авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 11 |

«ОБОБЩЕНИЕ передово-о.опыта тяжеловесно-о.движения: вопросы.взаимодействия ;олеса.и.рельса ox GUIDELINES ...»

-- [ Страница 7 ] --

В процессе эсплатации в рельсах появляется большое число дефетов, различающихся своей природой и имеющих разные размеры и интенсив ность их роста. На типичной линии с тяжеловесным движением распреде ление дефетов различных размеров можно описать эспоненциальным заоном (рис. 5.4). Имеется мноо небольших дефетов и несольо боль ших. По мере наопления онтатно-сталостных дефетов в рельсе от дефекта от площади поперечного сечения головки,% Размер дефекта в рельсе, мм или доля площади 60 Быстрорастущие дефекты, например дефекты в свар Необходима по крайней ных стыках, изломы подошвы мере одна проверка рельса, поперечные дефекты 50 в этом интервале для в холодную погоду обнаружения быстрорастущего дефекта Значительный риск внезапного разрушения Медленно растущие дефекты, 10 например расслоение шейки, центрально расположенные Минимальный размер поперечные дефекты в теплую выявляемого дефекта погоду Т+10 Т+20 Т+30 Т+40 Т+50 Т+ Момент зарождения Пропуск поездной нагрузки, млн. т брутто трещины, Т Рис. 5.3. Харатер роста размеров дефетов в рельсах o 5-9 x высоих онтатных напряжений же имеющиеся дефеты развиваются, и все больше новых зарождается. Наиболее опасными являются дефеты, расположенные в правой части ривой распределения. В ней представле ны представлены дефеты, величина оторых достаточна для внезапноо разршения рельса. В действительности распределение внтренних дефе тов по размер зависит от местных словий. На особо рзонапряженном часте или на часте, на отором ложены рельсы из более зарязненной стали, ривая распределения дефетов, приведенная на рис. 5.4, смещается в правю сторон, и теоретичеси требется более частый онтроль со стояния рельсов, чтобы обеспечить ровень безопасности не ниже, чем на дрих частах.

Та а средства дефетосопии наиболее эффетивно выявляют де феты большой величины, распределение дефетов в любой момент вре мени сдвиается в зон их небольших величин. Основными целями про вери рельсов являются странение наиболее опасных дефетов в правой части ривой распределения и одновременно выявление всех дефетов, оторые при развитии достинт опасной величины момент следющей провери. Следовательно, надежность и периодичность проверо ирают важню роль, но при этом еще более важным является их соответствие др др.

На сеодняшний день еще недостаточно достоверных данных а по сорости роста различных дефетов, та и по их ритичесим величинам.

Ислючением является заономерность роста дефетов, становленная на основании эспериментальных исследований Центра транспортных тех нолоий (TTCI), дочерней оранизации Ассоциации америансих желез ных доро (AAR), на полионе для соренных эсплатационных испыта Высокие напряжения/загрязненная сталь Число дефектов в рельсах Смещение распределения по мере наработки поездной нагрузки Выявляемые дефекты Очень опасные дефекты Низкие напряже Рис. 5.4. Распределение ния/ чистая сталь поперечных дефетов в рельсах по размерам Размер дефекта, мм или доля площади дефекта от площади (35 т/ось, ольцо TTCI) поперечного сечения головки, % o 5-10 x Рис. 5.5. Интенсивность (доля площади дефекта от площащи роста поперечных де поперечного сечения головки, %) фетов в рельсах при Затененная зона осевой нарзе 35 т, отображает характер измеренная на полио- роста дефектов Размер дефекта при нагрузке 35 т/ось не FAST 0 10 20 30 40 Пропущенный тоннаж, млн. т брутто ний пти и подвижноо состава (FAST) в Пэбло, штат Колорадо, США.

Значения интенсивности роста поперечных дефетов в онтролиремых словиях полчены обработой резльтатов постоянноо слежения за из менениями величины дефетов в рельсах на эспериментальном ольце, по отором рсировал поезд.

На рис. 5.5 приведены рафии роста поперечных дефетов в зависи мости от наработи (пропщенноо тоннажа) при движении рженоо по езда из ваонов с осевыми нарзами 35 т [5.3, 5.4]. Пронозирование на работи тоннажа до возниновения дефета представляет определенню трдность, та а после зарождения поперечные дефеты развиваются не линейно, а следет из теории механии разршения. Под воздействием однотипноо подвижноо состава с высоими осевыми нарзами интен сивность роста неоторых дефетов на полионе FAST оазалась достаточ но высоой. Высоой сорости развития дефетов можно ожидать при на личии в олове рельса остаточных напряжений растяжения, а таже при низих температрах в бесстыовых рельсовых плетях, находящихся в рас тянтом состоянии.

В приложении А части 3 нии приведены типы дефетов рельсов в п ти и их одирование, применяемые на железной дорое Canadian Pacific (CPR).

5.2.4. Критичес(ие)размеры)дефе(тов Опыт эсплатации поазывает, что рельс может внезапно разршить ся при наличии поперечных дефетов величиной до 10 % общей площади поперечноо сечения олови рельса, однао реальный рис возниает, ода поперечный дефет занимает более 35 % сечения олови. Трещины в шейе от болтовоо отверстия начинают быстро расти по достижении длины 13 мм, а быстрое разршение может произойти при длине трещины более 25 мм. Обычно железные дорои Северной Америи полааются на наопленный опыт, позволяющий проводить различие межд остроде o 5-11 x фетными рельсами, представляющими значительню опасность, и рель сами с дефетами, не рожающими непосредственно безопасности дви жения поездов, оторые мот оставаться в пти в течение определенноо времени. Например, в приложении А части 3 приведены одовые обозна чения дефетов рельсов, принятые на CPR [5.5], оторые обязательно сле дет принимать во внимание при движении поездов по част с дефет ными рельсами до их снятия с пти. Там в соответствющей таблице при ведены оцена рисов и азания по эсплатации рельсов с дефетами различных видов и величины.

Проведенные в Королевсом ниверситете Кинстона, Канада [5.6] ис следования разршения рельсов позволили лбже изчить способность рельсов воспринимать динамичесие нарзи и степень опасности их раз ршения при высоих осевых нарзах. В исследованиях задавали дина мичесое дарное воздействие, имитирющее воздействие олес с выщер бинами на поверхности атания, нерлостью и ползнами, на рельсы, оторые были изъяты из пти вследствие выявленных дефетов различно о вида. Для воспроизведения растяивающих продольных напряжений растяжения, возниающих при низих температрах, отрези рельсов рас тяивали в продольном направлении, а неоторые образцы испытывали при температре —20 °C. При этом было становлено следющее:

1. Ударные нарзи по преимществ приводят возниновению по перечных дефетов, развивающихся вплоть до разршения рельса;

2. В разршении рельсов сщественню роль ирают напряжения растяжения, имеющие место при температрах значительно ниже ней тральной;

3. При наличии интенсивноо вырашивания металла внезапное раз ршение рельса происходит при более низом ровне, но более частом дарном наржении;

4. Остаточные, температрные и динамичесие напряжения, вызывае мые поездной нарзой, примерно в одинаовой степени способствют созданию общео напряженноо состояния рельса;

5. Величина отдельных дефетов с точи зрения рисов имеет большее значение, чем доля занимаемой ими площади сечения олови рельса.

Действительно, олова рельса, имеющая бльшю площадь поперечноо сечения, имеет повышенню слонность разршению под воздействием динамичесой нарзи. Посоль рельс большей массы имеет бльшю инерцию, ео олова менее податлива и при дарном воздействии может воспринять бльшю энерию.

На основании эспериментальноо исследования словий, при оторых рельс с известным дефетом может внезапно разршиться, было полчено равнение для вычисления масимальной динамичесой нарзи Pdyn (в данном слчае измеряемой в тысячах фнтов):

4, 83K 1C P dyn = 1, 38T 6, 46, (1) b o 5-12 x де К1C — вязость разршения рельсовой стали. Значение К1C равно 38,5 МПа для стандартной рельсовой стали и на 20 % больше для высо оачественной;

Т — изменение температры рельса относительно ней тральной температры, при оторой отстствют напряжения, в радсах Фаренейта;

— остаточное напряжение, определенное из размера рас рытия надреза, полчаемоо в испытании методом расрытия шейи;

b — радис внтреннео дефета в мм. В испытаниях Королевсоо ниверси тета полчена величина остаточноо напряжения 15,7 Па/мм2.

На основании расчетов по данной эмпиричесой формле были в а честве примера определены сочетания словий, оторые моли бы вызвать мновенное разршение рельса.

При наличии поперечноо дефета, занимающео 8 % площади сече ния олови рельса:

! температра рельса на 56 °C ниже нейтральной, динамичесая нарза от олеса 356 Н.

При наличии поперечноо дефета, занимающео 10 % площади сече ния олови рельса:

! температра рельса на 56 °C ниже нейтральной, динамичесая нарза от олеса 311 Н.

То же, но 18 % площади сечения олови:

! температра рельса на 39 °C ниже нейтральной, динамичесая нарза от олеса 311 Н.

То же, но 40 % площади сечения олови:

! температра рельса на 56 °C ниже нейтральной, динамичесая нарза от олеса отстствет.

5.2.5. Про$нозирование+,онта,тной+/сталости+рельса На большинстве железных доро релярное пронозирование сроа слжбы рельсов осществляют с использованием распределения Вейблла (Weibull) для расчета интенсивности наопления сталости. Метод Вейбл ла полезен для идентифиации мест, де тенденции носят становившийся харатер, по сравнению со слчаями, ода дефеты остаются неизменны ми. Более опасной является ситация, при оторой возрастает интенсив ность возниновения дефетов, та а это может свидетельствовать о сформировавшемся сталостном процессе. Эти пронозы использются для выявления становившихся заономерностей в появлении дефетов, что помоает более обоснованно назначать срои замены рельсов.

Выявленные с помощью метода Вейблла заономерности позволяют выбирать мероприятия по лчшению состояния рельсов, например под бив рельсовых стыов, наплав онцов рельсов, снятие внтренних на пряжений на рабочей вырже олови рельса или странение ползнов на олесах.

Рельсы следет заменять тода, ода одовые затраты на странение де фетов рельсов превышают выоды от отсрочи замены на следющий од.

Если стоимость странения одноо дефета составляет 2500 дол., а одовая o 5-13 x эономия при оставлении рельса в пти 18 тыс. дол., требется достаточно весое обоснование необходимости замены рельса тольо по наличию де фетов. Однао если в эсплатации выходит из строя значительное число рельсов, возниает вероятность тоо, что оставленный в пти рельс может причинить значительный щерб из-за перерыва в движении поездов, свя занноо с аварийной заменой рельса или сходом подвижноо состава по причине излома рельса.

Это еще раз подтверждает важность эффетивноо онтроля состояния рельсов. Ка было поазано, для обеспечения эсплатационной надеж ности линии требются эффетивные онтрольно-измерительные систе мы и частая провера рельсов.

5.2.5.1. Использование-распределения-Вейб4лла для-про5нозирования-интенсивности возни7новения-дефе7тов-в-рельсе T (1) T f(T) = e. (2) Фнция плотности вероятности распределения по Вейблл задается выражением:

f(T) 0, T, 0, 0, –, де — параметр формы;

— параметр положения;

— параметр масштаба;

Т — время, пропщенный тоннаж и т. д.

Фнция надежности по Вейблл задается выражением T R(T) = e, (3) а фнция повреждаемости по Вейблл:

T F(T) = 1 R(T) = 1 e. (4) Фнция повреждаемости приводится следющем вид:

T 1 F(T) = e ;

T 1 =e ;

1 F(T) T 1 = ln ;

1 F(T) 1 = ln(T ) ln().

ln ln (5) 1 F(T) o 5-14 x Эта линейная зависимость использется для формирования вероятност ной шалы Вейблла. Величина ln() является постоянной для заданных словий.

Интенсивность повреждений по Вейблл (Т) задается в виде:

(1) T (T) =. (6) При анализе повреждений рельса для расчетов надежности или повреж даемости рельсов можно следовать по одном из двх птей:

1. Масимальное число повреждений и дефетов определенноо вида, приходящееся на часто пти определенной длины, можно задать заранее. По достижении заданноо поазателя повреждаемости принима ется, что имело место 100 % слчаев и должна быть проведена работа по за мене рельса;

2. Ниаоо предварительноо решения относительно допстимоо числа дефетов в пти не принимается. Тода для тоо, чтобы отнести фнцию F(T) повреждаемости, использется та называемое медианное ранжирование. В этом слчае медианное ранжирование таже базирется на единице длины пти.

Для полчения соответствющих резльтатов анализа рельсов по Вей блл пть должен быть разделен на однородные части. Для анализа тре бется следющая информация:

1. Тип дефета (лассифиация повреждений);

2. Наработа до выхода рельса из строя;

3. Продолжительность эсплатации до выхода рельса из строя;

4. Сведения о выполненных работах по тещем содержанию и ре монт;

5. Сведения об инфрастртре (местоположение в пти и т. д.).

Длины отдельных частов пти в зависимости от онретных словий мот варьироваться в диапазоне от 5 до 50 м. Соображения, асающиеся длины частов, подлежащих идентифиации, провере и анализ, приве дены ниже.

Следющий пример иллюстрирет типичный слчай использования фнции Вейблла.

Данные по выход рельсов из строя на часте линии с тяжеловесным дви жением от отмети 20 м до отмети 40 м:

вид дефета: поперечная трещина, вызванная внтренними пороами металла (типа 20.1-2 по НТД/ЦП-93 —прим. перев.);

длина часта: 20 м;

масимальное число дефетов на м: пять (назначается в соответствии с выбранной политиой).

В табл. 5.1 приведены данные, полченные с помощью прораммы таб личных вычислений, оторая использется для расчета параметров Вей блла.

o 5-15 x Т а б л и ц а 5. Резльтаты анализа по Вейблл Наработа поездной Годы Число поврежде- Среднее число по- Доля поврежден нарзи, млн. т ний рельсов за пе- вреждений на 1 м ных рельсов, % бртто риод 100 2 5 0,25 200 4 8 0,65 300 6 4 0,85 400 8 8 1,25 500 10 4 1,45 600 12 6 1,75 700 14 5 2,00 800 16 9 2,45 900 18 8 2,85 Столбцы в табл. 5.2 обозначают:

F(mgt) — доля рельсов, имеющих дефеты в виде азанных поперечных трещин, % (полчено исходя из масимальноо числа дефетов на 1 м);

тоннаж — наработа, млн. т бртто (фатичеси пропщенный по рель сам тоннаж);

Y = ln ln ;

1 F(mgt) Х = ln (тоннаж).

Вычисление параметров Вейблла.

Параметр местоположения, = 0.

Выходные данные ререссии (линейная ререссия по столбцам Y и Х);

Постоянная величина (онстанта): –8,50235;

Средневадратичесая ошиба по столбц Y: —0,088236;

R = 0,991049;

Число измерений — девять;

Число степеней свободы — семь;

Т а б л и ц а 5. Вычисление параметров Вейблла Тоннаж, млн. т бртто F(mgt) Y X 5 100 –2,9702 4, 13 200 –1,9714 5, 17 300 –1,6802 5, 25 400 –1,2459 5, 29 500 –1,0715 6, 35 600 –0,8421 6, 40 700 –0,6717 6, 49 800 –0,3955 6, 57 900 –0,1696 6, o 5-16 x Коэффициент Х: 1,207463;

Средневадратичесая ошиба по оэффициент: 0,043373;

Параметр формы = оэффициент Х = 1,207463;

ln = 8,502351 (онстанта);

ln = 7,041499;

= 1143,099.

Значения параметров Вейблла полчены из табл. 5.2:

= 1143,1;

= 1,207;

= 0.

С помощью полченных параметров Вейблла проводятся следющие вычисления.

Надежность при определенном срое слжбы:

T R(T) = e ;

1, R(2000) = e 2000 0 ;

1143, R(2000) = 0,14 = 14 %.

Исходя из принятых в расчетной модели пяти допстимых дефетов в виде поперечных трещин на 1 м, после пропса поездной нарзи 2000 млн. т бртто рельс бдет эсплатироваться с 14 %-ной остаточной надежностью. Это означает, что в рельсе можно допстить наличие еще 0,7 дефета на 1 м, а же имеются 4,3 дефета.

Интенсивность при определенном срое слжбы:

T (1) (T) = ;

1, 207 1500 0 (1,207 1) (1500) = = 0, 00111 повреждений/дефе 1143, 1 1143, тов на 1 млн. т бртто на 1 м.

Кода определенный ровень повреждаемости достинт:

следет принять решение о заазе новых рельсов при достижении поа зателя повреждаемости 4,5 дефета на 1 м пти:

4, F(T) = = 90 % ;

5, T 0, 90 = 1 e ;

1, T 0, 90 = 1 e ;

1143, T = 2280. •«.

o 5-17 x Это означает, что поазатель повреждаемости рельсов, равный 4,5 де фета на 1 м, бдет достинт о времени наработи поездной нарзи 2280 млн. т бртто.

Возможно дальнейшее совершенствование данной модели, например, за счет добавления доверительных интервалов.

5.2.6. Методы'(онтроля'состояния'рельсов Основной целью онтроля состояния рельсов является своевременное выявление всех дефетов, рожающих безопасности движения поездов, и определение их вида и величины с точностью, позволяющей пронозиро вать развитие дефетов до следющей провери и принимать обоснован ное решение по замене рельсов. Квалифицированный оператор может за несольо минт выполнить надежню провер в онретном месте с по мощью рчных преобразователей (датчиов). Проблема залючается в том, де исать дефет. Она решается с использованием мобильных средств де фетосопии.

Таим образом, в процессе провери рельсов решаются две отдельные задачи:

! выявление оординат дефетов мобильными средствами;

! точнение харатера дефетов оператором врчню.

Для точноо определения оординат дефета и ео идентифиации не обходимо соблюдение следющих словий:

! использемая аппаратра должна определить дефет и ео размер доста точно точно, чтобы на дисплей оператора выводились распознаваемые поазания при любом состоянии поверхности рельса;

! в поазаниях онтрольно-измерительной аппаратры дефеты рельса должны чето идентифицироваться;

! оператор должен иметь достаточню валифиацию, опыт и добросо вестность, чтобы нести ответственность за достоверность резльтатов онтроля, а таже правильно выполнять провер врчню для точне ния вида дефета.

Сществет несольо методов онтроля состояния рельсов.

При рчном онтроле оператор передвиает тележ с онтрольно-изме рительным стройством по пти, время от времени останавливаясь для из чения и подтверждения поазаний. Преимщество этоо способа залю чается в том, что информация предоставляется оператор при движении с малой соростью и он может одновременно визально проверять состоя ние поверхности рельса. Основным недостатом способа является высо ая дельная (на 1 м пти) стоимость из-за низой производительности и необходимости провери отдельно аждой рельсовой нити.

Хотя неоторые железные дорои все еще пратиют сплошню про вер рельсов с помощью рчных льтразвовых дефетосопов на тележ ах, их применение из-за высоой стоимости рчноо трда соращается.

Поэтом ниже речь бдет идти о мобильных дефетосопах.

o 5-18 x При использовании метода онтроля «с остановами» с применением мо бильных средств дефетосопии при аждом «подозрительном» поазании дефетосопа мобильное средство останавливается, и оператор высажива ется на пть, чтобы достовериться в правильности поазания и отметить местоположение выявленноо дефета в рельсе.

Преимщества этоо метода:

! относительно несложная система требет меньших апитальных затрат;

! обнарженный дефетный рельс сраз отмечается для последющео ремонта или замены;

! операции по дефетосопии мот быть влючены в процесс тещео содержания и ремонта рельсов;

! онтрольно-измерительню аппаратр можно становить на тран спортном средстве на омбинированном ход, что позволяет переме щать ее от одноо проверяемоо часта дром по автомобильной дорое и в слчае надобности быстро освобождать пть, съезжая с нео и вновь возвращаясь на переездах.

Недостати и ораничения метода:

! относительно малая производительность работы, определяемая числом останово в пти, что, в свою очередь, зависит от числа дефетов в рельсах;

! транспортное средство, на отором становлена аппаратра дефето сопии, должно соответствовать правилам эсплатации птевой тех нии и, в частности, иметь возможность движения задним ходом;

! бриаде дефетосопистов транспортноо средства на омбинирован ном ход должен предоставляться отдых в пнтах оборота.

Более производительным является метод безостановочноо онтроля, при отором самоходный дефетосоп с несольими преобразователями (датчи) движется по проверяемом част со соростью 35 – 40 м/ч.

Бортовой омпьютер в режиме реальноо времени распознает поазания аппаратры, среди оторых возможны синалы о дефетах, и фисирет местоположение последних в пти для последющей рчной провери.

Преимщества этоо метода:

! меньшие помехи движению поездов;

! более низая дельная стоимость и более высоая производительность.

Недостати метода:

! более высоая стоимость обордования;

! за один проход самоходноо дефетосопа может быть выявлено боль ше дефетов, чем можно странить за день, что вызывает необходи мость выдачи предпреждений об ораничении сорости;

! величивается интервал времени межд обнаржением и подтвержде нием наличия дефетов;

! поверхностные сталостные повреждения рельса мот обсловить вы дач ложных поазаний;

! выявлению дефетов в режиме реальноо времени с помощью ом пьютера следет относиться с осторожностью, посоль при этом по мечается слишом мноо рельсов;

o 5-19 x ! резльтаты рчной провери неприменимы для оцени правильности алиброви онтрольно-измерительной аппаратры.

Тандемный метод онтроля состояния рельсов является разновидностью безостановочноо. При нем использется «сдвоенный» самоходный дефе тосоп. Первая по направлению движения сеция дефетосопа движется без останови с становленной соростью, а вторая останавливается для провери «подозрительных» поазаний первой, а затем дооняет ее. Этот метод требет дополнительных затрат, однао страняет мноие недостат и безостановочноо.

5.2.6.1. Методы'дефе)тос)опии'рельсов Для выявления дефетов в рельсах применяются различные методы не разршающео онтроля, основными из оторых являются:

! индционный (элетроманитный) метод, при отором вихревой то низоо напряжения возбждается в рельсе в зоне межд двмя переме щающимися преобразователями, создавая сильное манитное поле во р рельса. Внтренний дефет рельса вносит в это манитное поле ис ажения, оторые воспринимаются измерительными атшами (см.

раздел 5.2.10). Индционным методом можно выявлять дефеты в о лове и неоторые в шейе рельса вне зоны стыовой налади;

! манитный метод, при отором рельс наманичивается, а в измеритель ных атшах в зоне дефетов енерирется слабый то.

! льтразвовой метод, при отором в рельс излчаются льтразвовые волны и по харатер их отражения выявляются дефеты.

Та а на железных дороах с тяжеловесным движением чаще всео применяется льтразвовой метод дефетосопии рельсов, в дальнейшем речь бдет идти тольо о нем.

5.2.7. Основные'положения'5льтразв5)овой дефе)тос)опии Хотя льтразвовая технолоия является весьма специфичесой облас тью наи и технии, тем не менее специалистам железных доро полезно знать ее основы. Инстрментом измерений здесь является пчо лчей астичесой энерии с частотой, превышающей воспринимаемю челове ом. Пчо диаметром ооло 20 мм расходится от источниа излчения с лом расхождения 5° – 6°. Астичесая энерия вводится в рельс в виде оротих импльсов с шаом вдоль рельса через 2 – 5 мм.

Кристаллы льтразвовоо излчателя встраиваются в сользящю по рельс призм в виде башмаа или в атящееся олесо. Преобразователи в сользящих призмах обеспечивают лчший астичесий онтат с рель сом и достаточню ловю стойчивость, та а их репление ибое и настраиваемое. Преобразователи в виде олеса лчше подходят для неров ных рельсов и применяются для поиса дефетов в олове. На неоторых дефетосопах применяют оба вида преобразователей.

o 5-20 x Подобно световом, излчаемый льтразвовой лч преломляется при переходе из одной среды в дрю и отражается, встречая поверхность, примерно перпендилярню направлению распространения. При дефе тосопии рельсов следет иметь в вид два явления. В одном слчае лч, падая на раниц разрыва среды, может отразиться обратно и создать види мость наличия возможноо дефета. В дром слчае лч, оторый в безде фетном рельсе отражается от ео раницы, не может отразиться обратно из-за несплошности, что позволяет обнаржить эт несплошность.

На пратие выявляются разные виды дефетов с различными харате ристиами. Основным признаом, отличающим дефеты разных видов, является плосость их распространения. Та, поперечный дефет обычно располаается в плосости попере олови рельса и налонен под лом 70° – 90° оризонтали. Горизонтальное и вертиальное расслоения олов и рельса располааются соответственно в оризонтальной и вертиальной плосостях. Для масимальноо отражения лч должен падать на плос ость ориентации дефета под прямым лом. Поэтом самоходные рель совые дефетосопы оснащены несольими преобразователями на аж дой рельсовой нити. С помощью механичесих стройств лчи центрир ются по продольной оси рельса с ориентацией по рабочей рани олови.

Та а в шейе рельса зона распространения лча ораничена стенами шейи, льтразвовой дефетосоп неспособен выявлять дефеты в пе рьях подошвы рельса.

Процесс ввода льтразвовоо лча не та прост. В частности, межд преобразователем и рельсом имеется неонтролиремая зона помех тол щиной ооло 10 мм. Прохождение льтразва от одной среды дрой обеспечивается водной пленой, выполняющей фнции связющео. Тем не менее первые несольо миллиметров слоя непосредственно под по верхностью рельса не мот использоваться для оцени состояния рельса.

Возниают и дрие проблемы. Поэтом на первом этапе обработи пол ченной информации необходимо отфильтровать отраженню энерию, чтобы странить ложные поазания. На втором этапе определяются зоны в рельсе, представляющие наибольший интерес.

Отраженные синалы можно представить визально с помощью атод но-лчевоо осциллорафа. Дефеты распознаются по очертанию осцил лорафичесих ривых. Каждый дефет имеет свой отличительный приз на. Полченной информации достаточно для определения местоположе ния возможноо дефета. На пратие осциллорафичесие ривые весьма динамичны и требют повышенноо внимания при расшифрове;

роме тоо, информация постпает одновременно по несольим аналам от аждой рельсовой нити. Проблема залючается в способности выделения синалов потенциальных дефетов при большом объеме полчаемой ин формации. Например, при движении со соростью 15 – 25 м/ч на аждых несольих миллиметрах имеется ооло 10 источниов информации.

В ачестве дополнительноо визальноо средства распознавания де фетов можно использовать питораммы на светодиодах в виде изображе ния поперечноо сечения рельса или омпьютерню рафи, оторые по o 5-21 x зволяют осществлять соренный просмотр подозрительных отраженных синалов. Дополнительное оповещение о наличии дефетов может выда вать звовой синал.

Все поазания обычно предоставляются оператор в режиме реальноо времени, но вместе с тем они хранятся в памяти мнооанальноо реи стратора для последющео просмотра и анализа в слчае противоречивых выводов.

5.2.8. Надежность+и+эффе/тивность+дефе/тос/опии Надежность дефетосопии рельсов представляет собой системный продт, в отором общий ровень надежности является резльтатом соче тания правильной работы преобразователей, ачества обработи данных, воспроизводимых на эране оператора, валифиации самоо оператора и выбора оптимальноо интервала провери рельсов. Ослабление одноо звена должно быть омпенсировано дрими звеньями системы.

Например, недостаточню эффетивность дефетосопии по причинам, связанным с льтразвовыми преобразователями, можно отчасти ом пенсировать более тщательной обработой данных, а излишнюю слож ность или сомнительность информации можно омпенсировать за счет валифиации и опыта оператора. Самое важное то, что в слчае общей недостаточной эффетивности системы онтроля состояния рельсов она может быть в неоторой степени омпенсирована величением час тоты проверо.

Ниже рассмотрены неоторые фаторы, влияющие на надежность про вери рельсов.

5.2.8.1. Преобразователи Чтобы определить местоположение внтреннео дефета в рельсе, ль тразвовая или индционная энерия должна вводиться в нео, а ровень этой энерии должен быть достаточным, чтобы полчать чето выражен ное аномальное отражение от дефета. При этом отражение от подошвы рельса должно отличаться от отражения от поверхности олови. Прини маемый от дефета синал должен быть значительно сильнее, чем общий ровень шма, обсловленноо зернистой стртрой металла рельса или харатеристиами самоо преобразователя. Кроме тоо, принимаемый синал должен быть достаточно часто дисретизирован, чтобы дать воз можность лавливания необходимоо числа импльсов или отражений для более надежноо выявления дефета.

К счастью, чем больше дефет, тем выше ровень отраженноо синала и, соответственно, вероятность ео обнаржения. Затрднения возниают при обнаржении дефетов предельно малой величины. Одиночный им пльс от небольшоо поперечноо дефета, например, может по своим ха o 5-22 x Рис. 5.6. Отображение тре- Преобразователь Преобразователь щины от болтовоо отверс- под углом ввода 35° под углом ввода 0° тия длиной 32 мм в шейе рельса с помощью льтра звовых преобразователей, ориентированных под ла ми 35° и 0° 9,5 мм 25 мм Трещина 32 мм ратеристиам быть весьма близо шм, особенно при старой и заряз ненной рельсовой стали.

К том же полная величина или длина дефета почти ниода не опре деляется. Дело в том, что полный размер дефета просматривается тольо в слчае, ода дефет линеен и расположен одном из лчей-исателей точно под лом 90°. Однао на пратие это встречается редо, посоль сществет бесонечное число ориентаций дефета и онечное число ори ентаций преобразователя. Обычно поверхность отражения является прое цией поверхности повреждения на плосость преобразователя.

На рис. 5.6 поазан пример риволинейной трещины в шейе от болто воо отверстия, имеющей длин 32 мм и распространяющейся под лом 45°. Ультразвовой преобразователь с лом ввода 35° выявил эт трещи н а имеющю меньшю длин, равню 25 мм. Особые проблемы возни ают, ода трещины в шейе зарождаются от низа болтовоо отверстия и распространяются вертиально. Таие трещины мот привести разрыв шейи, однао они не обнарживаются вертиально ориентированным преобразователем и выявляются а имеющие длин 43 % фатичесой при расположении преобразователя под лом ввода 35°.

Дрой пример занижения величины выявляемоо дефета асается дефетов, расположенных на вырже олови рельса, являющейся местом зарождения сталостных повреждений и вырашивания металла (рис. 5.7) [5.7, 5.8]. В этом слчае проблема возниает вследствие рас хождения льтразвовых лчей. Расположенный над серединой олови рельса пчо льтразвовых лчей шириной 20 мм, расходящийся под лом 3 – 5°, не может выявить часть поверхностных трещин в зоне рабо чей выржи олови рельса и в месте перехода олови в шей, а де феты, распространяющиеся более чем на 65 % площади сечения олов и, определяются с заниженным размером. Частично это можно омпен сировать добавлением преобразователей с лами ввода 70° на рабочей и o 5-23 x Рис. 5.7. Пример харатерноо занижения разме ра большоо поперечноо дефета при отображе нии одним льтразвовым преобразователем с лом ввода 70° Фактическая граница дефекта Зона, просвечиваемая одним преобразователем с углом ввода 70° Непросвечиваемая зона нерабочей ранях олови рельса, однао поперечное разнесение таих преобразователей ораничено на рельсах с большим износом рабочей вы ржи олови.

5.2.8.2. Обработ'а(си+налов Элетронные синалы, принимаемые преобразователями, должны быть настроены та, чтобы облечить обнаржение синалов на фоне помех.

Обработа синалов может влиять на общю достоверность онтроля, если фильтры не настроены та, чтобы обеспечить соответствие харатеристи синалов, отраженных дефетами, пороовым ровням индиаторов де фетосопии. Например, если при принятой методие обработи не сни жается пороовый ровень для дефетов, расположенных внтри олови рельса на большом расстоянии от поверхности и оторых отраженная энерия меньше, чем поверхностных дефетов, можно пропстить не большие дефеты, находящиеся в лбине олови рельса.

5.2.8.3. Отображение(рез2льтатов В большинстве онтрольно-измерительных систем применяется та на зываемая пропсная лоиа, при оторой льтразвовые эхо-синалы разделяются на отражения от олови, шейи, подошвы и от возможноо дефета. Поазание о возможном дефете представляется оператор толь о в том слчае, если он полчает достаточно импльсов или эхо-синалов в течение определенноо временно интервала, оторый соответствет дефетной зоне. Надежность системы зависит от правильноо определе ния этоо временно интервала, в течение отороо эхо-синалы от пре o 5-24 x образователей должны быть идентифицированы а определяющие нали чие и величин дефета.

Разработи последних лет позволяют распознавать типичные отраже ния, соответствющие онцам рельсов, болтовым отверстиям, отверстиям для рельсовых соединителей и т. п. Целью этих разработо является пред ставление оператор тольо тех синалов, оторые не мот быть обс ловлены отличительными признаами состояния бездефетноо часта пти. Это предохраняет оператора от перерзи потоами информации, оторю он должен анализировать.

5.2.8.4. Бдительность+оператора Современные системы онтроля рассчитаны на должню вниматель ность и бдительность оператора. «Идеальный» оператор может сохранять бдительность в течение длительноо периода времени, использя приобре тенные навыи и опыт при распознавании подозрительных поазаний или диарамм, несмотря на различные отвлеающие фаторы при работе в ва оне-дефетосопе. Таие операторы есть, но вместе с тем встречается до вольно мноо излишне осторожных операторов, оторые часто дают аза ние остановить ваон-дефетосоп и проверить рельс врчню, а в слчае неверенности в принятом решении выдают отмет о замене подозри тельноо рельса и там, де это, возможно, безосновательно. С дрой сто роны, встречаются операторы, основной целью оторых является произво дительность и оторые инода слишом поспешно объясняют необычные синалы, сажем, зарязнением поверхности рельса. Работ оператора сле дет релярно проверять птем выборочноо просмотра базы данных с за реистрированными поазаниями онтрольно-измерительной аппарат ры. Лчше всео это делать на тех частах, де число выявленных дефе тов сильно изменялось межд очередными проверами. Записи необходи мо проверять вместе с оператором для определения мест, де он мо про пстить возможный дефет.

5.2.8.5. Оцен1а+надежности+1онтроля+состояния рельсов Влияние размеров дефета на вероятность ео обнаржения проиллю стрировано рафиом, приведенным на рис. 5.8 [8]. Уазанная зависи мость полчена в Центре транспортных систем и AAR и является оличе ственной оценой возможностей современной онтрольно-измеритель ной аппаратры. Резльтаты расчетов на модели AAR поазывают, напри мер, что дефет, охватывающий 60 % площади сечения олови рельса, имеет 90 %-ню вероятность быть выявленным при провере. В то же вре мя дефет, охватывающий 10 % сечения олови, имеет вероятность быть обнарженным тольо ооло 50 %.

В техничесих азаниях Америансой инженерной железнодорожной ассоциации (AREA) надежности провери рельсов предъявляются более o 5-25 x Рис. 5.8. Расчетная надеж Вероятность обнаружения дефекта, % ность обычной аппаратры онтроля 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Доля площади охвата дефекта от площади поперечного сечения головки рельса, % жестие требования. Эти азания, обобщенные в табл. 5.3 [5.9], стана вливают минимальню приемлемю долю дефетов, оторые должны быть выявлены за одн операцию льтразвовоо онтроля. Поазатели выяв ления дефетов, реомендованные AREA в ачестве ритериев довлетво рительной или хорошей надежности онтроля, изменяются в зависимости от вида и величины дефетов и ласса пти. Например, AREA определила, что эффетивность работы проверяющих слжб считается ниже допсти мой, если более 35 % поперечных дефетов размером 5 – 10 % площади се чения олови рельса не обнаржены. С дрой стороны, 98 % поперечных дефетов, охватывающих 60 % сечения олови, должны быть правильно идентифицированы и отмечены а требющие замены рельса. Техниче сие азания таже станавливают минимальню величин дефетов, о торые подлежат отмете и находятся в диапазоне достоверноо обнарже ния.

В данных техничесих азаниях поднят вопрос о методах оцени тре бемой эффетивности онтроля состояния рельсов. Лчше всео для это о иметь опытный часто пти с дефетами известной величины. На нем можно проверять возможности аппаратры онтроля, однао при этом нельзя сдить о бдительности оператора в обычных эсплатационных словиях.

Неоторые дорои пратиют тандемный онтроль состояния рельсов, при отором два ваона-дефетосопа поочередно проверяют рельсы при движении вслед др др. При этом дефеты, выявленные од ним ваоном (оператором) и не выявленные дрим, после подтверждения птем излома или лабораторной дефетосопии считаются пропщенны ми с точи зрения провери поазателя эффетивности соласно техниче сим азаниям.

o 5-26 x Т а б л и ц а 5. Минимальные поазатели эффетивности онтроля состояния рельсов Вид дефета Размер (длина, мм, Поазатель эффетивности (доля выявлен или доля площади се- ных дефетов, %, за одн провер) чения олови рельса, Катеория %) I II Поперечные дефеты в олов- 5 – 10 % 65 е рельса, например попереч- 11 – 20 % 85 ная трещина, омбинирован- 21 – 40 % 90 ная трещина, пробосовина/ 41 – 80 % 98 трещина в сварном шве 81 – 100 % 99 Разршение от вырашивания 10 – 20 % 65 или сети параллельных тре- 21 – 40 % 95 щин на вырже олови 81 – 100 % 98 рельса Дефеты свари в заводсих 3–5% 65 – словиях (олова рельса) 6 – 10 % 75 11 – 20 % 85 21 – 40 % 90 41 – 80 % 95 81 – 100 % 99 То же (шейа рельса) 12 – 25 мм 75 25 – 50 мм 95 Более 50 мм 99 Дефеты свари в пти (о- 5 – 10 % 75 лова рельса) 11 – 20 % 80 21 – 40 % 85 41 – 80 % 95 81 – 100 % 99 То же (шейа рельса) 12 – 25 мм 75 25 – 50 мм 90 Более 50 мм 99 Продольные дефеты в олов- 50 – 100 мм 80 е рельса, например оризон- 100 — 1000 мм 95 тальное и вертиальное рас- Более 1000 мм 99 слоение Дефеты в шейе рельса*, на- 50 – 100 мм 95 пример продольная трещина Более 100 мм 99 в месте перехода олови в шей Дефеты литья Более 200 мм 85 – Дефеты любой величины с невертиальной ори- 85 ентацией, признаи выпчивания шейи или с распространением в сварной сты Дефеты в шейе рельса в зо- 12 – 25 мм 75 не стыа*, например трещина 25 – 50 мм 75 от болтовоо отверстия, про- 50 – 100 мм 90 дольная трещина в месте пере- Более 100 мм 99 хода олови в шей *Дефет должен более чем наполовин распространяться в шей рельса.

o 5-27 x 5.2.9. Выбор&интервала&межд1&провер3ами&рельсов Из изложенноо выше следет, что правление онтролем состояния рельсов влючает две составляющие:

! правление рисами: оцен известных превентивных затрат на дости жение ипотетичесоо снижения вероятности повреждений;

! статистичесю харатеристи: оцен поазателей эффетивности обнаржения дефетов в виде вероятностных харатеристи.

Кроме тоо, рассматриваемые явления не являются детерминированны ми. Сорость роста известных дефетов точно не пронозирется. Это от носится и неоторым причинам разршения рельсов, например дефетам в подошве, и слчайным явлениям, таим, а нечастые, но весьма значи тельные дарные нарзи на рельсы от олес с дефетами.

Подтвержденные и доментально зареистрированные резльтаты эс периментов по изчению развития дефетов по мере величения проп щенноо тоннажа, проведенных на ольцевом пти полиона FAST, пре доставляют ниальню возможность полчить теоретичесю зависи мость межд частотой проверо и вероятностью излома рельса в эспла тации. Для иллюстрации сазанноо допстим, что 11 дефетов, поазан ных на рис. 5.5, представляют всю совопность дефетов, возниающих и развивающихся в течение одноо ода на часте длиной 20 м с рзона пряженностью 40 млн. т бртто/од. Исходя из опыта эсплатации можно принять, что оставленный в пти поперечный дефет величиной более 60 % площади сечения олови рельса может представлять значительню опасность внезапноо излома рельса и цель льтразвовой дефетосо пии залючается в предотвращении этой ситации.

Можно отметить, что при отстствии онтроля 1 – 3 таих дефета момент наработи 20 млн. т бртто мот распространиться более чем на 60 % сечения олови рельса. Еще 2 – 4 дефета достинт этоо ровня развития момент пропса 30 млн. т бртто. К момент же пропса по дефетным рельсам 40 млн. т бртто можно предположить, что, исходя из эсплатационноо опыта, мот сломаться два рельса, что соответствет одном из 100 слчаев схода подвижноо состава по причине излома рельса соласно средненным статистичесим данным железных доро США.

Основываясь на этом харатерном примере, можно проиллюстрировать ожидаемое снижение степени риса за счет онтроля состояния рельсов. На пример, если интервал межд проверами составляет 9 млн. т бртто поездной нарзи, ваон-дефетосоп пройдет по дефет в тот момент, ода он бдет охватывать 23 % площади сечения олови рельса. Соласно требованиям AREA, изложенным в табл. 5.3, этот дефет имеет 90 %-ню вероятность об наржения и последющей отмети для замены. Если бы дефет был проп щен и дефетосоп вновь прошел бы по нем после пропса 13 млн. т бртто, дефет охватывал бы 55 % сечения олови рельса и должен был быть выявлен с 98 %-ной вероятностью. Резльтирющая вероятность обнарже ния этоо онретноо дефета до достижения им величины 60 % сечения о o 5-28 x Т а б л и ц а 5. Влияние интервала межд проверами рельсов на ожидаемое число невыявленных дефетов Интервал межд проверами, млн. т бртто поезд- Ожидаемое число невыявленных дефетов величи ной нарзи ной 60 % площади сечения олови рельса 36 18 0, 9 0, 4 0, лови составляет 0,90 + 0,10(0,98) = 0,998. Естественно, при этом подразме вается, что отстствют препятствия, мешающие проведению дефетосопии.

С помощью этой методолоии можно рассчитать резльтирющее влия ние различных интервалов межд проверами на вероятность тоо, что один из этих дефетов достинет 60 % ровня до тоо, а бдет обнаржен и отмечен для замены. На основе требований AREA онтролю состояния рельсов в табл. 5.4 приведены резльтаты расчетов по оцене влияния ин тервалов межд проверами рельсов на ожидаемое число невыявленных дефетов. Расчеты выполнены для словноо часта длиной 20 м при ин тенсивности роста поперечноо дефета, полченной на полионе FAST.

Из табл. 5.4 видно, что вероятность наличия в пти необнарженноо поперечноо дефета величиной, представляющей большю опасность разршения рельса, в значительной степени зависит от частоты проверо.

При этом предполаается, что вероятность обнаржения дефета не зави сит от онретной провери. На первый взляд ажется, что очень частые провери эономичеси оправданны, однао при этом имеет место сниже ние опаемости расходов.

Допстим для примера, что замена рельса с дефетом, выявленным по сле прохода дефетосопа, стоит 2500 долл., а стоимость провери состав ляет 50 дол. С дрой стороны, расходы, связанные с эстренной заменой рельса, влючая задерж поездов, составляют 10 тыс. дол. Для попереч ных дефетов можно ожидать, что 1 % из них приведет разршению рель са в словиях эсплатации и сход подвижноо состава с средненным бытом 400 тыс. дол. С использованием этих стоимостных поазателей можно оценить эономичесю действенность интервалов межд провер ами исходя из приведенных выше вероятностей для словноо часта длиной 20 м. Резльтаты расчетов приведены в табл. 5.5.

Т а б л и ц а 5. Эономичесие поазатели частоты провери Интервал межд Годовая стои- Годовая стоимость странения Ожидаемые одо- Сммарные о проверами, мость прове- дефетов, дол. вые быти из-за довые расходы, млн. т поездной ро, дол. сходов по излом дол.

обнарженных оставшихся в нарзи рельсов, дол.

пти 36 1 000 2 500 111 0000 44 000 158 18 2 000 30 750 7 000 2 800 44 9 4 000 31 915 2 340 936 39 4 8 000 32 490 40 16 40 o 5-29 x Уменьшить интервалы Уменьшить интервалы между проверками между проверками Большое Повысить Повысить эффективность проверок эффективность проверок Число Модернизировать дефектных рельсов, путь оставленных в пути Приемлемая Модернизировать Малое эффективность проверки путь пути и рельса Малое Большое Число обнаруженных дефектов Рис. 5.9. Матрица принятия решений по меньшению риса разршения Из табл. 5.5 видно, что оптимальный интервал межд проверами рель сов лежит в диапазоне наработи 4 – 16 млн. т бртто, а наиболее эоно мичным является интервал 9 млн. т бртто.

Для оцени эономичесой эффетивности и надежности работы сис темы онтроля допстим, что использемый ваон-дефетосоп не до влетворяет требованиям AREA по ачеств провери рельсов, однао ео харатеристии соответствют пронозам, представленным на рис. 5.9.

При онтроле состояния рельсов на этом часте с интервалом 9 млн. т бртто таой дефетосоп, соласно расчет, оставляет в пти 2, дефета, оторые в своем развитии достиают 60 %-ноо ровня. В табл. 5. дано сопоставление эономичесих поазателей для ваонов-дефетосо пов двх типов, один из оторых довлетворяет требованиям AAR, а дрой соответствет модели TSC/AAR.

Этот пример поазывает, что хдший дефетосоп приносит словно м част длиной 20 м с тяжеловесным движением дополнительные еже одные быти в размере 20 тыс. дол., или 1000 дол. на 1 м пти. Эта раз ница обсловлена в основном различием в эффетивности выявления де фетов величиной 30 – 60 % площади сечения олови рельса. Чтобы де фетосоп был эономичеси эффетивен, он должен надежно выявлять поперечные дефеты величиной 30 – 80 % сечения олови, т. е. до тоо, а они мот стать причиной излома рельса, несмотря на меньшение ин тервалов межд проверами.

Т а б л и ц а 5. Эономичесие поазатели эффетивности работы разных дефетосопов на ипотетичесом часте рзонапряженностью 9 млн. т бртто/од Тип Годовая стои- Годовая стоимость странения Ожидаемые Сммарные дефетосопа мость проверо, дефетов, дол. одовые быти одовые по соответствию дол. из-за сходов по расходы, дол.

обнарженных оставшихся в требованиям излом рельсов, пти дол.

AREA 4 000 31 915 2 340 936 39 TSC/AAR 4 000 27 443 20 228 8 092 59 o 5-30 x 5.2.9.1. Корре%тиров%а*интервалов*межд0*провер%ами с*0четом*состояния*п0ти На большинстве железных доро Северной Америи с тяжеловесным движением степень риса онтролирют птем отслеживания числа обна рженных и остающихся в пти дефетов. На этих дороах степень риса считается достаточно высоой (требющей соращения интервала межд проверами) при следющих словиях:

! число дефетов, оставшихся в пти, превышает 0,17 шт./м в од;

! общее число обнарженных и оставшихся в пти дефетов превышает 0,04 шт./м/млн. т бртто;

! отношение числа оставшихся в пти дефетов обнарженным превы шает 0,2.

Степень риса может определяться состоянием пти, оторое не соот ветствет эсплатационным требованиям, и интервалами межд провер ами, оторые не соответствют надежности онтрольно-измерительных систем, а таже обоими этими фаторами. На основании сопоставления статистичесих данных по выход рельсов в эсплатации и обнаржен ным дефетным рельсам можно разработать соответствющий план действий.

На рис. 5.9 приведена матрица принятия решений, оторю можно ис пользовать для разработи мер по снижению степени риса для безопас ности движения поездов. Например, если выход рельсов в эсплатации превышает 0,04 шт./м/млн. т бртто, ясно, что железная дороа эспла тирется со значительной степенью риса схода подвижноо состава из-за излома рельса. Возниает естественный вопрос: достаточно ли надежна льтразвовая дефетосопия и достаточно ли часто проводится онтроль состояния рельсов? Если бы, например, число изломов рельсов в эспла тации превышало 20 % числа всех зареистрированных дефетов, в а честве первоо шаа снижению степени риса можно было бы реомен довать меньшение интервала межд проверами. С дрой стороны, если интенсивность выхода рельсов в эсплатации низая, а число выявляе мых дефетов большое, можно предположить, что дефетосопия рельсов эффетивно омпенсирет состояние пти, харатеризющееся перена пряжениями или наоплением онтатной сталости рельсов.

5.2.9.2. Параметричес%ий*метод В 1991. Комитет 4 AREA разработал роводство по определению пе риодичности льтразвовой дефетосопии рельсов. Ацент сделан не на назначении самих интервалов межд проверами, а таовых, а на том, а дороам оценить относительное влияние различных параметров на степень риса и отсюда определить интервал.

Приведенные резльтаты читывают опыт двх рпных железных до ро США, на основании отороо разработаны равнения планирования дефетосопии рельсов. Предлааемые для чета в различных словиях о эффициенты приведены в табл. 5.7.

o 5-31 x Т а б л и ц а 5. Параметричесие оэффициенты Значимый параметр Диапазон изменения параметра Соращение интервала межд проверами на % Ежеодное изменение рзо- Возрастание в пропорции 10:1 70 – напряженности Класс пти (определяемый Соласно нормам FRA лассы масимальной допстимой с первоо по шестой (16 – соростью движения рзовых 133 м/ч) поездов) Наличие пассажирсоо дви- В сравнении с ислючительно жения рзовой линией Масса рельса 68 /м в сравнении с 45 /м Сорость роста дефета за Возрастание в пропорции 10:1 50 – предшествющий период 5.2.9.3. Кластерные*провер.и При анализе степени риса схода подвижноо состава целесообразно рассматривать пть а последовательность отдельных частов с разной способностью дефетообразованию. На старых линиях из-за неодновре менной лади пти на разных частах они имеют неодинаовю нара бот тоннажа и, а следствие, разню способность образованию де фетов.

В ривых обычно возниает больше дефетов, чем в прямых, вследст вие дополнительноо боовоо воздействия олес на рельсы. Это происхо дит даже тода, ода на частах ложены рельсы с одинаовым проп щенным тоннажом и хорошим содержанием пти.

Изменение состояния верхнео строения пти и земляноо полотна, ме таллричесой чистоты рельсов и ачества сварных стыов может оазы вать сильное влияние на интенсивность возниновения дефетов. Приме ром влияния металлричесой чистоты на надежность рельсов является период 1972 – 1980., ода на железной дорое CPR обнаржили, что 38 % поперечных дефетов вознили в рельсах типа А, изотовленных из стали верхней части слита, оторая потенциально имеет наибольшю онцентрацию неметалличесих влючений, в то время а рельсы из этой стали составляют тольо 18 % общео числа рельсов в пти [5.8].

Из этоо следет, что наибольший выирыш от снижения риса по вреждения рельсов достиается в резльтате дефетосопии рельсов на частах с высоой интенсивностью возниновения дефетов. Пратиа проведения дополнительных проверо на частах с большой интенсив ностью образования дефетов называется ластерными проверами. Что бы снизить расходы, связанные с дополнительной проверой отдельных частов с большим числом дефетов, ваоны-дефетосопы мот про o 5-32 x псаться без провери рельсов по частам, имеющим допстимю ин тенсивность возниновения дефетов.


Мноие железные дорои планирют дополнительные провери исходя из неоторых известных харатеристи пти. Например, чаще следет про верять части пти с ривыми малоо радиса, со старыми рельсами, с болтовыми стыовыми соединениями в пределах линии со сварными рель совыми стыами. Дрие железные дорои отслеживают выход рельсов в эсплатации и выход обнарженных дефетных рельсов и планирют пе риодичность провери, основываясь на предельных значениях, ста новленных для мест с высоой интенсивностью образования дефетов.

Особенно добны для дополнительных проверо средства онтроля на омбинированном ход, ода наличие автомобильных доро и переездов позволяет проще добираться до отдельных частов линии. С четом рас ходов на транспортиров ваонов-дефетосопов от одноо часта с большим числом дефетов до дроо эти части должны иметь длин 10 – 20 м и достаточню способность образованию дефетов, оторая средняется по длине часта с целью определения пороовоо значения для проведения дополнительной провери.

Таим образом, выбор интервала межд проверами для линии должен быть в неоторой степени вязан с вероятностью повреждения рельса в эсплатации с последющим сходом. Вместе с тем интервалы провери следет задавать для линий относительно большой длины даже с сще ственно различными харатеристиами по длительности нахождения рель сов в пти, их массе и ачеств, по вид пти (стыовой или бесстыовой), состоянию земляноо полотна и наличию ривых. Если после становле ния интервалов провери рельсов на линии с онретными харатеристи ами интенсивность появления и развития дефетов на отдельных частах остается высоой, на них для общео правления рисами следет проводить дополнительные провери.

5.2.9.4. Дефе$тос$опия+в+особых+местах+п2ти Дефетосопия стрелочных переводов связана с определенными трд ностями вследствие изменения поперечноо сечения рельсов и наличия литых рестовин. В этих зонах время пробеа льтразвовоо эхо-синала иное, чем обычно, а таже наршаются требемые значения лов ввода льтразва. Металл литых рестовин имеет значительно более рпнозер нистю стртр, чем сталь соседних рельсов, что обсловливает иные словия отражения. Ка правило, с помощью дефетосопов возможен эффетивный онтроль лишь частов стрелочных переводов со стандарт ными размерами поперечноо сечения рельсов и рестовин.

На переездах препятствием для эффетивной льтразвовой дефето сопии рельсов является зарязнение их поверхности перевозимыми авто мобильным транспортом рзами, а таже материалами, переносимыми с порытия автомобильной дорои, особенно солью. Зарязнения можно странить предварительной очистой переезда, но это замедляет онтроль, o 5-33 x а в слчае сомнительных поазаний приходится возвращаться для повтор ной провери.

Трдности возниают и с дефетосопией сварных стыов. Из-за изме нения стртры зерен и вследствие быстроо развития дефета даже от незначительной трещины или вследствие перенапряжения сварные стыи трдно проверять а льтразвовой, та и индционной (элетрома нитной) дефетосопией. Единственный выход из положения представля ет автоматичесая льтразвовая идентифиация повреждения в сварном стые по резом изменению оэффициента силения эхо-синала, а та же становление более жестих допсов на провер.

Большинство железных доро с тяжеловесным движением пратиет более тщательню провер стрелочных переводов и сварных стыов. Не оторые из них использют рчные методы, при оторых обычно приме няются таие же схемы онтроля, а в ваонах-дефетосопах.

5.2.9.5. Дефе$тос$опия+рельсов+на+железной+доро6е Canadian+Pacific На CPR принята методиа, соласно оторой интервалы межд провер ами рельсов назначаются в зависимости от атеории риса. Для этоо пть делят на однородные части с одинаовыми рзонапряженностью, видом движения, массой рельса и близим ровнем интенсивности появ ления дефетов за прошедший период. Для добства проведения дополни тельных проверо эти части должны быть длиной примерно 16 м.

Соласно принятой методие, для аждоо часта вначале выбирают частот проверо с базовым интервалом межд ними в зависимости от пропщенноо тоннажа, оторый подходит а по интенсивности наоп ления онтатной сталости рельсов, та и вероятности тоо, что повреж дение рельса совпадет с проходом поезда. В табл. 5.8 приведены восемь ба зовых интервалов провери, становленных в зависимости от рзонапря женности и иных фаторов.

Т а б л и ц а 5. Частота проверо на основе базовых интервалов и фаторы влияния на железной дорое CPR Грзонапряженность, Фаторы вида Фаторы типа Число дефетов Частота млн. тм бртто/од движения рельсов проверо Менее 0,5 Перевоза опас- Из стали, изо- Число обнаржен- Через 5 лет ных рзов;

дви- товленной без ных дефетов бо 0,5 – 2,7 Через 3 ода жение пасса- онтролиремоо лее 0,7 шт./м/од;

2,8 – 7,2 жирсих поездов охлаждения, мас- отношение числа Через 2 ода со соростью бо- сой менее 50 /м вышедших из 7,3 – 13 Ежеодно лее 70 м/ч строя рельсов 14 – 27 числ обнаржен- 2 раза в од ных дефетов бо Более 27 3 раза в од лее 0, 4 раза в од 5 раз в од o 5-34 x Т а б л и ц а 5. Частота проверо рельсов в зависимости от фаторов риса Грзонапряженность, Особенности Особенности Число дефетов Частота млн. т бртто/од перевозо рельсов проверо – Ежеодно Опасные рзы – 2 раза в од Масса менее Отношение числа 3 раза в од 7,3 – 50 /м вышедших из строя рельсов числ об нарженных дефе тов более 0, Если возниают дополнительные фаторы риса, интервалы межд про верами для аждоо часта приводятся в соответствие с более высоой атеорией опасности. Таими фаторами являются:

! вид движения, повышающий степень риса (обращение пассажирсих поездов, перевоза опасных рзов);

! применение стандартных рельсов леоо типа (массой 50 /м и менее при рзонапряженности более 2,7 млн. т/од и движении поездов со соростью более 67 м/ч) из неонтролиремо охлаждаемой стали;

! признаи онтатной сталости рельсов (число обнарженных дефе тов превышает 0,7 шт./м за одн провер);

! признаи низой эффетивности дефетосопии рельсов (число выхо дов дефетных рельсов, оставшихся в пти, превышает 0,12 шт./м в од).

Если на рассматриваемом часте пристствют любые три фатора из приведенных выше, интервал межд проверами соращается на два лас са. Та, в соответствии с примером, приведенным в табл. 5.9, рельсы на ли нии с рзонапряженностью 10 млн. т бртто/од следет проверять один раз в од. Однао если на ней перевозят опасные рзы, провери следет приводить 2 раза в од. Если том же на линии ложены рельсы массой менее 50 /м, а отношение числа дефетов, оставшихся в эсплатации, обнарженным составляет 0,25, рельсы следет проверять 3 раза в од или через аждые 3 млн. т бртто наработи.

5.2.10. Основные(положения(эле/трома4нитной дефе/тос/опии Метод индционной (элетроманитной) дефетосопии основан на пропсе через рельс постоянноо тоа силой ооло 3600 А с помощью двх омплетов элетричесих щето, приладываемых олове. Рас стояние межд омплетами составляет примерно 120 см, элетричесий то прониает в рельс через передний омплет щето и выходит через задний, и, таим образом, рельс является частью элетричесой цепи.

При перемещении омплетов щето вдоль рельса в нем создается ма нитное поле, с помощью отороо информация о состоянии рельса пере o 5-35 x Рис. 5.10. Исажение ма нитноо поля вор де фетов двх видов Поперечный дефект Вертикальное расслоение головки дается в чвствительный элемент (датчи), расположенный межд двмя омплетами щето. Датчи должен быть помещен на олове рельса та им образом, чтобы сохранялся постоянный зазор межд нижней сто роной датчиа и поверхностью атания рельса. Если этоо не обеспе чить, в аппаратр бдт постпать исаженные данные, оторые трд но расшифровать.

Механизм оцени состояния рельса связан с элетричесим тоом. В современных рельсах, имеющих большю масс, элетричесий то про ходит тольо через олов и верхнюю часть шейи, в рельсах леих типов — по всем сечению рельса. Если на пти прохождения тоа встреча ется препятствие в виде дефета, то бдет ео обходить по ратчайшем пти. Изменение пти элетричесоо тоа вызывает исажение создавае моо им манитноо поля. Это исажение манитноо поля обнарживает ся датчиом (рис. 5.10).

Бло датчиа состоит из мноовитовых атше, в ео работе исполь зован эффет Холла (Hall). Чаще всео для меньшения ложных поазаний пара одинаовых датчиов, становленных по соседств др с дром по пере олови рельса, соединяется по дифференциальной схеме. Синал постпает в систем обработи информации тольо в том слчае, если один датчи реаирет на возмщение, а дрой нет. Например, торец рельса по сществ является большим поперечным дефетом, ео фиси рют оба датчиа, и поэтом в измерительню систем синал не постпает. Обычно поперечный дефет выявляется одним датчиом, и по этом в систем передается синал, соответствющий асимметричном ис ажению поля. Несольо датчиов применяются для выявления всех омпонентов исажения поля.

Та а элетричесий то проходит вдоль рельса, ео течение не иса жается при наршениях стртры металла в продольном направлении.

Наибольшие возмщения возниают при наличии поперечно расположен ной несплошности металла олови рельса. В отличие от льтразвовой дефетосопии при использовании индционноо метода не возниает затрднений в обнаржении дефетов на поверхности олови рельса.

o 5-36 x Природа элетричесоо тоа таова, что он в основном сосредоточивает ся в средней части олови, если система не способна обеспечить прохож дение тоа по всем ее сечению.

Передаваемые в систем онтроля синалы обычно анализирют на предмет превышения становленных пороовых значений. Если это имеет место, начинается отсчет. Затем производится оцена превышающих по роовые значения данных с целью обнаржения дефетов. С величением возможностей омпьютерной технии все более обычным явлением стано вится применение новых алоритмов анализа данных, в неоторых слча ях с объединением информации, постпающей с различных аналов (эле троманитноо и льтразвовоо).


Данные можно представлять в различных форматах. Чаще всео ис пользют сочетание обработанных (в цифровом виде) и необработанных (в аналоовом виде) данных. На основании обработанных данных выделяют проблемные части и затем из записей в аналоовой форме выбирают и дополнительно анализирют спорные поазания.

5.2.11. За#лючение Хотя исследования последних лет позволяют более достоверно оцени вать степень риса, однао поа не далось разработать достаточно обос нованню зависимость межд опасностью схода подвижноо состава с рельсов и частотой проверо. Для правления рисами повреждений рель сов можно очень часто онтролировать их состояние с помощью он трольной аппаратры с невысоой достоверностью, та а за время межд очередными проверами размер дефета величивается и ео лече обнар жить. И наоборот, можно использовать аппаратр, обладающю более высоой достоверностью, и меньшить частот проверо, та а, если провера совпала с возниновением маленьоо дефета, ео еще не позд но обнаржить в последющих проверах. Работнии железных доро с тя желовесным движением бедились в том, что расходы, связанные с низой эсплатационной надежностью линий, столь высои, что выоднее при менять весьма эффетивные системы онтроля, придавая особое значение высоой эффетивности обнаржения больших дефетов, в сочетании с частыми проверами.

5.3. Измерение.износа.рельса 5.3.1. Методы.измерения.износа.рельса Ка и в дрих отраслях, на железнодорожном транспорте применим принцип «что измеряемо — то правляемо». Систематичесое измерение профиля поперечноо сечения и износа олови рельса имеет важное зна чение для правления и планирования ремонта и замены рельсов.

Сществют несольо методов измерения профиля рельса, основан ных на использовании:

! рчных механичесих щпов и измерительных шаблонов;

o 5-37 x Рис. 5.11. Места измерения износа рельса Вертикальный износ Износ рабочей выкружки Боковой износ ! рчных элетронных измерительных систем;

! бесонтатных оптичесих измерительных систем.

Наиболее распространенным является способ измерения с помощью рчных датчиов, с использованием оторых выполняют точечные измере ния вертиальноо и боовоо износа олови рельса относительно ниж ней выржи нерабочей рани олови. На рис. 5.11 поазаны места из мерения профиля поперечноо сечения и первоначальный профиль олов и рельса [5.10].

Широо применяется омпатная переносная измерительная система MINIPROF. Она состоит из портативноо омпьютера, соединенноо с из мерительным блоом, оторый с помощью манита прижимается по верхности атания рельса и оснащен штаной, опирающейся на противо положный рельс та, что располаается перпендилярно оси пти. Обмен данными межд омпьютером и измерительным блоом осществляется через специальный элетронный модль, встроенный в небольшой орпс и соединенный в параллель с портом подлючения принтера на портатив ном омпьютере.

Чвствительным элементом системы является небольшой манитный роли диаметром 12 мм, прирепленный райней точе двх шарнирно Точка отсчета I Оптический кодировщик I Магнитный Рис. 5.12. Принцип измерений ролик Профиль с помощью системы MINIPROF o 5-38 x Рис. 5.13. Расчет износа с помощью системы MINIPROF соединенных рычаов. Манитный роли обеспечивает онтат с поверх ностью атания рельса. При перемещении манитноо ролиа врчню рычаи изменяют свое положение относительно места репления. В изме рительной системе использется полярная система оординат с двмя сте пенями свободы. Два ла, определяющие положение рычаов, измеряют ся с помощью оптичесоо одировщиа, имеющео точность поряда несольих мирометров (рис. 5.12 [5.11]).

Компьютер выполняет вантование данных, полченных от измери тельноо преобразователя в полярной системе оординат, и вычисляет профиль в прямоольной системе оординат. Точность расчета повыша ется среднением близих значений. По завершении расчетов на эране омпьютера воспроизводится измеренный фатичесий профиль олови рельса вместе с исходным профилем и азанием неоторых харатерных параметров. Кроме этоо, вычисляются данные в цифровом виде, оторые хранятся в формате ASCII для последющей обработи. Эти данные содер жат оординаты Х и Y. Измеренный профиль наладывается на исходный и ориентирется по нем, после чео вычисляются вертиальный износ (по поверхности атания олови рельса), ловой износ (по рабочей вырж е) и боовой износ (по рабочей рани) (рис. 5.13).

С помощью системы MINIPROF можно измерять таже профиль о лес и элементов стрелочных переводов, влючая остря и рестовин. На рис. 5.14 поазана измерительная станова, на рис. 5.15 — резльтаты измерения профиля поперечноо сечения рестовины. Хотя MINIPROF применяется очень широо, имеются и дрие измерительные системы, а элетронные, та и лазерные.

Хотя и можно выполнять врчню ежеодные измерения износа рель сов в аждой ривой, однао созданные за последние 20 лет автоматиче сие системы позволяют измерять профиль рельса с точностью ± 0,127 мм в движении. Это стало возможным блаодаря разработе высоопроизво o 5-39 x Рис. 5.14. Общий вид аппаратры системы MINIPROF при измерениях износа олеса, рельса и элементов стрелочноо перевода дительных персональных омпьютеров, аппаратры обработи данных в реальном времени и соответствющео прораммноо обеспечения. Эта технолоия широо применяется для измерения профиля и определения износных харатеристи рельсов на большинстве рпных железных доро с тяжеловесным движением и мноих дрих рзовых линиях, а таже на высоосоростных пассажирсих линиях и сетях ородсоо рельсовоо транспорта.

В использемых системах применяются оптичесие измерительные средства, обычно размещаемые под птеизмерительным ваоном, рельсо шлифовальной машиной или подвижной единицей на омбинированном ход. Поперечное сечение рельса освещается лазером и фисирется с по мощью видеоамер с высоой разрешающей способностью. Одним из примеров является оптичесая система измерений и анализа рельсов ORIAN (Optical Rail Inspection and Analysis), поазанная на рис. 5.16 [5.12].

Она состоит из четырех основных элементов: двх измерительных олово Путь 3 на деревянных шпалах, централизованная стрелка, крестовина 3 Глубина, мм 31.10. 25.11. 50 13.01. 0 50 100 150 200 Ширина, мм Рис. 5.15. Поперечное сечение рестовины, измеренное в разное время системой MINIPROF o 5-40 x Рис. 5.16. Основные элементы системы ORIAN с датчиами, блоа элетронной аппаратры правления, центральноо омпьютера и сетевоо интерфейса для передачи данных.

Каждая из двх измерительных олово оснащена двмя видеоамерами с высоим разрешением на приборах с зарядовой связью и двмя лазерны ми модлями. Измерительные датчии освенным образом ориентирова ны относительно оси эипажа, что позволяет производить измерения в ривых любоо радиса и обеспечивать высою точность измерений с четом подлони рельсов и ширины олеи.

При движении подвижной единицы, на оторой становлено обордо вание системы ORIAN, одирющее стройство с заданной периодич ностью (обычно соответствющей проход 3 м) енерирет правляющие импльсы. Эти одированные импльсы передаются видеоамерам и лазе рам в ачестве оманд на влючение аппаратры для фисации изображе ния рельса. Каждое изображение, полчаемое измерительной системой, преобразется омпьютером в системе оординат X — Y и синхронизирет ся во времени с проследованием определенноо места пти. Из полченных данных определяются размеры и тип рельса, а птем сопоставления изме ренноо и исходноо профиля можно вычислить износ и пластичесие де формации рельса. Кроме тоо, из относительноо положения двх рельсов можно определить подлон рельсов и ширин олеи. По величинам по длони рельсов и ширины олеи можно выявить части пти с плохим состоянием шпал, оторое способствет повышенном износ рельсов.

o 5-41 x Рис. 5.17. Представление реистриремых параметров Профили и величина износа вычисляются в реальном масштабе време ни, что позволяет сраз воспроизводить и фисировать параметры изна шивания рельсов. Износ рельса можно представлять различными птями.

Например, вертиальный и боовой износ, подлона рельса и дрие еометричесие параметры пти мот быть представлены в виде ривых в формате, поазанном на рис. 5.17, а поперечное сечение обоих рельсов воспроизведено та, а на рис. 5.18. Автоматичесие системы позволяют собирать большой объем данных за счет высоой частоты измерений. В ти пичном слчае с помощью таих систем измеряют профиль рельса через 2 – 5 м и делают это от одноо до четырех раз в од.

Рис. 5.18. Представление поперечноо сечения двх рельсов o 5-42 x 5.3.2. Про$нозирование+изнашивания+рельса При становлении очередности замены рельсов на различных частах неоторые железные дорои использют итоовый отчет о состоянии пти, в отором аждая ривая или отрезо прямой идентифицированы по еди ном поазателю ачества рельсов (RQI или TQI). Обычно этот поазатель выражается в величине отношения (в процентах) фатичесоо износа масимально допстимом. С применением автоматичесих измеритель ных средств можно пользоваться статистичеси средненным значением из резльтатов несольих измерений. На CPR в ачестве ритерия при планировании замены рельсов использется 90 %-ный ровень поазателя ачества по износ рельсов, превышенный 10 % измерений.

На рис. 5.19 представлена исторамма распределения поазателя а чества рельсов на одном из частов пти. На этой исторамме аждый столбец соответствет онретным ривой или отрез прямой длиной 0,16 м. Зачастю азанные отчетные данные содержат проноз по време Показатель качества левого рельса 10,0 10,2 10,4 10,6 10,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11,8 12, План пути Правые кривые 38RE Прямая 8,0 3,1 8,3 3,7 2,5 3,0 8,6 8,2 4,8 3, Левые 38RE кривые 10,0 10,2 10,4 10,6 10,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11,8 12, Отметки пути, мили Показатель качества правого рельса 10,0 10,2 10,4 10,6 10,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11,8 12, TQI в мае 1993 г. TQI в мае 1995 г.

рекомендована замена рекомендована перекладка выполнена замена выполнена перекладка Рис. 5.19. Гистораммы распределения поазателя ачества по износ рельсов на одном из ча стов железной дорои CPR o 5-43 x ни замены или перелади рельсов. Штрихова на столбцах здесь означает пронозиремю величин износа на 2 ода вперед. TQI = 100 соответств ет 100 %-ном ровню допстимоо износа.

Пронозирование изнашивания рельсов можно осществлять на основе статистичесоо анализа износа, инженерных оцено или эмпиричесих пронозов, опирающихся на измеренный износ рельса на онретном часте, деленный на наопленный с момента лади рельса тоннаж.

Имея достаточно точные (в пределах 0,4 мм) резльтаты измерения износа рельсов, можно достичь большей достоверности в пронозировании изна шивания рельсов. Для этоо требется достаточно большой объем инфор мации начиная с момента лади рельсов с точной привязой резльтатов измерений определенным местам пти.

После выбора методии пронозирования изнашивания можно оценить предполааемые объемы замены рельсов. Если предельная величина изно са бдет достинта за 5-летний период измерений, из идентифицирован ных для замены или перелади рельсов можно выделить рельсы левой и правой нитей. Отчет должен влючать таже аналоичные пронозы появ ления дефетов в рельсах до заданноо ровня.

5.4. Методы'восстановления'профиля'рельсов Для поддержания требемоо профиля рельсов применяют шлифование и строание. Чаще всео выполняют шлифование рельсов, при отором снимают ораниченное оличество металла. К строанию обычно прибеа ют в том слчае, если олова рельса деформирована до таой степени, что для восстановления ее профиля требется даление большоо оличества металла.

5.4.1. Шлифование'рельсов 5.4.1.1. Цели'шлифования Естественные процессы износа и стртрных изменений рельсовой стали мот протеать с различной интенсивностью. В одном слчае они позволяют эсплатировать рельсы в течение достаточно длительноо вре мени, в дром — приводят быстром выход рельсов из строя. Это зави сит от величины возниающих онтатных напряжений и предела те чести рельсовой стали. Несбалансированность этих поазателей приводит неэономичном использованию ресрса рельсов.

Шлифование рельсов развивалось а действенное средство онтроля процессов появления и развития онтатной сталости металла на поверх ности атания рельсов и пластичесой деформации. Для железных доро с тяжеловесным движением особенно харатерны пластичесие деформа ции, оторые хдшают состояние поверхности атания и видоизменяют профиль олови рельса. На линиях со смешанным движением основное внимание сосредоточено на обеспечении плавности хода и снижении ш ма в словиях ораниченноо времени занятия переона. Несмотря на раз o 5-44 x личие применяемых на разных дороах методов шлифования, ео цели од ни и те же:

! поддержание баланса межд всеми механизмами изнашивания рельсов для предотвращения преждевременной их замены из-за наопления онтатной сталости в поверхностном и подповерхностном слоях;

! лчшение вписывания и обеспечение динамичесой стойчивости эипажей;

! онтроль состояния поверхности атания рельсов с целью недопще ния роста динамичесих нарзо и вибраций в пти;

! онтроль харатеристи взаимодействия олеса и рельса.

5.4.1.1.1. Исправление+продольно/о+профиля+рельсов Шлифование рельсов в большинстве слчаев выполняется самоходны ми машинами на рельсовом ход с использованием вращающихся шлифо вальных ров. Кри имеют ольцеобразню форм, плосая сторона о торых приладывается рельс.

Удаление металла с поверхности рельса происходит птем ео истира ния и срезания режщими зернами вращающихся ров. Параметры сня тия металла зависит от харатеристи и состояния абразивноо материала и приладываемоо шлифовальным рам давления (рис. 5.20), а таже от сорости шлифования и ла налона шлифовальных ров обраба тываемой поверхности.

Эффетивное странение волнообразноо износа и дрих наршений продольноо профиля поверхности рельсов происходит при словии, если р срезает вершины, а не впадины неровностей. При этом приладывае мые р мощность и давление должны обеспечивать неодинаовое сре зание при попадании на вершины волн.

Угол наклона Давление Грань Рис. 5.20. Схема положения шлифовальноо ра от носительно рельса o 5-45 x Рис. 5.21. Схема блоа из двх объединенных шлифовальных ров с демпфированием при вода До шлифования После шлифования Диаметр ра является базой, оторая арантирет, что вершины орот оволновых неровностей перерываются ром и подвераются поэтом первоочередном шлифованию. Диаметр ра обычно составляет 250 мм, и на отрезе таой длины достаточно лео достиается ровная поверх ность. Для волнообразных неровностей длиной более диаметра шлифо вальноо ра весьма важно не допсать, чтобы привод ра позволял ем следовать профилю неровности. В противном слчае это приводит одинаовом съем металла во впадинах и на вершинах неровностей.

Одним из способов величения базы является объединение в одном блое двх ров, что позволяет им подниматься и опсаться соласован но. Это дает возможность перерывать все неровности на поверхности а тания на более длинном отрезе рельса (рис. 5.21). Дрой способ залюча ется в правлении соростью подъема и опсания шлифовальноо ра при следовании по поверхности рельса. Для этоо использется идравли чесий цилиндр или ативная обратная связь по изменению ртящео момента в приводе ра.

Демпфирование подвешивания привода шлифовальноо ра подраз мевает, что любая выплость на поверхности рельса с длиной волны ме нее 1 м величивает онтатное давление ра на рельс. В резльтате этоо возрастает ртящий момент и силие в приводе ра. Если допстить пльсацию резльтирющей мощности, при той же подводимой энерии лбина среза на переднем рае волнообразной неровности величивается.

В большинстве высоопроизводительных рельсошлифовальных машин допсается временная перерза элетродвиателя привода, однао от носительно ровный прямой рельс можно шлифовать при номинальной мощности двиателя. Аналоичным образом, по мере тоо а поверхность рельса на заднем рае неровности выравнивается, ртящий момент в при воде снижается, и вместе с ним меньшается лбина среза.

Та а волнообразный износ рельса имеет синсоидальню форм, шлифование вершин вначале вызывает заметное снижение амплитды не ровностей. Однао по мере сошлифовывания вершин при последющих o 5-46 x проходах машины площадь поверхности рельса, непосредственно онта тирющей с шлифовальным ром, возрастает и лбина среза пропор ционально снижается.

5.4.1.1.2. Исправление+поперечно.о+профиля+рельсов Железные дорои с становившейся пратиой шлифования рельсов обычно деляют особое внимание профилатичесом шлифованию для ис правления поперечноо профиля в целях лчшения еометрии онтата о леса и рельса. Конформность профилей изношенных олеса и рельса сни жает онтатные напряжения. Высоие онтатные напряжения являются причиной пластичесих деформаций и онтатной сталости металла на по верхности атания, выражающейся в виде отслоений, вырашивания метал ла и налонных параллельных трещин на рабочей вырже олови рельса.

Величины внтренних напряжений, оторые вызывают рост дефетов внтри олови рельса, таих, а поперечные трещины, таже непосред ственно связаны с ровнем онтатных напряжений. Внтренние напря жения таже возрастают при интенсивном онтате олеса с рабочей вы ржой рельса или даже с наржной ранью рельса вследствие поворота ео олови.

С точи зрения напряженноо состояния рельса шлифование должно воспроизводить профиль олови, хорошо соласющийся с профилем из ношенноо олеса, и одновременно обеспечивать передач сил через шей рельса.

Драя цель профилирования поперечноо сечения олови рельса за лючается в лчшении вписывания эипажей в ривые. Применяя про фильное шлифование, можно правлять местоположением онтата оле са и рельса. При сосредоточении шлифования на наржном рае олови наржноо рельса и внтреннем рае олови внтреннео рельса онтат олеса с рельсом смещается из точи А в точ В (рис. 5.22). В резльтате этоо наржное олесо принждается ачению по внтреннем раю на ржной рельсовой нити, а внтреннее — по наржном раю внтренней рельсовой нити. Из-за разницы в радисах ров атания олес ось при ндительно ориентирется в олее по олес меньшео радиса атания, rH rH rL rL AB AB Профиль новых рельсов Рис. 5.22. Схема асимметричноо профильноо шлифования рель- Профиль рельсов после шлифования сов для смещения зон онтата Наружный Внутренний наржноо и внтреннео рельса Сдвиг зоны контакта АВ рельс рельс внтрь ривой после шлифования o 5-47 x б б г а в D в) t D a) t г) D R t б) D д) D t t R Рис. 5.23. Схема снятия металла по разным плосостям следющими др за дром шлифо вальными рами при последовательных проходах рельсошлифовальной машины:

а, б, в,, д — формы поверхности при последовательных проходах;

D — ширина семента;

t — съем металла;

— ол налона плосости т. е. по внтреннем. Это производит эффет ораниченной самостанови олесной пары в ривых радисом 875 – 700 м. Необходимо отметить, что поазанная на рис. 5.22 рабочая выржа наржноо рельса таже не сольо слажена с целью недопщения онтата с алтелью основания ребня олеса. Это позволяет странить поверхностные трещины на рабо чей рани рельса и снизить онтатные напряжения. Птем шлифования можно полчить радис ривизны поверхности атания олови рельса несольо меньший, чем радис ривизны поверхности атания изношен ноо олеса с проатом, и тем самым онтролировать местоположение по лосы онтата.

Цели обеспечения онформноо онтата олеса и рельса — миними зация эсцентриситета приложения нарзо и передача реации от олес ной нарзи через шей рельса — мот встпать в противоречие др с o 5-48 x дром. Решение о выборе зависит от тоо, что необходимо онтролиро вать в первю очередь — онтатню сталость рельса или износ олеса и рельса.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.