RU2793171C1 - Method for assessment of expansion gaps for rails of a railway track - Google Patents

Method for assessment of expansion gaps for rails of a railway track Download PDF

Info

Publication number
RU2793171C1
RU2793171C1 RU2022131896A RU2022131896A RU2793171C1 RU 2793171 C1 RU2793171 C1 RU 2793171C1 RU 2022131896 A RU2022131896 A RU 2022131896A RU 2022131896 A RU2022131896 A RU 2022131896A RU 2793171 C1 RU2793171 C1 RU 2793171C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rail
rails
butt
gap
gaps
Prior art date
Application number
RU2022131896A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Геннадьевич Антипов
Анатолий Аркадиевич Марков
Екатерина Алексеевна Максимова
Original Assignee
Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" filed Critical Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА"
Application granted granted Critical
Publication of RU2793171C1 publication Critical patent/RU2793171C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: railways.
SUBSTANCE: invention relates to methods for non-destructive testing of a railway track, in particular, to methods for estimating gaps in bolted rail joints. During the movement of the mobile flaw detection tool, a magnetic field in the rails is generated , the scattered magnetic field is recorded with magnetically sensitive sensors, wherein the rail is magnetized with a magnetization system to a level close to magnetic saturation, which ensures a stable magnetic flux in the rail, the bolted joint area is determined, parameters of the signal caused by the scattering of the magnetic field in the zone of the gap are measured, and the measured parameters are used estimate the value of the expansion gap. The measured parameters are the distance between the extrema and the amplitude of the signal from the expansion gap.
EFFECT: increased veracity and reliability during estimation of the expansion gap values, resulting in higher safety of rail track operation.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля материалов путем исследования магнитных полей рассеяния и может быть использовано при текущем содержании и техническом обслуживании железнодорожных (ж.д.) путей, в частности, путем оценки величин зазоров в болтовых стыках рельсов.The invention relates to methods for non-destructive testing of materials by studying magnetic stray fields and can be used in the current maintenance and maintenance of railway (railway) tracks, in particular, by assessing the gaps in the bolted joints of the rails.

Безопасность движения поездов как по звеньевому, так и по «бесстыковому» рельсовому пути в значительной мере зависит от состояния болтовых стыков. Бесстыковой путь обычно состоит из сварных рельсовых плетей длиной 800 м и более, которые разделяются уравнительными пролетами (две, три или четыре пары разрядных рельсов длиной 12,5 м на обеих нитках пути, скрепленных болтовыми стыками), зонами стрелочных переводов и станционных путей [1, 2]. Концы бесстыковых рельсовых плетей, становятся «дышащими», т.е. могут изменить свою первоначальную длину при изменениях температуры окружающего воздуха. Кроме того, на бесстыковых путях могут находиться и места временного восстановления (при обнаружении дефекта участок рельсовой плети длиной 8-11 м вырезается и устанавливается временный рельс, соединяемый с рельсами плети с помощью болтовых стыков).The safety of train traffic both on the link and on the "jointless" track largely depends on the state of the bolted joints. A jointless track usually consists of welded rail lashes 800 m or more in length, which are separated by leveling spans (two, three or four pairs of bit rails 12.5 m long on both lines of the track, fastened with bolted joints), zones of turnouts and station tracks [1 , 2]. The ends of jointless rail lashes become "breathable", i.e. can change their original length with changes in ambient temperature. In addition, there may be places of temporary restoration on jointless tracks (if a defect is detected, a section of a rail lash 8-11 m long is cut out and a temporary rail is installed, connected to the lash rails using bolted joints).

Несмотря на тенденцию перехода к бесстыковому пути (более 75% главных путей на сети дорог ОАО «РЖД» к 2022 г.), на рельсовых путях ж.д. сети содержатся более 9,5 млн. болтовых стыков.Despite the trend towards a seamless track (more than 75% of the main tracks on the Russian Railways road network by 2022), on the rail tracks of the railway. the network contains more than 9.5 million bolted joints.

Известно, что в холодное время года рельсы укорачиваются, а в жаркое время - удлиняются. В болтовых стыках рельсов при их укладке оставляют зазоры с тем, чтобы при изменении температуры рельсы могли изменить свою длину во избежание возникновения значительных температурных напряжений (летом - сжатия, зимой - растяжения).It is known that in the cold season the rails are shortened, and in the hot season they are lengthened. Gaps are left in the bolted joints of the rails during their laying so that when the temperature changes, the rails can change their length in order to avoid the occurrence of significant thermal stresses (compression in summer, tension in winter).

При низких температурах для предупреждения изгиба или среза стыковых болтов зазоры в стыках не должны превышать 22 мм (при использовании рельсов длиной 25 м с диаметрами отверстий 36 мм) [1, 2].At low temperatures, to prevent bending or shearing of butt bolts, the gaps in the joints should not exceed 22 mm (when using rails 25 m long with hole diameters of 36 mm) [1, 2].

При повышенных температурах (в летнее время) для боковой устойчивости звеньевого пути не допускается иметь более двух подряд нулевых зазоров для рельсов длиной 25 м и более четырех - при рельсах длиной 12,5 м. Неконтролируемые температурные расширения рельсовой плети (летом) могут привести к так называемому «выбросу» пути и к сходу подвижного состава с рельсов. По действующим нормам [1, 2] изменение зазоров более чем на 52 мм при трех уравнительных рельсах требует замены одного из них [3].At elevated temperatures (in summer), for lateral stability of the link track, it is not allowed to have more than two zero gaps in a row for rails 25 m long and more than four - for rails 12.5 m long. Uncontrolled thermal expansion of the rail string (in summer) can lead to: called "ejection" of the track and to the derailment of the rolling stock. According to current standards [1, 2], a change in gaps by more than 52 mm with three leveling rails requires the replacement of one of them [3].

Периодическая оценка величин стыковых зазоров позволяет прогнозировать надежность рельсового пути и предотвратить нежелательные последствия при наступлении экстремальных и близких к ним температур [2, 4]. Таким образом, в зависимости от времени года существует два принципиально разных подхода к мониторингу состояния стыковых зазоров: при низких температурах нельзя допускать увеличение стыковых зазоров выше допустимого, а при высоких положительных температурах - уменьшение величин стыковых зазоров до нулевого значения. Значит, и подходы к оценкам искомой величины также могут быть разными.Periodic assessment of the butt gaps makes it possible to predict the reliability of the rail track and prevent undesirable consequences when extreme and close to them temperatures occur [2, 4]. Thus, depending on the time of year, there are two fundamentally different approaches to monitoring the state of butt gaps: at low temperatures, it is impossible to allow an increase in butt gaps above the permissible value, and at high positive temperatures, a decrease in butt gaps to zero. This means that the approaches to estimating the desired value can also be different.

Известен акустический способ обнаружения неисправностей рельсового пути [5], где по параметрам акустических импульсов, возникающих в результате механического удара колеса подвижной единицы о кромки болтового стыка рельсового пути, оценивают величину стыкового зазора. Известный способ сложен в реализации и обеспечивает низкую точность и достоверность оценки.Known acoustic method for detecting faults in the track [5], where the parameters of the acoustic pulses resulting from the mechanical impact of the wheel of the movable unit on the edge of the bolted joint of the rail track, estimate the value of the butt gap. The known method is difficult to implement and provides low accuracy and reliability of the assessment.

Известны способы и устройства видеорегистрации рельсового пути с помощью оборудования, установленного на диагностических вагонах путеизмерения [6] и дефектоскопии [7], с помощью которых, естественно, можно оценить и величины стыковых зазоров. Известен также способ обнаружения напряжений в рельсах [8], где одной из основных операций является определение стыкового зазора с помощью системы видеорегистрации болтовых стыков. Однако, зависимость получаемых результатов от климатических условий (снег, дождь, тени на рельсах от объектов инфраструктуры), грубые ошибки из-за наплывов (козырьков) металла на концах рельсов, а также сложность обработки видеосигналов обуславливают низкую достоверность и надежность известных технических решений.Known methods and devices for video recording of a rail track using equipment installed on diagnostic cars for track measurement [6] and flaw detection [7], with the help of which, of course, it is possible to estimate the magnitude of butt gaps. There is also a method for detecting stresses in rails [8], where one of the main operations is to determine the butt gap using a video recording system for bolted joints. However, the dependence of the obtained results on climatic conditions (snow, rain, shadows on the rails from infrastructure facilities), gross errors due to the influx (visors) of metal at the ends of the rails, as well as the complexity of video signal processing, cause low reliability and reliability of known technical solutions.

Известны устройства [9, 10 и 11] и способы оценки стыковых зазоров с помощью вихретоковых преобразователей [12]. Известные способ и устройства требуют создания специальной аппаратуры, значительно зависят от положения датчиков относительно поверхности катания рельса и обладают низкой достоверностью и надежностью.Known devices [9, 10 and 11] and methods for assessing butt gaps using eddy current transducers [12]. The known method and devices require the creation of special equipment, significantly depend on the position of the sensors relative to the rail tread surface and have low reliability and reliability.

Известны способы обнаружения разрыва рельсов ж.д. пути (например, [13]), реализуемые с использованием электрических или оптоволоконных кабелей, укладываемых вдоль рельсов для обнаружения разрыва ж.д. пути. Однако эти способы требуют значительных первоначальных вложений и не обеспечивают возможность определения величин зазоров с требуемой точностью.Known methods for detecting a break in the rails of the railway. tracks (for example, [13]), implemented using electric or fiber optic cables laid along the rails to detect a break in the railway. way. However, these methods require a significant initial investment and do not provide the ability to determine gap values with the required accuracy.

Известен способ обнаружения дефектов в рельсах магнитодинамическим методом неразрушающего контроля [14, 15] (в зарубежной литературе используется термин «MFL method» - метод вытеснения магнитного потока), заключающийся в возбуждении соответствующими средствами постоянного магнитного потока в рельсе и фиксации магнитного поля с помощью датчиков аномалий (индукционных катушек или датчиков Холла), установленных на участке рельса с постоянным магнитным потоком. При совместном перемещении указанных средств возбуждения и датчиков появляется возможность обнаружения аномалий магнитного поля в головке рельса, в частности, вызванных дефектами в головке рельсов и разрывами (болтовыми стыками) ж.д. пути.There is a known method for detecting defects in rails by the magnetodynamic method of non-destructive testing [14, 15] (the term “MFL method” is used in foreign literature - the method of displacement of the magnetic flux), which consists in excitation by appropriate means of a constant magnetic flux in the rail and fixing the magnetic field using anomaly sensors (induction coils or Hall sensors) installed on a rail section with a constant magnetic flux. With the joint movement of the specified excitation means and sensors, it becomes possible to detect magnetic field anomalies in the rail head, in particular, caused by defects in the rail head and gaps (bolted joints) of the railway. way.

Известен способ обнаружения разрыва рельсов ж.д. пути [16], при котором генерируют магнитное поле в рельсах, фиксируют рассеянное магнитное поле двумя датчиками, сдвинутыми относительно друг друга вдоль рельсов на определенное расстояние, и вычисляют дифференциальный сигнал с указанных датчиков. Недостатком известного способа, принятого за прототип, является ограниченная область применения, заключающаяся в отсутствии возможности определения и оценки величин стыковых зазоров уравнительных звеньев рельсового пути с требуемой достоверностью.A known method for detecting a break in rails railway. path [16], in which a magnetic field is generated in the rails, the scattered magnetic field is recorded by two sensors shifted relative to each other along the rails by a certain distance, and the differential signal from these sensors is calculated. The disadvantage of the known method, taken as a prototype, is the limited scope, which consists in the inability to determine and evaluate the values of the butt gaps equalization links of the rail track with the required reliability.

Задачей, решаемой предлагаемым способом, является повышение достоверности и надежности оценки величин стыковых зазоров ж.д. пути в широком диапазоне температур в автоматическом режиме.The task solved by the proposed method is to increase the reliability and reliability of the assessment of the values of the joint gaps of the railway. paths in a wide temperature range in automatic mode.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки стыковых зазоров генерируют магнитное поле в рельсах, фиксируют рассеянное магнитное поле магниточувствительными датчиками, причем рельс намагничивают до уровня, близкого к магнитному насыщению с помощью системы намагничивания, обеспечивающей стабильный магнитный поток в рельсе, определяют зону болтового стыка, измеряют параметры сигнала, вызванного рассеянием магнитного поля в зоне зазора и по измеренным параметрам оценивают величину стыкового зазора. В частном случае, при отрицательных температурах окружающего воздуха, в качестве параметра сигнала преимущественно используют временной интервал между экстремумами сигнала от стыкового зазора. В другом частном случае, при положительных температурах окружающего воздуха, в качестве параметра сигнала преимущественно используют амплитуду сигнала от стыкового зазора.The problem is solved by generating a magnetic field in the rails in the method for assessing the butt gaps, detecting the scattered magnetic field with magnetically sensitive sensors, and the rail is magnetized to a level close to magnetic saturation using a magnetization system that provides a stable magnetic flux in the rail, and the bolted joint area is determined , measure the parameters of the signal caused by the scattering of the magnetic field in the zone of the gap and the measured parameters estimate the value of the butt gap. In a particular case, at negative ambient temperatures, the time interval between signal extrema from the butt gap is mainly used as a signal parameter. In another particular case, at positive ambient temperatures, the amplitude of the signal from the joint gap is mainly used as the signal parameter.

Отличительными особенностями предлагаемого способа по сравнению с прототипом и уровнем техники являются:Distinctive features of the proposed method in comparison with the prototype and the prior art are:

1. Рельс намагничивают до уровня, близкого к магнитному насыщению с помощью специальной системы намагничивания, обеспечивающей стабильный магнитный поток в рельсе, например, известной по патентам [14, 15] с размещением электромагнитов на осях колесных пар двухосной тележки и использованием колес в качестве полюсов магнита. В отличие от прототипа, это позволяет уменьшить ложные показания при анализе аномальных участков с наплывом металла рельса с образованием «козырьков» в зоне стыкового зазора. В прототипе накладной магнит с определенным технологическим зазором полюса относительно поверхности катания не позволяет обеспечивать намагничивание исследуемой головки рельса на достаточную глубину, что снижает достоверность определения сигналов от стыковых зазоров (разрывов рельсового пути).1. The rail is magnetized to a level close to magnetic saturation using a special magnetization system that provides a stable magnetic flux in the rail, for example, known from patents [14, 15] with the placement of electromagnets on the axles of the wheel pairs of a two-axle bogie and the use of wheels as magnet poles . Unlike the prototype, this reduces false readings in the analysis of anomalous sections with an influx of rail metal with the formation of "visors" in the area of the butt gap. In the prototype, an overlaid magnet with a certain technological gap of the pole relative to the tread surface does not allow magnetization of the investigated rail head to a sufficient depth, which reduces the reliability of determining signals from butt gaps (railway breaks).

2. Использование системы намагничивания, обеспечивающей стабильный магнитный поток в контролируемых рельсах, повышает достоверность и надежность оценки величин стыковых зазоров. В прототипе используют накладной магнит, полюс которого находится на определенном расстоянии (40 мм в [16]) от поверхности катания рельса. В процессе движения системы из-за динамических воздействий величина этого технологического зазора будет флуктуировать, что приводит к искажению магнитного поля, возбуждаемого в поверхностном слое головки рельса, и к снижению достоверности и точности определения искомой величины. Кроме того, эксплуатация системы, где на незначительном расстоянии от поверхности катания рельса висит массивный объект (в прототипе - постоянный магнит), небезопасна и может привести к повреждению и полной неработоспособности способа на эксплуатируемых ж.д. путях.2. The use of a magnetization system that provides a stable magnetic flux in the controlled rails increases the reliability and reliability of estimating the values of the butt gaps. The prototype uses an overhead magnet, the pole of which is at a certain distance (40 mm in [16]) from the rail rolling surface. During the movement of the system, due to dynamic influences, the value of this technological gap will fluctuate, which leads to a distortion of the magnetic field excited in the surface layer of the rail head, and to a decrease in the reliability and accuracy of determining the desired value. In addition, the operation of the system, where a massive object (in the prototype, a permanent magnet) hangs at a small distance from the rail running surface, is unsafe and can lead to damage and complete inoperability of the method on operated railways. ways.

3. Предварительное обнаружение зоны болтового стыка позволяет более точно определять стыковой зазор, повышает достоверность определения величин стыковых зазоров и снижает нагрузку на блок обработки, одновременно повышая производительность способа, т.к. на бесстыковых путях стыковые зазоры встречаются сравнительно редко (в основном, в зоне уравнительных пролетов). В прототипе процедура определения болтового стыка не предусмотрена, что приводит к необходимости мощной и непрерывной обработки всего поступающего на магниточувствительные датчики потока сигналов. При этом возможна как перебраковка, так и пропуск сигналов от болтовых стыков.3. Preliminary detection of the bolt joint zone allows more accurate determination of the butt gap, increases the reliability of determining the values of the butt gaps and reduces the load on the processing unit, while increasing the productivity of the method, because on jointless tracks, butt gaps are relatively rare (mainly in the area of equalizing spans). In the prototype, the procedure for determining the bolted joint is not provided, which leads to the need for powerful and continuous processing of the entire flow of signals arriving at the magnetically sensitive sensors. At the same time, both re-rejection and skipping of signals from bolted joints are possible.

4. Измеряют параметры сигнала, вызванного рассеянием магнитного поля и по измеренным параметрам оценивают величину стыкового зазора. В общем случае для реализации способа достаточно использовать один датчик на каждый рельс, или же одну линейку датчиков Холла, установленную поперек головки рельса, что упрощает конструкцию устройства, реализующего предлагаемыйспособ, и повышает точность оценки. В прототипе для получения дифференциального сигнала требуется использование двух магниточувствительных датчиков. Это усложняет реализацию известного способа и снижает точность измерения, так как датчики разнесены по длине рельса и могут по-разному реагировать на динамические воздействия на них в зоне разрыва рельса.4. The parameters of the signal caused by the scattering of the magnetic field are measured and the size of the butt gap is estimated from the measured parameters. In the general case, to implement the method, it is sufficient to use one sensor for each rail, or one line of Hall sensors installed across the rail head, which simplifies the design of the device that implements the proposed method and improves the accuracy of the estimate. In the prototype, to obtain a differential signal, the use of two magnetically sensitive sensors is required. This complicates the implementation of the known method and reduces the measurement accuracy, since the sensors are spaced apart along the length of the rail and can react differently to dynamic effects on them in the rail break zone.

5. В качестве измеряемого параметра используют расстояние между экстремумами сигнала от стыкового зазора, дающее достоверные данные при оценке значительных (до 50 мм) величин зазоров, что характерно для отрицательных температур воздуха (и рельсов), и может привести к срезу стыковых болтов и к нарушению целостности рельсового пути. В прототипе вопросы оценки величин зазоров болтовых стыков при низких температурах не рассматриваются.5. As a measured parameter, the distance between the signal extrema from the butt gap is used, which gives reliable data when assessing significant (up to 50 mm) gaps, which is typical for negative air temperatures (and rails), and can lead to shearing of butt bolts and to violation track integrity. In the prototype, the issues of evaluating the gaps of bolted joints at low temperatures are not considered.

6. Для малых величин стыковых зазоров (от 0 до ≈7 мм) в качестве измеряемого параметра используют амплитуду сигнала от стыкового зазора, чувствительную для малых значений. Этот параметр актуален в летних условиях, когда уменьшение величины стыкового зазора до нулевого значения ограничивает температурное расширение рельсов и может привести к нарушению геометрии (к выбросу) рельсового пути. В прототипе вопросы оценки величин стыковых зазоров вблизи нулевого значения не рассматриваются.6. For small values of butt gaps (from 0 to ≈7 mm), the signal amplitude from the butt gap, which is sensitive for small values, is used as a measured parameter. This parameter is relevant in summer conditions, when a decrease in the joint gap to zero limits the thermal expansion of the rails and can lead to a violation of the geometry (to a blowout) of the track. In the prototype, the issues of estimating the values of butt gaps near zero are not considered.

Таким образом, совокупность отличительных признаков заявляемого способа позволяет получить нужный технический результат: повышение достоверности и надежности оценки величин стыковых зазоров и, как следствие, повышение безопасности эксплуатации рельсового пути.Thus, the set of distinguishing features of the proposed method allows to obtain the desired technical result: increasing the reliability and reliability of assessing the values of butt gaps and, as a result, improving the safety of rail track operation.

Реализация способа демонстрируется следующими иллюстративными материалами:The implementation of the method is demonstrated by the following illustrative materials:

Фиг. 1. Характер изменения магнитного поля (фиг. 1b) и форма сигнала индукционного датчика (фиг. 1с), при прохождении намагничивающей системы с датчиком над зоной болтового стыка (фиг. 1a), где:Fig. 1. The nature of the change in the magnetic field (Fig. 1b) and the shape of the signal of the induction sensor (Fig. 1c), when the magnetizing system with the sensor passes over the area of the bolted joint (Fig. 1a), where:

1 - контролируемый ж.д. рельс;1 - controlled railway rail;

2 - зона болтового стыка с накладками 3 и стыковым зазором 4;2 - bolted joint area with pads 3 and butt gap 4;

5 - сигнал от стыкового зазора 4 и реакции 6 и 7 от начала и от конца стыковых накладок 3 при фиксации их датчиками Холла (фиг. 1b) и индукционным датчиком (фиг. 1с)5 - signal from the butt gap 4 and reactions 6 and 7 from the beginning and from the end of the butt plates 3 when they are fixed by the Hall sensors (Fig. 1b) and the induction sensor (Fig. 1c)

Фиг. 2. Вид сигнала от стыкового зазора 4, где:Fig. 2. View of the signal from the butt gap 4, where:

а - амплитуда (размах) сигнала;a - amplitude (range) of the signal;

w - ширина положительного выброса;w is the width of the positive ejection;

d - расстояние между экстремумами сигнала.d is the distance between signal extrema.

Фиг. 3. Результаты моделирования и экспериментальные зависимости параметров сигнала от величины стыкового зазора 4 во всем диапазоне измерений: фиг. 3а - результаты моделирования; фиг. 3b - экспериментальные зависимости.Fig. Fig. 3. Simulation results and experimental dependences of the signal parameters on the size of the butt gap 4 over the entire measurement range: Fig. 3a - simulation results; fig. 3b - experimental dependences.

Фиг. 4. Результаты моделирования и экспериментальные зависимости параметров сигнала от величины стыкового зазора 4 при малых величинах: фиг. 4а - результаты моделирования; фиг. 4b - экспериментальные зависимости.Fig. Fig. 4. Simulation results and experimental dependences of the signal parameters on the size of the butt gap 4 at small values: Fig. 4a - simulation results; fig. 4b - experimental dependences.

Способ реализуется следующим образом. Мобильное дефектоскопическое средство с заданной скоростью перемещается по рельсовому пути. Электромагнитные катушки (соленоиды), установленные на осях колесных пар двухосной тележки (на фиг. не показаны) известным способом [14, 15], возбуждают постоянный магнитный поток на участках рельсов, расположенных между полюсами электромагнита (пятнами контакта колесных пар с рельсами). Магниточувствительные датчики (на фиг. не показаны), установленные на поверхности катания в межполюсном пространстве, воспринимают аномалии магнитного поля: дефекты и конструктивные элементы рельсового пути (стрелочные переводы, болтовые стыки и зазоры между соединяемыми рельсами, сварные швы и т.п.). Как правило, амплитуды сигналов от стыковых зазоров имеют большие значения по сравнению с сигналами от сварных стыков и потенциальных дефектов рельсов. По этому признаку и с использованием технических решений по патентам [14, 17, 18] удается с высокой достоверностью распознать сигналы от стыковых зазоров на фоне остальных сигналов.The method is implemented as follows. The mobile flaw detection tool moves along the rail track at a given speed. Electromagnetic coils (solenoids) mounted on the axles of the wheelsets of a two-axle bogie (not shown in Fig.) in a known manner [14, 15] excite a constant magnetic flux on the sections of the rails located between the poles of the electromagnet (the contact patches of the wheelsets with the rails). Magnetically sensitive sensors (not shown in Fig.) installed on the tread surface in the interpolar space perceive magnetic field anomalies: defects and structural elements of the rail track (turnouts, bolted joints and gaps between the connected rails, welds, etc.). As a rule, the amplitudes of signals from butt gaps are large compared to signals from welded joints and potential rail defects. Based on this feature and with the use of technical solutions according to patents [14, 17, 18], it is possible to recognize signals from butt gaps against the background of other signals with high reliability.

В качестве магниточувствительных датчиков при реализации способа могут использоваться индукционные катушки; датчики Холла (единичные, в виде линеек или матрицы); тонкопленочные магниторезистивные датчики [19]. Индукционные датчики, как наиболее надежные для работы в широком диапазоне температур и простые в эксплуатации, предпочтительнее для реализации способа. При применении датчиков Холла поступающие сигналы предварительно необходимо подвергнуть операции дифференцирования.Induction coils can be used as magnetically sensitive sensors when implementing the method; Hall sensors (single, in the form of rulers or a matrix); thin film magnetoresistive sensors [19]. Induction sensors, as the most reliable for operation in a wide temperature range and easy to operate, are preferable for implementing the method. When using Hall sensors, the incoming signals must first be subjected to a differentiation operation.

В традиционных мобильных средствах дефектоскопии, реализующих MFL-метод [20], датчики устанавливаются на износостойкий немагнитный протектор (композитные материалы или нержавеющая сталь), скользящий по поверхности катания контролируемых рельсов. При этом обеспечивается постоянный зазор (на практике 2-4 мм) между измерительными датчиками и поверхностью рельса, что дополнительно повышает стабильность измеряемых параметров и не требует специальных технических решений, известных из уровня техники, по отслеживанию зазора между датчиком и поверхностью рельса. Так как степень прижатия датчиков к рельсу невелика, то эксплуатационные свойства протекторов обеспечивают контроль 1000 км рельсового пути и более без их замены.In traditional mobile flaw detection tools that implement the MFL method [20], the sensors are mounted on a wear-resistant non-magnetic protector (composite materials or stainless steel) that slides along the rolling surface of the monitored rails. This provides a constant gap (in practice 2-4 mm) between the measuring sensors and the rail surface, which further increases the stability of the measured parameters and does not require special technical solutions known from the prior art to monitor the gap between the sensor and the rail surface. Since the degree of pressing the sensors to the rail is low, the operational properties of the protectors provide control of 1000 km of the rail track and more without replacing them.

В процессе сканирования рельсов в общем потоке сигналов, последовательно поступающих на магниточувствительные датчики, сигналы от болтовых стыков могут быть выделены по их характерным признакам: наличию сигналов (откликов 6 и 7 на фиг. 1b и 1с) от концов стыковых накладок 3 и сигнала 5 значительной амплитуды определенной формы (фиг. 1 и 2) от стыкового зазора 4 в середине между концами накладок [20 и 21]. Достоверность распознавания сигналов от болтовых стыков можно дополнительно повысить с использованием специальной обработки [22].In the process of scanning rails in the general flow of signals sequentially arriving at magnetically sensitive sensors, signals from bolted joints can be distinguished by their characteristic features: the presence of signals (responses 6 and 7 in Figs. 1b and 1c) from the ends of butt plates 3 and signal 5 of a significant amplitudes of a certain shape (Fig. 1 and 2) from the butt gap 4 in the middle between the ends of the overlays [20 and 21]. The reliability of recognition of signals from bolted joints can be further increased using special processing [22].

Зависимость отдельных параметров сигнала 5 от величины стыкового зазора предварительно оценена путем математического моделирования (фиг. 3а). Наблюдается почти линейная зависимость расстояний d между максимумами (экстремумами) двухполярного импульса 5 от величины стыкового зазора 4 (фиг. 1 и 2) в диапазоне зазоров от ≈7 до 30 мм. Результаты моделирования подтверждаются и экспериментальными исследованиями. Анализ величин более 180 стыковых зазоров (на скоростном участке ж.д. пути Москва - Санкт-Петербург) и сравнение их со значениями d на дефектограммах магнитного канала вагона-дефектоскопа, периодически курсирующего по этому перегону, убедительно показывает принципиальную возможность оценки искомого параметра по значению d (фиг. 3b). Вагон-дефектоскоп оснащен системой намагничивания, где электромагниты размещены на осях колесных пар, а полюсами электромагнита служат колеса двухосной тележки вагона фиг. 3а [14, 15, 21]. В общем случае система намагничивания, создающая стабильный магнитный поток в рельсе в процессе движения, может иметь и иную конструкцию (например, аналогичную [23]).The dependence of the individual parameters of the signal 5 on the size of the butt gap was preliminarily estimated by mathematical modeling (Fig. 3a). An almost linear dependence of the distances d between the maxima (extrema) of the bipolar pulse 5 on the size of the butt gap 4 (Figs. 1 and 2) is observed in the gap range from ≈7 to 30 mm. The simulation results are also confirmed by experimental studies. An analysis of the values of more than 180 butt gaps (on the high-speed section of the railway track Moscow - St. Petersburg) and their comparison with the values of d on the defectograms of the magnetic channel of the flaw detector car periodically plying along this section convincingly shows the fundamental possibility of estimating the desired parameter by the value d (Fig. 3b). The flaw detector car is equipped with a magnetization system, where the electromagnets are placed on the axles of the wheel pairs, and the wheels of the two-axle bogie of the car (Fig. 3a [14, 15, 21]. In the general case, the magnetization system, which creates a stable magnetic flux in the rail during movement, may also have a different design (for example, similar to [23]).

На зависимостях (фиг. 3) в области малых (от 0 до ≈7 мм) величин зазоров наблюдается зона неопределенности. По значению d (на фиг. 3а, в зоне, где d ≈10 мм) можно лишь сделать вывод, что стыковой зазор находится в области малых (≈ до 7 мм) значений. В условиях повышенных положительных температур эти знания для эффективного содержания рельсового пути по требованиям нормативных документов [1, 2] могут быть недостаточны.On the dependences (Fig. 3) in the region of small (from 0 to ≈7 mm) gaps, an area of uncertainty is observed. From the value of d (in Fig. 3a, in the zone where d ≈10 mm), we can only conclude that the butt gap is in the region of small (≈ up to 7 mm) values. Under conditions of elevated positive temperatures, this knowledge for the effective maintenance of the rail track according to the requirements of regulatory documents [1, 2] may be insufficient.

Поиск дополнительных способов оценки малых величин стыковых зазоров по сигналам магнитного контроля показывают, что в этом случае, более информативной оказывается величина размаха (а - амплитуда) сигнала от зазора (фиг. 2). Как результаты математического моделирования (фиг. 4а), так и практические данные (фиг. 4b), полученные в указанных выше условиях, подтверждают этот вывод. Измеряя амплитуду сигнала от стыкового зазора, можно с достаточной для практики точностью оценить величину зазора в диапазоне от 0 до 7 мм.The search for additional methods for estimating small values of butt gaps from magnetic control signals shows that in this case, the magnitude of the range (a - amplitude) of the signal from the gap (Fig. 2) is more informative. Both the results of mathematical modeling (Fig. 4a) and practical data (Fig. 4b) obtained under the above conditions confirm this conclusion. By measuring the amplitude of the signal from the joint gap, it is possible to estimate the size of the gap in the range from 0 to 7 mm with sufficient accuracy for practice.

Вопросы определения амплитуд а сигналов от стыкового зазора и расстояния d между экстремумами (при известной скорости движения диагностического средства) не представляют трудностей и выполняются известными радиотехническими способами.The issues of determining the amplitudes a of signals from the butt gap and the distance d between the extrema (at a known speed of the diagnostic tool) are not difficult and are performed by known radio engineering methods.

Таким образом, в процессе движения мобильного диагностического средства, оснащенного системой намагничивания и магниточувствительными датчиками, из потока регистрируемых сигналов выделяются сигналы от зон болтовых стыков, определяются параметры сигналов от стыковых зазоров (расстояние между экстремумами и амплитуда сигнала) и по измеренным параметрам оценивают величины стыковых зазоров болтовых соединений рельсового пути. В условиях значительных отрицательных температур (ниже минус 20°С), из процедуры анализа можно исключить этап измерения амплитуд сигналов, дополнительно упрощая реализацию способа.Thus, during the movement of a mobile diagnostic tool equipped with a magnetization system and magnetically sensitive sensors, signals from the zones of bolted joints are extracted from the stream of recorded signals, the parameters of the signals from the butt gaps (the distance between the extrema and the signal amplitude) are determined, and the values of the butt gaps are estimated from the measured parameters. railroad bolted connections. Under conditions of significant negative temperatures (below minus 20°C), the stage of measuring signal amplitudes can be excluded from the analysis procedure, further simplifying the implementation of the method.

Высокая достоверность и надежность оценки стыковых зазоров заявленным способом обеспечивается использованием магнитного (MFL) контроля, основанного на генерации стабильного магнитного потока в контролируемом рельсе и фиксации рассеяний магнитного потока с помощью магниточувствительных датчиков с постоянным технологическим зазором между датчиком и поверхностью сканирования [14, 20-22].The high reliability and reliability of the assessment of butt gaps by the claimed method is ensured by the use of magnetic (MFL) control, based on the generation of a stable magnetic flux in the controlled rail and the fixation of magnetic flux scattering using magnetically sensitive sensors with a constant technological gap between the sensor and the scanning surface [14, 20-22 ].

Информация, полученная о величине стыковых зазоров, при дальнейшей цифровой обработке позволяет осуществить в автоматизированном виде:The information obtained about the size of the butt gaps, with further digital processing, makes it possible to carry out in an automated form:

- определение наличия двух и более стыков с нулевыми зазорами;- determination of the presence of two or more joints with zero gaps;

- оценку увеличения зазоров более чем на 52 мм при трехзвеньевых уравнительных пролетах;- an assessment of the increase in clearances by more than 52 mm with three-section leveling spans;

- проводить мониторинг состояния стыковых зазоров и рельсового пути в процессе скоростного сканирования.- to monitor the state of butt gaps and the rail track in the process of high-speed scanning.

В настоящее время все эти операции, требуемые в нормативно-технической документации по текущему содержанию рельсового пути, в основном выполняются вручную.Currently, all these operations required in the regulatory and technical documentation for the current maintenance of the rail track are mainly performed manually.

Важно отметить, что предлагаемый способ реализуется без прерывания основной функции скоростного дефектоскопического средства: выявление поверхностных и внутренних дефектов в головке рельса методом вытеснения магнитного потока (MFL). Предложенные в заявке подходы реализуются путем введения дополнительной обработки текущих сигналов контроля, получаемых в процессе рабочего проезда мобильного средства по рельсовым путям. В дополнение к выявлению дефектов, реализация способа позволяет оценивать с достаточной для практики точностью величины зазоров в болтовых стыках рельсов ж.д. пути.It is important to note that the proposed method is implemented without interrupting the main function of the high-speed flaw detection tool: the detection of surface and internal defects in the rail head by the magnetic flux displacement (MFL) method. The approaches proposed in the application are implemented by introducing additional processing of the current control signals received during the working passage of a mobile vehicle along the rail tracks. In addition to detecting defects, the implementation of the method makes it possible to estimate, with sufficient accuracy for practice, the size of the gaps in the bolted joints of railway rails. way.

ИсточникиSources

1. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути. Распоряжение ОАО «РЖД» №2288/р от 14.11.2016.1. Instructions for the current maintenance of the railway track. Order of Russian Railways No. 2288/r dated November 14, 2016.

2. Инструкция по укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути. Распоряжение ОАО «РЖД» №2544/р от 14.12.2016 (с изменениями от 09.09.2022).2. Instructions for laying, maintaining and repairing a seamless track. Order of Russian Railways No. 2544/r dated December 14, 2016 (as amended on September 9, 2022).

3. Стоянкович Г.М., Пупатенко В.В. Температурные деформации в зоне уравнительных пролетов бесстыкового пути // Путь и путевое хозяйство. 2019, №6, с. 34-37.3. Stoyankovich G.M., Pupatenko V.V. Temperature deformations in the zone of leveling spans of a jointless track // Way and track facilities. 2019, No. 6, p. 34-37.

4. Мелихов С.Н, Бондаренко А.А., Матвецов В.И. Попикетный контроль стыковых зазоров и температурная надежность звеньевого пути // Путь и путевое хозяйство. 2022, №8, с. 29-32.4. Melikhov S.N., Bondarenko A.A., Matvetsov V.I. Picket control of butt gaps and temperature reliability of a link track // Way and track facilities. 2022, no. 8, p. 29-32.

5. RU 2511644.5. RU 2511644.

6. RU 101851.6. RU 101851.

7. RU 2642687.7. RU 2642687.

8. US 8934007.8. US 8934007.

9. RU 55716.9. RU 55716.

10. RU 2082640.10. RU 2082640.

11. RU 2066646.11. RU 2066646.

12. RU 2192982.12. RU 2192982.

13. US 11130509.13. US 11130509.

14. RU 2696066.14. RU 2696066.

15. RU 2707977.15. RU 2707977.

16. US 2019/0086364.16. US 2019/0086364.

17. RU 2652673.17. RU 2652673.

18. DE 102004045457.18. DE 102004045457.

19. RU 2290654.19. RU 2290654.

20. А. Марков, А. Антипов. Магнитная дефектоскопия рельсов. Новые возможности // LAP LAMBERT Academic Publishing RU. 2018. ISBN: 978-613-9-88764-4. 103 c.20. A. Markov, A. Antipov. Magnetic flaw detection of rails. New opportunities // LAP LAMBERT Academic Publishing RU. 2018. ISBN: 978-613-9-88764-4. 103 c.

21. Марков A.A., Кузнецова E.A. Дефектоскопия рельсов. Формирование и анализ сигналов. Книга 2. Расшифровка дефектограмм // СПб.: Ультра Принт, 2014. 332 с.21. Markov A.A., Kuznetsova E.A. Rail flaw detection. Formation and analysis of signals. Book 2. Decoding of defectograms // St. Petersburg: Ultra Print, 2014. 332 p.

22. RU 2671368.22. RU 2671368.

23. RU 2680103.23. RU 2680103.

Claims (3)

1. Способ оценки стыковых зазоров рельсов железнодорожного пути, заключающийся в том, что в процессе движения генерируют магнитное поле в рельсах, фиксируют рассеянное магнитное поле магниточувствительными датчиками, отличающийся тем, что рельс намагничивают до уровня, близкого к магнитному насыщению с помощью системы намагничивания, обеспечивающей стабильный магнитный поток в рельсе, определяют зону болтового стыка, измеряют параметры сигнала, вызванного рассеянием магнитного поля в зоне зазора, и по измеренным параметрам оценивают величину стыкового зазора.1. A method for assessing the butt gaps of the rails of a railway track, which consists in the fact that during the movement a magnetic field is generated in the rails, the scattered magnetic field is fixed with magnetically sensitive sensors, characterized in that the rail is magnetized to a level close to magnetic saturation using a magnetization system that provides stable magnetic flux in the rail, determine the area of the bolted joint, measure the parameters of the signal caused by the scattering of the magnetic field in the area of the gap, and the measured parameters estimate the magnitude of the butt gap. 2. Способ оценки стыковых зазоров рельсов железнодорожного пути по п. 1, отличающийся тем, что в качестве измеряемого параметра используют расстояние между экстремумами сигнала от стыкового зазора.2. The method for assessing the butt gaps of rails of a railway track according to claim 1, characterized in that the distance between the signal extrema from the joint gap is used as a measured parameter. 3. Способ оценки стыковых зазоров рельсов железнодорожного пути по п. 1, отличающийся тем, что в качестве измеряемого параметра используют амплитуду сигнала от стыкового зазора.3. The method for assessing the butt gaps of rails of a railway track according to claim 1, characterized in that the amplitude of the signal from the butt gap is used as a measured parameter.
RU2022131896A 2022-12-06 Method for assessment of expansion gaps for rails of a railway track RU2793171C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793171C1 true RU2793171C1 (en) 2023-03-29

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006250572A (en) * 2005-03-08 2006-09-21 Central Japan Railway Co Rail joint detector, and rail joint position detection device of track inspection car
RU2521095C1 (en) * 2013-03-27 2014-06-27 Анатолий Аркадиевич Марков Railway line diagnosis method
US20190086364A1 (en) * 2014-12-24 2019-03-21 Technological Resources Pty Ltd System for Detecting a Break in a Rail
RU2696066C2 (en) * 2017-11-13 2019-07-30 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Method of detection and evaluation of welded joints of rails

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006250572A (en) * 2005-03-08 2006-09-21 Central Japan Railway Co Rail joint detector, and rail joint position detection device of track inspection car
RU2521095C1 (en) * 2013-03-27 2014-06-27 Анатолий Аркадиевич Марков Railway line diagnosis method
US20190086364A1 (en) * 2014-12-24 2019-03-21 Technological Resources Pty Ltd System for Detecting a Break in a Rail
RU2696066C2 (en) * 2017-11-13 2019-07-30 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Method of detection and evaluation of welded joints of rails

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2971075C (en) A system for detecting a break in a rail
US6549005B1 (en) Magnetic detection of discontinuities in railway rails using hall effect sensors
AU2018213965A1 (en) Method and system for non-destructive rail inspection
Kaewunruen et al. Dynamic wheel–rail interaction over rail squat defects
Liu et al. Experimental tools for railway crossing condition monitoring (crossing condition monitoring tools)
Antipov et al. Evaluation of transverse cracks detection depth in MFL rail NDT
Popović et al. The importance of rail inspections in the urban area-aspect of head checking rail defects
Popović et al. Rail inspection of RCF defects
WO2019185873A1 (en) System and method for detecting and associating railway related data
Mandal et al. Effectiveness of measuring stress-free temperature in continuously welded rails by Rail Creep Method and Rail Stress Modules
Oßberger et al. Insights towards condition monitoring of fixed railway crossings
RU2586090C1 (en) Method for magnetic inspection of weld joints of rails
RU2793171C1 (en) Method for assessment of expansion gaps for rails of a railway track
Ižvolt et al. Tendencies in the development of operational quality of ballasted and ballastless track superstructure and transition areas
RU2671368C1 (en) Method of magnetic detection of rails regular objects
RU2800214C1 (en) Method for automatic monitoring of the state of rail bars of a railway track
Boyacioglu et al. Use of NDT inspection data to improve rail damage prediction models
Vallely A holistic approach to remote condition monitoring for the accurate evaluation of railway infrastructure and rolling stock
Aliev et al. Intelligent system of noise control of the technical condition of railroad tracks
RU2703802C1 (en) Method for determination of distances between rail-track sleepers
Li et al. Detection and Maintenance for Railway Track Defects: A Review
Kaewunruen et al. Rail squats: understand its causes, severity, and non-destructive evaluation techniques
Hamarat et al. Railway turnouts and inspection technologies
RU2785306C1 (en) A method for determining the lengths of rails of equalizing spans and places of temporary repair of the bar by flaw detection signals
Antipov et al. Using a Magnetic Flux Leakage Method to Evaluate Gaps in Railroad Bolt Joints