Admin

Магнитный метод для оценки состояния бесстыкового пути

МАРКОВ А.А., АО «Радиоавионика», докт. техн, наук, АНТИПОВ А.Г., канд. физ.-мат. наук, КАРЕЛИН М.В., технический директор ЧОУ ДПО «Диагностика инфраструктуры железных дорог», МАКСИМОВА Е.А., АО «Радиоавионика», начальник лаборатории НК

Аннотация. Для мониторинга продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути предлагается относительно простой подход, предусматривающий замену стандартных маячных меток на рельсовых скреплениях и рельсах ферромагнитными метками с дальнейшей фиксацией их магниточувствительными датчиками вагона-дефектоскопа. Данная статья посвящена автоматизации мониторинга бесстыкового пути с учетом сбора дополнительной информации о температурных смещениях плети относительно маячных шпал и о величинах стыковых зазоров при контроле пути дефектоскопическими средствами.
Ключевые слова: реперная (маячная) шпала, ферромагнитная метка, стыковой зазор, контроль рельсов, метод вытеснения магнитного потока (MFL method), температурный сдвиг плети, угон плети, автоматическая обработка.

Учитывая важность автоматического мониторинга продольно-напряженного состояния сварных рельсовых плетей бесстыкового пути, мировая практика предлагает множество технических решений и методик, основанных на различных физических принципах. Часто эти решения основываются на ультразвуковых методах, на оценке интенсивности шумов Баркгаузена, на тензометрии и др. [1—3].
Большинство перечисленных технических решений требуют наличия устанавливаемых на рельсы автономных датчиков, передающих регистрируемую информацию средствами беспроводной связи и, естественно, предусматривают их электропитание и периодическое техническое обслуживание. Кроме того, они должны быть вандалоустойчивыми и сохранять работоспособность в широком диапазоне температур (от -55 до +55 °C). Себестоимость таких датчиков и трудозатраты на их обслуживание значительны.
В соответствии с [4] контроль угона плетей осуществляется по смещению контрольных сечений рельсовой плети относительно маячных шпал не реже одного раза в месяц. Эти сечения отмечают поперечными полосами шириной 10 мм, наносимыми при помощи трафаретов несмываемой светлой краской на подошву и шейку рельсов внутри колеи в створе с боковой гранью риски на подкладке. В качестве маячной выбирается шпала, расположенная напротив пикетного или километрового столбика.
Величина смещения оценивается как визуально (операторами при осмотре в пути или по данным видеорегистрации), так и с помощью различных механических или электронных средств измерений. Наиболее распространенные в последнее время системы видеоконтроля состояния пути с помощью мобильных средств диагностики [5, 6] имеют ограничения из-за невозможности их применения при высоком уровне снежного покрова, при загрязненности меток и т.п.
Основная идея предлагаемого подхода
Для полноценного мониторинга состояния бесстыкового рельсового пути в соответствии с требованиями НТД необходимо следующее:

• 1) фиксировать и иметь достоверную информацию о местоположении всех болтовых стыков на рельсовых нитях, в том числе и на рубках временного восстановления плетей;
• 2) периодически получать данные о величинах стыковых зазоров как в уравнительных пролетах, так и на временных рубках;
• 3) наблюдать с установленной периодичностью появление сдвигов (продольной деформации) рельсовых плетей относительно маячных шпал.

Перечисленные функции предлагается реализовать при помощи анализа сигналов магнитного канала вагона-дефектоскопа (ВД), оснащенного активной системой намагничивания рельсов и магниточувствительными датчиками, периодически (согласно графику) курсирующего по участкам пути [7].

Первые две функции выполняются за счет автоматического выделения в магнитном канале сигналов от стыков по характерным признакам (наличие импульсов от концов стыковых накладок и от зазора между рельсами). Для того чтобы повысить точность определения длин рубок временного восстановления плети, вводятся корректирующие коэффициенты [8]. Возможность оценки стыковых зазоров по параметрам поля рассеяния магнитного потока, регистрируемого магнитными датчиками вблизи разрыва рельсов, подробно продемонстрирована в [9]. Полученный опыт измерения относительно малых стыковых зазоров (от 0 до 35 мм) при скоростях до 60 км/ч с допустимой для практики точностью предлагается использовать и для реализации функции, указанной в п. 3).
Для оценки продольных температурных сдвигов сварных рельсовых плетей предлагается заменить метки на маячных шпалах, периодически наносимых светлой краской на шейку рельса и на шпальную подкладку (рис. 1, а), на ферромагнитные метки. На каждой маячной шпале следует закреплять со стороны нерабочей грани головки рельса металлическую метку и скобу (пара меток) на известном расстоянии друг от друга (например, 100 мм) так, чтобы обеспечить их надежную фиксацию магнитным датчиком ВД (рис. 1, б). На магнитограмме через каждые 100 м пути должны автоматически определяться искомые расстояния L между парами металлических меток (рис. 1, в) и при необходимости выполняться программная минимизация возможной погрешности измерений в магнитном канале. Сравнивая в магнитном канале текущее расстояние L между сигналами от пары меток с предыдущим измерением, оценивают смещение рельсовой плети относительно маячных шпал [10].
 

Содержание

1Экспериментальная проверка предложения 2Перспективы 3Заключение 4Список источников

Экспериментальная проверка предложения

Для доказательства реализуемости и эффективности рассматриваемого подхода на действующем участке пути Октябрьской ДИ выделен экспериментальный участок бесстыкового пути протяженностью около 2 км, где установлены металлические (ферромагнитные) метки на головке рельса и скобы на каждой маячной шпале.
Предварительно сформулированы требования к установке скоб и меток. Скобы закреплены на маячных шпалах (напротив пикетных столбиков) с нерабочей (полевой) стороны рельса на каждой нити пути. Вершина скобы отстоит от уровня поверхности катания головки рельса не более чем на 5 мм (рис. 2, а). Скоба находится на расстоянии не более 4 мм от боковой поверхности головки рельса.

Верхняя часть метки также отстоит от поверхности катания не более чем на 5 мм (устанавливается по шаблону) и размещается на расстоянии 100 мм (между смежными краями) от скобы. Все метки распределяют по длине рельса с одной стороны от скобы.
Первый проезд ВД (совмещенного вагона-дефектоскопа СВД-324) выполнен 21 июля 2023 г. при температурах воздуха 21,5 °C и рельса 24,1 °C. Результаты проезда положительные: все метки и скобы магнитным методом зафиксированы.
Последующая автоматическая обработка сигналов на магнитограммах предусматривает выполнение следующих операций:

• выделение сигналов от меток на фоне помех и сигналов от конструктивных элементов (сварных и болтовых стыков);
• измерение расстояний между парами (метка и скоба) меток;
• коррекция результатов с учетом возможных погрешностей датчиков пути ДС;
• сравнение результатов измерений по магнитному методу и по видеокадрам, регистрируемым ДС. Оценка погрешностей;
• при последующих проездах — сравнение результатов нескольких проездов с учетом температуры рельсов.

В табл. 1 приведены результаты измерений расстояний между меткой и скобой для 14 комплектов (пар), установленных через каждые 100 м пути. Возможности диагностического комплекса АВИКОН-ОЗ позволяют одновременно наблюдать на экране как сигналы магнитного канала, так и видеокадры от пар метка—скоба (рис. 3).
Результаты замеров показывают, что магнитный метод позволяет оценить искомую величину с большей (в 2—3 раза) точностью по сравнению с видеокадрами и имеет дополнительные преимущества (всепогодность, значительный объем контроля за один проезд, автораспознавание программой и др.). С учетом этого в дальнейших измерениях будем ориентироваться только на сигналы магнитного канала.
Второй проезд ВД выполнен 02.08.2023 при температуре рельсов 28,7 °C. В связи с тем, что изменение температуры рельсов по сравнению с первым проездом незначительно (менее 5 °C), заметного температурного сдвига плети, а значит и изменений расстояний между парами метка—скоба не прогнозировалось (табл. 2).
Можно отметить, что повторяемость измеряемых величин (расстояний между парами метка—скоба) высокая. Некоторые отличия значений (менее 5 %) связаны с погрешностью измерений и возможным смещением плети относительно маячных шпал из-за воздействий подвижного состава. Планируется продолжить эксперимент с учетом значительных отклонений температур при проездах.

Перспективы

Комплексное использование данных о величинах стыковых зазоров и продольных смещений сварных плетей относительно маячных шпал программным способом позволит решить одну из важных задач «Стратегии развития хозяйства диагностики и мониторинга инфраструктуры» по автоматизированной ревизии бесстыкового пути. Естественно, в соответствии с [4] при мониторинге величин смещений рельсовой плети относительно маячных шпал и определении стыковых зазоров необходимо учитывать как температуру укладки рельсовой плети, так и текущую температуру эксплуатации. Суточные и длительные прогнозы температур рельсов наблюдают и формируют на специальных температурных стендах дистанций пути и геофизической станции Дирекции инфраструктуры железной дороги. С учетом этих прогнозов в соответствии с предлагаемым подходом необходимо корректировать периоды измерений (проездов ДС) на наблюдаемом участке пути.


Введение предлагаемой технологии в практику периодического мониторинга состояния пути позволяет дополнительно автоматизировать ряд измерительных процессов, выполняемых в настоящее время в основном вручную [4].
Важно отметить, что предлагаемую методику можно реализовать без прерывания основной функции вагона-дефектоскопа: обнаружение опасных дефектов в головке рельсов. Предложенные подходы реализуются с помощью введения дополнительной автоматической обработки сигналов магнитного контроля, получаемых при проезде диагностического средства [11].

Заключение

Полученные результаты позволяют считать доказанным правомерность предложенного подхода к оценке предотказного состояния бесстыкового пути магнитным методом. Для полной отработки технологии необходим более протяженный экспериментальный полигон сварных плетей и выполнение замеров в широком диапазоне температур.
Обработка и анализ сигналов непосредственно на борту вагона-дефектоскопа позволит практически в реальном масштабе времени получать результаты мониторинга и оперативно принимать упреждающие меры
по техническому содержанию рельсового пути с учетом особенностей контролируемого участка. Данные текущего мониторинга могут сохраняться как в базе дефектоскопического средства, так и в единой базе Е К АСУ И для сравнительного анализа изменения данных во времени.

Список источников

1. Мыльникова М.А. Мониторинг напряженного состояния бесстыкового пути при помощи бализы: автореферат канд. техн, наук: 05.22.06 / Место защиты: ПГУПС. Екатеринбург, 2019. 23 с.
2. Патент № 55716 РФ, В61К 9/08. Устройство для величины стыковых зазоров и вертикальных ступенек железнодорожного пути / Архангельский С.В., Козин М.П., Розенбаум Л.Б., Шиханов А.А.; правообладатель ЗАО НПЦ ИНФОТРАНС. № 2006108942/22; заявл. 21.03.2006; опубл. 27.08.2006; Бюл. № 24.
3. Фадеев В.С., Конаков А.В., Мацкевич М.В. Устройство для определения температуры закрепления рельсовой плети // Путь и путевое хозяйство. 2022. № 7. С. 37—39.
4. Инструкция по укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути : утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 14.12.2016 № 2544/р (в ред. от 10.04.2023).
5. Шилов М.Н, Алексеев Д.В., Третьяков А.А. Средства и технологии автоматизированной системы видеоконтроля объектов инфраструктуры // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 9. С. 11-12.'
6. Rail joint gap measurement method using train frontal images captured by a handy video camcorder / Goda W., Itoi K., Nagamine N., Tsubokawa Y. // IEEJ Transactions on Industry Applications. 2023. Vol. 143, Iss. 1. P. 46—55. DOI: 10.1541/ ieejias. 143.46.
7. Антипов А.Г., Марков А.А. Выявляемость дефектов в рельсах магнитным методом // Дефектоскопия. 2019. № 4. С. 21—29.
8. Патент № 2785306 РФ, В61К 9/08. Способ определения длин рельсов уравнительных пролетов и мест временного восстановления плети по сигналам дефектоскопии / А.А. Марков, А.Г. Антипов, Е.А. Максимова; патентообладатель АО «Радиоавионика». № 2022121690; заявл.
09.08.2022; опубл. 06.12.2022; Бюл. № 34.
9. Марков А.А, Антипов А.Г., Максимова Е.А. Оценка зазоров в болтовых стыках рельсов магнитным методом // Путь и путевое хозяйство. 2023. № 9. С. 26—28; № 10. С. 21—23.
10. Патент № 2578897 РФ, В61К 9/08. Способ оценки угона рельсовой плети / А.А. Марков, А.Г. Антипов; патентообладатель ОАО «Радиоавионика». № 2015108091/11; заявл. 06.03.2015; опубл. 27.03.2016; Бюл. № 9.
11. Патент № 2800214 РФ, В61К 9/08. Способ автоматического мониторинга состояния рельсовых плетей железнодорожного пути / А.А. Марков, А.Г. Антипов; патентообладатель АО «Радиоавионика». № 2023104912; заявл. 01.03.2023; опубл. 19.07.2023; Бюл. № 20.

MAGNETIC METHOD ТО ASSESS THE CONDITION OF A JOINTLESS RAILWAY TRACK
Markov Anatoliy — D.Sci., Head of the Department «Methods and means of nondestructive testing», Radioavionica JSC. St. Petersburg, Russia, anarmarkov@gmail.com
Antipov Andrey — Ph. D, senior researcher, Radioavionica JSC, St. Petersburg, Russia.
Karelin Michail — Technical Director of training center «Diagnostics of railway infrastructure». St. Petersburg, Russia.
Maksimova Ekaterina — Head of the laboratory, Radioavionica JSC. St. Petersburg, Russia.
Abstract. A relatively simple approach is proposed to monitor the longitudinally stressed state of the rail lashes of a jointless track, which provides for the replacement of standard beacon marks on rail fasteners and rails with ferromagnetic marks with further fixation by magnetically sensitive sensors of the flaw detector car. This article is devoted to automating the monitoring of a jointless track, taking into account the collection of additional information about the temperature displacements of the whip relative to the lighthouse sleepers and about the values of joint gaps when monitoring the raiway track with flaw detection tools.
Keywords: jointless track, reference (beacon) sleeper, ferromagnetic tag, joint gap, rail testing, magnetic flux leaking method, displacement of the welded lash, automatic processing.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК