СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗЛОМОВ И ДЕФЕКТОВ В РЕЛЬСАХ Российский патент 2025 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к способам контроля излома рельсов и выявления в них дефектов на электрифицированных участках железных дорог.

Известно устройство для автоматического контроля излома рельсов на электрифицированных железных дорогах (патент RU №2795528 С1, МПК B61L 23/04, B61K 9/00, опубл. 04.05.2023, Бюл. №13), подключаемое к рельсовым нитям и содержащее элемент сравнения, сумматор, два пороговых элемента, делитель напряжений, дифференцирующее устройство и блок фиксации излома рельса, два датчика тока в рельсовых нитях, два усилителя, элемент с зоной нечувствительности, замыкающий и размыкающий электронные ключи. Установленные на рельсах датчики тока через собственные усилители подключены к входам элемента сравнения и сумматора. Сигнал с выхода сумматора дополнительно подается через элемент с зоной нечувствительности и пороговый элемент на управляющий вход размыкающего электронного ключа. Сигнал с выхода дифференцирующего устройства подается на блок фиксации излома рельса через замыкающий и размыкающий электронные ключи, а управляющий вход замыкающего электронного ключа соединен с выходом делителя напряжений через дифференцирующее устройство и другой пороговый элемент.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности определения точного местоположения излома, а также невозможность прогнозирования места его появления, то есть выявления дефектов в рельсах, которые и могут привести к излому.

Известен способ электромагнитной дефектоскопии рельсов (авторское свидетельство SU №1516944 А1, МПК G01N 27/83, опубл. 23.10.1989, Бюл. №39), заключающийся в том, что контролируемый участок рельса намагничивают полем электромагнита, измеряют величину поля рассеяния над рельсом в двух точках между полюсами электромагнита и по величинам полей рассеяния определяют наличие дефекта. Намагничивание рельса выполняют линейно изменяющимся магнитным полем, определяют зависимость величины отношения разности измеряемых величин полей рассеяния к меньшему из них от величины намагничивающего поля, а наличие дефекта определяют по перемене знака этой зависимости.

Недостатком данного известного способа является низкая обнаруживающая способность, обусловленная низкой степенью намагничивания рельса из-за сложности обеспечения минимального зазора П-образного электромагнита с рельсом и малым межполюсным расстоянием, особенно при высоких скоростях дефектоскопии. Увеличение межполюсного расстояния в П-образном электромагните энергетически нецелесообразно из-за наличия технологических зазоров и возрастания массогабаритных характеристик.

Известна дефектоскопная тележка для совмещенного магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути (патент RU №2225308 С2, МПК В61К 9/08, G01N 29/04, опубл. 10.03.2004, Бюл. №7), включающая раму, опирающуюся на колесные пары, и магнитную систему с намагничивающими катушками. При этом намагничивающие катушки расположены соосно на осях колесных пар тележки с минимальными радиальными и торцевыми зазорами посредством комбинированных гидродинамических опор с газостатической системой компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли, с фиксацией опор от проворота реактивными тягами. Система ультразвукового контроля размещена между колесными парами.

Недостатком данного устройства для совмещенного магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути является высокая сложность и дороговизна специальной тележки.

Известно мобильное устройство для контроля рельсового пути (патент №2266225 С1, МПК В61К 9/08, Е01В 35/00, опубл. 20.12.2005, Бюл. №35), содержащее транспортное средство, на раме которого закреплена дефектоскопная тележка с пневматической и ручной системой ее подъема в транспортное положение. В следящей лыже, закрепленной на раме дефектоскопной тележки, установлен блок преобразователей устройства ультразвукового контроля. Мобильное устройство также снабжено пневматической системой принудительного прижима дефектоскопной тележки к рельсам, выполненной с возможностью регулировки величины силы прижима по вертикальной оси, и устройством поперечной стабилизации, состоящей из роликовой каретки с упруго демпферной опорой. На осях колесных пар дефектоскопной тележки размещены и соединены между собой последовательно намагничивающие катушки устройства магнитного контроля, индуктивный датчик которого установлен за блоком преобразователей в задней части следящей лыжи относительно направления движения дефектоскопной тележки. Намагничивающие катушки установлены на подшипниках и расположены в защитном кожухе, закрепленном на раме дефектоскопной тележки. Корпус блока преобразователей, защитный кожух и рама дефектоскопной тележки выполнены из немагнитного материала. Колеса дефектоскопной тележки установлены с возможностью их независимого вращения.

Недостатком известного мобильного устройства является высокая сложность и дороговизна специальных тележек.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ магнитной дефектоскопии рельсов, реализуемый с помощью устройства магнитной дефектоскопии рельсов (патент RU 2634806 С1, МПК G01N 27/83, опубл. 3.11.2017, Бюл. №31), содержащего электромагнитные катушки, установленные на осях колесных пар соседних вагонов и возбуждающие постоянный магнитный поток на участках рельса, расположенных между пятнами контакта колесных пар с рельсом, и датчики аномалий магнитного поля, установленные на указанных участках рельсов. Работа устройства магнитной дефектоскопии рельсового пути очевидна. Высокоскоростной состав с заданной скоростью перемещается по рельсовому пути. Электромагнитные катушки, установленные на осях колесных пар соседних вагонов, возбуждают постоянный магнитный поток на участках рельса, расположенных между пятнами контакта колесных пар с рельсом. Датчики аномалий магнитного поля, установленные на указанных участках рельсов, воспринимают аномалии магнитного поля: дефекты рельсового пути и конструктивные элементы (стрелки, стыки, сварные швы и т.п.).

Недостатком данного способа, реализуемого с помощью известного устройства магнитной дефектоскопии рельсов, является утечка магнитного потока через автосцепку вагонов, так как выполнение ее из немагнитных материалов требует дополнительных затрат, как и размещение питающего оборудования на вагонах для питания намагничивающих катушек.

Технической задачей заявленного изобретения является создание способа, позволяющего выявлять изломы и диагностировать дефекты по всему сечению рельса с большой периодичностью, на повышенных скоростях и без использования технологических окон.

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности исключения использования намагничивающего элемента.

Данный технический результат достигается за счет регистрации магнитного поля, создаваемого обратным тяговым током.

Для решения технической задачи и достижения технического результата в способе обнаружения изломов и дефектов в рельсах, согласно которому измеряют величину магнитного поля, согласно изобретению, используют датчики для измерения величины магнитного поля, создаваемого обратным тяговым током, которые закреплены на тележке электровоза непосредственно над рельсами, а также дифференциальный усилитель, предназначенный для вычитания сигналов от двух датчиков для измерения величины магнитного поля и усиления разностного сигнала, при этом в качестве регистрирующего устройства применяют промышленный компьютер с возможностью аналого-цифрового преобразования, отображения и хранения результатов измерений для дальнейшей обработки в центре диагностики и мониторинга, причем дифференциальный усилитель и регистрирующее устройство располагают в кабине электровоза.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже приведена схема способа обнаружения изломов и дефектов в рельсах.

Схема включает датчики для измерения величины магнитного поля 1 и 2, которые закреплены на тележке электровоза непосредственно над рельсами и соединены проводами с дифференциальным усилителем 3, подключенным проводом к регистрирующему устройству 4. С целью исключения воздействия окружающей среды дифференциальный усилитель 3 и регистрирующее устройство 4 размещены в кабине электровоза.

По сравнению с известными аналогами в заявленном способе не использован намагничивающий элемент.

Пример осуществления способа обнаружения изломов и дефектов в рельсах

Датчики для измерения величины магнитного поля 1 и 2 закрепляют на тележке электровоза непосредственно над рельсами. В кабине электровоза располагают дифференциальный усилитель 3 и регистрирующее устройство 4.

Измеряют величину магнитного поля, используя датчики для измерения величины магнитного поля 1 и 2, создаваемого обратным тяговым током, а также дифференциальный усилитель 3, предназначенный для вычитания сигналов от двух датчиков для измерения величины магнитного поля 1 и 2 и усиления разностного сигнала. В качестве регистрирующего устройства 4 применяют промышленный компьютер с возможностью аналого-цифрового преобразования, отображения и хранения результатов измерений для дальнейшей обработки в центре диагностики и мониторинга.

Изменение магнитного поля вокруг рельса может быть связано как с конструктивными элементами рельсового пути, например, болтовыми и сварными стыками, рельсовыми подкладками, так и изменением однородности металла, то есть появлением в рельсах дефектов, трещин или изломов. Размещение датчиков для измерения величины магнитного поля 1 и 2 на тележках локомотивов позволяет значительно повысить периодичность диагностирования рельсов. Обнаружение датчиками 1 и 2 изменения магнитного поля вокруг рельса позволяет диагностировать дефекты и выявлять изломы в рельсах.

Обратный тяговый ток электровоза растекается по рельсовой линии в обе стороны от него. При движении электровоза его тележка движется по рельсам, при этом датчики для измерения величины магнитного поля 1 и 2 находятся в магнитном поле, создаваемом обратным тяговым током. На выходе датчиков для измерения величины магнитного поля 1 и 2, расположенных на тележке электровоза непосредственно над рельсами, возникает напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля. При прохождении датчиков 1 и 2 над дефектом или изломом рельса напряженность магнитного поля изменяется. Соответственно, будет изменяться значение напряжения на выходе датчиков. Результирующее напряжение подается на дифференциальный усилитель 3, а затем на регистрирующее устройство 4.

При отсутствии дефектов и изломов в рельсе величина тягового тока, а значит и магнитное поле вокруг каждого рельса в зоне датчиков 1 и 2, будут иметь одинаковые значения.

При появлении излома или дефекта в рельсе на выходе дифференциального усилителя 3 появляется результирующий сигнал, равный разнице напряжений на выходе датчиков для измерения величины магнитного поля 1 и 2. Затем этот сигнал поступает на регистрирующее устройство 4. Форма и величина сигнала позволяют сделать заключение о месте дефекта и его размерах.

Заявленный способ обнаружения изломов и дефектов в рельсах даст возможность повысить периодичность диагностирования рельсов, своевременно выявлять дефекты, заменять сильно поврежденные рельсы и, таким образом, повысить безопасность движения поездов. Анализ магнитного поля, создаваемого обратным тяговым током, позволяет отказаться от дорогостоящих и массогабаритных намагничивающих рельсы устройств, используемых в средствах магнитной дефектоскопии, а обнаружение заявленным способом изменения магнитного поля вокруг рельса позволяет сделать вывод о наличии дефекта или излома в рельсах.

Использование: для обнаружения изломов и дефектов в рельсах. Сущность изобретения заключается в том, что используют датчики для измерения величины магнитного поля, создаваемого обратным тяговым током, которые закреплены на тележке электровоза непосредственно над рельсами, а также дифференциальный усилитель, предназначенный для вычитания сигналов от двух датчиков для измерения величины магнитного поля и усиления разностного сигнала, при этом в качестве регистрирующего устройства применяют промышленный компьютер с возможностью аналого-цифрового преобразования, отображения и хранения результатов измерений для дальнейшей обработки в центре диагностики и мониторинга, причем дифференциальный усилитель и регистрирующее устройство располагают в кабине электровоза. Технический результат: обеспечение возможности исключения использования намагничивающего элемента. 1 ил.

Способ обнаружения изломов и дефектов в рельсах, согласно которому измеряют величину магнитного поля, отличающийся тем, что используют датчики для измерения величины магнитного поля, создаваемого обратным тяговым током, которые закреплены на тележке электровоза непосредственно над рельсами, а также дифференциальный усилитель, предназначенный для вычитания сигналов от двух датчиков для измерения величины магнитного поля и усиления разностного сигнала, при этом в качестве регистрирующего устройства применяют промышленный компьютер с возможностью аналого-цифрового преобразования, отображения и хранения результатов измерений для дальнейшей обработки в центре диагностики и мониторинга, причем дифференциальный усилитель и регистрирующее устройство располагают в кабине электровоза.