Способ диагностики скреплений железнодорожного пути Российский патент 2023 года по МПК B61K9/08 

Заявляемое решение относится к диагностике пути, а именно к оценке состояния пути в процессе измерений и технических осмотров с целью выявления повреждений и определения технического состояния объектов железнодорожного пути, в частности промежуточных железнодорожных рельсовых скреплений.

Известны способы контроля состояния промежуточных скреплений в пути, например, с использованием диагностических комплексов, используемых ОАО «РЖД»: «ЭРА», «ИНТЕГРАЛ» и ручного путеизмерителя (РПИ) - аналоги.

Диагностические комплексы «ЭРА» и «ИНТЕГРАЛ» осуществляют видеофиксацию, оценку состояния шпал и скреплений при уширении колеи за счет отжатий рельсов более заданного порога в автоматизированном режиме и предоставление результатов в виде отчетной ведомости. Ручной путеизмеритель - РПИ осуществляет видеопротоколирование. Результаты контроля вышеуказанными способами позволяют определять состояние скреплений, выявлять отступления от норм устройства рельсовой колеи, анализируя информацию, полученную в результате работы систем видеонаблюдения. Однако, недостатком использования данных решений является низкая точность и достоверность результатов измерений, ввиду субъективности оценки отступлений и расстройств пути.

Известен, используемый ОАО «РЖД» нагрузочный поезд СПМ 18, который в автоматическом режиме при проходе по железнодорожным путям определяет величину деформации узла рельсового скрепления - прототип.

Недостатком использования нагрузочного поезда СПМ 18 является невозможность обработки полученных данных о разнице отметок верха головки рельса и верха шпалы при прохождении нагруженной платформы и данных при прохождении ненагруженной платформы данного комплекса. Отметки измерительная система фиксирует, но отсутствует механизм пересчета деформаций в текущий момент затяжки.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение точности и достоверности определения текущего момента затяжки прикрепителей в пути, а следовательно, состояний промежуточных скреплений железнодорожного пути, угрожающих безопасности движения, нарушающих установленный ход перевозочного процесса или требующих неотложных, а также плановых профилактических работ.

Указанный технический результат, достигается тем, что в способе диагностики скреплений железнодорожного пути измеряют деформацию узла промежуточного рельсового скрепления с использованием данных прохода нагрузочного комплекса, причем до начала измерений осуществляют тарировку промежуточных рельсовых скреплений одного вида на участке измерений, затем измеряют величины деформации узла промежуточного рельсового скрепления ΔДскр, возникающие от воздействия на него нагруженной и ненагруженной платформы нагрузочного комплекса, после чего для каждого вида промежуточных рельсовых скреплений на участке измерения в зависимости от величины деформации узла промежуточного рельсового скрепления ΔДскр определяют состояние затяжки прикрепителей и сравнивают его с нормативным значением состояния затяжки для определенного вида промежуточных рельсовых скреплений, причем деформацию промежуточного рельсового скрепления ΔДскр определяют с учетом разницы величин просадки рельса относительно шпалы при прохождении нагруженной и ненагруженной платформы нагрузочного комплекса.

Способ, характеризующийся тем, что функциональное состояние промежуточных рельсовых скреплений КБ-65, ЖБР-65Ш, ЖБР-65 определяют по значению момента затяжки прикрепителей.

Способ, в котором функциональное состояние промежуточного рельсового скрепления АРС 4 определяют по положению монорегулятора.

Способ, характеризующийся тем, что функциональное состояние затяжки промежуточных рельсовых скреплений Мр может быть определено из выражения:

Мр=[а-b*(α*ΔДскр)+с*(α*ΔДскр)²-d*(α*ΔДскр)³]*β,

где a, b, c, d - коэффициенты к функции;

ΔДскр - деформация скрепления мм.

α - размерная единица, равная 1 мм^-1;

β - размерная единица, равная 1 Н*м;

ΔДскр - деформация скрепления, определяемая как разница значений деформации скрепления из результатов измерений при прохождении нагрузочного комплекса от нагруженной и ненагруженной платформ.

Способ, в котором в качестве нагрузочных комплексов могут использовать СПМ-18 или СМ 460.

Способ, в котором определяют разницу измерений просадки рельса относительно шпалы, при вертикальной нагрузке от нагруженной 230 кН/ось и ненагруженной 100 кН/ось платформ.

В заявляемом решении предлагается с помощью имеющегося оборудования в результате определения разницы измерений просадки рельса относительно шпалы, например, при вертикальной нагрузке от нагруженной 230 кН/ось и ненагруженной 100 кН/ось платформ, определять расчетную величину состояния затяжки прикрепителя промежуточных рельсовых скреплений. Предлагается для реализации автоматизированного контроля состояния скреплений в пути использовать данные прохода нагрузочных поездов типа СПМ-18 и их аналогов, которые в автоматическом режиме определяют величину деформации узла рельсового скрепления. Возможно также использование диагностического комплекса СМ460 производства ЗАО "НПФ "Спецмаш" - Комплексная лаборатория инженерно-геологического обследования земляного полотна железнодорожного пути (ЛИГО), созданная на базе одного из агрегатов БЖРК и предназначена для оценки состояния главных ходов, сертификации существующих и вновь вводимых, в том числе скоростных магистралей по несущей способности и деформативности и др. Более подробно в заявке рассмотрен нагрузочный комплекс (поезд) СПМ-18. При обработке данных, полученных от нагрузочного поезда, определив переходные функции «деформация узла рельсового скрепления - состояние затяжки прикрепителя», можно в автоматическом режиме и с высокой достоверностью и производительностью проводить оценку удерживающей способности рельсовых скреплений на участках большой протяженности, в том числе и для бесстыкового пути. Измерительная система, предназначенная для измерения упругой деформации от поездной нагрузки как пути в целом, так и его составляющих - подшпального основания и рельсовых скреплений, непрерывно по длине пути в составе диагностического комплекса СПМ-18 обеспечивает измерения в реальном времени:

• упругой осадки подшпального основания пути;

• упругой осадки подрельсового основания пути;

• деформации скреплений.

Допустимая скорость обследования диагностическим комплексом СПМ-18 до 40 км/ч.

Заявляемый технический результат достигается следующими действиями:

- На основе существующего способа оценки состояния пути по результатам проходов нагрузочных поездов, например, СПМ-18 и СМ-460 разработан способ оценки состояния затяжки прикрепителей промежуточных рельсовых скреплений по разнице величин деформаций скреплений от воздействия нагруженной и ненагруженной платформы, с применением данных, получаемых нагрузочными комплексами.

- В качестве основного критерия оценки принята разница деформаций узла промежуточного рельсового скрепления от воздействия нагруженной и ненагруженной платформы. Значения критериев разработаны на основе зависимостей нагрузочно-деформационных характеристик промежуточного рельсового скрепления от его удерживающей способности.

- На основе данных лабораторных испытаний, полученных на гидравлическом прессе, и расчетов, определяют функциональные зависимости состояния затяжки прикрепителей от величины деформации рассмотренных скреплений, например, КБ-65, ЖБР-65Ш, ЖБР-65 и АРС-4. Функциональные зависимости состояния затяжки прикрепителей от величины деформации были получены на основе применения теории аппроксимации кривых.

Функциональное состояние затяжки скрепления Мр может быть определено, например, из функции вида:

Мр=[а-b*(α*ΔДскр)+с*(α*ΔДскр)²-d*(α*ΔДскр)³]*β,

где:

a, b, c, d - коэффициенты к функции;

ΔДскр - деформация скрепления мм.

α - размерная единица, равная 1 мм^-1;

β - размерная единица, равная 1 Н*м.

Коэффициенты a, b, с, d зависят от типа скрепления, характеристик материала прокладок и упругости клемм, определяются путем обработки данных от приложенной вертикальной силы нагруженной и ненагруженной платформы к узлу скрепления с данными разницы отметок, получаемых на узле скрепления путем разницы верха головки рельса и верха поверхности шпалы. Для формирования функциональной зависимости производится тарировка нагрузочного комплекса на каждый тип скрепления путем фиксированной затяжки скреплений на звене с шагом в 50 Нм, либо фиксированном положении монорегулятора для скрепления АРС-4 при каждом проходе нагрузочного комплекса.

ΔДскр - деформация скрепления, определяемая как разница значений деформации скрепления из результатов измерений при прохождении нагрузочного комплекса от нагруженной и ненагруженной платформ - например, для нагрузочного поезда СПМ-18 нагруженной 230 кН/ось и ненагруженной 100 кН/ось.

Для определения расчетного состояния затяжки прикрепителей в пути, например, с помощью нагрузочного поезда СПМ-18, необходимо учитывать особенность измерительной системы поезда, состоящей из 2 платформ с нагрузкой на путь 100 кН/ось (ненагруженный) и 230 кН/ось (нагруженный). Для нагрузочного поезда СПМ-18 определять значения расчетных моментов затяжки прикрепителей в пути, необходимо согласно функции расчетных моментов для рассматриваемого типа скреплений, в зависимости от разницы величин деформации скрепления при воздействии нагрузок платформ на узел одного скрепления 117,5 кН и 50 кН.

Чтобы определить значения расчетных моментов затяжки прикрепителей в пути, необходимо найти функции расчетных Мр для рассмотренных скреплений при разнице нагрузки от платформ на узел одного скрепления 117,5 кН и 50 кН.

Основным исходным параметром измерений является ΔДскр - разница значений деформации скрепления из результатов испытаний при вертикальной силе 50 кН и 117,5 кН на каждое скрепление, (т.е. 100 кН и 235 кН для двух скреплений одной шпалы) ее величина определяется из разницы отметки рельса и отметки верха шпалы, при прохождении нагруженной и ненагруженной платформы нагрузочного комплекса СПМ-18.

Т.к. величины деформации для различных видов скреплений из-за различия материалов и элементов конструкции будут иметь различные значения, чтобы определить значения расчетных функциональных состояний затяжки прикрепителей в пути, необходимо найти функции расчетных моментов для рассмотренных типов скреплений при разнице вертикальной нагрузки от платформ 235 кН и 100 кН.

Так как для скреплений типа КБ-65, ЖБР 65 и ЖБР65Ш показателем функционального состояния промежуточных скреплений является величина момента затяжки, а для скрепления АРС 4 - положение монорегулятора, то функция вида Мр будет иметь для каждого из них свои значения - для скреплений КБ-65, ЖБР-65 и ЖБР-65Ш - Мр будет определять момент затяжки прикрепителей, а для скреплений АРС - положение монорегулятора. Но функция состояния затяжки прикрепителей Мр справедлива для определения функционального состояния всех вышеприведенных видов промежуточных скреплений.

Примеры конкретного выполнения заявляемого решения проиллюстрированы на фиг. 1-4, где на фиг. 1 приведен график обратной зависимости разницы деформации узла скрепления КБ-65 при воздействии вертикальной силы 117,5 кН и 50 кН применительно для нагрузочного поезда СПМ-18; на фиг. 2 - график обратной зависимости разницы деформации узла скрепления ЖБР-65 при воздействии вертикальной силы 117,5 кН и 50 кН применительно для нагрузочного поезда СПМ-18 при различных значениях момента затяжки клеммного крепления; на фиг. 3 - график обратной зависимости разницы деформации узла скрепления ЖБР-65, при воздействии вертикальной силы 117,5 кН и 50 кН, применительно для нагрузочного поезда СПМ-18, при различных значениях момента затяжки клеммного крепления, на фиг. 4 - график обратной зависимости разницы деформации узла скрепления АРС-4 при воздействии вертикальной силы 117,5 кН и 50 кН применительно для нагрузочного поезда СПМ-18 при различном положении монорегулятора.

С целью оценки текущего состояния затяжки прикрепителя для различных видов скреплений были определены значения функции для различного типа скреплений:

Скрепление КБ-65

Для скрепления КБ-65 расчетное значение функции при разнице деформаций скреплений от вертикальной нагрузки нагруженных платформ Р=117,5 кН и ненагруженных платформ Р=50 кН определяем по формуле:

Мр=[5542,4-26279*(α*ΔДскр)+43760*(α*ΔДскр)²-24896*(αΔДскр)³]*β,

где Мр - расчетное значение функции состояния затяжки прикрепителя Н*м;

ΔДскр - разница значений деформации скрепления из результатов испытаний при нагрузке от нагруженной и ненагруженной платформ 50 кН и 117,5 кН.

α - размерная единица, равная 1 мм^-1;

β - размерная единица, равная 1 Н*м.

Скрепление ЖБР-65

Для скрепления ЖБР-65 расчетное значение функции при разнице деформаций скреплений от нагрузки платформ Р=117,5 кН и Р=50 кН. определяем по формуле:

Мр=[1590,9-2749,4*(α*ΔДскр)+1184,3*(α*ΔДскр)2]*β,

где Мр - расчетное значение функции состояния затяжки прикрепителя Н*м;

ΔДскр - разница значений деформации скрепления из результатов испытаний при нагрузке от платформ 50 кН и 117,5 кН.

α - размерная единица, равная 1 мм^-1;

β - размерная единица, равная 1 Н*м.

Скрепление ЖБР-65Ш

Для скрепления ЖБР-65Ш расчетное значение функции при разнице деформаций скреплений от нагрузки платформ Р=117,5 кН и Р=50 кН. определяем по формуле:

Мр=[323,21+673,83*(α*ΔДскр)-2540,5*(α*Δскр)²+1550,8*(α*ΔДскр)³]*β,

ΔДскр - разница значений деформации скрепления из результатов испытаний при нагрузке от платформ 50 кН и 117,5 кН, (мм),

α - размерная единица, равная 1 мм^-1;

β - размерная единица, равная 1 Н*м.

Скрепление АРС-4

Для скрепления АРС-4 расчетное значение функции при разнице деформаций скреплений при нагрузке от платформ Р=117,5 кН и Р=50 кН. определяем по формуле:

Мр=[-0,6782-3,641n*(α*ΔДскр)],

где Мр - расчетное положение монорегулятора.

ΔДскр - разница значений деформации скрепления из результатов испытаний при нагрузке от платформ 50 кН и 117,5 кН,

α - размерная единица, равная 1 мм^-1.

Полученные значения Мр сравнивают с нормативными значениями для каждого вида (типа) промежуточных скреплений (Инструкция по содержанию бесстыкового пути ТУ-2000), и на основании сравнения делают вывод о работопрогодности промежуточного скрепления.

Изобретение относится к диагностике пути, а именно к оценке состояния пути в процессе измерений и технических осмотров с целью выявления повреждений и определения технического состояния объектов железнодорожного пути, в частности промежуточных железнодорожных рельсовых скреплений. В способе диагностики скреплений железнодорожного пути измеряют деформацию узла промежуточного рельсового скрепления с использованием данных прохода нагрузочного комплекса. До начала измерений осуществляют тарировку промежуточных рельсовых скреплений одного вида на участке измерений, затем измеряют величины деформации узла промежуточного рельсового скрепления ΔДскр, возникающие от воздействия на него нагруженной и ненагруженной платформы нагрузочного комплекса. После этого для каждого вида промежуточных рельсовых скреплений на участке измерения в зависимости от величины деформации узла промежуточного рельсового скрепления ΔДскр определяют состояние затяжки прикрепителей и сравнивают его с нормативным значением состояния затяжки для определенного вида промежуточных рельсовых скреплений. Деформацию промежуточного рельсового скрепления ΔДскр определяют с учетом разницы величин просадки рельса относительно шпалы при прохождении нагруженной и ненагруженной платформы нагрузочного комплекса. В результате повышается точность и достоверность определения текущего момента затяжки прикрепителей в пути, а следовательно, состояний промежуточных скреплений железнодорожного пути, угрожающих безопасности движения. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ диагностики скреплений железнодорожного пути, заключающийся в том, что измеряют деформацию узла промежуточного рельсового скрепления с использованием данных прохода нагрузочного комплекса, отличающийся тем, что до начала измерений осуществляют тарировку промежуточных рельсовых скреплений одного вида на участке измерений, затем измеряют величины деформации узла промежуточного рельсового скрепления ΔДскр, возникающие от воздействия на него нагруженной и ненагруженной платформы нагрузочного комплекса, после чего для каждого вида промежуточных рельсовых скреплений на участке измерения в зависимости от величины деформации узла промежуточного рельсового скрепления ΔДскр определяют состояние затяжки прикрепителей и сравнивают его с нормативным значением состояния затяжки для определенного вида промежуточных рельсовых скреплений, причем деформацию промежуточного рельсового скрепления ΔДскр определяют с учетом разницы величин просадки рельса относительно шпалы при прохождении нагруженной и ненагруженной платформы нагрузочного комплекса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональное состояние промежуточных рельсовых скреплений КБ-65, ЖБР-65Ш, ЖБР-65 определяют по значению момента затяжки прикрепителей.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональное состояние промежуточного рельсового скрепления АРС-4 определяют по положению монорегулятора.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональное состояние промежуточных рельсовых скреплений Мр определяют из выражения

Мр=[а-b*(α*ΔДскр)+с*(α*ΔДскр)²-d*(α*ΔДскр)³]*β,

где a, b, c, d - коэффициенты к функции;

ΔДскр - деформация скрепления, мм;

α - размерная единица, равная 1 мм^-1;

β - размерная единица, равная 1 Н*м,

при этом деформация скрепления ΔДскр определяется как разница значений деформации скрепления из результатов измерений при прохождении нагрузочного комплекса от нагруженной и ненагруженной платформ.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нагрузочных комплексов используют СПМ-18.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют разницу измерений просадки рельса относительно шпалы при вертикальной нагрузке от нагруженной 230 кН/ось и ненагруженной 100 кН/ось платформ.