Стенд для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава

Название	Стенд для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава
Разработчик (Авторы)	Лунин Андрей Александрович, Спиров Андрей Владимирович, Чунин Сергей Владимирович, Щербаков Владимир Викторович, Шабуневич Виктор Иванович, Ушанов Андрей Викторович, Фазлиахметов Дамир Муратович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2755595
Дата регистрации	17.10.21
Правообладатель	Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ")
Область применения (класс МПК)	G01B 21/00 (2006.01) B61K 9/08 (2006.01) G01M 17/10 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля состояния длинномерных объектов, а именно протяженных грузонесущих конструкций в виде рельсовой колеи железнодорожного полотна местных и магистральных железных дорог, а также для измерения собственных или вынужденных колебаний упругих объектов, например рельсов бесстыкового пути и колес подвижного состава.

Известно устройство и способ обнаружения дефектов колес железнодорожных транспортных средств в движении, содержащее участок рельсового пути, содержащий два рельса, шпалы, тензодатчики, установленные на шейку рельса с обеих сторон, предназначенные для проведения измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс (Патент РФ №2708693 С1, МПК G01/M 17/10, опубл. 11.12.2019 г.)

Недостатком указанного устройства является сложность монтажа тензодатчиков на рельс, а также это устройство не позволяет совмещать обнаружение дефектов колес с проведением диагностики состояния рельсов.

Известно устройство для контроля состояния длинномерного объекта, содержащее источник модулированной волновой энергии, канал передачи волновой энергии и демодулятор, оно снабжено двумя пространственными фильтрами, один из которых включен между выходом источника модулированной волновой энергии и входом канала передачи волновой энергии, а второй пространственный фильтр - между входом демодулятора и выходом канала передачи волновой энергии, который выполнен в виде многомодового протяженного волновода прямоугольного или круглого сечения или их сочетаний, а демодулятор выполнен в виде подключенных к выходам второго пространственного фильтра двух синхронных детекторов, интегратора, подключенного к выходу одного из них, и связанного с выходами интегратора, второго синхронного детектора и операционного усилителя, дополнительно устройство, снабжено гетеродинным преобразователем частот сигналов, включенным между выходами второго пространственного фильтра и входами синхронных детекторов, причем первый вход демодулятора является входом первого детектора, а второй вход демодулятора через направленный ответвитель связан с выходом второго пространственного фильтра, второй выход направленного ответвителя является входом генератора сигналов, два выхода которого являются вторыми входами обоих синхронных детекторов, установлены также аналого-цифровой преобразователь (АЦП), и вычислительное устройство в виде микропроцессора, один вход которого соединен с выходом АЦП, а второй с буферной памятью, в свою очередь вход АЦП соединен с выходом операционного усилителя, являющегося выходом демодулятора, выход микропроцессора подсоединен к входу видеотерминала, а волновод, выполненный в виде многомодового волоконного световода с изолирующей и защитной оболочками, закреплен вдоль образующей грузонесущей конструкции на ее не контактирующей с нагрузкой поверхности в плоскости деформаций, возникающих от действия перемещающейся нагрузки, синхронные детекторы выполнены в виде фотодетекторов, а источник модулированной волновой энергии выполнен в виде генератора оптического излучения. (Патент РФ №2676176 С1, МПК G01B 11/16, Е01В 35/10, опубл. 26.12.2018 г.)

Недостатком указанного устройства является невозможность оценки продольных напряжений, возникающих в рельсах бесстыкового пути, а также невозможность получения эталонных виброакустических данных для типовых дефектов рельсов и колес.

Техническим результатом изобретения является повышение точности обнаружения и идентификации дефектов рельсов и колес подвижного состава, и оценки продольного напряжения в рельсах бесстыкового пути.

Технический результат достигается тем, что в стенде для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава, включающем рельсошпальную решетку, прикрепленную к основанию кронштейнами, тензодатчики, установленные на шейку рельсов рельсошпальной решетки с обеих сторон, для проведения измерений деформации рельса, с одной из торцевых сторон рельсошпальной решетки к концам рельсов установлены упоры с гидравлическими домкратами для продольного нагружения рельсов, причем упоры выполнены с возможностью установки в них тяги для изменения направления продольного нагружения рельсов, также в упоры установлены тензорезистивные датчики силы с шариками для контроля величины силы, приложенной к рельсам, на рельсы установлены вибропреобразователи для измерения собственных и вынужденных колебаний рельсов, рядом с вибропреобразователями наклеены тензодатчики для измерения продольных и изгибных деформаций рельсов, в непосредственной близости от рельсов установлен микрофон шумомера для измерения уровня звукового давления, а вдоль рельсов установлен оптоволоконный кабель для измерения вибраций, возникающих при собственных и вынужденных колебаниях рельсов.

Изобретение поясняется чертежами:

- на фиг. 1 изображен стенд для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава (далее по тексту - стенд), вид сбоку;

- на фиг. 2 изображен стенд, вид сверху;

- на фиг. 3 изображена схема компоновки упоров на концах рельсов для создания продольного усилия сжатия в рельсах;

- на фиг. 4 изображена схема компоновки упоров на концах рельсов для создания продольного усилия растяжения в рельсах.

Стенд состоит из рельсошпальной решетки 1, прикрепленной к основанию 2 кронштейнами 3, тензодатчиков 4, установленных с обеих сторон на шейку рельсов 5 рельсошпальной решетки 1. На одном конце рельсошпальной решетки 1 установлены упоры 6 с гидравлическими домкратами 7 для реализации продольного усилия сжатия в рельсах. Для реализации продольного усилия растяжения рельсов в упорах 6 применяется тяга 8. В упоры 6 установлены тензорезистивные датчики 9 силы с шариками 10, на головку рельсов 5 рельсошпальной решетки 1 установлены вибропреобразователи 11, вблизи рельсов 5 рельсошпальной решетки 1 установлен микрофон 12 шумомера, вдоль рельсов 5 рельсошпальной решетки 1 установлен оптоволоконный кабель 13.

Изобретение осуществляется следующим образом:

Для проведения исследования напряженного состояния рельсов с помощью гидравлических домкратов 7 создают усилие сжатия или при использовании тяги 8 - усилие растяжения в рельсах 5 рельсошпальной решетки 1, величину которого контролируют с помощью тензорезистивных датчиков 9 силы, установленных в упоры 6. Проводят возбуждение собственных колебаний рельсов 5 рельсошпальной решетки 1 и одновременно производят регистрацию продольных и изгибных деформаций рельсов 5 с помощью установленных на них тензодатчиков 3, собственных и вынужденных колебаний рельсов с помощью вибропреобразователей 11, уровня звукового давления с помощью расположенного вблизи рельса микрофона 12 шумомера, а так же вибраций, возникающих при собственных и вынужденных колебаниях рельсов с помощью оптоволоконного кабеля 13.

Исследование дефектов рельсов и колес подвижного состава можно проводить для различных комбинаций дефектов, а также их отсутствия.

Производят установку рельса 5 с выбранным типом дефекта (или его отсутствием) на стенд, далее производят возбуждение собственных колебаний рельса 5 и/или вынужденных колебаний рельса 5 путем катания по нему колесной пары (на фиг. не показана) подвижного состава с выбранным типом дефекта (или его отсутствием) и одновременно производят регистрацию продольных и изгибных деформаций рельсов 5 с помощью установленных на них тензодатчиков 3, собственных и вынужденных колебаний рельсов с помощью вибропреобразователей 11, уровня звукового давления с помощью расположенного вблизи рельса микрофона 12 шумомера, а так же вибраций, возникающих при собственных и вынужденных колебаниях рельсов с помощью оптоволоконного кабеля 13.

Формула изобретения

Стенд для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава, включающий рельсошпальную решетку, прикрепленную к основанию кронштейнами, тензодатчики, установленные на шейку рельсов рельсошпальной решетки с обеих сторон, для проведения измерений деформации рельса, отличающийся тем, что с одной из торцевых сторон рельсошпальной решетки к концам рельсов установлены упоры с гидравлическими домкратами для продольного нагружения рельсов, причем упоры выполнены с возможностью установки в них тяги для изменения направления продольного нагружения рельсов, также в упоры установлены тензорезистивные датчики силы с шариками для контроля величины силы, приложенной к рельсам, на рельсы установлены вибропреобразователи для измерения собственных и вынужденных колебаний рельсов, рядом с вибропреобразователями наклеены тензодатчики для измерения продольных и изгибных деформаций рельсов, в непосредственной близости от рельсов установлен микрофон шумомера для измерения уровня звукового давления, а вдоль рельсов установлен оптоволоконный кабель для измерения вибраций, возникающих при собственных и вынужденных колебаниях рельсов.

Изобретение "Стенд для исследования напряженного состояния рельсов, дефектов рельсов и колес подвижного состава" (Лунин Андрей Александрович, Спиров Андрей Владимирович, Чунин Сергей Владимирович, Щербаков Владимир Викторович, Шабуневич Виктор Иванович, Ушанов Андрей Викторович, Фазлиахметов Дамир Муратович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога