в чем измеряется намагниченность стыков
Способ измерения и контроля намагниченности рельсов
Владельцы патента RU 2519473:
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению и контролю характеристик магнитных полей, и может быть использовано, в частности, на железнодорожном транспорте для регистрации и контроля магнитной индукции в рельсах. При осуществлении способа контроля намагниченности рельсов определяют значение магнитной индукции, сравнивают величину магнитной индукции рельсов с предельно допустимыми значениями магнитной индукции для обеспечения работы автоматической локомотивной сигнализации без сбоев, которые определяют при автономной тяге поездов, тяге переменного и постоянного токов. При превышении данного значения производят операцию размагничивания рельсов. Для новых рельсов, укладываемых в путь при первичной укладке до размагничивания, а также для рельсов, эксплуатирующихся в пути в независимости от пропущенного тоннажа, но не подвергавшихся после укладки в путь размагничиванию, величина предельно допустимого значения магнитной индукции составляет не более 1,0 мТл, а для участков пути с рельсами внутри колеи или по концам шпал величина предельно допустимого значения магнитной индукции составляет не более 7,0 мТл. Технический результат заключается в повышении точности измерения как для новых рельсов,так и для рельсов, эксплуатирующихся в пути. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению и контролю характеристик магнитных полей, и может быть использовано, в частности, на железнодорожном транспорте для регистрации и контроля магнитной индукции в рельсах.
Недостаток известного решения связан с тем, что измерение магнитной индукции рельсов проводится в статике, без учета автономной тяги поездов, тяги переменного и постоянного токов, которые также влияют на величину намагниченности рельсов, и, как следствие, не позволяет получить точные результаты измерения и последующего контроля.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение точности и качества контроля намагниченности как для новых рельсов, укладываемых в путь при первичной укладке до размагничивания, а также для рельсов, эксплуатирующихся в пути в независимости от пропущенного тоннажа, но не подвергавшихся после укладки в путь процедуре размагничивания.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля намагниченности рельсов измеряют величину магнитного поля рельсов, определяют значение магнитной индукции, сравнивают величину магнитной индукции рельсов с предельно допустимыми значениями магнитной индукции для обеспечения работы автоматической локомотивной сигнализации без сбоев, которые определяют при автономной тяге поездов, тяге переменного и постоянного токов, и при превышении данного значения производят операцию размагничивания рельсов.
Способ, характеризующийся тем, что для новых рельсов, укладываемых в путь при первичной укладке до размагничивания, а также для рельсов, эксплуатирующихся в пути в независимости от пропущенного тоннажа, но не подвергавшихся после укладки в путь размагничиванию, величина предельно допустимого значения магнитной индукции составляет не более 1,0 мТл.
Способ, характеризующийся тем, что для участков пути с рельсами внутри колеи или по концам шпал величина предельно допустимого значения магнитной индукции составляет не более 7,0 мТл.
Работы по измерению магнитной индукции элементов верхнего строения пути в обязательном порядке проводятся после укладки новых рельсов в путь, при одиночной замене или его капитальном ремонте в срок до открытия движения по участку пути с новыми рельсами. Кроме того, показанием к проведению внеплановых измерений магнитной индукции элементов верхнего строения пути, дополнительных к регламентным, может являться наличие учтенных сбоев в работе систем АЛСН локомотивов на подконтрольных участках.
Намагниченность рельсов возникает: за счет механической нагрузки на рельсы во время движения поезда, за счет протекания по рельсам токов при транспортировке рельсов на заводах при помощи электромагнитных захватов и т.д. Поэтому регистрация и контроль магнитных полей в железнодорожных рельсах, свидетельствующих об их намагниченности, является важной технической проблемой.
Еще одним фактором, оказывающим заметное влияние на сбои в работе систем АЛСН от намагниченности рельсов, является частота расположения «магнитных пятен» на поверхности рельсов. Так при сплошной укладке новых рельсов без предварительной магнитной обработки «магнитные пятна» в местах захвата рельсов магнитными кранами расположены по три на каждом рельсе длиной 25 м с одинаковым расстоянием между ними
6,25 м. При значении амплитуды вертикальной составляющей магнитной индукции Bz=1,3 мТл в таких «магнитных пятнах» происходят сбои в работе АЛСН. Проведенный авторами анализ влияния множественных «магнитных пятен» на поверхности новых рельсов на осциллограмму сигнала помех Uпк в приемных катушках локомотива показывает, что при расстоянии между «магнитными пятнами»
6,25 м на рельсе длиной 25 м при скорости движения 70 км/ч (19,4 м/с) время между прохождением двух, последовательно расположенных, «магнитных пятен», а соответственно между временными точками начала возбуждения импульсного сигнала помехи на осциллограмме, составит 6,25/19,4=0,32 с. Очевидно, что помехи длительностью более 0,32 с будут накладываться друг на друга и на кодовый сигнал, вызывая его соответствующие искажения, что проиллюстрировано на фиг.1, где показано наложение кодового сигнала на помеху.
При движении со скоростью 70 км/ч (19,4 м/с) за время, соответствующее трем кодовым посылкам 1,6×3=4,8 с локомотив с приемными катушками проедет участок пути длиной 93 м, что соответствует четырем последовательно уложенным звеньям по 25 м или соответствующей сварной плети.
При укладке трех последовательных звеньев по 25 м, что составляет 75 м, время их прохождения со скоростью 70 км/ч (19,4 м/с) составит 3,84 с, в течение которого импульсные сигналы помех в ПК, возбуждаемые магнитными пятнами с интервалом 0,32 с, также будут воздействовать на три кодовых посылки 1,6×3=4,8 с, что приведет к сбоям АЛСН.
Только лишь проезд по двум звеньям с новыми рельсами с «магнитными пятнами» длиной 50 м со скоростью 70 км/час даже при поступлении импульсов помех в приемные катушки локомотива может не вызвать сбоев, так как время прохождения такого участка составит 2,6 с, что не превышает временного отрезка двух кодовых посылок.
Влияние намагниченности элементов верхнего строения пути, в частности, рельсов на работу локомотивной сигнализации с частотой 175 Гц (АЛС-ЕН) можно не учитывать, так как для получения опасных для сбоев помех скорость движения поезда должна быть более 300 км/ч.
Авторами проведены теоретические и экспериментальные исследования, причем полученные расчетные значения были сопоставлены с экспериментальными, проанализированы и на основе проведенного анализа были определены следующие унифицированные предельно допустимые значения магнитной индукции для работы АЛСН без сбоев:
Измеритель напряженности магнитного поля «Стык-3D», позволяет измерять в реальном масштабе времени три компоненты напряженности магнитного поля в изолирующем стыке рельса, вычислять модуль поля в А/м.
Приборы «А9-1М», «СТЫК-3Д» и «ИТРЦ-М» позволяют осуществлять контроль индукции и напряженности магнитного поля только в локальных участках элементов верхнего строения пути, так как не имеют возможности непрерывного измерения и регистрации характеристик магнитного поля при движении по контролируемым элементам верхнего строения пути. В соответствии с этим контроль характеристик магнитного поля целесообразно осуществлять только в местах верхнего строения пути (рельсов, изолирующих стыков, элементов стрелочных переводов), где чаще всего происходят учтенные сбои в работе АЛСН.
1. Способ контроля намагниченности рельсов заключающийся в том, что измеряют величину магнитного поля рельсов, определяют значение магнитной индукции, сравнивают величину магнитной индукции рельсов с предельно допустимыми значениями магнитной индукции для обеспечения работы автоматической локомотивной сигнализации без сбоев, которые определяют при автономной тяге поездов, тяге переменного и постоянного токов и при превышении данного значения производят операцию размагничивания рельсов.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для новых рельсов, укладываемых в путь при первичной укладке до размагничивания, а также для рельсов, эксплуатирующихся в пути в независимости от пропущенного тоннажа, но не подвергавшихся после укладки в путь размагничиванию, величина предельно допустимого значения магнитной индукции составляет не более 1,0 мТл.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для участков пути с рельсами внутри колеи или по концам шпал величина предельно допустимого значения магнитной индукции составляет не более 7,0 мТл.
В чем измеряется намагниченность стыков
ОАО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ»
РАСПОРЯЖЕНИЕ
от 9 января 2013 г. N 5р
О ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ ИНСТРУКЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МЕСТ СО СВЕРХНОРМАТИВНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТЬЮ РЕЛЬСОВ В ПУТИ И НА РЕЛЬСОСВАРОЧНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ И ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМАТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ РЕЛЬСОВ, ИЗОЛИРУЮЩИХ СТЫКОВ И РЕЛЬСОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ
Вице-президент
ОАО «РЖД» А.В. Целько
УТВЕРЖДЕНА
распоряжением ОАО «РЖД»
от 09.01.2013 г. N 5р
ИНСТРУКЦИЯ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МЕСТ СО СВЕРХНОРМАТИВНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТЬЮ РЕЛЬСОВ В ПУТИ И НА РЕЛЬСОСВАРОЧНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
1 Область применения
2 Термины и определения
В настоящей инструкции применены следующие термины:
2.1 напряженность магнитного поля: векторная физическая величина (Н), являющаяся количественной характеристикой магнитного поля.
2.2 магнитное поле: силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В, который определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд и действие магнитного поля на тела.
2.3 индукция магнитного поля: векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд.
2.4 магнитная локация: это определение положения какого-либо объекта, имеющего магнитное поле, по отношению к регистрирующему устройству, с возможностью определения характеристик магнитного поля (напряженность, индукция) на заданном расстоянии регистрирующего устройства от данного объекта.
2.5 магнитограмма: представляет собой показания о состоянии магнитного поля исследуемого объекта.
2.6 размагничивание: приведение магнитной индукции элементов верхнего строения пути к нормативным значениям.
3. Причины помех в работе устройств автоматической локомотивной сигнализации
Нормативное значение магнит
ной индукции, не более, мТл
при приемке
от РСП, ПМС
после
размаг-
ничивания
Рельсы, эксплуатирующиеся в пути
Рельсовые элементы стрелочных переводов, участки
пути с рельсами, расположенные внутри колеи или
на концах шпал
3.6 Система АЛС-ЕН имеет повышенную помехоустойчивость. Магнитная индукция рельсов, изолирующих стыков, рельсовых элементов стрелочных переводов, в том числе и превышающая нормативные значения (таблица 1), не оказывает влияния на сбои в работе АЛС-ЕН при скорости движения до 300 км/ч.
3.7 Причинами сверхнормативных значений индукции магнитного поля рельсов, изолирующих стыков, рельсовых элементов стрелочных переводов являются:
3.7.1 Взаимодействие рельсов с магнитами подъемных кранов при их погрузке на рельсопрокатных предприятиях.
3.7.2 Рассеивание магнитного поля на концах рельсов в изолирующих стыках при конструкции стыков, не обеспечивающей его шунтирования.
3.7.3 Взаимодействие рельсов с магнитами путевой техники в процессе проведения ремонта пути.
4 Средства измерения, применяемые для определения мест со сверхнормативной намагниченностью рельсов
4.1 Измерения индукции магнитного поля рельсов, изолирующих стыков, рельсовых элементов стрелочных переводов в пути следует проводить приборами: «А9-1М», «СТЫК-3Д», «ИТРЦ-М» с функцией оценки уровня индукции магнитного поля на поверхности рельсов.
Допускается проводить измерение индукции магнитного поля элементов верхнего строения пути другими средствами измерений, в том числе устанавливаемыми на подвижные единицы (локомотивы, диагностические вагоны, вагоны-дефектоскопы) и обеспечивающими непрерывную запись значений индукции магнитного поля в виде магнитограмм при движении.
4.2 Измеритель напряженности магнитного поля «А9-1М» предназначен для контроля индукции магнитного поля металлических частей ВСП в мТл. Принцип действия основан на измерении индукции магнитного поля с помощью преобразователя Холла с цифровой индикацией результатов измерения.
4.3 Измеритель напряженности магнитного поля «Стык-3D», позволяет измерять три компоненты напряженности магнитного поля в изолирующем стыке. Таблица для перевода напряженности магнитного поля в индукцию магнитного поля представлена в Таблице 2.
4.4 В основу принципа действия «ИТРЦ-М» положен принцип аналоговой обработки сигналов параллельным методом с использованием преобразования частоты. Аналоговая обработка сигналов заключается в параллельной узкополосной фильтрации и усилении сигналов с последующей индукцией и последовательным измерением их уровня.
4.5 Прибор «ОРИОН» осуществляет измерение индукции магнитного поля рельсов, изолирующих стыков, рельсовых элементов стрелочных переводов методом магнитной локации с непрерывной записью магнитограмм при его движении.
4.6 Приборы «А9-1М», «СТЫК-3Д» и «ИТРЦ-М» измеряют индукцию и напряженность магнитного поля точечно и используются для измерения характеристик магнитного поля рельсов, изолирующих стыков, рельсовых элементов стрелочных переводов в местах сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации, определенных по результатам расшифровки скоростемерных лент устройств АЛСН и электронных носителей информации (модулей памяти, кассет регистрации и др.) с точностью до 1 м. Расшифровка скоростемерных лент и электронных носителей информации (модулей памяти, кассет регистрации и др.) осуществляется в пунктах дешифрации дирекций тяги. Результаты расшифровки фиксируются в АСУ НБД.
4.7 Для измерения магнитной индукции рельсов, изолирующих стыков, рельсовых элементов стрелочных переводов необходимо иметь в наличии:
— в ШЧ: «А9-1М», «ИТРЦ-М»;
— в ПЧ: «СТЫК-3Д»;
— в РСП: «А9-1М», «ИТРЦ-М»;
— в ПМС: «А9-1М», «ИТРЦ-М», «СТЫК-3Д».
Прибор «ОРИОН» может применяться для измерения индукции магнитного поля в ШЧ, ПЧ, РСП, ПМС сети ОАО «РЖД».
4.8 Все приборы должны пройти процедуру калибровки в центрах метрологии железных дорог ОАО «РЖД».
4.9 Измерения индукции магнитного поля рельсов, изолирующих стыков, рельсовых элементов стрелочных переводов приборами: «А9-1М», «СТЫК-3Д», «ИТРЦ-М», «ОРИОН» проводятся работниками РСП, ПМС, ПЧ, прошедшими соответствующее обучение. Обучение персонала проводится разработчиками средств измерений.
5 Организация работ по определению мест со сверхнормативной намагниченностью
5.3 При текущем содержании железнодорожного пути (выполняют работники ПЧ)
5.3.1 Измерение индукции магнитного поля рельсов, изолирующих стыков, рельсовых элементов стрелочных переводов может носить как плановый (регламентный), так и внеплановый характер.
5.3.2 Регламентные работы по измерению магнитных характеристик элементов ВСП выполняются работниками ПЧ не реже одного раза в месяц.
5.3.3 Внеплановые работы по измерению индукции магнитного поля рельсов, изолирующих стыков и рельсовых элементов стрелочных переводов выполняются специалистами ПЧ в соответствии с «Технологией обеспечения нормативного значения намагниченности рельсов, изолирующих стыков и рельсовых элементов стрелочных переводов» после получения данных о месте сбоев по причине намагниченности из АСУ-Ш-2 (автоматизированная система управления хозяйства автоматики и телемеханики).
5.3.4 Работники ПЧ и ШЧ осуществляют измерение индукции магнитного поля с использованием средств измерений в соответствии с п. 5 в точках сбоев, определенных по результатам расшифровки скоростемерных лент АЛС и электронных носителей информации (модулей памяти, кассет регистрации и др). Результаты измерения фиксируют в журнале по форме Приложения Б. Полученные значения индукции магнитного поля элементов ВСП сопоставляют с нормативными значениями (таблица 1).
5.3.5 Для анализа причин сбоев в работе систем автоматической локомотивной сигнализации на схематические планы станций и перегонов сотрудники ПЧ наносят места возникновения сбоев и границы зон повышенной намагниченности элементов ВСП по результатам измерений.
5.3.6 При превышении полученных значений магнитной индукции установленных нормативных значений (табл. 1) сотрудники ПЧ осуществляют размагничивание пути в соответствии с «Технологией обеспечения нормативного значения намагниченности рельсов, изолирующих стыков и рельсовых элементов стрелочных переводов» и повторное измерение.
6 Измерение индукции магнитного поля и определение мест со сверхнормативной намагниченностью с использованием подвижных средств измерений с записью магнитограмм
6.1 С целью проведения непрерывных измерений индукции магнитного поля элементов верхнего строения пути в процессе движения по участкам пути, на которых были допущены сбои в работе автоматической локомотивной сигнализации, рекомендуется применять установленные на подвижных единицах средства измерения, обеспечивающие непрерывную запись индукции магнитного поля в зависимости от пройденного расстояния (магнитограммы), а также прибор «ОРИОН».
6.2 Расшифровку магнитограммы, полученной в результате измерения индукции магнитного поля с помощью подвижных средств измерения, включая прибор «ОРИОН», осуществляют путем определения амплитуды изменения индукции магнитного поля, протяженности «магнитного пятна», в пределах которого наблюдается максимальная амплитуда изменения индукции магнитного поля в соответствии с Приложением В, рис. В1, В2. Полученные значения индукции магнитного поля сопоставляют с нормативными значениями, приведенными в таблице 1 п. 4.5 Инструкции. В случае превышения нормативных значений проводят размагничивание в соответствии с «Технологией приведения намагниченности элементов верхнего строения пути к нормативным значениям (размагничивания)» и последующее измерение индукции магнитного поля.
Программное обеспечение мобильных средств измерений позволяет проводить анализ и сравнение полученных результатов и нормированных значений автоматически.
Журнал измерения магнитной индукции рельсов в РСП___
Окраска не приводит к снижению намагниченности изолирующих стыков.
На контррельсах стрелочных переводов магнитная индукция измеряется на его концах и не должна превышать 5 мТл. (Намерял от 0,1 до 22 мТл любой полярности, как правило, намагничен выходной по ходу движения конец, даже не намагниченная крестовина и контррельс уже серьезная помеха на ПК КПУ-1 КЛУБ-У)
Магнитная индукция концов усовиков крестовин стрелочных переводов не должна превышать 3 мТл.
При наличии в границах рельсовой цепи рубок (звеньев) рельсов различной длины, магнитная индукция на их концах измеряется так же, как для изолирующих стыков, и не должна превышать 2 мТл на их концах. Особенно неблагоприятное влияние на работу локомотивных устройств АЛСН производит наличие нескольких расположенных подряд рубок (звеньев) рельсов длиной 12,5 м и менее.
Далее производится анализ составленной магнитной карты с учетом границ рельсовых цепей, где кодовый цикл искажается практически всегда; на возможность искажения трех кодовых циклов подряд с учетом скорости, установленной приказом о допускаемых скоростях, измеренной магнитной индукции элементов верхнего строения пути, типа КПТ.
7.3. Мероприятия по снижению неравномерной намагниченности элементов верхнего строения пути и уменьшению вероятности сбоев АЛСН по причине намагниченности.
7.3.1. Для уменьшения резких изменений магнитного поля вблизи поверхности головок уложенных в путь рельсов производится магнитная обработка рельсов.
На рельсосварочных заводах это может производиться с помощью установки для размагничивания объемно-закаленных рельсов УРР‑1. За основу принят метод размагничивания при воздействии переменного магнитного поля с использованием катушки (колец) Гельмгольца. В результате по длине рельса максимальные разнопеременные по знаку значения индукции постоянного магнитного поля, не превышают 0,5 мТл. Установка серийно выпускается ООО «ДиаТех НН».
7.3.2. С помощью вагона-дефектоскопа. Существующий комплект электромагнитов вагона-дефектоскопа опускается вниз и закрепляется при установленном постоянном зазоре 10 мм между поверхностью катания головки рельса и полюсами электромагнитов. При проведении магнитной обработки рельсов вагоном–дефектоскопом с возбужденными катушками электромагнитов, вагон должен дважды пройти по обрабатываемому пути со скоростью не более 15 км/ч. При движении с большой скоростью не обеспечивается проникновение создаваемого электромагнитами постоянного магнитного поля вглубь рельса.
При первом заезде ток, питающий катушки электромагнитов, устанавливается не менее 18 А (40500 Ампервитков). Во втором заезде изменяется полярность электромагнитов и ток снижается до 9 А (20259 Ампервитков).
В результате магнитной обработки достигается по всей длине рельса приблизительно равномерная индукция магнитного поля, равная 0,4-0,5 мТл, не приводящая к сбоям АЛСН.
7.3.3. С использованием путевой машины ВПО-3000 или ЭЛБ. Работы по магнитной обработке рельсов производятся следующим образом. Перед началом магнитной обработки рельсов на станции дислокации машины ВПО‑3000 при включенном дизель-генераторе, проверяется правильность полярности электромагнитов. Проверка производится работником дистанции совместно с руководителем работ с помощью компаса. При этом стрелка компаса, расположенного горизонтально на уровне 5 – 10 см от головки рельса и на расстоянии 0,5 – 1 м от крайних полюсных наконечников электромагнита, должна показывать одинаковую полярность левого и правого электромагнитов. В случае обнаружения несоответствия полярности электромагнитов над левым и правым рельсом катушки с одной из сторон должны быть переключены. Магнитную обработку неравномерно намагниченных рельсов машиной ВПО-3000 выполняют при токе в электромагнитах не менее 60 А со скоростью движения 10 км/ч и высотой электромагнитов над рельсом не более 50 мм или со скоростью движения 5 км/ч и высотой электромагнитов над рельсом не более 100 мм.
7.3.4. Размагничивание мобильными установками, созданными в мастерских дистанций пути, и сигнализации, централизации и блокировки, допустимо, но, как правило, не приводит к стойкому положительному эффекту. Применение мобильных установок допускается для магнитной обработки незначительных по протяжению участков пути. Магнитная обработка изолирующих стыков невозможна.
7.3.5. В горловинах станций сбои АЛСН особенно часто происходят на участках с композитными накладками типа “АпАТэК”, которые при всех положительных качествах, в отличие от металлических накладок, не обладают эффектом магнитного шунта. При выявлении повышенной намагниченности таких стыков, необходимо композитные накладки менять на накладки другого типа, с более высокой магнитопроводимостью.
7.3.6. Опыт измерения намагниченности контррельсов показал, что повышенную намагниченность имеют выходные по ходу движения концы контррельса. При выявлении контррельсов, имеющих повышенную намагниченность, необходимо производить их замену на контррельсы, взятые с бокового ответвления, или на двухпутных участках менять их между главными путями так, чтобы выходные концы стали входными по ходу движения.
7.3.8. Рекомендуется минимизация количества рубок (звеньев рельсов) длиной 12,5 м, расположенных подряд по несколько штук. Это становится возможным при установке на границах рельсовых цепей изолирующих стыков АпАТэК-мк, предназначенных для эксплуатации в бесстыковом пути без уравнительных пролетов.
Исп. Брыкин Ю.Ф Щекочихин В.П Подболотов А.С.
Исследование намагниченности концов рельсов в изолирующих стыках разной конструкции
Исследование намагниченности концов рельсов
в изолирующих стыках разной конструкции
Безопасная и надежная работа железнодорожного пути во многом зависит от состояния изолирующих стыков железнодорожных рельсов. Департаментом пути и сооружений железные дороги» совместно с НПП «АпАТэК» выполнена большая работа по внедрению передовых технических решений в области изолирующих стыков. На сети железных дорог установлено более 412 тыс. изостыков с композитными накладками и 14 тыс. клееболтовых стыков с металлокомпозитными накладками «АпАТэК». Это позволило значительно повысить надежность работы изолирующих стыков. Средний срок службы композитных накладок составляет не менее 500 млн. т брутто, а клееболтовые стыки с металлокомпозитными накладками «АпАТэК» обеспечивают работу бесстыкового пути без уравнительных пролетов в период между капитальными ремонтами.
На фоне значительного повышения срока службы изолирующих стыков в последнее время обострилась проблема замыкания рельсов в изолирующем стыке металлическими продуктами износа рельсов и колес. В результате этого имеют место самопроизвольные перекрытия светофоров из-за образования шунтирующего мостика на изолирующем стыке рельсового пути, который выполняет роль элемента электрической цепи в системах автоматического контроля. Так как стык является местом интенсивного механического воздействия колесных пар проходящего подвижного состава и локомотивов, характер распределения магнитного поля может иметь специфические особенности вследствие магнитострикционных эффектов, связывающих напряжения в ферромагнитном металле с его магнитной структурой.
Для выявления фактической ситуации с состоянием магнитного поля в изолирующих стыках на сети железных дорог в соответствии с «Программой проведения исследований намагниченности изолирующих стыков железнодорожных рельсов в условиях эксплуатации на полигонах Московской и Горьковской железных дорог», утвержденной Департаментом пути и сооружений 26.02.2003 г. и согласованной с Департаментом сигнализации, централизации и блокировки, производились периодические измерения в процессе эксплуатации напряженности магнитного поля более чем в 500 изолирующих стыках всех конструкций в разных эксплуатационных условиях. Так, были проведены измерения на Северо-Кавказской дороге и Экспериментальном кольце (ЭК) ВНИИЖТ. Измерения проводились магнитометром «Стык-3D» (рис. 1), разработанным НПП «АпАТэК» совместно со специалистами Института теоретической и прикладной электродинамики (ИТПЭ РАН). Прибор позволяет измерять в реальном масштабе времени три компоненты напряженности магнитного поля в изолирующем стыке, вычислять модуль поля, проводить измерения по головке и подошве рельса, сканировать и хранить в памяти информацию по замерам для 220 стыков и передавать ее в персональный компьютер. Диапазон измерений напряженности магнитного поля составляет 600 эрстед (Э).
Рис. 1. Магнитометр:
1 — направляющая линейка; 2 — соединительный кабель СОМ порта; 3 — измерительный блок с датчиками;
4 — компакт-диск с программным обеспечением
и документацией
Измерения были выполнены на однопутных и многопутных участках, где осуществляется разгон и торможение проходящих поездов (электрифицированных на постоянном или переменном токе), в изолирующих стыках с композитными, металлокомпозитными накладками «АпАТэК», объемлющими металлическими накладками, фрезерованными металлическими накладками, металлополимерными накладками «Гефест-Ростов» и в традиционных клееболтовых стыках. Кроме того, для сравнения были проведены замеры в обычных стыках с металлическими накладками.
Измерения выполнялись: на станциях Московской дороги — Узуново, Ожерелье, Рыбное, Рязань-1, Рязань-2, Люберцы-1; на станциях Горьковской дороги — Владимир, Второво, Горький-Московский; на станциях Северо-Кавказской дороги — Ростов-Главный, Ростов-Зоологический, Теремник, Хопры. Регулярные сравнительные измерения также проводились на ЭК ВНИИЖТ.
Исследования показали, что причиной возникновения шунтирующего мостика и эффекта прилипания является неконтролируемая остаточная намагниченность рельсов в районе стыкового зазора изолирующего стыка, которая способствует формированию проводящих цепочек из металлической стружки, образующейся при механическом воздействии тормозных колодок на колеса подвижного состава и колес на рельсы (рис. 2).
Рис. 2. Схема намагничивания рельсов
в районе стыкового зазора
Величина остаточной намагниченности составляет от нескольких единиц до сотен Э в зависимости от характеристик рельсовой стали и эксплуатационных факторов: географическая ориентация линии; величина стыкового зазора; род тяги и схема канализации обратного тягового тока; материал, из которого изготовлены дроссель-трансформаторные перемычки; погодные условия.
В результате исследований установлено, что изолирующие стыки, включающие в свою конструкцию массивные металлические накладки (к которым относятся традиционные клееболтовые изостыки, металлокомпозитные накладки «АпАТэК», фрезерованные и объемлющие), имеют низкий уровень напряженности магнитного поля — в среднем от 14 до 25 Э. В них происходит шунтирование магнитного поля за счет большой массы металлических накладок и небольшого изолирующего зазора (1. 2 мм). Чем меньше масса металлической накладки и больше изолирующий зазор, тем меньше шунтирование магнитного поля. Многочисленные измерения его в эксплуатации и на ЭК ВНИИЖТ показали, что избежать налипания стружки в стыковом зазоре можно при уменьшении магнитного поля не менее чем до величины намагничивания рельса в середине его длины, которая составляет 5. 16 Э. Однако помимо величины самого магнитного поля в стыковом зазоре определяющим фактором является то, насколько он отличен от уровня намагниченности самого рельса или плети. Безопасным уровнем магнитного поля в изолирующем стыке можно считать только тот уровень, который не отличается от уровня на всем протяжении рельса или плети. В любом другом случае металлические частицы будут притягиваться именно к тому месту, где есть отличие по уровню магнитного поля. Например, при величине магнитного поля в стыковом зазоре 10 Э и при уровне магнитного поля на протяжении всего рельса 3. 5 Э увеличивается вероятность попадания металлических частиц именно в зону стыкового зазора, а при величине магнитного поля в стыковом зазоре 15 Э и уровне магнитного поля на протяжении всего рельса 15. 16 Э эта вероятность практически отсутствует.
Во всех стыках изначально имеется магнитное поле, квалифицировать которое по виду накладок или месту установки не представляется возможным в связи с индивидуальными особенностями отдельно взятого стыка, на который влияет заводская намагниченность концов рельсов и эксплуатационные параметры. Это подтверждают результаты измерений в обычных стыках с металлическими накладками, снабженными приварными и обводными соединителями, где магнитное поле может достигать 20 Э, что превышает безопасный уровень.
Теоретически для полного шунтирования поля необходим равный по массе и сечению рельса шунт. Как видно из вышеизложенного, даже металлическая накладка с прямым контактом с рельсом, а также приварными и обводными соединителями не может на 100 % обеспечить шунтирование магнитного поля.
Накладки из металла или с металлическим сердечником позволяют шунтировать магнитное поле до 50 % (чем меньше сечение металла, тем меньше шунтирование), что не обеспечивает безопасности от замыкания стружкой и металлическими предметами. При этом в стыке с объемлющими металлическими накладками напряженность магнитного поля может достигать 40 Э.
Для определения степени намагничивания изолирующих стыков при разной их конструкции были произведены сравнительные измерения, результаты которых приведены в табл. 1.