RU2717683C1 - Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов - Google Patents
Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2717683C1 RU2717683C1 RU2019125547A RU2019125547A RU2717683C1 RU 2717683 C1 RU2717683 C1 RU 2717683C1 RU 2019125547 A RU2019125547 A RU 2019125547A RU 2019125547 A RU2019125547 A RU 2019125547A RU 2717683 C1 RU2717683 C1 RU 2717683C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic emission
- rail
- rolling surface
- emission signals
- local defects
- 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
-
- 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
- G01N29/14—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 using acoustic emission techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Использование: для определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют непрерывное измерение сигналов акустической эмиссии контактирующих поверхностей в зоне колесо-рельс, по измеренным амплитудным значениям сигналов акустической эмиссии судят о наличии и длине локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов, которая пропорциональна линейной скорости движения колеса и обратно пропорциональна длительности акустико-эмиссионного сигала. Технический результат: повышение достоверности и оперативности диагностики состояния рельсового пути, возможность локализации дефектов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение может быть использовано для диагностики состояния поверхности катания головки железнодорожных рельсов, выражающейся в выявлении единичных и групповых протяженных усталостных и закалочных трещин, отслоений и выкрашиваний металла, смятия и бокового износа головки.
Известен способ контроля состояния рельсового пути (патент RU 2123445, В61К 9/08, Е01В 35/00 от 12.07.1995), состоящий в определении угловых колебаний и координаты букс колесной пары. Определяют координаты точек касания левого и правого колес колесной пары и просадку каждой рельсовой нити выражают в виде разности вертикальных координат точки касания колеса, соответствующих двум моментам времени.
Также известен способ оценки состояния рельсового пути на основании измерений акустико-эмиссионных сигналов (патент RU 2437090 С1, G01N 29/14 от 20.12.2011 г), согласно данному способу формируются усредненная, бальная оценка состояния участка рельсового пути на основании измерений акустико-эмиссионных сигналов снимаемых с буксовых узлов подвижного состава.
Недостатками данных способов являются возможность выполнения лишь обобщенной оценки состояния поверхности рельса, без определения геометрических размеров и локализации места расположения отдельных дефектов на участке пути.
Цель изобретения - повышение достоверности и оперативности диагностики состояния рельсового пути, возможность локализации дефектов, повышение уровня безопасности движения на транспорте.
Сущность способа заключается в измерении значения выброса всех максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии в полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные последовательные промежутки времени с частотой выборки от 500 мкс до 0,1 мкс от датчиков (преобразователей) устанавливаемых на корпусе правой и левой буксы колесной пары локомотива или вагона и определении длины поврежденного участка (сколы, раковины, трещины) поверхности катания рельса формуле [1]
где: Sd - длина дефектного участка поверхности катания рельса, м;
V - линейная скорость колесной пары подвижного состава, м/с;
tвыб - длительность выброса всех максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии при прохождении колесной пары поврежденного участка поверхности катания рельса, с.
Колесная пара при движении по рельсовому пути в исправном техническом состоянии взаимодействует с головкой рельса, при этом плотность потока генерируемой энергии q, определяется выражением [2]
где v - скорость относительного движения м/с;
ρ - плотность материала;
λ и μ - коэффициенты Лямэ;
ƒр (vt) - взаимное давление контактирующих поверхностей.
Причинами, вызывающими сигналы акустической эмиссии соответственно формуле [2] являются:
При взаимодействии контактирующих поверхностей в зоне колесо-рельс происходит деформация областей, находящихся в контакте. Энергия Е, выделяемая при этом регистрируется в виде сигналов акустической эмиссии определяемая выражением [3].
где tвыб - длительность выброса всех максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии, с;
А - амплитуды сигналов.
s(t) - акустико-эмиссионные сигналы, регистрируемый датчиком прибора или комплекса;
u(t) - функция, описывающая форму сигналов АЭ.
Из выражения [3] можно заключить, что амплитуды АЭ сигналов определяется равенством [4]
При отсутствии дефектов на поверхности катания рельса сигналы акустической эмиссии, описываемые выражениями 1-3 будут минимальны и иметь вид уровня фона фиг. 1.
Возникновение дефектов поверхности катания головки рельса приводит к изменению фактических пятен контакта в зоне колесо-рельс и их характеристик, интенсивному образованию абразивных частиц износа выбросу больших амплитуд сигналов акустической эмиссии и увеличению времени выброса амплитуд.
При образовании дефекта на поверхности элемента излучается акустико-эмиссионный импульс амплитудой Аk, величина которого пропорциональна величине повреждения ΔSk По числу nj и величине таких импульсов можно судить об относительных размерах поврежденной площади Sn [5].
где Sp - величина площади контакта.
При наличии дефектов на поверхности катания рельса сигналы акустической эмиссии описываемые выражениями 1-5 будут иметь вид фиг. 2.
Для исключения помех акустико-эмиссионных сигналов, вызванных прохождением стыков рельсов выполняется фильтрация одиночных акустико-эмиссионных сигналов возникающих на частотах ƒф, пропорциональных скорости линейного перемещения и обратно пропорционально длине рельса.
где: ƒф - частота фильтрации акустико-эмиссионных сигналов, вызванных помехами от стыков рельсового пути, Гц;
V - линейная скорость колесной пары подвижного состава, м/с;
Lp - длина рельса, м;
В соответствие с Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ, утвержденных Приказом Минтранса России от 21 декабря 2010 г. №286 (приложение 1) и Инструкцией по текущему содержанию железнодорожного пути ОАО «РЖД» ЦП-774 от 01.07.2000 г. (классификация дефектов рельсов) минимально допускаемая длина локального дефекта на поверхности головки рельса должна составлять не более 25 мм, а на участках высокоскоростного обращения не более 15 мм.
Таким образом, выявление и определение длины локальных дефектов рельсов являются критерием определения их технического состояния и допуска движения поездов по участку.
Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов при подключении измерительного устройства амплитуд сигналов акустической эмиссии к ПК и цифровой обработке данных автоматизирует процесс измерения на скоростях от 5 до 300 км/час и позволяет передавать данные в диспетчерский пункт железной дороги с целью своевременного реагирования на дефектные участки пути, предотвращая тем самым аварийные ситуации.
Область применения - железнодорожный транспорт, метрополитен, промышленный и городской транспорт.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1. Акустико-эмиссионный сигнал при движении по рельсу не имеющего дефектов поверхности катания. Отображает характер акустико-эмиссионных сигналов и их амплитуду, фиксируемую измерительными устройствами при движении колесной пары по бездефектному участку железнодорожного рельса.
Фиг. 2 Акустико-эмиссионный сигнал при движении по рельсу, имеющему локальный дефект поверхности катания. Отображает характер акустико-эмиссионных сигналов, их амплитуду и длительность, фиксируемую измерительными устройствами при движении колесной пары по участку железнодорожного рельса имеющему локальный дефект.
Claims (3)
1. Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов, состоящий в выявлении повреждений головки рельсов, отличающийся тем, что выполняют непрерывное измерение сигналов акустической эмиссии контактирующих поверхностей в зоне колесо-рельс, по измеренным амплитудным значениям сигналов акустической эмиссии судят о наличии и длине локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов, которая пропорциональна линейной скорости движения колеса и обратно пропорциональна длительности акустико-эмиссионного сигала.
2. Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов по п. 1, отличающийся тем, что выполняют непрерывные измерения значений выброса всех максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии в полосе частот от 30 до 300 кГц в равные последовательные промежутки времени, с частотой выборки от 500 до 0,1 мкс, от датчиков, устанавливаемых на корпусе правой и левой букс колесной пары локомотива или вагона.
3. Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов по п. 1, отличающийся тем, что для исключения помех акустико-эмиссионных сигналов, вызванных прохождением стыков рельсов, выполняется фильтрация ударных одиночных акустико-эмиссионных сигналов, возникающих на частотах, пропорциональных скорости линейного перемещения и обратно пропорциональных длине рельса.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019125547A RU2717683C1 (ru) | 2019-08-13 | 2019-08-13 | Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019125547A RU2717683C1 (ru) | 2019-08-13 | 2019-08-13 | Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2717683C1 true RU2717683C1 (ru) | 2020-03-25 |
Family
ID=69943249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019125547A RU2717683C1 (ru) | 2019-08-13 | 2019-08-13 | Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2717683C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2818600C2 (ru) * | 2021-05-06 | 2024-05-03 | Мате Гмбх | Способ и устройство для определения характеристики поверхности по меньшей мере одной головки рельса |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2240551C2 (ru) * | 2001-06-20 | 2004-11-20 | Сибирский государственный университет путей сообщения СГУПС | Способ диагностирования мостовых металлических конструкций и устройство для его осуществления |
| RU2284519C1 (ru) * | 2005-02-14 | 2006-09-27 | Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) | Способ диагностирования рельсовых плетей металлического моста и устройство для его осуществления |
| RU2437090C1 (ru) * | 2010-09-28 | 2011-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Способ оценки состояния железнодорожного пути |
| CN202522543U (zh) * | 2011-12-30 | 2012-11-07 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 一种基于声发射技术的铁路轨道健康监测系统 |
| RU2466047C2 (ru) * | 2010-01-14 | 2012-11-10 | Владимир Семенович Потапенко | Способ диагностики поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена |
| US20140316719A1 (en) * | 2011-11-10 | 2014-10-23 | The Regents Of The University Of California | Stress detection in rail |
-
2019
- 2019-08-13 RU RU2019125547A patent/RU2717683C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2240551C2 (ru) * | 2001-06-20 | 2004-11-20 | Сибирский государственный университет путей сообщения СГУПС | Способ диагностирования мостовых металлических конструкций и устройство для его осуществления |
| RU2284519C1 (ru) * | 2005-02-14 | 2006-09-27 | Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) | Способ диагностирования рельсовых плетей металлического моста и устройство для его осуществления |
| RU2466047C2 (ru) * | 2010-01-14 | 2012-11-10 | Владимир Семенович Потапенко | Способ диагностики поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена |
| RU2437090C1 (ru) * | 2010-09-28 | 2011-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Способ оценки состояния железнодорожного пути |
| US20140316719A1 (en) * | 2011-11-10 | 2014-10-23 | The Regents Of The University Of California | Stress detection in rail |
| CN202522543U (zh) * | 2011-12-30 | 2012-11-07 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 一种基于声发射技术的铁路轨道健康监测系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2818600C2 (ru) * | 2021-05-06 | 2024-05-03 | Мате Гмбх | Способ и устройство для определения характеристики поверхности по меньшей мере одной головки рельса |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Falamarzi et al. | A review on existing sensors and devices for inspecting railway infrastructure | |
| US7882742B1 (en) | Apparatus for detecting, identifying and recording the location of defects in a railway rail | |
| EP2277037B1 (en) | Method of and an apparatus for in situ ultrasonic rail inspection of a railroad rail | |
| US8905359B2 (en) | Method and instrumentation for detection of rail defects, in particular rail top defects | |
| Li et al. | Rail inspection meets big data: Methods and trends | |
| EP2750955B1 (en) | Method for detection of a flaw or flaws in a railway track, and a rail vehicle to be used in such a method | |
| US20060201253A1 (en) | System for non-contact interrogation of railroad axles using laser-based ultrasonic inspection | |
| CN113276905B (zh) | 区分轨道波磨及车轮多边形磨耗的识别方法与测量方法 | |
| Kundu et al. | A review on condition monitoring technologies for railway rolling stock | |
| Lingamanaik et al. | Using instrumented revenue vehicles to inspect track integrity and rolling stock performance in a passenger network during peak times | |
| RU2480711C2 (ru) | Способ обнаружения дефектов поверхности катания колес железнодорожных транспортных средств в движении | |
| RU2717683C1 (ru) | Способ определения локальных дефектов поверхности катания железнодорожных рельсов | |
| RU2667808C1 (ru) | Способ акустико-эмиссионной диагностики ответственных деталей тележек грузовых вагонов при эксплуатации | |
| Bocz et al. | A practical approach to tramway track condition monitoring: vertical track defects detection and identification using time-frequency processing technique | |
| RU2466047C2 (ru) | Способ диагностики поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена | |
| RU2411150C1 (ru) | Способ диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена | |
| RU2578620C1 (ru) | Автоматизированная диагностическая система контроля технического состояния элементов подвески объектов железнодорожного транспорта | |
| RU2678521C2 (ru) | Способ определения геометрических параметров стыков рельсового пути | |
| Bocz et al. | Vibration-based condition monitoring of Tramway track from in service vehicle using time-frequency processing techniques | |
| Bocz et al. | Condition monitoring approach for the inspection of tramway track using rotating wheel mounted inertial sensors | |
| RU2733939C2 (ru) | Способ оценивания состояния рессорного подвешивания тележек подвижного состава и устройство для его осуществления | |
| RU2466046C1 (ru) | Способ диагностики положения колесных пар в раме тележки пассажирских и грузовых вагонов в эксплуатации | |
| Somaschini et al. | Algorithm development to classify the deterioration of insulated rail joints by means of onboard measurements | |
| Brizuela et al. | Railway wheel tread inspection by ultrasonic techniques | |
| Gonzales et al. | Non-contact interrogation of railroad axles using laser-based ultrasonic inspection |