ламп инфракрасного излучения.

[0026] Транспортное средство нагревательного модуля предпочтительно содержит средства подъема участка рельса, расположенного в зоне нагрева, по отношению к железнодорожному пути, а также средства позиционирования участка рельса после подвода тепла на шпалах железнодорожного пути и для фиксации участка рельса на шпалах.

[0027] Транспортное средство нагревательного модуля предпочтительно содержит средства подъема участка рельса, расположенного в зоне нагрева, по отношению к пути и средства позиционирования участка рельса после подвода тепла на шпалах перед фиксацией участка рельса на шпалах. Как было указано выше, приподнятие участка рельса в зоне нагрева позволяет лучше окружить рельс во время его нагрева не только сверху, но и с боков и, если применимо, снизу, чтобы обеспечить равномерный подвод тепла по периферии участка рельса и минимизировать потери. Тот факт, что зона нагрева находится на удалении от пути, и, в частности, от шпал, дает возможность, если это применимо, использовать повышенную мощность нагрева без какого-либо риска повреждения пути.

[0028] Согласно одному варианту осуществления нагревательный модуль содержит по меньшей мере два нагревательных блока, которые выровнены в направлении рабочего хода, образуя зону нагрева. Нагревательный модуль предпочтительно содержит направляющие для обеспечения направления участка рельса в зоне нагрева направляемого нагревательного модуля, причем эти направляющие предпочтительно содержат ролики, которые катятся по участку рельса.

[0029] Конечно, мощность нагрева необходимо модулировать в зависимости от внешних условий, чтобы достичь требуемой заданной температуры рельса.

[0030] Согласно одному варианту осуществления множество электрических ламп инфракрасного излучения включает по меньшей мере две электрические лампы инфракрасного излучения, предпочтительно по меньшей мере четыре электрические лампы инфракрасного излучения и наиболее предпочтительно большее количество таких ламп.

[0031] Если применимо, можно модулировать множество включенных электрических ламп инфракрасного излучения в зависимости от одного или более параметров управления.

[0032] Параметр или параметры управления предпочтительно включают один или более из следующих измеренных или оцененных параметров: температуру участка рельса перед нагревом, температуру участка рельса после нагрева, температуру участка рельса во время нагрева, температуру внешней среды, скорость перемещения транспортного средства нагревательного модуля, скорость перемещения рельса относительно нагревательного устройства, продолжительность нагрева, отклонение между заданной температурой и измеренной температурой участка рельса перед нагревом, отклонение между заданной температурой и измеренной температурой участка рельса после нагрева, отклонение между заданной температурой и измеренной температурой участка рельса во время подвода тепла, влажность окружающей среды или скорость ветра. В частности, может быть выполнена одна или более из следующих процедур:

- измерение по меньшей мере одной температуры участка рельса после подвода тепла с помощью датчика температуры, расположенного в области выхода зоны нагрева или за зоной нагрева в направлении укладки;

- измерение по меньшей мере одной температуры участка рельса перед подводом тепла с помощью датчика температуры, расположенного в области входа зоны нагрева или перед зоной нагрева в направлении укладки;

- измерение по меньшей мере одной температуры участка рельса во время подвода тепла с помощью датчика температуры, расположенного в зоне нагрева.

[0033] Чтобы достичь воспроизводимого позиционирования участка рельса, подлежащего фиксации, проходящего через зону нагрева, можно, в частности, выполнить одну или более из следующих процедур:

- направление участка рельса относительно рамы шасси транспортного средства нагревательного модуля таким образом, чтобы участок рельса проходил через зону нагрева во время перемещения транспортного средства нагревательного модуля;

- направление нагревательного модуля относительно рамы шасси транспортного средства нагревательного модуля таким образом, чтобы участок рельса проходил через зону нагрева во время перемещения транспортного средства нагревательного модуля;

- направление нагревательного модуля относительно участка рельса и, предпочтительно, обеспечение качения нагревательного модуля по участку рельса таким образом, чтобы участок рельса проходил через зону нагрева во время перемещения транспортного средства нагревательного модуля.

[0034] Согласно одному варианту осуществления перемещение транспортного средства нагревательного модуля в направлении укладки происходит без остановки.

[0035] Настоящее изобретение, в частности, может быть реализовано при первой укладке нового пути, а также при восстановлении или обновлении. В частности, и согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0036] Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятными из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

[Фиг. 1]: представлен схематический вид площадки для укладки рельса железнодорожного пути с использованием нагревательного устройства согласно настоящему изобретению;

[Фиг. 2]: представлен подробный схематический вид участка по фиг. 1, изображающий нагрев рельса, подлежащего фиксации, с использованием нагревательного устройства согласно настоящему изобретению;

[Фиг. 3]: представлен схематический вид снизу нагревательного модуля нагревательного устройства согласно настоящему изобретению;

[Фиг. 4]: представлен схематический вид спереди нагревательного модуля по фиг. 3;

[Фиг. 5]: представлен схематический вид, изображающий систему управления нагревательным модулем по фиг. 3 и 4;

[Фиг. 6]: представлен схематический вид спереди лампы инфракрасного излучения нагревательного модуля согласно первому варианту;

[Фиг. 7]: представлен схематический вид спереди нагревательного модуля согласно второму варианту;

[Фиг. 8]: представлен схематический вид спереди нагревательного модуля согласно третьему варианту.

[0037] Для большей ясности идентичные или аналогичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями на всех фигурах.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0038] На фиг. 1 представлен общий вид площадки для замены железнодорожного пути 2, на которой с помощью рабочего поезда 4 (показан частично) старые рельсы 6 (передний сектор) и старые шпалы 8 снимают и заменяют на новые шпалы 10 и новые рельсы 12, причем указанные операции выполняют непрерывно по мере продвижения поезда в рабочем направлении 100. Рабочий поезд 4 состоит из вагонов 16, расположенных на тележках 18, 20, которые катятся по старым рельсам 6 в передней части рабочего поезда 4 и по новым рельсам 12 в задней части рабочего поезда 4. Средняя часть рабочего поезда 4, в свою очередь, опирается на гусеничные ленты 22, которые при отсутствии рельсов на пути 2 в этой части площадки катятся непосредственно по старым шпалам 8 перед их снятием.

[0039] На переднем участке площадки с помощью инструментов старые рельсы 6 отделяют от шпал 8. Постепенно в ходе разборки старые рельсы 6 поднимают и размещают на балласте 24 сбоку пути. На переднем участке площадки старые шпалы 8 открыты, что позволяет продолжать их снятие с помощью набора инструментов для снятия и их замену на новые шпалы 10 с помощью набора инструментов для укладки. Новые рельсы 12, которые перед прохождением рабочего поезда 4 были размещены на грунте по обе стороны пути 2, поднимают и позиционируют, придерживаясь требуемой геометрической конфигурации пути 2, перед укладкой на новые шпалы 10. Окончательную фиксацию новых рельсов 12 осуществляют с помощью скоб после прохождения рабочего поезда 4.

[0040] Чтобы предотвратить или ограничить риск ухудшения состояния пути, который может быть вызван изменением размеров рельсов 12 под действием более суровых климатических или метеорологических условий, предусматривается окончательная фиксация новых или восстановленных рельсов 12 на шпалах путем доведения указанных металлических профилей до средней температуры для местоположения укладки, которое называют «предварительной нейтрализацией» или «нейтрализацией».

[0041] Для этого участок нового или восстановленного рельса 12, подлежащего укладке, доводят до заданной температуры в зоне 28 тепловой обработки, расположенной раньше по ходу перемещения относительно зоны 30 фиксации указанного участка рельса и рядом с ней на одной или более шпалах 10. Если работы на площадке выполняют в момент, когда температура окружающей среды ниже, чем заданная температура, называемая температурой «предварительной нейтрализации» или «нейтрализации», указанное регулирование включает нагрев рельса, при этом зона 28 тепловой обработки, таким образом, является зоной нагрева.

[0042] Для этой цели согласно настоящему изобретению предлагается использовать нагревательное устройство 32, которое схематично показано на фиг. 2-4 и функционирование которого главным образом основано на тепловом излучении в ближней инфракрасной области спектра. Нагревательное устройство 32 содержит по меньшей мере один нагревательный модуль 34, который установлен в одном из вагонов 16 рабочего поезда 4. Каждый нагревательный модуль состоит по меньшей мере из одного, а предпочтительно, как показано на фиг. 3, по меньшей мере из двух нагревательных блоков 36, образующих продольную зону 28 нагрева, которая расположена на расстоянии от пути и ориентирована в направлении 200 рабочего хода, предпочтительно параллельно направлению 100 укладки, осуществляемой рабочим поездом 4. Зона 28 нагрева открыта на переднем конце 38 и на заднем конце 40, чтобы участок рельса 12 мог входить в нее через один конец 38 и выходить через другой конец 40. Два нагревательных блока 36 расположены один за другим вдоль зоны нагрева и каждый из них по меньшей мере частично окружает зону 28 нагрева.

[0043] Каждый нагревательный блок 36 содержит множество электрических ламп 42 инфракрасного излучения, которые распределены по периферии зоны 28 нагрева и ориентированы по направлению к зоне 28 нагрева. Каждая из электрических ламп 42 содержит трубку 44, которая ориентирована параллельно направлению 200 рабочего хода и охватывает по меньшей мере одну нить 46 накала. Нить 46 накала представляет собой источник излучения, который выполнен с возможностью испускания излучения в ближней инфракрасной области спектра, имеющего максимальную спектральную плотность распределения мощности для длины волны менее 2 мкм, предпочтительно менее 1,4 мкм, наиболее предпочтительно менее 1,2 мкм. Внутренняя вогнутая поверхность трубки, которая покрыта материалом с высокой отражающей способностью, образует первый отражатель 48, который ориентирован таким образом, чтобы отражать излучение, испускаемое источником 46 излучения, по направлению к зоне 28 нагрева, причем нить или нити 46 накала расположены между первичным отражателем 48 и зоной нагрева 28, непосредственно напротив зоны 28 нагрева. В поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной направлению рабочего хода, первичный отражатель может иметь постоянный радиус кривизны. Однако согласно различным вариантам осуществления может быть использован отражатель, имеющий параболический, эллиптический или многофокусный профиль в поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной направлению 200 рабочего хода. Таким образом, нить 46 накала предпочтительно проходит через фокус параболы или эллипса.

[0044] Электрические лампы 42 инфракрасного излучения соединены друг с другом или расположены на расстоянии друг от друга и каждая из них проходит параллельно направлению 200 рабочего хода. Каждый нагревательный блок 36 дополнительно содержит вторичный отражатель 50, который имеет вогнутую цилиндрическую отражающую поверхность из полированного алюминия, которая окружает зону 28 нагрева и электрические лампы 42 инфракрасного излучения. Вторичный отражатель 50 может представлять собой полный цилиндр, который полностью окружает зону 28 нагрева. В качестве альтернативы, если желательно сохранить доступ к рельсу для его направления, указанный отражатель может представлять собой часть цилиндра, которая покрывает угол α более 180°, а предпочтительно более 240°, в плоскости сечения, перпендикулярной направлению 200 рабочего хода. Радиус кривизны вторичного отражателя 50 в плоскости сечения, перпендикулярной направлению рабочего хода, предпочтительно находится в диапазоне от 70 мм до 160 мм. Длина электрических ламп 42 инфракрасного излучения и вторичного отражателя 50, измеренная параллельно направлению 200 рабочего хода, предпочтительно превышает 80 см.

[0045] На входе 38 и на выходе 40 зоны 28 нагрева нагревательного устройства предусмотрены направляющие 52 для обеспечения направления рельса 12 в зоне 28 нагрева. В этом предпочтительном варианте осуществления участок рельса 12, проходящий через зону 28 нагрева, приподнят, т.е. расположен выше в вертикальном направлении на расстоянии от его конечного положения в конце процесса укладки. Сам нагревательный модуль 34 может содержать один или более исполнительных механизмов 54 или пассивный механизм позиционирования для обеспечения его правильного позиционирования относительно рельса 12 и для компенсации отклонения при позиционировании транспортного средства 16 нагревательных блоков 36 относительно требуемой траектории пути. Направляющие 52 предпочтительно содержат ролики, которые катятся по рельсу 12 и, если применимо, поддерживают нагревательный модуль 34.

[0046] Датчики 56 температуры расположены на входе 38 зоны 28 нагрева, внутри зоны 28 нагрева и на выходе 40 зоны 28 нагрева и, если применимо, непосредственно вблизи зоны 30 фиксации. Указанные датчики 56 температуры подключены к блоку управления 58, показанному на фиг. 5, который также принимает сигналы других датчиков 60, например: датчика скорости транспортного средства 16 нагревательных блоков 36, датчика скорости рельса, подлежащего фиксации, датчика температуры окружающей среды, датчика атмосферного давления и/или датчика влажности окружающей среды. Таким образом, блок 58 управления выполнен с возможностью измерения, оценки или вычисления одного или более из следующих параметров: температуры участка рельса, подлежащего фиксации перед нагревом, температуры участка рельса, подлежащего фиксации после нагрева, температуры участка рельса, подлежащего фиксации во время нагрева, температуры окружающей среды, скорости перемещения транспортного средства нагревательных блоков 16, скорости перемещения рельса относительно нагревательного устройства, количества тепла, передаваемого участку рельса, нагревательным устройством.

[0047] Кроме того, блок 58 управления хранит в запоминающем устройстве заданное значение температуры, которая может быть получена или запрограммирована, и представляет собой температуру «предварительной нейтрализации» для достижения температуры «нейтрализации», которую необходимо обеспечить в зоне 30 фиксации, что позволяет, если применимо, определять отклонение между заданной температурой и измеренной температурой участка рельса, подлежащего фиксации, перед нагревом, отклонение между заданной температурой и измеренной температурой участка рельса, подлежащего фиксации, после нагрева, или отклонение между заданной температурой и измеренной температурой участка рельса, подлежащего фиксации, во время нагрева.

[0048] И наконец, блок 58 управления подключен к источнику 62 питания (источнику напряжения или источнику переменного или постоянного тока), который связан с устройством 64 для модуляции, выполненным с возможностью модуляции мощности электропитания электрических ламп 42 инфракрасного излучения.

[0049] Таким образом, можно относительно непрерывно модулировать электрическую мощность каждой электрической лампы 42 инфракрасного излучения в некотором диапазоне относительно номинального значения, например, от 10% до 100% максимального значения, изменяя амплитуду и/или частоту тока и/или напряжения питания на устройстве 58 для модуляции. Вне этого диапазона модуляции большие вариации могут быть получены путем полного выключения некоторых ламп 42 или всего нагревательного блока 36.

[0050] Когда транспортное средство 16 нагревательных блоков 36 продвигается в направлении 100 укладки, рельс 12, подлежащий фиксации, перемещается по отношению к нагревательному устройству 28 в противоположном направлении и направляется таким образом, что в каждый момент времени приподнятый участок 12 рельса, подлежащего фиксации, проходит через зону 28 нагрева. Если применимо, положение нагревательного модуля 34 регулируют с помощью исполнительных механизмов 54 или механизма позиционирования. Обеспечивают, чтобы электрические лампы 42 инфракрасного излучения находились вблизи участка 12 рельса, подлежащего фиксации, предпочтительно на расстоянии менее 20 см, предпочтительно менее 10 см, но без соприкосновения.

[0051] Таким образом, обеспечивают, чтобы в каждый момент времени и в зависимости от продвижения транспортного средства 16 нагревательных блоков 36 участок 12 рельса, подлежащий фиксации, проходил через зону 28 нагрева, в которой он нагревается нагревательным блоком 36 перед выходом из зоны 28 нагрева и транспортировкой по направлению к зоне 30 фиксации, в которой его укладывают на шпалы 10 железнодорожного пути.

[0052] Блок 54 управления определяет с помощью алгоритма вычисления и на основе всех или некоторых из упомянутых выше параметров количество электрических ламп 42 инфракрасного излучения и/или электрическую мощность, необходимую для нагрева рельса 12, подлежащего фиксации.

[0053] Посредством концентрации инфракрасного излучения в ближней инфракрасной области спектра таким образом, чтобы оно находилось в области высокого поглощения излучения рельсом, и размещения вторичного отражателя таким образом, чтобы обеспечить отражение по меньшей мере 50% непоглощенного излучения по направлению к зоне нагрева, обеспечено значительное повышение мощности устройства. Размещение ламп инфракрасного излучения на небольшом расстоянии от центральной оси зоны нагрева и вокруг зоны нагрева позволяет ограничить передачу тепла за счет конвекции.

[0054] Перемещение транспортного средства нагревательных блоков в направлении укладки предпочтительно осуществляют без остановки со скоростью, которая на практике превышает 30 мм/с, предпочтительно превышает 100 мм/с.

[0055] Конечно, аспекты, показанные на чертежах и рассмотренные выше, представлены исключительно в качестве примера и не являются ограничивающими.

[0056] Каждая из электрических ламп может содержать более одной нити накала. В частности, могут быть использованы электрические лампы инфракрасного излучения, называемые сдвоенными, которые состоят из двух соединенных между собой трубок и общего первичного отражателя, как показано на фиг. 6.

[0057] Вторичный отражатель может быть расположен на том же расстоянии от центральной оси зоны нагрева, что и лампы, и может проходить между лампами таким образом, чтобы вместе с первичными отражателями образовывать квазинепрерывную отражающую поверхность, за пределы которой не может выходить излучение. Для этой цели может быть применен вторичный отражатель 50, в стенке которого имеются вырезы 150 для установки электрических ламп 42 инфракрасного излучения, как показано на фиг. 7. В качестве альтернативы может быть использован вторичный отражатель 50, в стенке которого образованы углубления 250, например, путем вырубки или штамповки, предназначенные для размещения электрических ламп 42 инфракрасного излучения, как показано на фиг. 8.

[0058] Количество электрических ламп 42 инфракрасного излучения и их расположение в каждом нагревательном блоке 36 может отличаться. В частности, можно использовать приподнятие участка рельса 12, проходящего через зону 28 нагрева, для ориентирования по меньшей мере части теплового излучения таким образом, чтобы достичь нижней поверхности рельса, как показано на фиг. 7 и 8. В этом отношении приведены некоторые положения. Кроме того, предпочтительно применять множество нагревательных блоков 36, расположенных в ряд в продольном направлении перемещения транспортного средства, как показано на фиг. 3, или даже множество нагревательных модулей 34, как показано на фиг. 2, для обеспечения постепенного нагрева в несколько ступеней или для достижения большей мощности нагрева. Нагревательные модули 34, расположенные в ряд, могут быть размещены непосредственно рядом друг с другом или разделены изотермическими изолирующими участками. Они также могут быть разделены участками открытого воздуха.

[0059] Транспортное средство для нагревательного модуля может представлять собой вагон 16 рабочего поезда 4. Оно также может представлять собой автономное транспортное средство на колесах или гусеницах, выполненное с возможностью перемещения по пути.

[0060] Если применимо, только некоторые из электрических ламп 42 инфракрасного излучения могут быть оборудованы устройством 64 для модуляции.

[0061] Кроме того, возможно обеспечить, чтобы устройства 64 для модуляции работали не равномерно, а работали в режиме «полная мощность/выключение», выключая или включая электрические лампы 42 инфракрасного излучения в соответствии с необходимостью. Кроме того, может быть предусмотрен импульсный режим работы, при котором некоторые из электрических ламп 42 инфракрасного излучения светятся с некоторой периодичностью. Кроме того, может быть предусмотрено шарнирное крепление нагревательных блоков 36, позволяющее быстрого перемещать их в направлении от зоны 28 нагрева, когда требуется уменьшить количество тепла, подаваемого на рельс 12, подлежащий укладке.

[0062] Благодаря очень малому времени отклика электрических ламп 42 инфракрасного излучения способ согласно настоящему изобретению может быть реализован не только для выполнения предварительной тепловой нейтрализации, но также для непосредственной точной тепловой нейтрализации.

[0063] Направление 200 рабочего хода рельса 12 в зоне 28 нагрева может быть немного наклонным по отношению к направлению 100 укладки, при этом оставаясь в основном параллельным вертикальной продольной плоскости.

[0064] В одном варианте операцию нагрева рельса 12, подлежащего фиксации, могут осуществлять, когда рельс 12, подлежащий фиксации, уже уложен на шпалы.

[0065] Режим нагрева рельсов, который был описан выше для обновления железнодорожного пути, замены рельсов также применяется при обновлении пути с заменой старых рельсов или для первой укладки.

Изобретение относится к области обслуживания верхнего строения железнодорожного пути, в частности, к передвижным устройствам нагрева рельса. Устройство содержит нагревательный модуль с зоной нагрева и источником теплового излучения и транспортное средство для его перемещения. Источник направлен к зоне нагрева. Нагревательный блок содержит электрические лампы инфракрасного излучения и первичный отражатель. Отражатель направляет излучение к зоне нагрева. Нагревательный блок также содержит вторичный отражатель, который возвращает в зону нагрева отраженные от рельса лучи. Обеспечивается достаточная мощность нагрева рельсовых плетей. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Передвижное устройство для нагрева рельса (12) железнодорожного пути (2), содержащее: по меньшей мере один нагревательный модуль (34), содержащий по меньшей мере одну зону (28) нагрева и по меньшей мере один источник (46) теплового излучения, который ориентирован по направлению к зоне (28) нагрева; и транспортное средство (16) для транспортировки нагревательного модуля (34), которое выполнено с возможностью перемещения по железнодорожному пути (2) в направлении (100) укладки таким образом, чтобы в каждый момент времени участок рельса (12) железнодорожного пути (2), не зафиксированный на шпале (8, 10) железнодорожного пути (2), проходил через зону (28) нагрева в направлении (200) рабочего хода; причем нагревательный модуль содержит по меньшей мере один нагревательный блок (36), отличающееся тем, что нагревательный блок (36) содержит множество электрических ламп (42) инфракрасного излучения, которые распределены по периферии зоны (28) нагрева и ориентированы по направлению к зоне (28) нагрева, причем каждая из электрических ламп (42) инфракрасного излучения содержит по меньшей мере один источник (46) излучения, который выполнен с возможностью испускания инфракрасного излучения, имеющего максимальную спектральную плотность распределения мощности для длины волны менее 2 мкм, и по меньшей мере один первичный отражатель (48), который ориентирован таким образом, чтобы отражать инфракрасное излучение, испускаемое источником (46) излучения, по направлению к зоне (28) нагрева, причем источник (46) излучения расположен между первичным отражателем (48) и зоной (28) нагрева, непосредственно напротив зоны (28) нагрева, а нагревательный блок (36) дополнительно содержит вторичный отражатель (50), имеющий вогнутую отражающую поверхность, окружающую зону (28) нагрева, и выполненный с возможностью возврата отраженных лучей, проходящих между электрическими лампами (42) инфракрасного излучения, по направлению к зоне (28) нагрева.

2. Передвижное нагревательное устройство (32) по п. 1, отличающееся тем, что электрические лампы инфракрасного излучения являются трубчатыми и ориентированы параллельно направлению (200) рабочего хода.

3. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что в поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной направлению рабочего хода, отражающая поверхность вторичного отражателя (50) имеет поперечное сечение в форме круговой дуги, имеющей угол более 180°, предпочтительно более 240°, или круглое сечение.

4. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что в поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной направлению рабочего хода, отражающая поверхность вторичного отражателя (50) имеет радиус кривизны менее 160 мм, предпочтительно менее 120 мм и более 70 мм, предпочтительно более 100 мм.

5. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что отражающую поверхность вторичного отражателя (50) изготавливают из полированного алюминия, серебра или золота.

6. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первичный отражатель (48) каждой из электрических ламп (42) инфракрасного излучения изготавливают из серебра или золота.

7. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первичный отражатель (48) каждой из электрических ламп (42) инфракрасного излучения имеет параболическую форму или же форму эллиптической или круговой дуги в поперечном сечении в плоскости сечения, перпендикулярной направлению (200) рабочего хода.

8. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что максимальная спектральная плотность распределения мощности наблюдается для длины волны более 0,7 мкм.

9. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что количество электрических ламп (42) инфракрасного излучения больше 2, предпочтительно больше 4.

10. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что вторичный отражатель (50) окружает электрические лампы (42) инфракрасного излучения.

11. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что вторичный отражатель (50) проходит между электрическими лампами (42) инфракрасного излучения.

12. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что транспортное средство (16) нагревательного модуля (34) содержит средства подъема участка рельса (12), расположенного в зоне (28) нагрева, по отношению к железнодорожному пути (2), а также средства позиционирования участка рельса (12) после подвода тепла на шпалах (10) железнодорожного пути (2) и для фиксации участка рельса на шпалах.

13. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что нагревательный модуль (34) содержит по меньшей мере два нагревательных блока (36), которые выровнены в направлении (200) рабочего хода, образуя зону (28) нагрева.

14. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что нагревательный модуль содержит направляющие (52) для обеспечения направления участка рельса (12) в зоне нагрева направляемого нагревательного модуля, причем указанные направляющие предпочтительно содержат ролики, которые катятся по участку рельса.

15. Передвижное нагревательное устройство (32) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что источник (46) излучения выполнен с возможностью испускания излучения в инфракрасной области спектра, имеющего максимальную спектральную плотность распределения мощности для длины волны менее 1,4 мкм, предпочтительно менее 1,2 мкм.