RU2699942C1 - Method for prediction of development of anomalies in rail head - Google Patents

Method for prediction of development of anomalies in rail head Download PDF

Info

Publication number
RU2699942C1
RU2699942C1 RU2019106573A RU2019106573A RU2699942C1 RU 2699942 C1 RU2699942 C1 RU 2699942C1 RU 2019106573 A RU2019106573 A RU 2019106573A RU 2019106573 A RU2019106573 A RU 2019106573A RU 2699942 C1 RU2699942 C1 RU 2699942C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anomalies
rail
signals
development
integral
Prior art date
Application number
RU2019106573A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Аркадиевич Марков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Радиоавионика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Радиоавионика" filed Critical Открытое акционерное общество "Радиоавионика"
Priority to RU2019106573A priority Critical patent/RU2699942C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2699942C1 publication Critical patent/RU2699942C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61KAUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00Railway 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
    • B61K9/08Measuring installations for surveying permanent way
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/04Analysing solids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: defectoscopy.
SUBSTANCE: use: for evaluation of rails state. Summary of invention consists in the fact that defectoscopic means are moved along rail track, rails head is probed by them, received signals are evaluated, anomalies are detected and recorded with reference to track coordinates, additionally, according to the results of probing, integral parameter of each anomaly is formed, during subsequent movements of the flaw detection devices along the rail track, probing is repeated, the integral parameters of the current and previously found anomalies are compared, the dynamics of the change of the integral parameter of each anomaly is estimated, the prospects of its development and the repair measures are planned.
EFFECT: possibility of reliable estimation of anomalies in a rail head, as well as possibility of predetermining development of anomalies before critical situations occur.
1 cl, 3 dwg

Description

Способ прогнозирования развитии аномалий в головке рельсов относится способам и средствам неразрушающего контроля материалов и может быть использован для оценки состояния рельсов, с целью своевременного принятия мер по устранения проблем.A method for predicting the development of anomalies in the rail head relates to methods and means of non-destructive testing of materials and can be used to assess the condition of rails in order to take timely measures to eliminate problems.

Известно, что наибольшее (до 70%) количество опасных дефектов в рельсовом пути возникает головке рельса [1], что определяет актуальность изобретения.It is known that the largest (up to 70%) number of dangerous defects in the rail track occurs for the rail head [1], which determines the relevance of the invention.

Дефекты могут иметь различные: форму, размеры, ориентацию, [1, 2] что затрудняет их обнаружение и оценку.Defects can have various: shape, size, orientation, [1, 2] which complicates their detection and evaluation.

Дефектоскопия осуществляется путем перемещения поисковых средств по рельсовому пути различными транспортными устройствами (вагонами, автомотрисами, тележками) [3, 4].Defectoscopy is carried out by moving search tools along the rail track by various transport devices (wagons, railcars, carts) [3, 4].

Дефектоскопия осуществляется различными техническими средствами:Flaw detection is carried out by various technical means:

1. Магнитно-динамическими (МД), в том числе многоканальными.1. Magnetic-dynamic (MD), including multi-channel.

2. Ультразвуковыми (УЗ), как правило, многоканальными.2. Ultrasonic (ultrasound), as a rule, multi-channel.

3. Вихретоковыми (ВТ), применяемыми не часто из-за малой глубины обнаружения дефектов.3. Eddy current (VT), used not often due to the small depth of detection of defects.

Каждое из средств обладает свойственными ему возможностями, особенностями применения, достоинствами и недостатками, а на результаты зондирований влияет множество случайных факторов.Each of the means has its own capabilities, application features, advantages and disadvantages, and many random factors affect the results of sounding.

Совершенствование дефектоскопических средств привело к возможности их применения на высокоскоростных транспортных средств, двигающихся со скоростями до 80 км/час и выше, что не требует длительного занятия рельсовых путей и позволяет повысить частоту проездов и вероятность обнаружения дефектов, а значит безопасность движения. В результате рельсовые пути дефектоскопируются несколько раз в месяц (от 20 до 60 раз в год [3]).Improvement of flaw detection tools has led to the possibility of their use on high-speed vehicles moving at speeds of up to 80 km / h and higher, which does not require long occupancy of rail tracks and can increase the frequency of travel and the probability of detecting defects, which means traffic safety. As a result, rail tracks are flawed several times a month (from 20 to 60 times a year [3]).

Результатами зондирований являются сигналы s от дефектоскопических средств, свидетельствующие об аномалии в головке рельса. Под аномалиями здесь и далее понимаются нарушения состояния головки рельсов (потенциальные дефекты), которые по [3] относят к «подозрительным» сечениям рельсов, на дефектограммах которых имеются сигналы от дефектов, не позволяющие однозначно оценить степень их опасности (см. стр. 10 [3]).Sensing results are s signals from flaw detectors, indicating anomalies in the rail head. Hereinafter, anomalies are understood as violations of the state of the rail head (potential defects), which according to [3] are classified as “suspicious” sections of rails, on the defectograms of which there are signals from defects that do not allow us to unambiguously assess the degree of their danger (see page 10 [ 3]).

Указанные сигналы представляют оператору и сохраняют в виде развертки А (на координатной плоскости: «амплитуда - время распространения УЗ колебаний) и/или развертки типа В («время распространения УЗ колебаний - время движения преобразователя») в некотором окне наблюдения, соответствующему небольшому участку пути, на котором принимаются сигналы от искомого дефекта [4, 5].These signals are presented to the operator and stored in the form of a scan A (on the coordinate plane: “amplitude - propagation time of ultrasonic vibrations) and / or scan B (“ propagation time of ultrasonic vibrations - transducer travel time ”) in a certain observation window corresponding to a small portion of the path where signals from the desired defect are received [4, 5].

Для оценки, сигналы s в соответствии с нормативными документами Российских железных дорог [6], как правило, сравниваются с двумя уровнями:For evaluation, s signals in accordance with the regulatory documents of the Russian Railways [6], as a rule, are compared with two levels:

- шума Sш, позволяющему исключить из дальнейшего рассмотрения сигналы помех с малой амплитудой;- noise S W , allowing to exclude from further consideration interference signals with small amplitude;

- дефекта Sоп, при котором аномалию следует считать опасным дефектом с принятием соответствующих мер.- defect S op , in which the anomaly should be considered a dangerous defect with the adoption of appropriate measures.

Такой анализ может проводиться автоматически и оперативно отображаться на экране оператора в процессе перемещения дефектоскопических средств.Such an analysis can be carried out automatically and promptly displayed on the operator’s screen during the movement of flaw detection tools.

Все сигналы s, полученные в процессе зондирований, сохраняются с привязкой к продольным координатам рельсового пути для последующего анализа в диагностической лаборатории. Для решения задачи привязки необходимо:All signals s obtained in the process of sounding are stored with reference to the longitudinal coordinates of the rail track for subsequent analysis in the diagnostic laboratory. To solve the binding task, you must:

- определить текущую координату дефектоскопических средств на рельсовом пути с использованием: систем глобальной навигации (GPS, ГЛОНАС и т.п.), датчика скорости и одометра, сигналов от конструктивных элементов рельсового пути (стыкам, рельсовым подкладкам и т.д.) и других способов для достижения точности позиционирования до уровня дискретности зондирований головки рельса, например, 2 мм;- determine the current coordinate of flaw detection tools on the rail using: global navigation systems (GPS, GLONAS, etc.), speed sensor and odometer, signals from structural elements of the rail (joints, rail linings, etc.) and others methods for achieving positioning accuracy to the level of discreteness of sounding of the rail head, for example, 2 mm;

- совместить результаты зондирований s всеми каналами, пространственно разнесенных средств дефектоскопии, к поперечным сечениям рельса (развертка В по всем каналам в режиме «Сведение в единое сечение» [4]).- combine the results of sounding s with all channels of spatially distributed means of defectoscopy to the rail cross sections (scan B for all channels in the “Reduction into a single section” mode [4]).

Лабораторный анализ результатов зондирований сопряжен с существенными трудозатратами.Laboratory analysis of sounding results is associated with significant labor costs.

Известен мобильный дефектоскопический комплекс [7] (патент RU 2438903), которое предполагает наличие различных средств дефектоскопии железнодорожной инфраструктуры. В данном решении содержатся принципиальные воззрения на мобильный диагностический комплекс с множеством диагностируемых параметров.Known mobile flaw detection complex [7] (patent RU 2438903), which suggests the presence of various means of flaw detection of railway infrastructure. This decision contains fundamental views on a mobile diagnostic complex with many diagnosed parameters.

Недостатками способа [7] являются:The disadvantages of the method [7] are:

1) отсутствие технических решений множества конкретных задач дефектоскопии из-за декларативно-рекламного характера патента;1) the lack of technical solutions to many specific problems of flaw detection due to the declarative-advertising nature of the patent;

2) диагностический комплекс предназначен для высокоскоростной дефектоскопии, а для анализа использует только результаты текущих зондирований, без учета предыдущих.2) the diagnostic complex is designed for high-speed flaw detection, and for analysis uses only the results of current soundings, without taking into account the previous ones.

Известен способ оценки аномалий в головке рельса [8] (Патент RU 2446971), заключающийся в том, что, зондируют ее, перемещая дефектоскопические средства по рельсовому пути и оценивая полученные сигналы, обнаруживают аномалии и регистрируют их с привязкой к координатам рельсового пути. Полученные результаты зондирований анализируют оперативно и в лабораторных условиях, причем эти действия выполняет оператор на основе опыта.There is a method of evaluating anomalies in the rail head [8] (Patent RU 2446971), which consists in probing it by moving flaw detection tools along the rail track and evaluating the received signals, detecting anomalies and registering them with reference to the coordinates of the rail track. The obtained sounding results are analyzed promptly and in laboratory conditions, and these actions are performed by the operator based on experience.

Недостатком этого способа является субъективный характер оценки аномалий, зависящий от опыта оператора, его внимательности и т.п.The disadvantage of this method is the subjective nature of the assessment of anomalies, depending on the experience of the operator, his care, etc.

Наиболее близким к заявляемому способу оценки аномалий в головке рельса является способ [9] (Патент RU 2521095), заключающийся том, что, зондируют ее, перемещая дефектоскопические средства по рельсовому пути и оценивая полученные сигналы, обнаруживают аномалии и регистрируют их с привязкой к координатам рельсового пути. Полученные результаты зондирований анализируют оперативно и в лабораторных условиях. Способ предполагает использование многоканальных УЗ и МД средств дефектоскопии, указывается целесообразность их совместного анализа. Кроме того, указывается на необходимость сохранения результатов зондирований в «диагностической карте» с последующим анализом оператором.Closest to the claimed method for evaluating anomalies in the rail head is the method [9] (Patent RU 2521095), which consists in probing it by moving flaw detection tools along the rail track and evaluating the received signals, detecting anomalies and registering them with reference to the coordinates of the rail the way. The obtained sounding results are analyzed promptly and in laboratory conditions. The method involves the use of multichannel ultrasound and MD flaw detection tools, indicates the appropriateness of their joint analysis. In addition, the need for storing the results of soundings in the “diagnostic map” with subsequent analysis by the operator is indicated.

Недостатком этого способа является субъективный характер оценки аномалий, зависящий от опыта оператора, его внимательности и т.п. Многоканальность средств дефектоскопии предполагает учет сигналов каждого канала, измерение его параметров (до 5 параметров каждого сигнала) и их анализ для оценки степени опасности обнаруженных аномалий. Это существенно усложняет обработку сигналов и их оценку при принятии решений.The disadvantage of this method is the subjective nature of the assessment of anomalies, depending on the experience of the operator, his care, etc. The multi-channel means of flaw detection involves taking into account the signals of each channel, measuring its parameters (up to 5 parameters of each signal) and analyzing them to assess the degree of danger of the detected anomalies. This significantly complicates the processing of signals and their evaluation when making decisions.

Таким образом, общими недостатками известных авторам способов оценки аномалий в головке рельса являются:Thus, the common disadvantages of the methods known to the authors for evaluating anomalies in the rail head are:

1) отсутствие объективных критериев для оценки сигналов от аномалий, кроме мгновенных амплитуд принятых сигналов в разных каналах, что приводит к необходимости визуальной оценки результатов дефектоскопии опытными операторами и препятствует автоматизации процесса обработки результатов зондирований;1) the lack of objective criteria for evaluating signals from anomalies, except for the instantaneous amplitudes of the received signals in different channels, which leads to the need for visual evaluation of the results of flaw detection by experienced operators and prevents the automation of the processing of sounding results;

2) отсутствие конкретных способов совместного учета результатов последовательных проездов участков рельсового пути дефектоскопическими средствами.2) the absence of specific methods for jointly taking into account the results of successive journeys of sections of the rail track by flaw detection means.

Для решения указанных проблем в способе прогнозирования развитей аномалии в головке рельсов, заключающемся том, что, зондируют их, перемещая дефектоскопические средства по рельсовому пути и оценивая полученные сигналы, обнаруживают аномалии и регистрируют их с привязкой к координатам рельсового пути, дополнительно по результатам зондирований формируют интегральный параметр каждой аномалии, при последующих зондированиях оценивают динамику изменения интегрального параметра аномалии, прогнозируют перспективы развития аномалии и планируют ремонтные мероприятия.To solve these problems in a method for predicting the development of anomalies in the rail head, namely, they are probed by moving flaw detectors along the rail track and evaluating the received signals, anomalies are detected and recorded with reference to the rail track coordinates, additionally, based on the sounding results, an integral the parameter of each anomaly, with subsequent soundings, the dynamics of changes in the integral parameter of the anomaly is estimated, the prospects for the development of the anomaly and iruyut repair activities.

Существенными отличиями заявляемого способа прогнозирования развития аномалий в головке рельсов являются следующие.Significant differences of the proposed method for predicting the development of anomalies in the head of the rails are as follows.

По результатам зондирований формируют S - интегральный параметр каждой аномалии. Интегральный параметр является, например, числом, объединяющим аномальные сигналы в единую скалярную величину, позволяющую оценить степень их опасности и другие характеристики, в том числе в автоматическом режиме.Based on the results of sounding, an S - integral parameter of each anomaly is formed. The integral parameter is, for example, a number that combines abnormal signals into a single scalar quantity, allowing one to evaluate the degree of their danger and other characteristics, including in automatic mode.

В прототипе интегральная оценка S не используется.In the prototype, the integral estimate of S is not used.

При последующих перемещениях дефектоскопических средств по данному рельсовому пути (через определенный временной интервал, определяемый графиком периодического контроля) повторяют зондирования с получением интегральной оценки S аномалии.During subsequent movements of flaw detection tools along a given rail track (after a certain time interval determined by the schedule of periodic monitoring), the soundings are repeated to obtain an integral estimate S of the anomaly.

В прототипе также предусмотрены последовательные проезды по рельсовому пути с целью дефектоскопии, но с получением только амплитуд сигналов аномалий (без интегральной оценки S аномалии).The prototype also provides for consecutive rail travel with the goal of defectoscopy, but with only the amplitudes of the signals of the anomalies (without an integral estimate of the S anomaly).

Сравнивают интегральные параметры S текущих и ранее найденных аномалий, что позволяет определить динамику их изменений.The integral parameters S of current and previously found anomalies are compared, which allows us to determine the dynamics of their changes.

В прототипе также предусмотрена возможность сравнения «новых» сигналов зондирований со «старыми» - предыдущими, по результатам сравнений делают некоторую оценку и заменяют «старые» сигналы на «новые». Таким образом, оценка результатов проводится на ограниченном временном интервале.The prototype also provides for the possibility of comparing “new” sounding signals with “old” - previous ones, according to the results of comparisons they make some assessment and replace the “old” signals with “new” ones. Thus, the evaluation of the results is carried out on a limited time interval.

Оценивают динамику изменения интегрального параметра S каждой аномалии и прогнозируют перспективы развития каждой аномалии, что позволяет заранее определить сроки достижения ею критических значений.The dynamics of changes in the integral parameter S of each anomaly is estimated and the prospects for the development of each anomaly are predicted, which allows one to determine in advance the time it will reach critical values.

В прототипе прогнозирование не предусмотрено.In the prototype forecasting is not provided.

Планируют ремонтные мероприятия, что позволяет принять соответствующие упреждающие меры. Плановые работы (установка усиливающих дефектное сечение накладок, изъятие участка рельса и т.п.) по восстановлению целостности пути до достижения критического размера дефекта гораздо дешевле, чем немедленное восстановление остродефектного рельса.Repair activities are planned, which allows for appropriate proactive measures. Scheduled work (installation of reinforcing defective section of overlays, removal of a rail section, etc.) to restore the integrity of the track until a critical defect size is achieved is much cheaper than immediate restoration of an acute defective rail.

В прототипе предусмотрена лишь реакция на обнаруженные дефекты.The prototype provides only a reaction to detected defects.

Техническим результатом использования заявляемого способа прогнозирования аномалий в головке рельсов является возможность предопределения развития аномалий до возникновения критических ситуаций, требующих немедленного вмешательства, в том числе в автоматическом режиме.The technical result of using the proposed method for predicting anomalies in the rail head is the ability to predetermine the development of anomalies before critical situations arise that require immediate intervention, including in automatic mode.

Заявляемый способ прогнозирования развития аномалий в головке рельсов иллюстрируют следующие графические материалы:The inventive method for predicting the development of anomalies in the rail head is illustrated by the following graphic materials:

Фиг. 1. Алгоритм (упрощенный) работы заявляемого способа при прогнозировании развития аномалий.FIG. 1. The algorithm (simplified) of the proposed method in predicting the development of anomalies.

Фиг. 2. Пример интегральной оценки многоканальной УЗ дефектоскопии.FIG. 2. An example of an integrated assessment of multichannel ultrasonic flaw detection.

Фиг. 3. График прогнозирования развития аномалий.FIG. 3. Schedule for predicting the development of anomalies.

Рассмотрим возможность реализации заявляемого способа.Consider the possibility of implementing the proposed method.

На вагон, автомотрису, автомобиль или любую подвижную единицу на рельсовом ходу устанавливают многоканальные дефектоскопические средства одного или нескольких типов (МД, УЗ и т.п.), обеспечивая простоту их крепления, электромагнитную совместимость и другие обстоятельства. Перемещают дефектоскопические средства по рельсовому пути, обеспечивая диагностику головки на всей дистанции рельсового пути.Multichannel flaw detection tools of one or several types (MD, UZ, etc.) are installed on a wagon, motor-track, car, or any mobile unit on a rail track, providing ease of attachment, electromagnetic compatibility, and other circumstances. Flaw detectors are moved along the rail, providing diagnostics of the head over the entire distance of the rail.

Алгоритм работы заявляемого способа приведен на Фиг. 1. В соответствии с алгоритмом зондируют рельс (его головку), для чего излучают возбуждающие и принимают соответствующие отраженные от возможных дефектов сигналы s. При этом, различными средствами навигации, рассмотренными выше, определяют текущие координаты средств дефектоскопии на рельсовом пути с учетом скорости перемещения, относительного положения и т.п. Частоту (периодичность) зондирования головки рельса в процессе сканирования выбирают для достижения требуемой разрешающей способности по длине рельсового пути, например, через каждые 2 мм. На первом этапе проводится фильтрация сигналов s путем сравнения их с шумовым порогом Sш. Сигналы s, принятые по различным каналам многоканального дефектоскопа и превышающие по амплитуде шумовой порог, свидетельствуют о возможном наличии аномалий в головке рельса, и отображаются в виде развертки типа А, которую сложно наблюдать в оперативном режиме.The operation algorithm of the proposed method is shown in FIG. 1. In accordance with the algorithm, a rail (its head) is probed, for which exciting signals s are emitted and receive corresponding signals s reflected from possible defects. At the same time, the various coordinates of the navigation tools discussed above determine the current coordinates of the flaw detection tools on the rail, taking into account the speed of movement, relative position, etc. The frequency (periodicity) of sounding of the rail head during the scanning process is chosen to achieve the required resolution along the length of the rail, for example, every 2 mm At the first stage, the signals s are filtered by comparing them with the noise threshold S w . Signals s received on various channels of a multichannel flaw detector and exceeding the noise threshold in amplitude indicate the possible presence of anomalies in the rail head and are displayed as a type A sweep, which is difficult to observe in the on-line mode.

На втором этапе производится приведение результатов измерений s к поперечному сечению рельса с формированием развертки В, которая отображается оператору оперативно в ходе перемещения, и сохраняется для последующего анализа.At the second stage, the results of measurements of s are brought to the cross section of the rail with the formation of a reamer B, which is displayed to the operator promptly during the movement, and is stored for subsequent analysis.

При наличии известных признаков сигналов от дефекта (наклонные пачки сигналов) осуществляется формирование интегральной оценки дефектного сечения. При отсутствии таких признаков (например, одновременное появление сигналов во всей временной зоне от электромагнитных помех) сигналы относят к «случайным» и исключают из дальнейшего рассмотрения.In the presence of known signs of signals from the defect (inclined bursts of signals), an integral assessment of the defective cross section is formed. In the absence of such signs (for example, the simultaneous appearance of signals in the entire time zone from electromagnetic interference), the signals are classified as "random" and excluded from further consideration.

Таким образом, при анализе сигналы s необходимо разделить на (Фиг. 1):Thus, in the analysis, the signals s must be divided into (Fig. 1):

1. «Случайные», которые, следует исключить из рассмотрения, т.к. по косвенным признакам они не относятся сигналам от дефектов (например, сигналы от кратковременных электромагнитных помех - возникают во всем временном интервале одновременно, в отличие от сигналов от отражателей, сдвигающиеся по временной шкале по мере движения ЭАП).1. “Random”, which should be excluded from consideration, because by indirect signs, they do not apply to signals from defects (for example, signals from short-term electromagnetic interference - occur in the entire time interval at the same time, in contrast to signals from reflectors, which shift along the time scale as the EAT moves).

2. «Опасные или ОДР по [2]» - у которых интегральная оценка выше порогового значения, свидетельствующая о необходимости немедленной реакции.2. “Dangerous or ODR according to [2]” - for which the integral assessment is higher than the threshold value, indicating the need for an immediate reaction.

3. «Подозрительные» по [2] - которые не являются сигналами от опасных дефектов, но требуют более пристального внимания при последующих диагностических проездах.3. “Suspicious” according to [2] - which are not signals from dangerous defects, but require closer attention during subsequent diagnostic trips.

В соответствии с этими очевидными правилами указанные операции диференцации сигналов проводится оперативно в процессе движения средств дефектоскопии.In accordance with these obvious rules, the indicated signal differentiation operations are carried out promptly in the process of moving flaw detection tools.

На третьем этапе формируется и запоминается для последующего анализа интегральная Sинт оценка сигналов s, принятых различными средствами и их каналами зондирования. Эта задача может решаться различными способами:At the third stage, an integral S int estimate of the signals s received by various means and their sounding channels is formed and stored for subsequent analysis. This problem can be solved in various ways:

- по всем средствам зондирования;- by all means of sounding;

- по каждому каналу определенного средства зондирования;- for each channel of a specific sensing means;

- по группам средств зондирования.- by groups of sensing equipment.

В случае одноканальной МД дефектоскопии, в качестве Sинт может выступать амплитуда ΔSм - размах сигнала аномалии. При наличии нескольких - n МД каналов с сигналами ΔSмi можно использовать усредненную сумму:

Figure 00000001
In the case of a single-channel MD defectoscopy, the amplitude ΔS m - the amplitude of the anomaly signal can act as S int . If there are several - n MD channels with signals ΔS mi, you can use the average amount:
Figure 00000001

Сигналы каждого УЗ канала, реализующих методы отражения (эхо метод и зеркальный методы контроля), как отмечено в [5], можно описать как минимум четырьмя параметрами: условная высота ΔSУЗ и условная длительность ΔL сигнала, амплитуда U (коэффициент kд выявляемости) и глубина залегания hд отражателя. Например, для системы, состоящей из n=6 УЗ каналов, озвучивающих головку рельса, суммарно формируется 24 измеряемых параметра. Естественно оперировать таким количеством параметров при анализе сигналов, особенно при многократных инспекциях (проездах), весьма проблематично.The signals of each ultrasound channel that implements reflection methods (echo method and mirror control methods), as noted in [5], can be described by at least four parameters: the conditional height ΔS of the ultrasound and the conditional duration ΔL of the signal, the amplitude U (detection coefficient k d ) and depth h d reflector. For example, for a system consisting of n = 6 ultrasound channels that sound the rail head, 24 measured parameters are formed in total. It is natural to operate with so many parameters when analyzing signals, especially with multiple inspections (drives), it is very problematic.

При этом развертка типа В, имеет вид, показанный на Фиг. 2б. Каналы УЗ дефектоскопии отличаются направленностью. Их можно сгруппировать по принципу «наезжающий» - «отъезжающий», но по общей плоскости зондирования и по другим принципам.In this case, the type B scan has the form shown in FIG. 2b. The channels of ultrasonic flaw detection differ in directivity. They can be grouped according to the principle of “driving over” - “leaving”, but according to the general sounding plane and according to other principles.

В качестве примера на Фиг. 2а показана схема прозвучивания головки 1 рельса с поперечным дефектом 2, озвучиваемым по мере сканирования шестью (n=6) электроакустическими преобразователями (ЭАП): «наезжающими» №3, 4 и 5, и «отъезжающими» №6, 7 и 8 с разными углами ввода УЗ колебаний в металл рельса. В соответствии с известными техническими решениями [4] регистрация сигналов от каждого ЭАП осуществляется в отдельную зону («дорожку») регистрации. Причем, с целью экономии площади дефектограмм 9, сигналы от так называемых «одноименных» ЭАП (под одинаковыми углами, но по- и против движения, например ЭАП 3 и 6) регистрируются на одну общую дорожку. Вследствие разнонаправленности озвучивания дефекта 2 на дефектограмме 9 формируются группы в виде пачки сигналов в виде наклонных линий разной ориентации (см., например, пачки сигналов 3р и 6р на Фиг. 2б) и могут быть визуально (и программно) различимыми.As an example in FIG. Figure 2a shows the sounding pattern of the rail head 1 with a transverse defect 2, voiced as it is scanned by six (n = 6) electro-acoustic transducers (EAP): “driving in” No. 3, 4 and 5, and “driving off” No. 6, 7 and 8 with different angles of entry of ultrasonic vibrations into the metal of the rail. In accordance with the well-known technical solutions [4], the registration of signals from each EAA is carried out in a separate zone (“track”) of registration. Moreover, in order to save the area of defectograms 9, signals from the so-called "eponymous" EAP (at the same angles, but against the movement, for example, EAP 3 and 6) are recorded on one common track. Due to the different directions of sounding of defect 2 on defectogram 9, groups are formed in the form of a packet of signals in the form of oblique lines of different orientations (see, for example, the packet of signals 3p and 6p in Fig. 2b) and can be visually (and programmatically) distinguishable.

В рассматриваемом примере, для формирования интегрального параметра выбирается наиболее информативный параметр пачки эхо-сигналов от возможного дефекта - условная высота ΔSУЗi пачки сигнала (Фиг. 2 б), которая измеряется в мкс (или в условных единицах). В отличие от принятого в качестве основного параметра в [6] условной протяженности ΔL (в мм) данный параметр не зависит от погрешности (проскальзывания) одометра. Выбор ΔSУЗi еще обусловлен тем, что при наличии группы сигналов (т.н. дробленой пачки) от анализируемого сечения можно просуммировать значения их параметров и получить единый параметр сигналов от конкретного канала.In the considered example, for the formation of the integral parameter, the most informative parameter of the echo signal pack from a possible defect is selected - the conditional height ΔS ultrasound of the signal pack (Fig. 2 b), which is measured in microseconds (or in arbitrary units). In contrast to the conventional length ΔL (in mm), taken as the main parameter in [6], this parameter does not depend on the error (slippage) of the odometer. The choice of ΔS ultrasound is also due to the fact that in the presence of a group of signals (the so-called crushed pack) from the analyzed section, it is possible to add up the values of their parameters and obtain a single signal parameter from a specific channel.

Физически изображения наклонных пачек сигналов с параметрами ΔSУЗi на развертке типа В представляют количество эхо-сигналов с амплитудами выше порогового уровня, полученными от отражателя в пределах диаграммы направленности ЭАП в процессе сканирования искательной системой (ЭАП №№3 - 8 на Фиг. 2). Сумма всех сигналов, полученных от дефекта со всех возможных сторон множеством преобразователей, в определенной мере отражает степень развитости и потенциальной опасности дефекта. Эту суммарную величину можно использовать в качестве интегральной оценки Sинт дефекта при многоканальном сканировании. Операции измерения параметров ΔSУЗi, их суммирование и получение усредненных параметров

Figure 00000002
могут быть автоматизированы.Physically, the images of oblique packets of signals with parameters ΔS ultrasound scan type B represent the number of echo signals with amplitudes above the threshold level obtained from the reflector within the radiation pattern of the EAP during scanning by the search system (EAP No. 3 - 8 in Fig. 2). The sum of all signals received from the defect from all possible sides by a plurality of converters reflects to a certain extent the degree of development and potential danger of the defect. This total value can be used as an integral estimate of the S int defect in multichannel scanning. Measurement operations of parameters ΔS ultrasound , their summation and obtaining averaged parameters
Figure 00000002
can be automated.

Таким образом, каждая из групп принятых отраженных сигналов может быть оценена в виде ее условной высоты - ΔSУЗi. Тогда в качестве интегральной оценки Sинт может выступать усредненная сумма объединенных групп сигналов

Figure 00000003
Thus, each of the groups of received reflected signals can be estimated as its conditional height - ΔS ultrasound . Then, as an integral estimate of S int , the averaged sum of the combined signal groups can act
Figure 00000003

Достаточно частые проезды (на грузонапряженных участках до 5 раз в месяц) дефектоскопическими средствами по дистанциям рельсового пути позволяют оценить динамику развития аномалии во времени Т, которая заключается в аппроксимации полученных при каждом инспекционном проезде интегральных оценок Sинт, например, линейным полиномом (Фиг. 3), с использованием метода наименьших квадратов, дающим несмещенную оценку случайных составляющих с минимальной дисперсией. На Фиг. 3 по горизонтальной оси показаны порядковые номера инспекционных проездов дефектоскопического средства по участку пути, содержащему аномальные сечения D и G в головке рельсов 1 при анализе сигналов контроля по приведенному выше алгоритму (Фиг. 1).Sufficiently frequent passages (in loaded areas up to 5 times a month) by means of flaw detectors along the track distances allow us to evaluate the dynamics of the anomaly in time T, which consists in approximating the integral estimates S int obtained during each inspection passage, for example, a linear polynomial (Fig. 3 ), using the least squares method, which gives an unbiased estimate of random components with minimal dispersion. In FIG. 3 along the horizontal axis shows the serial numbers of inspection passages of the flaw detector along a portion of the path containing anomalous sections D and G in the rail head 1 when analyzing control signals according to the above algorithm (Fig. 1).

Полученный полином позволяет выполнить прогноз развития (Фиг. 1) интегральной оценки аномалии Sинт, т.е. время достижения дефектного (опасного для дальнейшей эксплуатации) уровня Sоп. Например, для аномалии D перспектива развития SD достаточно отдаленная (благоприятная для дальнейшей эксплуатации участка пути), а для аномалии G опасный уровень Sоп дефекта интегральной оценки SG может быть достигнут достаточно скоро и уже после 25-го инспекционного проезда (Фиг. 3) необходимо запланировать упреждающие (ремонтные) работы. Состав и объем ремонтных работ зависит от многих внешних факторов: грузонапряженности и пропущенного тоннажа, типа рельсового пути (звеньевой или бесстыковой) участка с обнаруженными аномалиями и в предмет заявки не входит.The obtained polynomial allows one to carry out a development forecast (Fig. 1) of the integral estimate of the anomaly S int , i.e. time to reach the defective (dangerous for further use) level S op . For example, to anomalies D development perspective S D sufficiently distant (favorable for the further operation of the route section), and for anomalies G dangerous level S op integral evaluation defect S G can be achieved quite quickly, and after the 25th inspection directions (FIG. 3 ) it is necessary to plan anticipatory (repair) work. The composition and scope of the repair work depends on many external factors: the load and missing tonnage, such as the track (link or jointless) of the section with the detected anomalies, and is not included in the subject of the application.

Приведенная выше последовательность формирования интегрального параметра при многоканальном ультразвуковом контроле приведена в качестве примера, доказывающего реализуемость предлагаемого способа. В общем случае, при формировании обобщающего параметра могут использоваться и другие параметры сигналов. Например, в дополнение к условной высоте можно учитывать и значения амплитуд каждого эхо-сигнала. При суммировании параметров можно дополнительно ввести коэффициенты значимости каналов (к примеру, сигналы зеркальных каналов с большей вероятностью могут свидетельствовать о развитых дефектах, чем сигналы от эхо-каналов).The above sequence of formation of the integral parameter in multichannel ultrasonic testing is given as an example proving the feasibility of the proposed method. In the general case, when generating a generalizing parameter, other signal parameters can be used. For example, in addition to the relative height, the amplitudes of each echo can also be taken into account. When summing the parameters, one can additionally introduce channel significance coefficients (for example, signals of mirror channels are more likely to indicate developed defects than signals from echo channels).

Аналогичным образом можно получить обобщающий интегральный параметр для нескольких методов контроля: например, магнитного и ультразвуковых методов. В любом случае параметры отдельных методов должны быть нормированы, с помощью соответствующих коэффициентов определены значимость каждого метода, и получено числовое значение, объединяющее аномальные сигналы в единую скалярную величину. По этой величине оценивается степень опасности аномального сечения и отслеживается динамика развития аномалии при многократном (периодическом) контроле.In a similar way, a generalizing integral parameter can be obtained for several control methods: for example, magnetic and ultrasonic methods. In any case, the parameters of individual methods should be normalized, using the corresponding coefficients, the significance of each method is determined, and a numerical value is obtained that combines the anomalous signals into a single scalar quantity. The magnitude of the danger of the anomalous cross section is estimated from this value and the dynamics of the development of the anomaly with multiple (periodic) monitoring is monitored.

Анализ множества дефектограмм и последующего развития событий с рельсами показывает, что скорость развития поперечных (наиболее опасных) трещин в головках рельсах значительно выше, чем продольных. В результате оценка скорости развития дефекта в головке рельса позволяет, в том числе определить ориентацию дефекта.The analysis of many defectograms and the subsequent development of events with rails shows that the rate of development of transverse (most dangerous) cracks in the heads of rails is much higher than longitudinal. As a result, estimation of the defect development rate in the rail head allows, among other things, determining the defect orientation.

Таким образом, заявляемый способ может быть реализован и позволяет оценить аномалии в голове рельсов и определить перспективы их развития. Плановые ремонтные работы оказываются существенно более дешевыми, чем аварийное изъятие дефектных рельсов из пути.Thus, the claimed method can be implemented and allows you to evaluate the anomalies in the head of the rails and determine the prospects for their development. Planned repairs are much cheaper than the emergency removal of defective rails from the track.

Источники информации:Information sources:

1. Шур Е.А. Повреждения рельсов. - М: Интекст, 2012. - 192 с. 1. Shur EA Rail damage. - M: Intekt, 2012 .-- 192 p.

2. Инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов». Утв. ОАО «РЖД» распоряжением №2499 р от 23.10.2014. - 140 с.2. Instruction “Rail defects. Classification, catalog and parameters of defective and acute defective rails. " Approved Russian Railways by order No. 2499 r of 10.23.2014. - 140 p.

3. Положение о системе неразрушающего контроля рельсов и эксплуатации средств рельсовой дефектоскопии в путевом хозяйстве железных дорог ОАО «РЖД» (утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 26.07.2017 г. №1471/р).3. Regulation on the system of non-destructive testing of rails and the operation of means of rail defectoscopy in the track facilities of railways of JSC Russian Railways (approved by order of JSC Russian Railways dated July 26, 2017 No. 1471 / r).

4. Марков А.А., Кузнецова Е.А. Дефектоскопия рельсов. Формирование и анализ сигналов. Книга 2. Расшифровка дефектограмм. С-Пб.: Ультра Принт. 2014.4. Markov A.A., Kuznetsova E.A. Defectoscopy of rails. The formation and analysis of signals. Book 2. Explanation of defectograms. St. Petersburg: Ultra Print. 2014.

5. Марков А.А., Кузнецова Е.А. Дефектоскопия рельсов. Формирование и анализ сигналов. Книга 1. Основы. - СПб.: КультИнформ-Пресс, 2010. 290 с. 5. Markov A.A., Kuznetsova E.A. Defectoscopy of rails. The formation and analysis of signals. Book 1. Basics. - SPb .: KultInform-Press, 2010.290 s.

6. Положение о расшифровке результатов НК рельсов (расп. ОАО «РЖД» от 09.01.2018 №ЦДИ-1/p). Изменения в Положение (от 29.05.2018 №ЦДИ-558/p).6. Regulation on the interpretation of the results of NK rails (dec. JSC Russian Railways dated 09.01.2018 No. TsDI-1 / p). Changes to the Regulation (dated May 29, 2018 No. TsDI-558 / p).

7. RU 2438903.7. RU 2438903.

8. RU 2446971.8. RU 2446971.

9. RU 2521095.9. RU 2521095.

Claims (1)

Способ прогнозирования развития аномалий в головке рельсов, заключающийся в том, что по рельсовому пути перемещают дефектоскопические средства, зондируют ими головку рельсов, оценивают полученные сигналы, обнаруживают аномалии и регистрируют их с привязкой к координатам рельсового пути, отличающийся тем, что по результатам зондирований формируют интегральный параметр каждой аномалии, при последующих перемещениях дефектоскопических средств по рельсовому пути повторяют зондирования, сравнивают интегральные параметры текущих и ранее найденных аномалий, оценивают динамику изменения интегрального параметра каждой аномалии, прогнозируют перспективы ее развития и планируют ремонтные мероприятия.A method for predicting the development of anomalies in the rail head, consisting in the fact that defectoscopic tools are moved along the rail, probing the rail head with them, evaluating the received signals, detecting anomalies and registering them with reference to the coordinates of the rail track, characterized in that they form an integral the parameter of each anomaly, during subsequent movements of flaw detectors along the rail track, repeat soundings, compare the integral parameters of current and earlier found anomalies, evaluate the dynamics of changes in the integral parameter of each anomaly, predict the prospects for its development and plan repair measures.
RU2019106573A 2019-03-07 2019-03-07 Method for prediction of development of anomalies in rail head RU2699942C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106573A RU2699942C1 (en) 2019-03-07 2019-03-07 Method for prediction of development of anomalies in rail head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106573A RU2699942C1 (en) 2019-03-07 2019-03-07 Method for prediction of development of anomalies in rail head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699942C1 true RU2699942C1 (en) 2019-09-11

Family

ID=67989490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019106573A RU2699942C1 (en) 2019-03-07 2019-03-07 Method for prediction of development of anomalies in rail head

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699942C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2800740C1 (en) * 2022-09-09 2023-07-27 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2225308C2 (en) * 2001-11-29 2004-03-10 Дочернее государственное унитарное предприятие Пермский мотовозоремонтный завод Государственного унитарного предприятия Калужский завод "Ремпутьмаш" Flaw detector truck for combined magnetic and ultrasonic flaw detection of rail track
EP0953491B1 (en) * 1998-04-27 2005-12-07 Azienda Trasporti Milanesi Method and apparatus to monitor anomalies in railway and tramway superstructures
US20100004804A1 (en) * 2008-07-01 2010-01-07 Todd Alan Anderson Apparatus and method for monitoring of infrastructure condition
RU2438903C2 (en) * 2009-03-27 2012-01-10 Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА" Mobile diagnostics complex
RU2521095C1 (en) * 2013-03-27 2014-06-27 Анатолий Аркадиевич Марков Railway line diagnosis method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0953491B1 (en) * 1998-04-27 2005-12-07 Azienda Trasporti Milanesi Method and apparatus to monitor anomalies in railway and tramway superstructures
RU2225308C2 (en) * 2001-11-29 2004-03-10 Дочернее государственное унитарное предприятие Пермский мотовозоремонтный завод Государственного унитарного предприятия Калужский завод "Ремпутьмаш" Flaw detector truck for combined magnetic and ultrasonic flaw detection of rail track
US20100004804A1 (en) * 2008-07-01 2010-01-07 Todd Alan Anderson Apparatus and method for monitoring of infrastructure condition
RU2438903C2 (en) * 2009-03-27 2012-01-10 Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА" Mobile diagnostics complex
RU2521095C1 (en) * 2013-03-27 2014-06-27 Анатолий Аркадиевич Марков Railway line diagnosis method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2800740C1 (en) * 2022-09-09 2023-07-27 Акционерное общество "Лаборатория Касперского" System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Falamarzi et al. A review on existing sensors and devices for inspecting railway infrastructure
Alemi et al. Condition monitoring approaches for the detection of railway wheel defects
US8190377B2 (en) Enhanced rail inspection
US7299697B2 (en) Method and system for inspecting objects using ultrasound scan data
RU2521095C1 (en) Railway line diagnosis method
US7555954B2 (en) In-track wheel inspection system
US11691655B2 (en) Planning of maintenance of railway
Mićić et al. Inspection of RCF rail defects–Review of NDT methods
US20130276539A1 (en) Method for non-destructive condition assessment and structural monitoring of concrete railroad ties in track
CA2408427A1 (en) Method and device for the detection and assessment of surface defects on laid rails and switch components
WO2019185873A1 (en) System and method for detecting and associating railway related data
RU2758403C1 (en) Method for assessing the performance of the search system of flaw detection equipment during high-speed inspection of rails
RU2742599C1 (en) Method for comprehensive diagnostics of welded seams of butless rails and device for its implementation
JP2013537309A (en) Moving metal strip inspection equipment
RU2474505C1 (en) Method of rails diagnostics
Shaikh et al. State-of-the-art wayside condition monitoring systems for railway wheels: A comprehensive review
GB2383413A (en) Detecting rail defects using acoustic surface waves
Markov et al. Analyzing the development of rail defects based on results of multichannel periodic testing
RU2586090C1 (en) Method for magnetic inspection of weld joints of rails
RU2699942C1 (en) Method for prediction of development of anomalies in rail head
RU2446971C2 (en) Method of track diagnostics
RU2652511C1 (en) Method of micro cracks on the rail head rolling surface ultrasonic detection
RU2652673C1 (en) Method of identification of switch points and position of rail tongue
Kurz et al. Condition assessment of reinforced concrete structures using automated multi-sensor systems
RU2184373C1 (en) Noninvasive method for controlling products