Способ определения механических напряжений в рельсах

Авторы патента:

Липунова Полина Алексеевна (RU)

Кравченко Юрий Михайлович (RU)

G01L1/12 - путем измерения изменений магнитных свойств материалов в зависимости от нагрузки

Владельцы патента RU 2504745:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (УрГУПС) (RU)

Изобретение относится к верхнему строению пути, к рельсам, а именно к способам определения механических напряжений путем измерения изменений магнитных свойств металла. Техническим результатом является повышение точности и непрерывность измерения механических напряжений, снижение трудоемкости работ. Способ определения механических напряжений в рельсах заключается в том, что над неподготовленной поверхностью каждой рельсовой нити на расстоянии 2-5 мм от их поверхности параллельно друг другу устанавливают сканирующие устройства, с помощью которых измеряют остаточную намагниченность металла рельсов. Подключают сканирующие устройства к приемному устройству, установленному на передвигающемся по рельсам приспособлении. Переводят с помощью программного обеспечения получаемые при перемещении сканирующих устройств данные остаточной намагниченности в данные механических напряжений в рельсах. Фиксируют полученные результаты как в реальном времени, так и накапливают в блоке памяти. 4 ил.

Изобретение относится к верхнему строению пути, к рельсам, а именно к способам определения механических напряжений путем измерения изменений магнитных свойств металла.

Известен аналитический способ определения механических напряжений в рельсовых плетях бесстыкового пути (ТУ-2000. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонты бесстыкового пути. - Министерство путей сообщения Российской Федерации, департамент пути и сооружений), который основывается на методике расчета условий укладки бесстыкового пути при повышении и понижении температуры рельсовых плетей, допустимых по условиям их прочности и устойчивости, включающий расчет условий укладки бесстыкового пути в конкретных условиях, сравнительный анализ температурной амплитуды допускаемой [Т] и фактической Та температур. Если Та<[Т], то бесстыковой путь можно укладывать. Недостатком данного способа является недостаточная точность определения температуры рельсов, недостоверность информации о температуре рельсов из-за человеческого фактора, а также данный способ не учитывает усталостные напряжения в рельсах, накопленные в результате их эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения механических напряжений в рельсах при помощи тензометрических датчиков (Й. Чукан, К. Костиков, Тензометрические датчики силы. Компоненты и технологии, 2010 №1. www.kit-e.ru), включающий подготовку поверхности тела, в котором измеряют механические напряжения, установку тензометрического датчика на поверхность тела, подключение датчика к источнику питания, точечное измерение электрического сопротивления, перевод его в механическое напряжение.

Недостатками способа определения напряжений в рельсах при помощи тензометрических датчиков являются точечное определение напряжений на местах установки датчиков, определение напряжений осуществляется только в период между установкой тензометрических датчиков и съема информации с них, без учета напряжений, которые накопились в рельсах до установки тензометрических датчиков, недостаточная достоверность показаний, высокая трудоемкость установки, низкая надежность работы тензометрических датчиков.

Цель изобретения - повышение точности и непрерывность измерения механических напряжений, снижение трудоемкости работ.

Указанная цель достигается тем, что в процессе измерений получают непрерывное множество данных, а не точечный результат, исключение подготовительных работ перед замером.

Сущность изобретения заключается в том, что над неподготовленной поверхностью каждой рельсовой нити на расстоянии 2-5 мм от их поверхности параллельно друг другу устанавливают сканирующие устройства, с помощью которых измеряют остаточную намагниченность металла рельсов, подключают сканирующие устройства к приемному устройству, установленному на передвигающимся по рельсам приспособлении и содержащем блок питания и цифровой носитель информации с программным обеспечением, переводят с помощью программного обеспечения получаемые при перемещении сканирующих устройств данные остаточной намагниченности в данные механических напряжений в рельсах, фиксируют полученные результаты как в реальном времени, так и накапливают в блоке памяти.

На фиг.1 и 2 представлена схема расположения оборудования для определения механических напряжений в рельсах, включающая выбранный для замеров участок 1-2, сканирующие устройства 5 присоединенные к приемным устройствам 4, установленным на передвигающемся по рельсам 6 приспособлении 3.

На фиг.3 представлена кривая механических напряжений σ МПа, полученная после обработки данных по остаточной намагниченности с помощью программного обеспечения при проходе по участку 1-2 передвигающегося приспособления 3 с установленными на нем приемными устройствами 4. Фактическую кривую ограничивают линии допускаемых положительных (+σ_д, МПа) 7 и отрицательных (-σ_д, МПа) 8 механических напряжений. Таким образом участки кривой, выходящие за указанные диапазоны, являются закритическими положительными 9 и отрицательными 10 механическими напряжениями. Допускаемое механическое напряжение для термоупрочненных рельсов [σ]=400 МПа, для незакаленных [σ]=350 МПа.

На фиг.4. представлена схема приемного устройства 4 состоящего из корпуса 11 со встроенными в него дисплеем 12 для отображения графической информации в реальном времени при контроле рельсовых нитей 6, блоком flash-памяти 13 для записи результатов контроля рельсовых нитей 6 в течение 10-15 дней без сброса информации на компьютер, специальной клавиатурой 14.

Способ определения механических напряжений в рельсах осуществляется следующим образом.

В настоящее время на железных дорогах РФ эксплуатируется температурно-напряженная конструкция бесстыкового пути. Основное отличие работы бесстыкового пути от звеньевого состоит в том, что в рельсовых плетях свариваемых длинной до перегона действуют значительные механические напряжения, вызываемые изменениями температур. При повышении температуры рельсовых плетей по сравнению с температурой закрепления в последних возникают механические напряжения, которые вызывают удлинение рельсов, что может создать опасность «выброса» пути. При понижении температуры возникают механические напряжения, которые направлены на сжатие рельсов и могут вызвать излом плети и образование большого зазора, опасного для прохода поезда, или разрыв рельсового стыка из-за среза болтов. Дополнительное воздействие на бесстыковой путь оказывают силы, создаваемые при выправке, рихтовке, очистке щебня и других ремонтных путевых работах. Эти особенности бесстыкового пути требуют соблюдения установленных Техническими указаниями (ТУ-2000. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонты бесстыкового пути. - Министерство путей сообщения Российской Федерации, департамент пути и сооружений) норм и правил его укладки, содержания и ремонта.

Определение возникающих механических напряжений можно производить с использованием тензометрических датчиков. Тензометрические датчики представляют собой гибкое тело, которое под влиянием действующей силы подвергается линейной деформации. На определенных местах рельса прикреплены чувствительные элементы, так называемые тензометры. Тензометр - это резисторный элемент, электрическое сопротивление которого в следствии механических деформаций (растяжение или сжатие) изменяет свое значение. Действующая сила, таким образом, способствует изменению электрического сопротивления. На датчике обычно расположено четыре тензометра, которые включены в мостовую схему для того, чтобы изменение сопротивления было можно легче определить. Но в данном способе определения механических напряжений существует ряд недостатков: точечное определение напряжений на местах установки датчиков, определение напряжений осуществляется только в период между установкой тензометрических датчиков и съема информации с них, не учитывая напряжения, которые накопились в рельсах до установки тензометрических датчиков, недостаточная достоверность предоставления информации по показаниям тензометрических датчиков, высокая трудоемкость установки тензометрических датчиков, низкая надежность работ тензометрических датчиков.

Предлагаемый способ определения механических напряжений основаный на свойстве магнитной памяти металла объединяет потенциальные возможности неразрушающего контроля и механики разрушений, вследствие чего, имеет ряд существенных преимуществ перед другими методами при контроле различных объектов.

Магнитная память металла - последействие, которое проявляется в виде остаточной намагниченности металла изделий и сварных соединений, сформировавшейся в процессе их изготовления и охлаждения в слабом магнитном поле или в виде необратимого изменения намагниченности изделий в зонах концентрации напряжений и повреждений от рабочих нагрузок. (ГОСТ Р 52005-2003. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Общие требования. - М.: ФГУП «Стандартинформ»).

Предлагаемый способ определения механических напряжений в рельсах основан на использовании свойства магнитной памяти металла.

Предлагаемое устройство 4 устанавливают на передвигающееся по рельсам приспособление 3, например дефектоскоп-путеизмеритель. При движении приспособления 3, сканирующие устройства 5 измеряют остаточную намагниченность рельсов 6 на участке пути 1-2. Результаты замеров поступают в приемное устройство 4, обрабатывается с помощью программного обеспечения, переводится в механические напряжения σ, запись полученных результатов осуществляется в блоке flash-памяти 13. Наличие энергонезависимого блока flash-памяти 13 позволяет записать результаты контроля рельсовых нитей 6 и передать данные на компьютер для их обработки или хранения. Дисплей 11 позволяет отображать информацию в графическом виде непосредственно при контроле рельсовых нитей 6. Приемное устройство 4 оснащено аккумуляторными батареями (на схеме не представлено), что позволяет производить измерения без подключения к внешним источникам питания.

Полученные результаты сравниваются с допускаемыми положительными 7 и отрицательными 8 механическими напряжениями. Значения механических напряжений, выходящие за рамки допускаемых 7, 8 будут считаться закритическими 9, 10, а на участках с таким механическими напряжениями необходимо будет принимать меры по приведению плети в оптимальную температурно-напряженную систему, то есть провести «разрядку» механических напряжений.

Таким образом предлагаемый способ определения механических напряжений позволяет непрерывно производить замеры их величины, обеспечивать высокую точность измерения механических напряжений за счет использования программного обеспечения при обработке результатов замеров, снизить трудоемкость за счет исключения операций зачистки поверхности рельсов. Кроме того способ позволяет определять места возникновения закритических механических напряжений и своевременно принять меры по стабилизации рельсовых плетей и предотвращению их повреждений, что повысит безопасность движения поездов.

Способ определения механических напряжений в рельсах, включающий измерение остаточной намагниченности металла рельсов, образовавшейся в результате эксплуатации рельсовых нитей, отличающийся тем, что над неподготовленной поверхностью каждой рельсовой нити на расстоянии 2-5 мм от их поверхности параллельно друг другу устанавливают сканирующие устройства, с помощью которых измеряют остаточную намагниченность металла рельсов, подключают сканирующие устройства к приемному устройству, установленному на передвигающемся по рельсам приспособлении и содержащем блок питания и цифровой носитель информации с программным обеспечением, переводят с помощью программного обеспечения получаемые при перемещении сканирующих устройств данные остаточной намагниченности в данные механических напряжений в рельсах, фиксируют полученные результаты как в реальном времени, так и накапливают в блоке памяти.

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано в машиностроении. Способ заключается в измерении магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, в заданных точках на поверхности изделия углов наклона площадок наибольших главных напряжений, в подготовке пластин-образцов из материала исследуемого изделия, контроле в них изменения углов наклона площадок наибольших главных напряжений в ходе нагружения.

Способ определения компонентов тензора механических напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов // 2489691

Изобретение относится к областям измерительной техники и неразрушающего контроля и предназначено для определения компонентов тензора механических напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов при двухмерном напряженно-деформированном состоянии.

Устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрических машин // 2467441

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения давления щетки на коллектор электрических машин, и может быть использовано в ремонтном хозяйстве электротехнической, железнодорожной и других отраслях.

Способ измерения деформации и устройство для его осуществления // 2452928

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения деформации грунта, горных пород, зданий, сооружений и железобетонных конструкций. .

Способ измерения деформации и устройство для его осуществления // 2446385

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформации грунта, горных пород, зданий, сооружений и железобетонных конструкций.

Способ определения механических напряжений // 2445591

Изобретение относится к области неразрушающего измерения двухосных механических напряжений магнитоупругим методом и может быть использовано в машиностроении. .

Способ предупреждения усталостного разрушения металлоконструкций на основе регистрации магнитной проницаемости // 2410656

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для контроля состояния элементов инженерных конструкций из ферромагнитных материалов в условиях циклического нагружения, и может найти применение в машиностроении и на транспорте.

Устройство для измерения давления щетки на коллектор электрических машин // 2399999

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения нажатий щетки на коллектор непосредственно на электрической машине в рабочем режиме.

Способ определения механических напряжений // 2393443

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения механических напряжений в деталях конструкций из ферромагнитных материалов.

Взвешивающий панельный элемент // 2377513

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в весо- и силоизмерительных системах для взвешивания автотранспорта и т.д. .

Способ определения механических напряжений в стальных трубопроводах // 2521714

Изобретение относится к области оценки технического состояния трубопроводов и может быть использовано для определения механических напряжений в стальных трубопроводах подземной прокладки. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения механических напряжений в стальных трубопроводах включает изготовление образца трубопровода, из материала, аналогичного материалу конструкции, пошаговое нагружение образца, измерение магнитных параметров металла на каждом шаге нагружения с определенным ориентированием датчика относительно образца, получение зависимости магнитных параметров от величины напряжений в образце, измерение магнитных параметров металла трубопровода, определение величины напряжения с помощью полученной зависимости, при этом в качестве магнитного параметра измеряют собственную напряженность магнитного поля металла труб, измерения выполняют при различных расстояниях от измерительного датчика до поверхности образца, строят графики зависимости магнитных параметров от величины напряжений в образце для каждого из расстояний, определяют расстояние от измерительного датчика до контролируемого трубопровода, определяют напряжения в трубопроводе по кривой зависимости, соответствующей измеренному расстоянию от датчика до трубопровода. Технический результат - расширение возможностей способа. 2 ил.

Датчик измерения механических напряжений // 2552124

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой датчик механических напряжений. Датчик включает прямоугольную пластину из полимерного материала, на верхней поверхности которой сделано углубление, в котором помещается детектор, при этом внутри прямоугольной пластины вдоль продольной оси располагается предварительно напряжённый аморфный ферромагнитный микропровод, изготовленный из обогащённых кобальтом сплавов, помещённый внутрь измерительной катушки в виде встречно соединённый соленоидов из медной проволоки. Микропровод соединён с первой парой контактных площадок, а указанная дифференциальная измерительная катушка - со второй парой контактных площадок. Контактные площадки в свою очередь соединены с детектором, включающим источник переменного тока, соединённый с источником магнитного поля, источник постоянного тока, соединённый с первой парой контактных площадок, и усилитель сигнала измерительной катушки, вход которого соединён со второй парой контактных площадок, а выход соединён с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к персональному компьютеру. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Система и способ для определения механического напряжения компонента, изготовленного из намагничиваемого материала // 2573118

Изобретение относится к системе и способу для определения механического напряжения компонента самолета, изготовленного из намагниченного материала. Техническим результатом изобретения является упрощение определения механического напряжения на различной глубине компонента. Система для определения значимой величины (σ) механического напряжения компонента, изготовленного из намагничиваемого материала, содержит: ступень генерирования магнитного поля с изменяющейся амплитуды и ступень захвата для приема сигнала шума Баркгаузена (MBN) при изменениях амплитуды (H) магнитного поля. Причем система содержит блок обработки данных для вычисления обратной величины (1/MBNmax) от максимального значения (MBNmax) сигнала (MBN) при изменениях амплитуды (H) магнитного поля. Блок обработки данных имеет ступень памяти, которая сохраняет данные о линейном соотношении между обратной величиной (1/MBNmax) от максимального значения и значимой величиной (σ) механического напряжения. 2 н. и 12 з.п.ф-лы, 9 ил., 3 табл.

Способ контроля качества изделий // 2585796

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля остаточных напряжений в сварных соединениях и изделиях из ферромагнитных и парамагнитных материалов. Способ позволяет повысить точность контроля действующих и остаточных напряжений в изделии, определить предельное состояние изделия перед его разрушением и ресурс его эксплуатации. Для достижения указанного технического результата в точках поверхности контролируемого изделия, отстоящих друг от друга на равные расстояния, измеряют величину по меньшей мере одной составляющей напряженности магнитного поля. Далее определяют значение градиента магнитного поля для каждой пары соседних точек контроля и по полученным значениям градиентов находят зону концентрации напряжений (ЗКН). Для ЗКН рассчитывают значение магнитного показателя mпр, характеризующего предельное напряженное состояние изделия перед разрушением, и значение магнитного показателя mф, характеризующего фактическое напряженное состояние изделия. Используя полученные значения mпр и mф, оценивают предельное время эксплуатации изделия: Тпр=(mпр/mф)·Тф, где Tф - фактическое время эксплуатации изделия. Остаточный ресурс Tост эксплуатации изделия определяют по формуле: Тост=Тпр-Тф. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Устройство для контроля остаточных механических напряжений в деформированных ферромагнитных сталях // 2631236

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов, технической диагностике, предназначено для определения остаточных механических напряжений в деформированных ферромагнитных сталях и может применяться в лабораторных, цеховых и полевых условиях. Устройство содержит намагничивающую, подмагничивающую и измерительную системы. Намагничивающая система выполнена в виде П-образного магнитопровода из магнитомягкого материала с намагничивающими обмотками на двух его полюсах. Контакты подмагничивающей системы выполнены подпружиненными, закреплены на П-образном магнитопроводе и расположены в межполюсном пространстве в единой с торцами полюсов П-образного магнитопровода плоскости, обращенной к поверхности контролируемого изделия. Катушка измерительной системы размещена на одном из полюсов П-образного магнитопровода, измерительная система снабжена датчиком Холла, расположенным в центральной части межполюсного пространства П-образного магнитопровода, соединенным с П-образным магнитопроводом и устройством оцифровки сигнала. Технический результат: повышение точности и достоверности контроля за счет измерения внутреннего магнитного поля в контролируемом изделии, увеличение локальности контроля, расширение области применения устройства за счет контроля остаточных напряжений в различных направлениях крупногабаритных ферромагнитных изделий при снижении массогабаритных размеров устройства и упрощении подготовительных операций перед проведением контроля. 3 ил., 1 табл.

Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях магнитным методом контроля // 2641511

Способ определения механических напряжений стальных конструкций основан на определении действительного направления напряжения в точке контроля на основании полученной зависимости анизотропии коэрцитивной силы от величины напряжения. Для этого измеряют значение коэрцитивной силы в точке контроля не менее 8 раз в разных направлениях. По результатам измерений строят круговую диаграмму зависимости значений коэрцитивной силы от угла ориентации, определяют направления экстремальных значений коэрцитивной силы, по ним определяют направление напряжений. По экстремальным значениям коэрцитивной силы определяют значения действующих напряжений в точке контроля. Технический результат: повышение точности определения напряженного состояния стальных конструкций. 2 ил.