СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПОРЦИОНАЛЬНОСТИ Российский патент 2024 года по МПК B61K9/08 E01B35/00 

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна, в частности к неразрушающим методам контроля напряженного состояния участков рельсовых плетей.

Известны способ определения коэффициента пропорциональности, описанные в патентах RU 2521114 C1, RU 2640492 C1 и RU 2743650 C1, включающий определение данного коэффициента по результатам, полученным в лабораторных условиях. Как показали исследования с применением устройств, работа которых основана на применении коэффициента пропорциональности, определенного известным способом, результаты определения температуры закрепления могут быть недостоверны, а в большинстве случаев имеют существенную погрешность, т.к. не были учтены различные факторы механических воздействий, возникающие при реальной эксплуатации рельсовой плети и укладке рельсов, а также, не учитывалась структурная неоднородность рельсовой стали.

Задачей настоящего изобретения является модернизация способа определения напряжений в рельсовой плети для контроля состояния рельсовой плети с целью предотвращения выброса, которая позволит снизить погрешность измерений, тем самым достигнув высокой степени достоверности результатов контроля.

Достигается это способом определения коэффициента пропорциональности для определения напряжений в рельсовой плети, в котором проводят первое измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₁, В) и температуры (Т₁, °С) в заданной точке рельса, затем проводят второе измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₂, В) и температуры рельса (Т₂, °С) в заданной точке рельса и определяют коэффициент пропорциональности в зависимости среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена от напряжения К=(RMS₁ - RMS₂)/(σ₁ - σ₂), где σ₁ (МПа)= α * E * (T_отз – Т₁), а σ₂ (МПа)= α * E * (T_отз – Т₂), где К (В/МПа) - коэффициент пропорциональности для определения напряжений в рельсовой плети, T_отз (°С) - оптимальная температура закрепления рельсовой плети, α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса, измерение температур Т₁ и Т₂ проводят при условии Т₁≠Т₂.

Указанный технический результат достигается устройством, которое обеспечивает измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена и температуры в заданной точке рельса и обеспечивает определение коэффициента пропорциональности для определения напряжений в рельсовой плети, причем обеспечивает проведение первого измерения среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₁) и температуры (Т₁, °С) в заданной точке рельса, затем второго измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₂, В) и температуры рельса (Т₂, °С) в заданной точке рельса и определение коэффициента пропорциональности в зависимости среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена от напряжения К=(RMS₁ - RMS₂)/(σ₁ -σ₂), где σ₁ (МПа)= α * E * (T_отз – Т₁), а σ₂ (МПа)= α * E * (T_отз – Т₂), где К (В/МПа) - коэффициент пропорциональности для определения напряжений в рельсовой плети, T_отз (°С) - оптимальная температура закрепления рельсовой плети, α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса.

Осуществляют заявленное изобретение следующим образом.

С помощью датчиков в заданной точке рельса определяют среднеквадратичную амплитуду шумов Баркгаузена и температуру. Проводят первое измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₁, В) и температуры (Т₁, °С) в заданной точке, затем проводят второе измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₂, В) и температуры рельса (Т₂, °С) в заданной точке и определяют коэффициент пропорциональности в зависимости среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена от напряжения К (В/МПа)=(RMS₁ - RMS₂)/(σ₁-σ₂), где σ₁ (МПа)= α * E * (T_отз – Т₁), а σ₂ (МПа)= α * E * (T_отз – Т₂), затем определяют опорную среднеквадратичную амплитуду шумов Баркгаузена RMSо = RMS₁ - α * E * (T_отз – Т₁) * К, где α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса.

Такое определение коэффициента пропорциональности К позволило получить результаты измерений с меньшей погрешностью с применением устройств, работающих на способах, описанных в патентах RU 2521114 C1, RU 2640492 C1 и RU 2743650 C1.

В рамках настоящей заявки следует понимать возможность введения в способ дополнительных коэффициентов и значений, например, для повышении точности измерений, или эквивалентов как отдельных или части указанных параметров, так и всех параметров, позволяющих реализовать тот же принцип на основе измерений параметров шумов Баркгаузена и температуры. Следует рассматривать заявленный способ как распространяющийся на способы, в которых будет использован предложенный способ как составляющая другого способа и/или как способ, но частично или в целом при других единицах СИ и/или другой системе единиц.

Предложенный способ может быть реализован как в устройстве, размещенном в одном корпусе, так и в системе, подразумевающей распределение функций и/или использование множества устройств, снимающих показания, а также иные параметры, которые в настоящее время не упомянуты в настоящей заявке, но могут быть выявлены как улучшающие точность измерений. Поэтому в рамках настоящей заявки под устройством для реализации способа понимается как устройство в одном корпусе, так и система, в которой функции могут быть распределены различным образом, и которая может включать в себя множество устройств для снятия указанных показаний, так и иных устройств, с которых данные поступают в систему для последующей реализации необходимых функций.

В качестве примера устройства можно привести устройство, которое обеспечивает измерение не менее одного раза среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена и температуры в заданной точке рельса за счет датчиков и последующую обработку полученных данных, а именно определение напряжений в рельсовой плети, включающее определение опорной среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS_о, В) в заданной точке рельса, которая соответствует нейтральному по напряжениям состоянию рельсовой плети после введения ее в оптимальную температуру закрепления (Т_отз, °С) и закрепления рельсовой плети, затем обеспечивает проводение последующих измерений среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена в заданной точке рельса и определение текущую фактическую величину напряжения (σ_фi, МПа) для каждого такого измерения относительно нейтрального состояния на основе разницы текущей среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS_i, В) и опорной среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₁, В) и с учетом коэффициента пропорциональности в зависимости среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена от напряжения К (В/МПа).

Для определения коэффициента пропорциональности измерительного устройства в зависимости среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена от напряжения К устройство обеспечивает проводение первого измерения среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₁) и температуры (Т₁, °С) в заданной точке рельса, затем второго измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₂, В) и температуры рельса (Т₂, °С) в заданной точке рельса и определение коэффициента пропорциональности в зависимости среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена от напряжения К=(RMS₁ - RMS₂)/( σ₁ - σ₂), где σ₁ (МПа)= α * E * (T_отз – Т₁), а σ₂ (МПа)= α * E * (T_отз – Т₂), где α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса.

Устройство обеспечивает определение опорной среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена по формуле RMS_о = RMS₁ - α * E * (T_отз – Т₁) * К, где α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса.

Устройство обеспечивает определение текущей фактической величины напряжения для каждого последующего измерения в заданной точке рельса, после определения опорной среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS_о) по формуле σ_фi (МПа) = (RMS_i – RMS_о)/К.

Устройство обеспечивает проведение последующих измерений , причем в каждом последующем измерении в заданной точке рельса, после определения опорной среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS_о), обеспечивает определение текущей температуры рельса (Т_i, °С) в заданной точке рельса и определение величины текущего температурного напряжения при текущей температуре σ_тi (МПа) =α * E * (Т_отз - Т_i), где α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса, а затем на основе разницы между текущей фактической величиной напряжения (σ_фi) и текущим температурным напряжением (σ_тi) определение отклонений текущей фактической температуры закрепления рельсовой плети в заданной точке рельса по формуле (Т_фтзi)= Т_отз + (σ_тi - σ_фi)/(α * Е) от оптимальной температуры закрепления (Т_отз), где α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса.

Устройство обеспечивает компьютеризированный расчет изменений напряжений по времени.

Устройство обеспечивает обработку указанных данных и, введение и обработку по меньшей мере, данных, связанных с погодными условиями и/или данных, связанных с расположением по меньшей мере участка рельсовой плети.

Устройство обеспечивает определение прогноза состояния рельсовой плети по меньшей мере на заданном участке.

Полученные данные визуализируются, например, на экране устройства, а в оптимальном варианте выдается рекомендуемое действие для конкретного участка рельсовой плети. Таким образом обеспечивается распределение ответственности между ответственными за состояние отдельных участков.

Как другой пример реализации, но не единственно возможный, может быть создана система с удаленной обработкой данных, например, в части осуществлена прогноза. Со множества устройств в ЦОД поступают данные, например, через беспроводную сеть. В ЦОД данные обрабатываются и создается полноценная система мониторинга всей рельсовой цепи с визуализацией на карте участков с различными индикаторами для разных вариантов ситуаций. Такая система позволит не только более полноценно и точно определять критически важные участки, например, расположенные на стыке зон или подвергшиеся, например, естественным геологическим или урбанистическим изменениям (которые в свою очередь могут быть введены в систему как прогнозируемые данные), но и обеспечить дублирующий контроль за отдельными участками (например, в целях мониторинга качества проведенного раскрепления рельсовой цепи).

Однако возможны и другие варианты выполнения устройства для реализации способа, например, как указывалось выше, основанные на применении способов, описанных в патентах RU 2521114 C1, RU 2640492 C1 и RU 2743650 C1.

Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного полотна, в частности к неразрушаемым методам контроля напряженного состояния участков рельсовых плетей. Согласно способу определения коэффициента пропорциональности для определения напряжений в рельсовой плети проводят первое измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₁, В) и температуры (Т₁, °С) в заданной точке рельса, затем проводят второе измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₂, В) и температуры рельса (Т₂, °С) в заданной точке рельса. Далее определяют коэффициент пропорциональности в зависимости среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена от напряжения К=(RMS₁ - RMS₂)/(σ₁ - σ₂), где σ₁ (МПа) = α* E * (T_отз – Т₁), а σ₂ (МПа) = α * E * (T_отз – Т₂), где К (В/МПа) - коэффициент пропорциональности для определения напряжений в рельсовой плети, T_отз (°С) - оптимальная температура закрепления рельсовой плети, α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса. Измерение температур Т₁ и Т₂ проводят при условии Т₁#Т₂. В результате достигается снижение погрешности измерений, повышается достоверность результатов контроля.

Способ определения коэффициента пропорциональности для определения напряжений в рельсовой плети, в котором проводят первое измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₁, В) и температуры (Т₁, °С) в заданной точке рельса, затем проводят второе измерение среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена (RMS₂, В) и температуры рельса (Т₂, °С) в заданной точке рельса и определяют коэффициент пропорциональности в зависимости среднеквадратичной амплитуды шумов Баркгаузена от напряжения К = (RMS₁ - RMS₂)/(σ₁ - σ₂), где σ₁ (МПа) = α * E * (T_отз – Т₁), а σ₂ (МПа) = α * E * (T_отз – Т₂), где К (В/МПа) - коэффициент пропорциональности для определения напряжений в рельсовой плети, T_отз (°С) - оптимальная температура закрепления рельсовой плети, α (1/°С) – коэффициент линейного температурного расширения материала рельса, Е (МПа) – модуль упругости материала рельса, измерение температур Т₁ и Т₂ проводят при условии Т₁ ≠ Т₂.