способ определения состояния подземной части железобетонных опор контактной сети

Формула изобретения

Способ определения состояния подземной части опор контактной сети железных дорог, включающий возбуждение свободных колебаний опоры, определение их спектрального состава, отличающийся тем, что в спектре частот колебаний выделяют четыре диапазона - 10-25 Гц, 25-50 Гц, 50-150 Гц и 600-750 Гц, определяют в каждом из них основную частоту колебаний, ее логарифмический декремент и разность энергий колебаний между диапазонами 25-50 Гц и 50-150 Гц, а о состоянии подземной части опоры судят по этим характеристикам, сравнивая их с нормированными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неразрушающему контролю, а именно к акустическим методам неразрушающего контроля, и может найти применение для определения состояния подземной части железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог.

Железобетонные опоры контактной сети, эксплуатируемые на участках постоянного тока, подвергаются электрокоррозии под воздействием токов утечки с рельсов. Наиболее опасны повреждения поземной части опор, так как их невозможно обнаружить в процессе наружного осмотра без откопки опоры, что предусмотрено указаниями по техническому обслуживанию опор.

Известен способ [1] (Указания по техническому и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети, М., Транспорт, 1984, стр.43-47), в соответствии с которым возбуждают низкочастотные колебания и вычисляют логарифмический декремент колебаний, по величине которого судят о состоянии подземной части опоры. Однако достоверность этого способа недостаточна, поскольку логарифмический декремент колебаний опоры определяется не только наличием или отсутствием трещин в подземной части опоры, но и качеством бетона.

Известен виброакустический метод диагностики подземной части железобетонных опор контактной сети [2] (Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети, г. Москва, 2003 г., стр.65-69). Для проведения измерений этим методом на опору устанавливают два пьезокерамических акустических датчика - низкочастотный и высокочастотный. Опору тем или иным способом приводят в колебания, определяют логарифмические декременты этих колебаний и по величине их отношения, сравнивая его с нормированным, судят о состоянии подземной части опоры.

Основной недостаток этого метода состоит в большой трудоемкости предлагаемого способа возбуждения низкочастотных колебаний. Для их возбуждения используют устройство, состоящее из сбрасывающего приспособления, троса и рычага. Трос одним концом закрепляется на опоре на высоте 3-4 м, а другим концом - на сбрасывающем приспособлении, закрепленном на рычаге. Поворотом рычага трос натягивается, срабатывает сбрасывающее приспособление и опора приходит в режим свободных колебаний. В связи с трудоемкостью такого способа низкочастотные колебания часто получают раскачкой опоры вручную. Во-первых, при этом трудно достигнуть необходимой амплитуды колебаний, а во-вторых, разные операторы проводят раскачку неодинаково и до разной амплитуды, что ведет к разбросу данных и уменьшает их достоверность.

Для преодоления указанных недостатков нами предлагается способ определения состояния подземной части опор контактной сети, включающий возбуждение свободных колебаний опоры, например, ударом по опоре массивным (массой не менее 3 кг) резиновым молотком со свинцовым сердечником и определение их частотного спектра, отличающийся тем, что в спектре частот колебаний выделяют четыре диапазона - 10-25 Гц (диапазон 1), 25-50 Гц (диапазон 2), 50-150 Гц (диапазон 3) и 600-750 Гц (диапазон 4), определяют в каждом из них основную частоту колебаний (т.е. частоту, имеющую в выбранном диапазоне максимальную амплитуду), ее коэффициент затухания или логарифмический декремент колебаний и разность энергий колебаний Е2-Е3, где Е2 - энергия колебаний в диапазоне 2, ЕЗ - энергия колебаний в диапазоне 3 (энергия колебаний в диапазоне пропорциональна сумме квадратов амплитуд всех колебаний, имеющих частоту в пределах выбранного диапазона), а о состоянии подземной части опор судят по этим характеристикам, сравнивая их с нормированными, полученными на бездефектных (эталонных) опорах. Для записи колебаний железобетонных опор и определения их частотного спектра можно, например, использовать прибор акустического контроля "Интроскоп 98.1", сертифицированный в системе СДС СНК и зарегистрированный в отраслевом Реестре средств измерений, допущенных к применению на железнодорожном транспорте в разделе "Средства измерений, применяемые в хозяйстве электрификации и электроснабжения " под № МТ-007.2001.

На фиг.1 представлены типичные записи низкочастотных колебаний опор без дефектов и с дефектами в подземной части, а на фиг.2 - их частотные спектры. На фиг.3 приведена запись высокочастотных колебаний опор, а на фиг.4 - их частотные спектры. На фиг.5 показан вид трещины в подземной части опоры.

Пример 1.

Предлагаемый способ определения состояния подземной части железобетонных опор контактной сети был опробован на Новокузнецкой дистанции электроснабжения на перегоне Тырган-Углерод. Для записи колебаний опор и определения их частотного спектра методом быстрого Фурье-преобразования использовали прибор "Интроскоп 98.1". Для возбуждения колебаний опор применяли массивный (3 кг) резиновый молоток со свинцовым сердечником, позволявший возбудить колебания опоры в широком диапазоне частот. Низкочастотный датчик устанавливали в плоскости колебаний опоры (вдоль пути) на высоте 1,8-2,0 м от уровня грунта. Высокочастотный датчик устанавливали на 10-15 см ниже низкочастотного датчика. Датчики закрепляли на опоре с помощью эластичных хомутов. Удары наносили закругленной стороной молотка выше места установки датчиков прибора на уровне 2,2-2,5 м от поверхности грунта. На фиг.1(а) приведена типичная запись колебаний бездефектной опоры (№0013), а на фиг.1(b) - колебаний опоры (№0101) с трещинами в бетоне и продуктами коррозии в подземной части. По оси абсцисс и ординат отложены время и амплитуда колебаний соответственно. Частотные спектры этих колебаний представлены на фиг.2(а) для бездефектной опоры №0013 и фиг.2(b) - для опоры №0101 с дефектами. По оси абсцисс и ординат здесь отложены частота в Гц и амплитуда в отн. ед. Хорошо видно смещение основных частот в диапазонах 1 и 2. Примеры записи высокочастотных колебаний представлены на фиг.3(а) для опоры №0071 без дефектов и на фиг.3(b) для опоры №0209 с трещинами в подземной части. Их частотные спектры представлены на фиг.4(а) и 4(b) соответственно. Если у бездефектной опоры основная высокая частота находится в интервале 600-750 Гц, то у дефектной опоры она лежит вне этого интервала.

Нормировка характеристик бездефектных опор была проведена по результатам испытаний 20 опор без дефектов в подземной части. Проверку состояния подземной части опор проводили визуальным осмотром после их откопки на глубину 1 м (согласно ведомственной инструкции [2], стр.18-19).

Для бездефектных опор установлены следующие нормированные характеристики:

1. Основная частота в диапазоне 1 больше 12 Гц;

2. Основная частота в диапазоне 2 больше 35 Гц;

3. Основная частота в высокочастотной области спектра находится в интервале 600-750 Гц;

4. Логарифмический декремент основной частоты колебаний имеет следующие значения:

- диапазон 1	0,05-0,14;
- диапазон 2	0,05-0,14;
- диапазон 3	0,05-0,12;
- диапазон 4	0,02-0,08.

5. Разность энергии колебаний Е2-Е3 более +2,0% (за 100% принята энергия всех колебаний в диапазоне от 0 - до 150 Гц).

Всего было обследовано 180 опор. Из них было забраковано 9 опор. Контрольная откопка опор подтвердила это заключение для 8 опор (наличие продуктов коррозии и трещин в бетоне). В 9-й забракованной опоре обнаружен выкол бетона в подземной части шириной 3-4% от длины окружности опоры (предельно допустимый размер выкола согласно [2] - 5%). Вид трещины в подземной части одной из забракованных опор показан на фиг.5.

Пример 2.

Для оценки влияния электрокоррозии на акустические характеристики по арматуре установленных на полигоне пяти новых опор пропускали постоянный ток. Периодически определяли акустические характеристики опор и откопкой проверяли состояние их подземной части. В таблице приведены результаты этих испытаний для одной из опор (№2).

Таблица
Ток, Ач	0	2600	3600	4100	6300
Диапазон 1
Основная частота, Гц	14,5	12,5	11,8	11,8	11,2
Логарифм, декремент	0,09	0,14	0,19	0,20	0,22
Диапазон 2
Основная частота, Гц	38,0	36,5	35,0	34,3	34,0
Логарифм, декремент	0,08	0,10	0,15	0,15	0,16
Диапазон 3
Логарифм, декремент
основной частоты, Гц	0,05	0,08	0,12	0,13	0,15
Наличие основной высокой частоты в диапазоне 4	+	-	-	-	-
Е2-Е3, %	+14,0	+5,1	+1,6	-2,0	-5,0

Появление видимой трещины на поверхности опоры №2 было обнаружено после пропускания по арматуре тока в течение 3600 Ач. По нормированным характеристикам опора должна быть забракована.

Использование предлагаемого способа существенно уменьшает трудоемкость проведения испытаний и повышает достоверность оценки состояния подземной части железобетонных опор контактной сети.