RU2444024C1 - Apparatus for checking self-magnetisation of insulated rail joint - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: apparatus for checking self-magnetisation of insulated rail joint has housing elements for the structure of the object with a magnetic system over said elements. The housing elements of the structure are sections of rails which form an insulated rail joint. The magnetic system consists of a base on which a magnetic conductor with a magnet, a magnetic needle and a coil are mounted. The magnetic needle and the coil lie in a separate transparent housing over the surface of the head of the rail in the region of the joint, and the magnetic conductor with a magnet is placed above. The coil has a scale for determining the degree of self-magnetisation of the insulated rail joint. Also, the base is made from nonmagnetic material. The inner surface of the base repeats the outer surface of the head of the rail, thereby ensuring tight contact. The magnetic conductor consists of a ferromagnetic core and an electrical coil or a ferromagnetic core and a permanent magnet. The scale of the coil is multi-coloured, where a low degree of magnetisation, average degree of magnetisation and high degree of magnetisation in different zones of the coil, respectively, are in one colour. The magnetic needle is mounted at a height of 20-35 mm from the surface of the head of the rail. The magnetic conductor is mounted at a height of 20-35 mm over the magnetic needle.

EFFECT: possibility of rapid inspection of change in magnetic field strength in an insulated rail joint.

6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, использующим магнитометрию на железных дорогах, в частности измерению напряженности магнитного поля в рельсовых стыках.The invention relates to devices using magnetometry on railways, in particular the measurement of magnetic field strength in rail joints.

Известно явление роста остаточной намагниченности. Если, например, в каком-то месте конструкции действует циклическая нагрузка (такая нагрузка присутствует при прохождении колеса по стыку) и есть внешнее магнитное поле (например, поле Земли), то в этом месте происходит рост остаточной намагниченности. После снятия нагрузки (прохождения состава) обратимая составляющая исчезает, а остается только необратимая составляющая остаточной намагниченности (на этом явлении построена целое направление диагностики материалов Дубов А.А. Диагностика котельных труб с использованием магнитной памяти металла". - М.: "Энергоатомиздат", 1995, 112 с.). В силу магнитоупругого эффекта происходит "самонамагничивание" рельсов в зонах концентрации напряжений от нагрузок, возникающих между колесом и рельсом. Проведенные авторами исследования показали что "самонамагничиванию" подвержены рельсы на всей длине и особенно в местах изолирующих стыков.The phenomenon of increase in residual magnetization is known. If, for example, a cyclic load acts at some place in the structure (such a load is present when the wheel passes along the joint) and there is an external magnetic field (for example, the Earth's field), then the residual magnetization will increase in this place. After removal of the load (passage of the composition), the reversible component disappears, and only the irreversible component of the residual magnetization remains (this phenomenon is based on a whole line of diagnostics of materials A. A. Dubov. Diagnostics of boiler pipes using metal magnetic memory. "- M .: Energoatomizdat, 1995, 112 pp.). Due to the magnetoelastic effect, “rails” self-magnetize in zones of stress concentration from loads arising between the wheel and the rail. The authors conducted studies showed that “samona rails are subject to rotting along the entire length, and especially in places of insulating joints.

Известны проведенные исследования по измерению напряженности магнитного поля в изолирующих стыках (В.М.Федин, А.В.Наумов, А.И.Борц, И.В.Шарапова. К вопросу намагниченности концов рельсов в изолирующих стыках. Вестник ВНИИЖТ. - 2006, №2, стр.21-23.) Показано, что в настоящее время объем данных, полученных по результатам измерений напряженности магнитного поля в стыках различной конструкции, недостаточен для нормирования предельно допустимой величины напряженности магнитного поля, не приводящей к сбоям в работе системы сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Необходимо проведение дальнейших сравнительных испытаний изолирующих стыков различной конструкции.Known research on measuring the magnetic field in insulating joints (V.M. Fedin, A.V. Naumov, A.I. Borts, I.V. Sharapova. On the magnetization of the ends of rails in insulating joints. Vestnik VNIIZhT. - 2006 , No. 2, pp.21-23.) It is shown that currently the amount of data obtained from the results of measurements of the magnetic field strength at the joints of various designs is insufficient to normalize the maximum permissible value of the magnetic field strength, which does not lead to malfunctions of the alarm system , centralization and blocking (SCB). Further comparative tests of insulating joints of various designs are necessary.

Сделанный вывод говорит о том, что оценив напряженность магнитного поля в изолирующем стыке, службы средств СЦБ не могут принять какого-либо решения по обслуживанию изостыка. Поскольку проблема намагниченности изолирующих стыков остается, и существующие устройства, направленные на уменьшение напряженности магнитного поля в изоляционном стыке за счет шунтирования магнитного поля, не решают полностью этой проблемы, остается вопрос о необходимости принятия оперативного решения по обслуживанию изостыка. Для этого необходимо устройство, которое могло бы показать, насколько возросшее магнитное поле изостыка опасно для дальнейшей эксплуатации рельсового пути с таким изостыком, насколько эффективно работает шунтирующие устройства, установленное в изостык.The conclusion made suggests that, having estimated the magnetic field strength in the insulating junction, the services of the signaling and signaling systems cannot make any decision on the maintenance of the isostike. Since the problem of the magnetization of the insulating joints remains, and existing devices aimed at reducing the magnetic field strength in the insulating joint by shunting the magnetic field do not completely solve this problem, the question remains of whether an operational decision is needed to maintain the isostike. For this, a device is needed that could show how dangerous the increased magnetic field of the isostike is for further exploitation of the rail track with such an isostomy, how effectively the shunt devices installed in the isostoke work.

Создание новых технических решений, направленных на снижение напряженности магнитного поля в изостыке за счет шунтирования магнитного поля, является актуальной задачей, и здесь имеются некоторые успехи. Постоянно повышаемая намагниченность изолирующего стыка способствует притягиванию в зону стыка металлических частиц, которые могут образовать токопроводный мост между рельсами. В этих случаях установленные устройства шунтирования магнитного поля не могут предотвратить сбой в цепи СЦБ. При достижении определенного уровня величины магнитного поля в изолирующем стыке необходимо проведение ряда технических мероприятий, направленных на его снижение. Для этого необходимы устройства для оперативного определения данного уровня напряженности магнитного поля.The creation of new technical solutions aimed at reducing the magnetic field strength in the islet due to magnetic field shunting is an urgent task, and there are some successes. The constantly increasing magnetization of the insulating joint contributes to the attraction of metal particles into the joint zone, which can form a conductive bridge between the rails. In these cases, the installed magnetic field shunt devices cannot prevent a malfunction in the signaling circuit. Upon reaching a certain level of magnetic field in the insulating junction, a number of technical measures are required to reduce it. For this, devices are necessary for the operational determination of a given level of magnetic field strength.

Известен способ уменьшения напряженности магнитного поля в стыках (RU 2379402), в частности при укладке или замене железнодорожного полотна железных дорог, оборудованных системой железнодорожной автоматики и телемеханики. При сборе плетей и укладке железнодорожного полотна из намагниченных рельсов, имеющих одну ориентацию вектора напряженности магнитного пола в штабеле, каждый второй рельс разворачивают на 180 градусов. Таким образом, рельсы соединяют одноименными магнитными полюсами. Способ позволяет уменьшить напряженность магнитного поля в воздушных зазорах стыков между рельсами. Однако применение этого способа, без соответствующего приборного обеспечения, малоэффективно. Без прибора определять вектор напряженности магнитного поля невозможно, возможны ошибки. Такие ошибки приводят с сбоям в работе систем СЦБ и автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН). Это отмечается в специализированном журнале: «На участках железных дорог, электрифицированных на переменном токе, одним из главных факторов, вызывающих сбои в работе устройств АЛСН, является влияние неравномерности магнитного поля рельсов по их длине. При капитальном ремонте пути мешающее воздействие этих помех усиливается. На перегонах главного хода Красноярской железной дороги, например, в первой половине 2008 г. около 40% сбоев АЛСН было вызвано именно влиянием магнитного поля рельсов. Три четверти из них возникали вследствие нарушения правил укладки рельсов в колее или по краям шпал, а четверть - из-за неравномерной намагниченности по длине уложенных рельсов. Подавляющее число сбоев АЛСН по рассматриваемой причине (до 80-90%) происходило на перегонах, примыкающих к станциям с тяговыми подстанциями, где имеет место совместное мешающее влияние тягового тока и неравномерной намагниченности рельсов. Переменный тяговый ток электровозов активно стекает в землю с рельсов и возвращается в обратную тяговую рельсовую сеть на участках, прилегающих к месту подключения отсасывающих линий тяговых подстанций. В результате увеличивается и тяговый ток в рельсах, и соответственно растет абсолютное значение его асимметрии под приемными локомотивными катушками» (Магнитное поле рельсов и устойчивость работы АЛСН. В.И.Шаманов, И.И.Регер. Журнал «Железнодорожный транспорт», №2, 2010).A known method of reducing the magnetic field strength at the joints (RU 2379402), in particular when laying or replacing a railway track of railways equipped with a railway automation system and telemechanics. When collecting lashes and laying a railroad track from magnetized rails having the same orientation of the magnetic field intensity vector in the stack, every second rail is turned 180 degrees. Thus, the rails are connected by the same magnetic poles. The method allows to reduce the magnetic field in the air gaps of the joints between the rails. However, the application of this method, without appropriate instrumentation, is ineffective. Without a device, it is impossible to determine the magnetic field vector; errors are possible. Such errors lead to malfunctioning of signaling systems and automatic locomotive signaling (ALSN). This is noted in a specialized magazine: “On sections of railways electrified with alternating current, one of the main factors causing malfunctions of ALSN devices is the influence of the unevenness of the magnetic field of the rails along their length. With the overhaul of the track, the interfering effect of these interferences is amplified. On the stages of the main passage of the Krasnoyarsk Railway, for example, in the first half of 2008, about 40% of ALSN failures were caused precisely by the influence of the magnetic field of the rails. Three quarters of them arose as a result of a violation of the rules for laying rails in a rut or along the edges of sleepers, and a quarter due to uneven magnetization along the length of the rails laid. The overwhelming majority of ALSN failures for the reason under consideration (up to 80-90%) occurred on the stages adjacent to stations with traction substations, where there is a joint interfering effect of traction current and uneven magnetization of the rails. Alternating traction current of electric locomotives actively drains into the ground from the rails and returns to the reverse traction rail network in areas adjacent to the connection point of the suction lines of traction substations. As a result, the traction current in the rails also increases, and the absolute value of its asymmetry under the receiving locomotive coils increases accordingly ”(The magnetic field of the rails and the stability of the ALSN. V.I. Shamanov, I.I. Reger. Journal“ Railway Transport ”, No. 2 , 2010).

Для исследований явления намагниченности рельсов на дорогах в ООО «АпАТэК» разработали цифровой магнитометр «Стык-3Д», способный измерять и записывать в электронную память параметры магнитного поля (А.Козлов, А.С.Козлов, А.Е.Ушаков. Намагниченность изолирующих стыков. Путь и путевое хозяйство, №1, 2005 г., стр.10-12). Этот прибор служит для сбора информации.To study the phenomenon of magnetization of rails on roads, Apatek LLC developed a digital magnetometer Styk-3D capable of measuring and recording electronic parameters of the magnetic field (A. Kozlov, AS Kozlov, A.E. Ushakov. Isolation magnetization Joints. Way and track facilities, No. 1, 2005, pp. 10-12). This device is used to collect information.

Для эксплуатационников железнодорожного пути необходимо устройство, которое могло бы оперативно оценить величину «самонамагничивания» конкретного изостыка. Если напряженность магнитного поля в изолирующем стыке такова, что она может привести к образования мостика из магнитных частиц (металлической стружки), прибор это должен показать. В этом случае службами пути выполняются соответствующие технические мероприятия по дальнейшему обслуживанию изолирующего стыка.For railway operators, a device is needed that can quickly evaluate the “self-magnetization” value of a particular isostike. If the magnetic field strength in the insulating junction is such that it can lead to the formation of a bridge of magnetic particles (metal chips), the device should show this. In this case, the track services take appropriate technical measures to further maintain the insulating joint.

Известно техническое решение по заявке №2008150211, принятое в качестве прототипа. Устройство для контроля изменений во времени намагниченности объекта включает элементы корпусных конструкций объекта из ферромагнитного материала с расположенными над ними феррозондами удлиненной формы, каждый состоящий из сердечника из магнитомягкого материала, на который намотаны электрические обмотки, подключенные к измерительной аппаратуре, при этом сердечники феррозондов выполнены в виде скоб и расположены на корпусной конструкции с непосредственным контактом обоих их концов с поверхностью корпусной конструкции.A technical solution is known for the application No. 2008150211, adopted as a prototype. A device for monitoring changes in the magnetization time of an object includes elements of body structures of an object made of ferromagnetic material with elongated flux probes located above them, each consisting of a core of soft magnetic material, on which electrical windings are wound, connected to measuring equipment, while the flux gates are made in the form staples and are located on the hull structure with direct contact of both ends with the surface of the hull structure.

Недостаток данного технического решения заключается в невозможности оперативного контроля изменения напряженности изолирующего стыка.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of operational monitoring of changes in the strength of the insulating joint.

Задача заявляемого технического решения заключается в разработке устройства, позволяющего оперативно контролировать изменения напряженности магнитного поля в изолирующем стыке рельсов.The objective of the proposed technical solution is to develop a device that allows you to quickly monitor changes in the magnetic field in the insulating junction of the rails.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в уменьшении времени контроля степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка.In the process of solving the problem, a technical result is achieved, consisting in reducing the time to control the degree of "self-magnetization" of the rail insulating joint.

Указанный технический результат достигается предлагаемым устройством для контроля «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка, включающем корпусные элементы конструкции объекта, с расположенной над ними магнитной системой при этом, корпусными элементами конструкции являются участки рельсов, образующих изолирующий стык рельсового пути, а магнитная система состоит из основания с закрепленными на нем магнитопроводом с магнитом, магнитной стрелки и картушкой, причем магнитная стрелка и картушка расположены в отдельном прозрачном корпусе над поверхностью головки рельса в области стыка, а над ними располагается магнитопровод с магнитом, причем магнитопровод сориентирован по зазору стыка, а картушка имеет шкалу для определения степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка.The specified technical result is achieved by the proposed device for monitoring the "self-magnetization" of the rail insulating junction, which includes the hull structural elements of the object, with the magnetic system located above them, the hull structural elements are sections of the rails forming the insulating junction of the rail track, and the magnetic system consists of a base with mounted on it with a magnetic circuit with a magnet, a magnetic needle and a card, and the magnetic arrow and card are located in a separate transparent case above the surface of the rail head in the joint area, and above them there is a magnetic circuit with a magnet, and the magnetic circuit is oriented along the joint gap, and the card has a scale for determining the degree of "self-magnetization" of the rail insulating joint.

Кроме этого, основание выполнено из немагнитного материала, внутренняя поверхность основания повторяет наружную поверхность головки рельса, обеспечивая плотность прилегания, магнитопровод состоит из ферромагнитного сердечника и электрической обмотки или ферромагнитного сердечника и постоянного магнита, шкала картушки выполнена разноцветной, при этом низкая степень намагниченности, средняя степень намагниченности, высокая степень намагниченности в различных зонах картушки, соответственно, выполнены одним цветом, магнитная стрелка установлена на высоте 20-35 мм относительно поверхности головки рельса, магнитопровод установлен на высоте 20-35 мм над магнитной стрелкой.In addition, the base is made of non-magnetic material, the inner surface of the base repeats the outer surface of the rail head, ensuring a snug fit, the magnetic core consists of a ferromagnetic core and an electric winding or a ferromagnetic core and a permanent magnet, the scale of the card is multi-colored, with a low degree of magnetization, medium degree magnetization, a high degree of magnetization in different zones of the card, respectively, are made in one color, the magnetic arrow installed at a height of 20-35 mm relative to the surface of the rail head, the magnetic circuit is mounted at a height of 20-35 mm above the magnetic needle.

На основе экспериментальных исследований оценки явления «самонамагничивания» разработано специализированное устройство контроля, которое позволяет без какой-либо подготовки объекта контроля, путем установки прибора на изолирующий стык, проконтролировать напряженность магнитного поля, способного собрать металлическую стружку и замкнуть изолирующий стык.Based on experimental studies of the assessment of the phenomenon of “self-magnetization”, a specialized control device has been developed that allows, without any preparation of the control object, by installing the device on an insulating joint, to control the magnetic field strength that can collect metal chips and close the insulating joint.

На чертеже представлено устройство в объемном изображении. Устройство устанавливается на изолирующий стык, состоящий из рельсов 1 и 2, соединенных накладками 3 и 4, между торцами рельсов установлена шунтирующая прокладка 5, а между накладками и рельсами установлены прокладки 6 и 7. На место стыка устанавливается основание 8, и магнитная система, которая состоит из магнитопровода 9 с магнитом 10, магнитной стрелки 11 и картушки 12, при этом магнитная стрелка и картушка расположены в отдельном прозрачном корпусе 13 над поверхностью головки рельсов 1 и 2 в области стыка, где установлена шунтирующая прокладка 5. Магнитопровод 9 с магнитом 10 расположен над магнитной стрелкой 11, при этом магнитопровод сориентирован по зазору стыка, т.е вдоль прокладки. Картушка 12 имеет шкалу для определения степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка.The drawing shows a device in a three-dimensional image. The device is installed on an insulating joint, consisting of rails 1 and 2, connected by plates 3 and 4, between the ends of the rails there is a shunt gasket 5, and between the plates and rails there are gaskets 6 and 7. In place of the joint, a base 8 is installed, and a magnetic system, which consists of a magnetic circuit 9 with a magnet 10, a magnetic arrow 11 and a card 12, while the magnetic arrow and card are located in a separate transparent case 13 above the surface of the rail head 1 and 2 in the joint area where the shunt strip 5 is installed. A magnetic core 9 with a magnet 10 is located above the magnetic arrow 11, while the magnetic core is oriented along the joint gap, i.e. along the gasket. The potato 12 has a scale for determining the degree of "self-magnetization" of the rail insulating joint.

Устройство работает следующим образом. В свободном состоянии магнитная стрелка устройства сориентирована вдоль магнитопровода. При установке основания с установленной на нем магнитной системой на стык, магнитное поле изолирующего стыка ориентирует магнитную стрелку вдоль рельса. В зависимости от величины напряженности магнитного поля изолирующего стыка магнитная стрелка отклонится на определенный угол, и будет указывать на определенную зону картушки. Предлагается разделить картушку на три зоны: зеленая соответствует низкой степень «самонамагниченности», желтая соответствует средней степени «самонамагниченности», красная соответствует высокой степени «самонамагниченности». Зеленая и красная зоны, имеют два участка, расположенных противоположно друг другу, зеленые участки расположены со стороны торцов магнитопровода, а красные вдоль линии рельсов, а желтая зона имеет четыре участка, по два с обеих сторон относительно магнитопровода. Такое распределение зон в зависимости от «полярности» изолирующего стыка позволит определить уровень степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка при одной установке основания на головки рельсов.The device operates as follows. In the free state, the magnetic arrow of the device is oriented along the magnetic circuit. When the base is installed with the magnetic system installed on it at the joint, the magnetic field of the insulating joint orients the magnetic arrow along the rail. Depending on the magnitude of the magnetic field of the insulating junction, the magnetic arrow will deviate by a certain angle, and will indicate a specific zone of the card. It is proposed to divide the card into three zones: green corresponds to a low degree of "self-magnetization", yellow corresponds to an average degree of "self-magnetization", red corresponds to a high degree of "self-magnetization". The green and red zones have two sections located opposite each other, the green sections are located on the side of the ends of the magnetic circuit, and the red ones along the line of the rails, and the yellow zone has four sections, two on both sides relative to the magnetic circuit. Such a distribution of zones, depending on the “polarity” of the insulating joint, will make it possible to determine the degree of “self-magnetization” of the rail insulating joint during one installation of the base on the rail heads.

Если степень «самонамагниченности» высокая, то магнитное полет изолирующего стыка будет удерживать магнитную стрелку в красной зоне, если степень «самонамагниченности» низкая, то магнитопровод будет удерживать стрелку в зеленой зоне или в желтой зоне. В зависимости от положения стрелки при определении степени «самонамагниченности» будет определяться уровень технического обслуживания изолирующего стыка.If the degree of “self-magnetization” is high, then the magnetic flight of the insulating junction will keep the magnetic arrow in the red zone, if the degree of “self-magnetization” is low, the magnetic core will keep the arrow in the green zone or in the yellow zone. Depending on the position of the arrow, when determining the degree of “self-magnetization”, the level of maintenance of the insulating joint will be determined.

Claims (6)

1. Устройство для контроля «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка, включающее корпусные элементы конструкции объекта с расположенной над ними магнитной системой, отличающееся тем, что корпусными элементами устройства являются участки рельсов, образующих изолирующий стык рельсового пути, а магнитная система состоит из основания с закрепленными на нем магнитопроводом с магнитом, магнитной стрелки и картушки, при этом магнитная стрелка и картушка расположены в отдельном прозрачном корпусе над поверхностью головки рельса в области стыка, а над ними располагается магнитопровод с магнитом, причем магнитопровод сориентирован по зазору стыка, а картушка имеет шкалу для определения степени «самонамагничивания» рельсового изолирующего стыка.1. A device for monitoring the "self-magnetization" of the rail insulating joint, including housing structural elements of the object with a magnetic system located above them, characterized in that the housing elements of the device are sections of rails forming the insulating junction of the rail track, and the magnetic system consists of a base with fixed to a magnetic circuit with a magnet, a magnetic needle and a card, while the magnetic arrow and card are located in a separate transparent case above the surface of the rail head in t he area of the joint, and above them is the magnet with the magnetic core, the magnetic gap is oriented on the interface, and the compass rose has a scale to determine the degree of "self-magnetization" insulating rail joint. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основание выполнено из немагнитного материала, внутренняя поверхность основания повторяет наружную поверхность головки рельса, обеспечивая плотность прилегания.2. The device according to claim 1, characterized in that the base is made of non-magnetic material, the inner surface of the base repeats the outer surface of the rail head, ensuring a tight fit. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод состоит из ферромагнитного сердечника и электрической обмотки или ферромагнитного сердечника и постоянного магнита.3. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit consists of a ferromagnetic core and an electric winding or a ferromagnetic core and a permanent magnet. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шкала картушки выполнена разноцветной, при этом низкая степень намагниченности, средняя степень намагниченности, высокая степень намагниченности в различных зонах картушки соответственно выполнены одним цветом.4. The device according to claim 1, characterized in that the scale of the card is multi-colored, with a low degree of magnetization, an average degree of magnetization, a high degree of magnetization in different zones of the card, respectively, made in one color. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитная стрелка установлена на высоте 20-35 мм относительно поверхности головки рельса.5. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic needle is mounted at a height of 20-35 mm relative to the surface of the rail head. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод установлен на высоте 20-35 мм над магнитной стрелкой. 6. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit is installed at a height of 20-35 mm above the magnetic arrow.