RU2636827C1 - Способ мониторинга технического состояния рельсового пути - Google Patents
Способ мониторинга технического состояния рельсового пути Download PDFInfo
- Publication number
- RU2636827C1 RU2636827C1 RU2016130658A RU2016130658A RU2636827C1 RU 2636827 C1 RU2636827 C1 RU 2636827C1 RU 2016130658 A RU2016130658 A RU 2016130658A RU 2016130658 A RU2016130658 A RU 2016130658A RU 2636827 C1 RU2636827 C1 RU 2636827C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- rail
- signal
- rail track
- track
- Prior art date
Links
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
- B61K9/10—Measuring installations for surveying permanent way for detecting cracks in rails or welds thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
- G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неразрушающего контроля технического состояния рельсовых путей. Согласно способу мониторинга рельсового пути в рельсы передают акустический сигнал, отраженный сигнал принимают акустическими датчиками, обрабатывают сигнал с помощью системы обработки сигналов. По результатам анализа полученных данных судят о состоянии рельсового пути. В качестве источника акустического сигнала используют деформационную волну, возникающую в рельсе при движении подвижного состава. Прием отраженных сигналов осуществляют непрерывно в движении состава. В качестве акустических датчиков используют электромагнитно-акустические преобразователи. В результате расширяются функциональные возможности и повышается надежность способа мониторинга рельсового пути. 3 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния рельсовых путей в процессе движения подвижного состава.
Известен «Акустический способ обнаружения неисправности рельсового пути в процессе движения состава по железной дороге» по патенту РФ №2126339, МПК В61К 9/10, опубл. 20.02.1999 г., при котором в рельсы передают акустический сигнал, принимают отраженный сигнал, а по времени распространения акустических сигналов к месту неисправности и обратно определяют его координату. Сигналы передают и принимают посредством пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), установленных на подшипниках скольжения, соосно закрепленных на валу колесной пары, при этом передачу и прием акустических сигналов осуществляют попеременно.
В описании к патенту №2126339 раскрыто также устройство для осуществления способа. Устройство содержит передающий и приемный преобразователи, размещенные внутри кожухов, закрепленных на внешней поверхности подшипников, надетых на вал колесной пары. Зазор между внутренней поверхностью подшипников и поверхностью вала колесной пары заполнен иммерсионной жидкостью, предназначенной для создания акустического контакта между пьезопластиной ПЭП и колесной парой. В точках соприкосновения колес с рельсами происходит передача акустической энергии в рельсы, а также прием отраженных от дефектов рельсового пути сигналов. Передающий ПЭП связан с генератором электрических колебаний ультразвуковой частоты, а приемный ПЭП - с системой обработки сигналов.
Основной недостаток известных способа и реализующего его устройства отмечен в описании к патенту самим автором изобретения: «с помощью пьезоэлектрических преобразователей непросто передать в рельсы достаточную мощность для преодоления, по крайней мере, 200-метрового отрезка пути». Непосредственный контакт пьезопластины ПЭП с рельсом через тонкий слой акустической смазки (что было бы наиболее выгодно энергетически) при движении состава невозможен, а передача (и прием) акустических колебаний через относительно толстый слой иммерсионной жидкости, применяемой в патенте, связана со значительными потерями акустической энергии и необходимостью использования специальных уплотнительных элементов. Малая площадь контакта «колесо-рельс» усугубляет названный недостаток. Загрязненная поверхность рельса является дополнительным фактором, ухудшающим передачу энергии звуковых колебаний. Необходимость передачи акустических колебаний от неподвижной к подвижной (и наоборот, - при приеме отраженного акустического сигнала) части акустического тракта: пьезопластина ПЭП - протектор - подшипник скольжения - слой иммерсионной жидкости - вал колесной пары - колесо, чрезмерно усложняет конструкцию устройства, реализующего известный способ.
Известен также акустический способ обнаружения неисправности рельсового пути по патенту РФ №2511644, МПК G01N 29/04, В61К 9/10, опубл. 10.04.2014 г., согласно которому так же, как и в решении по патенту №2126339, в рельсы передают акустический сигнал, принимают отраженный сигнал, а по времени распространения акустических сигналов к месту неисправности и обратно определяют его координату, причем передачу и прием акустических сигналов осуществляют попеременно.
В отличие от способа по патенту №2126339 в качестве «дарового» источника мощности акустических сигналов используют энергию, выделяемую при ударном взаимодействии колесных пар с межрельсовыми стыками. Прием отраженных от дефектных участков рельсового пути сигналов осуществляют так же, как и в патенте №2126339: пьезоэлектрическими преобразователями, установленными на подшипниках скольжения, расположенных на валу колесной пары.
Данный способ обнаружения неисправности рельсового пути является наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков к заявляемому способу мониторинга технического состояния рельсового пути.
Известный способ позволяет более эффективно передавать энергию акустических колебаний в рельсы, обеспечивая их «прозвучивание» на большие расстояния по сравнению с изобретением по патенту №2126339, однако в приемном канале недостатки, обусловленные малой площадью контакта «рельс-колесо» и применением иммерсионной жидкости, через которую отраженный сигнал передается на пьезопластину ПЭП, не устранены, что снижает надежность обнаружения дефектов пути. Относительно низкая надежность известного способа обусловлена также тем, что излучение и прием сигналов производят «от стыка к стыку». Сигнал от дефекта, находящегося на расстоянии от состава порядка нескольких километров бесстыкового участка пути, принимается практически мгновенно (скорость распространения звука в стальном рельсе составляет около 6000 м/с), но подвижной состав проходит это расстояние за определенное время, в течение которого обстановка на пути может измениться (например, на рельсах может появиться посторонний предмет и т.п.).
Поскольку в прототипе в качестве источника акустического сигнала используют удар колесной пары на межрельсовом стыке, использовать известный способ можно лишь на стыковых (звеньевых) рельсовых путях. На бесстыковом рельсовом пути (или бесстыковом участке пути длиной в перегон) использование известного способа невозможно. Это существенно ограничивает область применения данного технического решения.
Заявляемое изобретение решает задачу создания универсального способа мониторинга технического состояния рельсового пути, лишенного вышеперечисленных недостатков аналогов.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности способа мониторинга технического состояния рельсового пути.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе мониторинга технического состояния рельсового пути, при котором в рельсы передают акустический сигнал, отраженный сигнал принимают акустическими датчиками, обрабатывают сигнал с помощью системы обработки сигналов, и, по результатам анализа полученных данных, судят о состоянии рельсового пути, согласно изобретению в качестве источника акустического сигнала используют деформационную волну, возникающую в рельсе при движении подвижного состава, при этом прием отраженных сигналов осуществляют непрерывно в движении состава, а в качестве акустических датчиков используют электромагнитно-акустические преобразователи.
Использование в заявляемом способе мониторинга технического состояния рельсовых путей установленных на подвижном составе электромагнитно-акустических преобразователей в сочетании с использованием в качестве источника акустического сигнала подвижного состава, деформирующего рельс в процессе движения, обеспечивают надежное функционирование системы мониторинга в условиях как звеньевого, так и бесстыкового рельсовых путей. Бесконтактный и непрерывный прием и анализ отраженных от дефектов пути акустических сигналов в процессе движения подвижного состава позволяет оперативно, с большим опережением, оценивать обстановку на путях и принимать корректирующие действия, исключающие аварийные ситуации.
Изобретение, охарактеризованное указанными выше совокупностями существенных признаков, на дату подачи заявки не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".
Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".
Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков предлагаемого способа и обеспечивающие достижение заявляемого технического результата, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Предлагаемое изобретение иллюстрируется графическими материалами, где
- на фиг. 1 представлен локомотив с размещенными на нем элементами системы мониторинга, реализующей предлагаемый способ;
- на фиг. 2 показан выносной элемент на фиг. 1 (схематичное изображение электромагнитно-акустического преобразователя, взаимодействующего с рельсом);
- на фиг. 3 представлен один из возможных вариантов блок-схемы системы обработки сигналов.
Система мониторинга, реализующая предлагаемый способ, установлена на подвижном составе, предпочтительно на локомотиве (см. фиг. 1), и содержит акустические датчики 1, выполненные в виде электромагнитно-акустических преобразователей (ЭМАП), связанных с системой обработки сигналов (фиг. 3). ЭМАП 1, закрепленный на ходовой части тележки локомотива (на фиг. 2 узел крепления не показан), включает магнитную систему в виде постоянного магнита 2 и приемную катушку 3, установленную с зазором относительно верхней поверхности рельса 4. Минимальная величина зазора определяется конструктивными особенностями системы и условиями эксплуатации, а максимальная - необходимой чувствительностью датчика.
Система обработки сигналов выполнена в виде усилителя 5, вход которого соединен с ЭМАП 1, а выход через фильтр низких частот 6 подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 7. Выход АЦП 7 через последовательно соединенные полосовой фильтр 8, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) 9 и пороговое устройство 10 подключен к устройству 11 отображения информации.
Способ мониторинга технического состояния рельсового пути реализуется при работе системы следующим образом.
При движении подвижного состава в рельсе возникает деформационная волна, являющаяся источником акустических колебаний, распространяющихся в направлении движения состава со скоростью 6000 м/с. Встречая на пути препятствие в виде неоднородности рельсов, в частности, вызванной их коррозией, трещинообразованием или соприкосновением с рельсами колесных пар другого подвижного состава и т.п., волна частично (а в случае излома рельса - полностью) отражается от неоднородности. Отраженный акустический сигнал, несущий информацию о возможном дефекте пути, распространяясь по рельсу в обратном направлении навстречу движущемуся составу, достигает соответствующего (левого или правого) ЭМАП 1. При взаимодействии акустических колебаний материала рельса 4 с магнитным полем магнитной системы 2 в рельсе наводятся вихревые токи, которые, в свою очередь, индуцируют ЭДС в приемной катушке 3 ЭМАП (так называемое обратное ЭМА-преобразование). Далее эквивалентный электрический сигнал с выхода катушки 3 поступает на вход системы обработки сигналов, где усиливается, преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП 7 и через полосовой фильтр 8 поступает на вход блока БПФ 9, который может быть выполнен в виде специализированного процессора БПФ, где подвергается быстрому преобразованию Фурье для получения амплитудно-частотной характеристики спектра измеренного сигнала. При превышении допустимых пороговых значений сигналов, заложенных в памяти устройства 10, характерных для определенных типов дефектов рельсов, сигналы поступают на вход устройства отображения информации (дисплей) 11.
Использование в заявляемом способе мониторинга технического состояния рельсовых путей установленных на подвижном составе однонаправленных ЭМА-преобразователей, функционирующих в режиме приема отраженных от неоднородностей акустических сигналов, в сочетании с использованием в качестве источника акустического сигнала самого подвижного состава, деформирующего рельс в процессе движения, позволяют надежно и с высокой степенью вероятности выявлять дефекты как звеньевого, так и бесстыкового рельсового пути, а зная скорость движения поезда и время прихода отраженного сигнала, рассчитать расстояние от неоднородности и определить время сближения подвижного состава с потенциально опасным участком пути. Бесконтактный и непрерывный прием и анализ акустических сигналов в процессе движения подвижного состава позволяет исключить характерные для аналогов «мертвые зоны», остающиеся вне «поля зрения» системы мониторинга в режиме реального времени.
Реализующая способ система мониторинга характеризуется минимальным составом элементов и отсутствием движущихся (вращающихся) частей в тракте приема-передачи акустических колебаний. Исключается использование контактных жидкостей. Не предъявляется никаких требований к чистоте поверхности рельса, поскольку ЭДС индуцируется непосредственно в приемной катушке ЭМАП. По сравнению с точечным контактом колеса с рельсом, затрудняющим прием отраженного акустического сигнала в прототипе, приемная катушка ЭМАП, выполняемая преимущественно плоской и многовитковой, имеет гораздо большую площадь «сцепления» с верхней поверхностью рельса, что гарантирует более устойчивый прием сигнала посредством электромагнитного контакта.
Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей и повышении надежности способа мониторинга технического состояния рельсового пути.
Claims (1)
- Способ мониторинга технического состояния рельсового пути, при котором в рельсы передают акустический сигнал, отраженный сигнал принимают акустическими датчиками, обрабатывают сигнал с помощью системы обработки сигналов и по результатам анализа полученных данных судят о состоянии рельсового пути, отличающийся тем, что в качестве источника акустического сигнала используют деформационную волну, возникающую в рельсе при движении подвижного состава, при этом прием отраженных сигналов осуществляют непрерывно в движении состава, а в качестве акустических датчиков используют электромагнитно-акустические преобразователи.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016130658A RU2636827C1 (ru) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Способ мониторинга технического состояния рельсового пути |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016130658A RU2636827C1 (ru) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Способ мониторинга технического состояния рельсового пути |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2636827C1 true RU2636827C1 (ru) | 2017-11-28 |
Family
ID=60581216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016130658A RU2636827C1 (ru) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Способ мониторинга технического состояния рельсового пути |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2636827C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110032097A (zh) * | 2018-12-31 | 2019-07-19 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种铁轨多参数实时监测装置及方法 |
RU2748826C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-05-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) | Устройство для контроля излома рельсов на участках с электротягой переменного тока |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6424150B2 (en) * | 1999-03-17 | 2002-07-23 | Southwest Research Institute | Magnetostrictive sensor rail inspection system |
RU37832U1 (ru) * | 2004-02-24 | 2004-05-10 | Горделий Виталий Иванович | Средство для ультразвуковой дефектоскопии |
RU38148U1 (ru) * | 2004-03-03 | 2004-05-27 | Горделий Виталий Иванович | Установка для автоматизированного контроля рельсов |
RU2299430C1 (ru) * | 2005-12-23 | 2007-05-20 | Виталий Иванович Горделий | Электромагнитно-акустический дефектоскоп для контроля железнодорожных рельсов |
US20100185402A1 (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-22 | National Railroad Passenger Corporation | Multi-probe rail scanning/encoder system and certified method of use thereof |
RU2511644C1 (ru) * | 2012-08-27 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Акустический способ обнаружения неисправности рельсового пути |
RU152257U1 (ru) * | 2014-07-04 | 2015-05-10 | Алексей Михайлович Кашин | Ультразвуковой дефектоскоп для контроля по теневой схеме с разностной компенсацией влияния мешающих факторов при сканировании |
RU2550825C1 (ru) * | 2014-02-19 | 2015-05-20 | Алексей Михайлович Кашин | Способ динамической калибровки ультразвукового дефектоскопа |
-
2016
- 2016-07-25 RU RU2016130658A patent/RU2636827C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6424150B2 (en) * | 1999-03-17 | 2002-07-23 | Southwest Research Institute | Magnetostrictive sensor rail inspection system |
RU37832U1 (ru) * | 2004-02-24 | 2004-05-10 | Горделий Виталий Иванович | Средство для ультразвуковой дефектоскопии |
RU38148U1 (ru) * | 2004-03-03 | 2004-05-27 | Горделий Виталий Иванович | Установка для автоматизированного контроля рельсов |
RU2299430C1 (ru) * | 2005-12-23 | 2007-05-20 | Виталий Иванович Горделий | Электромагнитно-акустический дефектоскоп для контроля железнодорожных рельсов |
US20100185402A1 (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-22 | National Railroad Passenger Corporation | Multi-probe rail scanning/encoder system and certified method of use thereof |
RU2511644C1 (ru) * | 2012-08-27 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Акустический способ обнаружения неисправности рельсового пути |
RU2550825C1 (ru) * | 2014-02-19 | 2015-05-20 | Алексей Михайлович Кашин | Способ динамической калибровки ультразвукового дефектоскопа |
RU152257U1 (ru) * | 2014-07-04 | 2015-05-10 | Алексей Михайлович Кашин | Ультразвуковой дефектоскоп для контроля по теневой схеме с разностной компенсацией влияния мешающих факторов при сканировании |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110032097A (zh) * | 2018-12-31 | 2019-07-19 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种铁轨多参数实时监测装置及方法 |
RU2748826C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-05-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) | Устройство для контроля излома рельсов на участках с электротягой переменного тока |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Alahakoon et al. | Rail flaw detection technologies for safer, reliable transportation: a review | |
US9989498B2 (en) | Nonlinear ultrasonic testing for non-destructive measurement of longitudinal thermal stresses in solids | |
US9568452B2 (en) | Non-contact signal propagation property evaluation of synthetic fiber rope | |
US9689760B2 (en) | Stress detection in rail | |
Lee et al. | Application of laser-generated guided wave for evaluation of corrosion in carbon steel pipe | |
Mariani et al. | Field test performance of noncontact ultrasonic rail inspection system | |
WO1999044029A1 (en) | Flaw detection system using acoustic doppler effect | |
RU2636827C1 (ru) | Способ мониторинга технического состояния рельсового пути | |
US20130111999A1 (en) | Method and device for non-destructive material testing by means of ultrasound | |
Kuang et al. | Acoustic emission source location and noise cancellation for crack detection in rail head | |
GB2383413A (en) | Detecting rail defects using acoustic surface waves | |
Santa-aho et al. | Automated ultrasound-based inspection of rails | |
Wang et al. | Structural health monitoring of high-speed railway tracks using diffuse ultrasonic wave-based condition contrast: theory and validation | |
RU2487809C2 (ru) | Способ диагностирования рельсового пути и подвижного состава | |
Cheng et al. | Assessment of ultrasonic NDT methods for high speed rail inspection | |
Brizuela et al. | NDE system for railway wheel inspection in a standard FPGA | |
Zhou et al. | Contemporary inspection and monitoring for high-speed rail system | |
Brizuela et al. | Railway wheels flat detector using Doppler effect | |
Qiu et al. | Damage detection for high‐speed train axle based on the propagation characteristics of guided waves | |
RU2490153C1 (ru) | Способ дистанционного обнаружения изменения состояния рельсового пути перед движущимся поездом | |
Entezami et al. | Lineside and on-board monitoring techniques for infrastructure and rolling stock on high-speed lines | |
JP6408145B2 (ja) | 妨害因子の差動補償を有する超音波探傷検査の方法 | |
Fadaeifard et al. | Rail inspection technique employing advanced nondestructive testing and Structural Health Monitoring (SHM) approaches—A review | |
RU2284519C1 (ru) | Способ диагностирования рельсовых плетей металлического моста и устройство для его осуществления | |
Zhou et al. | Sensing solutions for assessing and monitoring high-speed railroads |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190726 |