Мониторинг напряженного состояния бесстыкового пути
Введение
Производственная практика - это отличный способ применения и закрепления
теоретических знаний.
Практика проходила в проектно-изыскательском институте
"Транспромпроект". Срок практики с 2 июня 2014 г. по 25 июля 2014 г.
Руководителем производственной практики являлся Аккерман Генадий Львович. Тема
индивидуального задания: "Мониторинг напряженного состояния бесстыкового
пути".
В процессе прохождения практики пригодились знания полученные в течение
учебного процесса и прохождение предыдущих трех других практик: геодезической,
геологической и произведственной.
1. О
ПИИ "Транспромпроект" УрГУПС
Проектно-изыскательский институт транспортных и промышленных сооружений
Уральского государственного университета путей сообщения (ПИИ
"Транспромпроект" УрГУПС) - структурное хозрасчётное подразделение
федерального государственного образовательного учреждения высшего
профессионального образования "Уральский государственный университет путей
сообщения".
Университет путей сообщения не только авторитетное и престижное высшее
учебное заведение России, но и признанный лидер в области развития транспортной
науки на Урале. В стенах Университета плодотворно работают несколько известных
научно-исследовательских лабораторий и творческих коллективов, которые, являясь
инновационной инфраструктурой вуза, выполняют фундаментальные, поисковые и
прикладные исследования, а разработки учёных Университета успешно внедряются в
системе железнодорожного транспорта страны. Одним из таких
научно-исследовательских коллективов является Проектно-изыскательский институт
"Транспромпроект" УрГУПС.
Сегодня "Транспромпроект" входит в число известных проектных
институтов Урало-Сибирского региона, несмотря на то, что начало его
деятельности, было положено относительно недавно - в 2001 году.
Двенадцать лет назад по инициативе ряда преподавателей кафедры "Путь
и железнодорожное строительство" был создан научно-творческий коллектив,
поставивший перед собой цель - соединить науку и практику. В том, что знание -
это сила, способная воплотиться в долгосрочные и надёжные инвестиции, никто из
инициаторов проекта не сомневался. Было решено организовать в стенах вуза
структуру, которая бы занималась проектными и изыскательскими работами в
области магистрального, промышленного железнодорожного транспорта.
Годы творческой и плодотворной деятельности, десятки готовых проектов,
выданных заказчикам и их положительные отзывы о качестве выполненных работ,
подтвердили право инициативы преподавателей вуза на существование. Приказом
Ректора Уральского государственного университета путей сообщения за №104 от 14
мая 2007 года был создан Проектно-изыскательский институт транспортных и
строительных сооружений УрГУПСа. Тем самым, проект, возникший в 2001 году,
получил формальный, юридический статус.
Задача проектировщика - проявить инновационный подход, мысленно
воспроизвести перспективы развития предприятия на долгосрочный период, оценить
резервы мощности и принять грамотное, максимально взвешенное, экономически
обоснованное техническое решение. Как правило, эти решения не лежат сверху, а
требуют глубокой проработки. Современные методики проектирования невозможно
представить без применения компьютерных технологий.
Внедрение инновационных методов исследования в процессе
инженерно-геологических работ, использование новейших геодезических приборов и
инструментов, оснащение института современными средствами вычислительной и
множительной техники, автоматизация процесса проектирования позволили
значительно увеличить производительность труда в Институте и повысить качество
проектно-изыскательских работ.
Творческая деятельность специалистов института, использующих современные
технологии проектирования, сочетается с активным привлечением к этой работе
аспирантов и студентов Университета. Такое сотрудничество позволяет молодёжи
закрепить полученные знания и получить необходимые профессиональные навыки ещё
в процессе обучения.
2. Организационная
структура
3. Направление
деятельности ПИИ "Транспромпроект"
· разработку оптимальных схем развития подъездных путей с
учётом технологии работы железнодорожного транспорта на промышленных
предприятиях;
· инженерные изыскания:
o инженерно-геодезические изыскания
o инженерно-геологические изыскания
· проектирование новых и реконструируемых железнодорожных путей
и инженерных сооружений;
· проектирование работ по капитальному ремонту пути;
· проектирование пунктов взвешивания подвижного состава;
· подготовку документации по подъездным путям для представления
её в органы железнодорожного транспорта;
· обследование и проектирование промышленных зданий и
сооружений.
· геодезические работы
· проектирование подъездных железнодорожных путей
· проектирование и паспортизация железных дорог
· геодезические изыскания железнодорожных путей
· инженерная геология - основа надежного проектирования
· геофизические исследования скважин и местности
· исследование грунта - способы и методы
· инженерно-геологические изыскания - неотъемлемая часть
строительства
· инженерно-геодезические изыскания как начальный этап работы с
ландшафтом
· бурение водяных и разведочных скважин
Весь комплекс работ согласовывается с органами железнодорожного
транспорта.
4. Сведения
о прохождение практики в ПИИ "Транспромпроект"
При прохождение производственной практики в ПИИ
"ТрансПромПроект" в начале мы знакомились с ГОСТами и СНиПами, без
соблюдения которых, не выполняется ни один проект это: ГОСТ 21.1101-92
"Основные требования к рабочей документации", СНиП 2.05.07-91*
"Промышленный транспорт", СНиП 32.01-95 "Железные дороги колеи
1520 мм" и много других. По нормативам выполняются все проекты и чертежи,
так как их соблюдение очень важно впоследствии, ведь от того, насколько
правильно и точно выполнен чертеж зависит судьба всего проекта.
В течение прохождения производственной практики я занималась черчением
водопропускных труб и занесением их в базу АБДМ .
Во время работы в проектно-изыскательском институте у меня была
возможность выполнить задание по практике, выданное моим научным руководителем.
Была обозначена проблема, её актуальность, поставлены цель и задачи,
определен объект исследования, после чего проводились лабораторные испытания и
анализ их результатов.
Проблема:
Прогноз технического состояния пути.
Актуальность проблемы:
Мониторинг напряженного состояния бесстыкового пути необходим для
определения состояния пути и прогнозирования его работы под колесами экипажей,
от чего зависит оценка безопасности, плавности и бесперебойности движения
поездов.
Вначале основой мониторинга была система визуального контроля. Затем для
поиска дефектов материала стали использовать различные приборы - от ручных до
вагонов-дефектоскопов. Сегодня средняя выявляемость остродефектных рельсов -
7,4 на 1000 км в год.
Мониторинг геометрии пути выполняется при помощи широкого спектра
инструментов - вплоть до вагонов-путеизмерителей. Например, динамический
комплекс "Интеграл" позволяет контролировать более 100 параметров -
от геометрии пути до габаритов. Для прогноза технического состояния пути
используют базу данных автоматизированной системы управления (АСУ-П), а в
перспективе будет применяться единая корпоративная автоматизированная система
управления инфраструктурой (ЕКАСУИ).
Существующие методы мониторинга пути позволяют оценить температурное
напряженное состояние бесстыкового пути - через отклонение его температуры от
расчетной, хотя на это состояние, как уже указывалось, влияет большое
количество факторов.
Температуру рельсов измеряют специальными термометрами, летом - при
прогнозировании наивысших температур, зимой - в случае падения температуры на
60°C и более от температуры закрепления рельсов.
Температурный стенд обычно представляет собой кусок рельса, в
высверленное отверстие которого вставлен обычный или электронный термометр.
Данные с термометра снимают каждые 2 ч.
Эти методы не исключают субъективность - человеческий фактор. То есть,
процесс должен быть автоматизирован.
Цель работы: технический бесстыковый
путь поезд
Мониторинг напрядженного состояния бесстыкового пути.
Задачи работы:
1. Разобрать с датчиками для измерения напряженного состояния и
температуры железноджорожного бесстыкового пути.
. Провести лабораторные испытания.
. Подобрать материалы для проведения полевых испытаний.
Объект исследования:
Бесстыковой железнодорожный путь.
Теоретическая часть:
В практике железных дорог используются две конструкции пути: бесстыковой
и звеньевой. В России конструкция бесстыкового пути характеризуется следующими
параметрами: Рельсы Р-65 термически упрочненные, шпалы железобетонные
предварительно напряженные брускового типа, эпюра шпал на путях 1-4 классов в
прямых участках и кривых радиусом более 1200 м - 1840 шт./км, на кривых меньших
радиусов и на затяжных спусках круче 12 % - 2000 шт./км, на станционных путях и
путях 5-го класса - 1400-1600 шт./км. Скрепления КБ, АРС и ЖБР. Балласт
щебеночный фракции 25-60 мм, толщина щебня под шпалой 15-40 см, крутизна
откосов 1:1,5 плечо балластной призмы со стороны наружной нити 40-45 см.
Земляное полотно устойчивое и прочное, пучины менее 10 мм; такие деформации,
как просадки, сплывы, оползания откосов насыпей, не допускаются; крутизна
элементов продольного профиля не ограничивается. Длина рельсовых плетей обычно
не менее 800 м или длины блок-участка, на участках с высокопрочными
изолирующими стыками или с устройством счета осей с тональными рельсовыми
цепями они имеют длину до перегона.
На взаимодействие колеса и рельса оказывают влияние такие факторы, как:
макрогеометрия пути, конструкция пути, его боковая и вертикальная жесткость,
микрогеометрия пути, неравенство коэффициента трения на правой и левой нитках
рельсовой колеи, отступления в конструкции экипажей, прежде всего в геометрии
колесных пар, характеристике рессорного подвешивания, режимы движения поезда -
торможение, выбег, тяга и их сочетания, нагрузка на ось, ее равномерность на
оси вагона, скорость движения экипажа, погодные условия. Среди них - режим
ведения поезда. В поезде в режиме торможения при значительных
продольно-сжимающих силах вагоны могут принимать перекосное положение
"елочкой". Как следствие, возникают большие поперечные силы, которые
при неблагополучном взаимодействии с другими факторами могут привести к сдвигу
рельсошпальной решетки.
Существующие методы мониторинга пути позволяют оценить температурное
напряженное состояние бесстыкового пути - через отклонение его температуры от
расчетной, хотя на это состояние, как уже указывалось, влияет большое
количество факторов.
Температуру рельсов измеряют специальными термометрами, летом - при
прогнозировании наивысших температур, зимой - в случае падения температуры на
60°C и более от температуры закрепления рельсов.
Температурный стенд обычно представляет собой кусок рельса, в
высверленное отверстие которого вставлен обычный или электронный термометр.
Данные с термометра снимают каждые 2 ч.
Кафедра "Путь и железнодорожное строительство" Уральского
государственного университета путей сообщения (УрГУПС) уже более 10 лет
работает над системой мониторинга, которая была бы лишена вышеперечисленных
недостатков. В частности: для прямого замера напряженного состояния
бесстыкового пути была предложена так называемая радиометка.
Схематично радиометка - это конусообразная трубка, выполненная из
рельсовой стали (коэффициент линейного расширения a = 0,0000118), внутри трубки
находится перегородка, на которую наклеены два тензодатчика. Температурный
датчик наклеен по периметру на внутреннюю стенку трубки. С обоих концов трубка
герметично закрыта. Радиометка вставляется в предварительно рассверленное по
нейтральной линии рельса конусообразное отверстие. Со стороны меньшего диаметра
она закрепляется в рельсе гайкой. От радиометки специальные провода выходят в
коробку с электронной схемой, которая крепится на шпале [1].
Датчики бывают активные и пасссивные.
Измерительные датчики-преобразователи входных сигналов
подразделяются на активные и пассивные.
Пассивные датчики, такие, как термопары или фотодиоды (при измерении
напряжения на выводах), являются устройствами, которые напрямую преобразуют
энергию физического воздействия в электрический сигнал, при этом не требуется
внешнее питание или возбуждение датчика. Активным датчикам необходим внешний
источник питания (возбуждения). Активными датчиками являются все резистивные
датчики, такие, как термисторы, резистивные температурные датчики (RTD) и
механические тензометрические датчики; чтобы получить от них сигнал, требуется
напряжение или ток возбуждения [2].
Прикическое исследование:
Позже сотрудниками кафедры: "Путь и железнодорожное
строительство" уральского государственного университета путей сообщения
была предложена аналогичная радиометка. Данная радиометка представляет собой
конус, в который наклеены два пассивных датчика - тензорезистора. После данный
конус был вставлен в отверстие, проделанное в участке рельса и проведены
испытания на сжатие в вертикальном и горизонтальном положение. После
аналогичные датчики - тензорезисторы были наклеены непосредственно на
расстояние от датчика и проведены такие же испытания.
Рис. 1 - Датчики, закрепленные в радиометке
Рис. 2 - Испытательная установка
Рис. 3 - Датчики расположены в шейке рельса
Рис. 4 - Испытание участка рельса на сжатие
Испытания были проведены при помощи оборудование Testometric. На протяжение 3-4 минут на рельс
постоянно подавалась нагрузка, после чего он разгружался. Данные были
обработаны с помощью программного комплекса Catman. Был посчитан торрировочный коэффициент, при помощи
которого построены зависимости напряжений от времени.
Рис. 5 - Схема передачи сигнала
График 1 - Рельс испытывает сжатие
График 2 - Рельс испытывает изгиб
После был посчитан переводной коэффициент:
Для рельса, испытывающего сжатие:
Для рельса, испытывающего изгиб:
В результате исследований было установлено, что мониторинг напряженного
состояния бесстыквого пути при помощи радиометки исключает субъективность -
человеческий фактор. То есть, процесс автоматизирован.
В ходе опытов, видно, что рельс испытывающий сжатие имеет практически
одинаковую нагрузку при расположение тензорезисторов в конусе и на рельсе.
В то же время результаты испытаний на изгиб показали, что напряжения
полученные на рельсе более чем в два раза превышают значения, полученные в
конусе. Это объясняется тем, что датчики, наклеенные на рельс, не располагаются
на нейтральной оси, то есть, чем дальше они находятся от неё, тем больше
возникающие напряжения.
Подборка метериалов для полевых испытаний:
В результате была разработана програма проведения полевых экспериментов
по испытанию железнодорожгного пути (приложение А).
Заключение
В период прохождления производственной летней практики были получены
навыки проектирования в Robur-Rail, в программном обеспечении
"AutoCAD".
А также задачи, поставленные научным рукововдителем были успешно
выполненны.
Список
используемой литературы
1. Аккерман Г. Л., Аккерман С. Г. Иновационные технологии в
мониторинге бесстыкового пути // Транспорт Урала. 2013. № 13.
2. #"802615.files/image012.gif">
1. Объект
испытаний
Объектом испытаний является железнодорожный рельс Р65.
На испытаниях тензодатчики прикрепляются к рельсу Р 65 на уровне
нейтральной оси бесстыкового нечетного грузового пути в районе платформы
Первомайская в начале1817 км. Длина плети 487 м. Температура закрепления плети
+21
.
Производится мониторинг напряженного состояния железнодорожного пути в
зависимости от температурных перепадов и динамических воздействий подвижного
состава.
2. Определяемые
характеристики
Характеристики (показатели) тензодатчиков, определяемые при проведении
настоящих испытаний:
· Температура воздуха, T воздуха, °C;
· Температура рельса, T рельса, °C;
· Время, t, с;
· Напряжение, 
3. Условия
проведения испытаний
Испытания проводят:
v в июле 2014 года, температура воздуха 
;
Ø с 10 часов утра до 4 часов дня. Испытания проводятся каждые
пол часа на протяжение 10 минут. В случае прохода подвижного состава (локомотив
или грузовой состав) проводятся дополнительные испытания. Если во время
проведения эксперимента проходит подвижной состав, то испытания не
останавливаются.
v в феврале 2015 года, температура воздуха 
;
Ø с 10 часов утра до 4 часов дня. Испытания проводятся каждые
пол часа на протяжение 10 минут. В случае прохода подвижного состава (локомотив
или грузовой состав) проводятся дополнительные испытания. Если во время проведения
эксперимента проходит подвижной состав, то испытания не останавливаются.
4. Средства
проведения испытаний
В процессе настоящих типовых испытаний применяются следующие методы:
· визуальный контроль (определение температуры воздуха, T, °C
при помощи термометра);
· тензометрические испытания (Spider-8-PC);
· измерения температуры рельса, T, °C тепловизором.
5. Обработка
данных и оформление результатов испытаний
Данные полученные из Spider-8-PC обрабатываются в программном
комплексе Catman. После считается торрировочный
коэффициент и величина напряжения:
.
Результаты заносятся в таблицу 1 (см. приложение А) и строится
графическая зависимость напряжений от времени.
При испытаниях окончательные результаты измерений и испытаний оформляются
Актом в соответствии с формой Приложения Б. К акту прилагается протокол
испытаний по форме Приложения В.
6. Требования
техники личной безопасности
При проведении испытаний должны соблюдаться правила техники личной
безопасности:
v На испытания выезжают ответственный от кафедры "Путь и
железнодорожное строительство" Уральского Государственного Университета
Путей Сообщения, выступающий в роле организатора и руководителя испытаний, и
сотрудники ИЦ ТСЖТ УрГУПС. Организатор эксперимента проводит инструктаж по
технике безопасности и обеспечивает выдачу сигнальных желетов.
v Поставить в известность работника дистанции пути о проводимых испытаниях,
для предупреждения машинистов, чтобы он подавал звуковой сигнал при подходе
грузового или пассажирского поезда к платформе.
v Не допускается выходить на путь без сигнального жилета.
v Переходить через железнодорожные пути надо только под прямым углом,
убедившись, что по пересекаемому Вами пути не движется поезд.
v Обращайте внимание на световые и звуковые сигналы, на предупредительные
знаки и плакаты, вывешенные на видных местах в районе перехода и на платформах.
v При пропуске поезда необходимо находится не ближе 5 метров от крайнего
рельса.
v Категорически запрещается находиться в междупутье при проходе поездов.
v Запр
v ещается прыгать с платформы на путь.
7.
Последовательность проведения испытаний
1) Поставить в известность работника дистанции пути о проводимых
испытаниях, для предупреждения машинистов, чтобы он подавал звуковой сигнал при
подходе грузового или пассажирского поезда к платформе.
) Отшлифовать рельс на месте прикрепления тензодатчика и температурного
датчика.
) Прикрепить тензодатчик на нейтральной оси со внутренней стороны правой
и левой рельсовых нитей. Тензодатчики крепятся по середине рельсовой плети. В
случае измерения расстояния и попадания на стык рельсов, необходимо отмерить
ещё 2 метра и прикреплять датчики. Температурный датчик располагают и
закрепляют на расстояние 0,5 м от тензометрических.
Рис.1 - Рельс типа Р65 (ГОСТ 8161-75*)
- линия центра; 2 - ось болтового отверстия; 3 - нейтральная ось
Рис. 2 - Схема установления датчиков
4) Снять показания с тензодатчика при помощи оборудования Spider-8-PC.
) Результаты занести в таблицу 1.
) Построить зависимость напряжений от времени.