RU2656777C2 - Способ контроля бесстыкового железнодорожного пути - Google Patents
Способ контроля бесстыкового железнодорожного пути Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656777C2 RU2656777C2 RU2017114064A RU2017114064A RU2656777C2 RU 2656777 C2 RU2656777 C2 RU 2656777C2 RU 2017114064 A RU2017114064 A RU 2017114064A RU 2017114064 A RU2017114064 A RU 2017114064A RU 2656777 C2 RU2656777 C2 RU 2656777C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail
- fiber
- temperature
- lash
- optic
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 230000005330 Barkhausen effect Effects 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
- B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики для контроля температурного напряженно-деформированного состояния рельсовых плетей. В способе на подошве рельса с внешней стороны размещаются путевые датчики, содержащие по меньшей мере один волоконно-оптический чувствительный элемент на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки для измерения продольной деформации рельса и по меньшей мере один волоконно-оптический чувствительный элемент на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки для измерения температуры рельса. При этом датчики установлены попарно и закреплены на подошве левого и правого рельса в промежутке между шпалами. Чувствительные элементы связаны посредством волоконно-оптического кабеля с преобразователем оптического сигнала и блоком обработки данных. Достигается повышение безопасности движения железнодорожного транспорта. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области контроля состояния железнодорожного пути и предназначено для контроля температурного напряженно-деформированного состояния рельсовых плетей и контроля отклонения пути от проектного положения в плане в непрерывном режиме реального времени.
Известен способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути (патент на изобретение RU 2521114, E01B 35/12, приоритет 27.12.2012 г.), включающий регистрацию температуры рельсовой плети при укладке ее в путь и после проведения ремонтных работ, контроль за усилием затяжки гаек клеммных и закладных болтов и за продольными подвижками (угоном) плетей по смещениям контрольных сечений рельсовой плети относительно "маячных" шпал, проведение мероприятий по устранению угона, превышающего допустимые нормы, отличающийся тем, что выявляют участки напряженного состояния рельсовой плети, для этого на рельсовой плети в сечениях с интервалом 50÷500 метров определяют текущее значение температуры плети, интенсивность генерируемого шума Баркгаузена, определяют фактическое значение механических продольных напряжений по графику зависимости интенсивности шумов Баркгаузена от механических продольных напряжений, полученных при калибровке анализатора интенсивности магнитных шумов Баркгаузена, при этом калибровку анализатора шумов Баркгаузена проводят на образцах, вырезанных из рельсовой стали, причем калибровочный образец подвергается осевому сжатию или осевому сжатию и продольному изгибу от усилия осевого сжатия, при построении калибровочной зависимости интенсивность магнитных шумов Баркгаузена оценивают в относительных единицах, определяемых как отношение разности показаний анализатора к их сумме, полученной при измерении интенсивности магнитных шумов Баркгаузена в двух взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых должно совпадать с направлением приложения нагрузки при калибровке анализатора и направлением продольной оси рельса при измерении на рельсе, полученные значения напряжений и температуры наносят на расчетную зависимость значений напряжений в рельсе от температуры рельсовой плети, определяют разность между измеренными напряжениями и расчетными напряжениями, и по величине разности напряжений на расчетной зависимости определяют отклонение температуры закрепления от ее нормативного значения, и в случае ее превышения проводят работы по введению бесстыкового пути в нормируемый температурный режим.
Недостатком этого способа является необходимость проводить калибровку анализатора шумов Баркгаузена на образцах, вырезанных из рельсовой стали, и построения калибровочной зависимости интенсивности магнитных шумов Баркгаузена, при этом точность определения напряжений зависит от соответствия микроструктуры калибровочного образца и рельса, также недостатком является возможная связь между намагничиванием ферромагнетика и действующими электромагнитными помехами от силовых установок подвижного состава.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути (патент RU 2239574, B61K 9/08, E01B 35/00, приоритет 25.03.2003 г.), заключающийся в том, что при помощи бесконтактных датчиков, смонтированных на перемещаемом по железнодорожному пути транспортном средстве, например на вагоне-путеизмерителе, измеряют температуру участков рельсовой плети, одновременно с измерением температуры участков рельсовой плети измеряют продольные перемещения (подвижки) сечений плети по границам участков, на которые разделена рельсовая плеть, то есть одновременно с измерением температуры участков рельсовой плети измеряют продольные перемещения участков рельсовой плети. Границы участков рельсовой плети отмечают путем нанесения на нее фиксированной точки, линии на верхней части подошвы рельсовой плети, например через 100 метров, или иным способом, но с обязательной фиксацией расстояния между контрольными сечениями. Вдоль железнодорожного пути или непосредственно в пути на определенном расстоянии друг от друга размещают неподвижные фиксированные реперы. В качестве реперов в пути могут использоваться, например, шпалы, исключенные из продольной работы рельсовых плетей. Измерение продольных перемещений участков рельсовой плети относительно реперов производят при помощи бесконтактных датчиков, смонтированных на подвижной единице, например на вагоне, при перемещении вагона один из датчиков обнаруживает фиксированную точку или линию на верхней части подошвы рельсовой плети, а другой датчик обнаруживает метку на репере. Все бесконтактные датчики связаны с входной шиной вычислительной машины с программным обеспечением, установленной на вагоне, и измеренные величины температуры и продольных перемещений участков рельсовой плети поступают в вычислительный блок вычислительной машины. В вычислительной машине имеются данные о температуре закрепления измеряемой рельсовой плети. В вычислительном блоке машины определяется разность между измеренной температурой участка рельсовой плети и температурой закрепления рельсовой плети и определяется температурное напряжение соответствующего участка рельсовой плети.
Недостатком этого способа является то, что измерение продольных перемещений участков рельсовой плети относительно реперов производят при помощи бесконтактных датчиков, смонтированных на подвижной единице, например на вагоне. При этом существует зависимость между массой подвижной единицы, скоростью и результатами измерений по причине упругой деформации рельса под воздействием массы подвижной единицы. Кроме того, измерения проводятся не регулярно, а периодически в зависимости от графика движения поездов на участке.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение безопасности движения железнодорожного транспорта.
Техническим результатом изобретения является возможность контроля температурного напряженно-деформированного состояния рельсовых плетей и контроля отклонения пути от проектного положения в плане в непрерывном режиме реального времени, а также повышение достоверности контроля.
Поставленная задача решается за счет размещения на подошве рельса с внешней стороны путевых датчиков 1, содержащих, по меньшей мере, один волоконно-оптический чувствительный элемент на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки для измерения продольной деформации рельса и, по меньшей мере, один волоконно-оптический чувствительный элемент на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки для измерения температуры рельса. При этом датчики установлены попарно и закреплены на подошве левого и правого рельса в промежутке между шпалами. Чувствительные элементы связаны посредством волоконно-оптического кабеля 4 с преобразователем оптического сигнала 2 и блоком обработки данных 3.
Таким образом, достижение технического результата происходит за счет применения новых технических средств, их взаимосвязи. Применяемые новые технические средства относятся к волоконно-оптической отрасли техники и являются высокоэффективными, экономичными. Новая совокупность существенных признаков позволяет создать новый способ контроля бесстыкового железнодорожного пути.
Принцип действия описываемого способа основан на том, что при помощи чувствительного элемента на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки измеряется температура и определяется разность между измеренной температурой участка рельсовой плети и температурой закрепления рельсовой плети и определяется температурное напряжение соответствующего участка рельсовой плети. Связь между напряжениями и температурой подробно описана в (1), и в общем случае для определения температурного напряжения используется формула
где
α - коэффициент линейного температурного расширения, 1/градус;
E - модуль упругости материала, МПа;
t0 - температура закрепления рельсовой плети, градусов;
t - измеренная температура рельсовой плети, градусов.
Одновременно с этим при помощи чувствительного элемента на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки измеряется продольная деформация участка рельсовой плети и определяется напряжение деформации соответствующего участка рельсовой плети. В общем случае, для определения зависимости между действующим напряжением и упругой деформацией используется закон Гука
где
E - модуль упругости материала, МПа;
ε - измеренная относительная деформация.
Напряжения растяжения являются положительными, а напряжения сжатия считаются отрицательными. Общее действующее напряжение рассчитывается по формуле:
Контроль отклонения пути от проектного положения в плане осуществляется за счет определения стрелы изгиба левой и правой рельсовых плетей под воздействием действующих напряжений. Для этого определяется радиус изгиба нейтральной оси рельса. Связь между радиусом изгиба и продольной деформацией стержня описана в (1), и в общем случае радиус изгиба определяется по формуле
где
s - ширина подошвы рельса, мм;
ε - измеренная относительная деформация.
Зависимость между стрелой изгиба и радиусом изгиба описана в (2), и в общем случае стрела изгиба определяется по формуле
где
d - длина рельсовой плети, мм;
R - радиус изгиба, мм.
Таким образом, внедрение заявляемого способа позволит решить задачи по организации контроля температурного напряженно-деформированного состояния рельсовых плетей и контроля отклонения пути от проектного положения в плане в непрерывном режиме реального времени, а также повышению достоверности контроля.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами: на фигуре 1 изображена структурная схема способа; на фигуре 2 изображена схема установки датчика на подошву рельса; на фигуре 3 изображена схема продольной деформации при изгибе рельса.
Источники информации
1. Учебное пособие «Сопротивление материалов», В.Н. Скопинский, А.А. Захаров, Московский государственный индустриальный университет, Москва, 1999.
2. Учебное пособие «Съемка железнодорожных кривых», В.И. Полетаев, Е.Г. Толстов, Петербургский государственный университет путей сообщения, Санкт-Петербург, 2011.
Claims (1)
- Способ контроля бесстыкового железнодорожного пути, заключающийся в том, что измеряется температура и определяется разность между измеренной температурой участка рельсовой плети и температурой закрепления рельсовой плети и определяется температурное напряжение соответствующего участка рельсовой плети, одновременно с этим измеряется продольная деформация участка рельсовой плети и определяется напряжение деформации соответствующего участка рельсовой плети, отличающийся тем, что размещаются на подошве рельса с внешней стороны путевые датчики, содержащие по меньшей мере один волоконно-оптический чувствительный элемент на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки для измерения продольной деформации рельса и по меньшей мере один волоконно-оптический чувствительный элемент на основе волоконно-оптической дифракционной брэгговской решетки для измерения температуры рельса, при этом датчики установлены попарно и закреплены на подошве левого и правого рельса в промежутке между шпалами, чувствительные элементы связаны посредством волоконно-оптического кабеля с преобразователем оптического сигнала и блоком обработки данных.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017114064A RU2656777C2 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ контроля бесстыкового железнодорожного пути |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017114064A RU2656777C2 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ контроля бесстыкового железнодорожного пути |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017114064A RU2017114064A (ru) | 2017-08-09 |
| RU2656777C2 true RU2656777C2 (ru) | 2018-06-06 |
Family
ID=59631927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017114064A RU2656777C2 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ контроля бесстыкового железнодорожного пути |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2656777C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2791145C1 (ru) * | 2022-12-02 | 2023-03-03 | Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" | Способ ультразвукового контроля зоны болтовых стыков рельсов |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2681766C1 (ru) * | 2018-05-30 | 2019-03-12 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Система мониторинга верхнего строения безбалластного и бесстыкового пути на мосту высокоскоростной магистрали |
| CN114111611B (zh) * | 2021-09-29 | 2024-04-26 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 无砟轨道、轨道板翘曲变形监测***及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201362265Y (zh) * | 2009-03-09 | 2009-12-16 | 河南蓝信科技有限公司 | 列车光纤光栅计轴*** |
| CN101830237A (zh) * | 2010-01-20 | 2010-09-15 | 黑龙江大学 | 基于光纤传感网络的重载运输线路安全实时监测***和方法 |
| CN102092406A (zh) * | 2011-01-17 | 2011-06-15 | 武汉理工大学 | 光纤光栅传感列车车轮踏面状态在线监测*** |
| CN202294870U (zh) * | 2011-11-01 | 2012-07-04 | 河南蓝信科技有限公司 | 基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警*** |
| RU2521114C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Объединенные электротехнические заводы" (ОАО "ЭЛТЕЗА") | Способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути |
| CN104034458A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-09-10 | 西南交通大学 | 基于光纤光栅传感器的桥上无缝线路钢轨综合测试方法 |
| CN104401360A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-03-11 | 北京交通大学 | 基于多手段融合的铁路轨道***安全实时监控方法及*** |
-
2017
- 2017-04-21 RU RU2017114064A patent/RU2656777C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201362265Y (zh) * | 2009-03-09 | 2009-12-16 | 河南蓝信科技有限公司 | 列车光纤光栅计轴*** |
| CN101830237A (zh) * | 2010-01-20 | 2010-09-15 | 黑龙江大学 | 基于光纤传感网络的重载运输线路安全实时监测***和方法 |
| CN102092406A (zh) * | 2011-01-17 | 2011-06-15 | 武汉理工大学 | 光纤光栅传感列车车轮踏面状态在线监测*** |
| CN202294870U (zh) * | 2011-11-01 | 2012-07-04 | 河南蓝信科技有限公司 | 基于光纤光栅技术的铁路胀轨监测预警*** |
| RU2521114C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Объединенные электротехнические заводы" (ОАО "ЭЛТЕЗА") | Способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути |
| CN104034458A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-09-10 | 西南交通大学 | 基于光纤光栅传感器的桥上无缝线路钢轨综合测试方法 |
| CN104401360A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-03-11 | 北京交通大学 | 基于多手段融合的铁路轨道***安全实时监控方法及*** |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2791145C1 (ru) * | 2022-12-02 | 2023-03-03 | Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" | Способ ультразвукового контроля зоны болтовых стыков рельсов |
| RU2818671C1 (ru) * | 2023-08-10 | 2024-05-03 | Акционерное Общество "Инновационный Научно-Технический Центр" (Ао "Интц") | Способ контроля состояния рельсовой плети |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017114064A (ru) | 2017-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Damage identification method for continuous girder bridges based on spatially-distributed long-gauge strain sensing under moving loads | |
| Lydon et al. | Development of a bridge weigh-in-motion sensor: performance comparison using fiber optic and electric resistance strain sensor systems | |
| Scott et al. | Commissioning and evaluation of a fiber-optic sensor system for bridge monitoring | |
| Miskiewicz et al. | Structural health monitoring of composite shell footbridge for its design validation | |
| RU2656777C2 (ru) | Способ контроля бесстыкового железнодорожного пути | |
| JP6663267B2 (ja) | 鉄道車両の車輪とレール間の縦クリープ力測定方法及び装置 | |
| PT2064532E (pt) | Sistema para determinação da pressão num pneu de veículo e/ou da velocidade do veículo | |
| ITVR20080047A1 (it) | Procedimento e impianto per la misurazione e il monitoraggio esteso dello stato tensionale del lungo binario saldato (cwr) | |
| Kang et al. | Integrated monitoring scheme for a maglev guideway using multiplexed FBG sensor arrays | |
| EP3350553B1 (en) | Weight measuring device and the measuring method | |
| Casas et al. | Management and safety of existing concrete structures via optical fiber distributed sensing | |
| Bastianini et al. | Overview of recent bridge monitoring applications using distributed Brillouin fiber optic sensors | |
| Li et al. | High spatial resolution distributed fiber optic technique for strain and temperature measurements in concrete structures | |
| CN104034458B (zh) | 基于光纤光栅传感器的桥上无缝线路钢轨综合测试方法 | |
| RU2012157562A (ru) | Способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути | |
| Yang et al. | Moving load identification of small and medium-sized bridges based on distributed optical fiber sensing | |
| Lee et al. | Structural assessment for an old steel railway bridge under static and dynamic loads using fibre optic sensors | |
| Li et al. | Rail expansion devices monitored by FBG sensors on an urban railway viaduct | |
| RU2239574C1 (ru) | Способ определения продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути | |
| KR101275086B1 (ko) | 고정점이 필요 없는 변위 측정 시스템 | |
| Sundaram et al. | Condition assessment of a prestressed concrete girder and slab bridge for increased axle loadings | |
| Kearsley et al. | Condition assessment of reinforced concrete beams–comparing digital image analysis with optic fibre Bragg gratings | |
| Ahmad et al. | Improvement of rail creep data to measure the stress state of a tangent continuously welded rail (CWR) track | |
| Banerji et al. | Application of fiber-optic strain sensors for monitoring of a pre-stressed concrete box girder bridge | |
| Velha et al. | Monitoring large railways infrastructures using hybrid FBG/Raman sensor systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190422 |