Устройства намагничивания и размагничивания рельсовых плетей и их сравнительный анализ с существующими

АННОТАЦИЯ

В работе дан анализ методов и устройств размагничивания рельсовых плетей. Приведены основные данные существующих методов и устройство размагничивания рельсовых плетей для обеспечения безопасности движения поездов. Проанализирован принцип действия и технические параметры предлагаемого разработанного устройство для размагничивания изделий в железнодорожной системы автоматике и телемеханике.

ABSTRACT

The paper gives an analysis of the methods and devices for the demagnetization of rail lashes. The basic data of existing methods and a device for the demagnetization of rail lashes to ensure the safety of train traffic are presented. The principle of operation and technical parameters of the proposed developed device for demagnetization of products in the railway automation and telemechanics system are analyzed.

Ключевые слова: индукция, намагничивания, размагничивания, ферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики, электромагнитное поле.

Keywords: inductor, magnetization, demagnetization, ferromagnets, paramagnets, diamagnets, electromagnetic field.

В настоящее время, в обеспечении безопасности движения поездов важную роль  играет намагниченность на железнодорожном транспорте.

Целью данной работы является анализ методов и устройств размагничивания рельсовых плетей. Поэтому необходимо разработать методы и устройства для размагничивания изделий в железнодорожной системы автоматике и телемеханике, что является актуальной задачей.

Предлагаемое устройство может быть использовано для размагничивания материалов из ферромагнетиков, основа которых используется в рельсосварочном производстве для сварки рельсовых плетей [1, с.78-79]. Кроме того оно может быть использовано для размагничивания разных материалов, которые применяются в нефтяной и газовой отрасли.

При укладке железнодорожных путей применяют по 725 метров рельсовых плетей, которые свариваются по 25 метров, утвержденные в Госстандарте. Обычно, применяемые при сварке плети намагничиваются за счет технологических процессов и транспортировки.

Поскольку плети изготавливаются на металлургических комбинатах методом прокатки на магнитно протяжном стане, то в готовых рельсах сохраняется остаточный магнетизм, который негативно влияет на процесс сварки. При сварке стыковой шов вспенивается, растрескивается, а в некоторых случаях и расходится. На электрифицированных железнодорожных путях, иногда не исключается возможность, приводящая к аварийным ситуациям. Поэтому при сборке удлиненных плетей стыковочные участки рельсов необходимо размагничивать.

Существует ряд размагничивающих технических устройств, как стационарного действия, так и смонтированного на передвижном средстве.

Известные размагничивающие устройства называют обычно демагнитизаторами. Демагнитизаторы располагают на подвижных мотовозах, которые состоят из колебательного контура содержащего параллельно подключенного соленоида и блока конденсатора. Они питаются переменным напряжением от генератора. Полюсы магнитов расположены на расстояниях от 10 до 50 мм над стыками рельсов [2, с.104–106.].

При перемещении размагничивающего устройства со скоростью 5км/час вдоль стыковочных рельсов возникает электромагнитное поле, плавно нарастающее в начале, а затем плавно уменьшающее, что приводит к размагничиванию участка. Одним из недостатков этого устройства является высокое потребление энергии до 10 кВт и искажение импульса тока за счет применения больших конденсаторов до 920мкФ, низкое качества размагничивания рельсовых плетей. Ввиду этого приходиться несколько раз перемещать устройство вдоль рельсов в прямом и в обратном направлениях.

При этом затрачивается большая энергия для опускания и поднятии навесной рамы на мотовозе.

Существует другое размагничивающее устройство постоянного тока, которое содержит последовательную цепь из резистора, зарядного ключа и конденсаторной батареи [3, с.163–165.]. Кроме этого в колебательный контур введен накопитель энергии, который имеет магнитную систему и соединен последовательно с соленоидом. Недостатком этого устройства является то, что он не может размагничивать неподвижные рельсовые плети.

Существует также шунт для размагничивания изолирующих стыков, содержащий ферримагнитный сердечник с магнитной системой на мощных постоянных магнитах. Они закреплены к подошве рельсов пружинами, которые позволяют монтировать и демонтировать устройства без разборки стыка.

Размагничивание компенсирующим постоянным магнитом заключается в создании напряженности поля, противоположным остаточному намагничиванию. При этом намагниченность рельсовой цепи уменьшается незначительно и компенсируется в пределах допустимой величины. При этом индукция размагничивания достигается от 30÷40мТл до 10мТл.

Существует также размагничивание рельсовой плети переменным электромагнитным полем. Это устройство имеет недостаток не полного размагничивания стыка, что приводит к повторению цикла. При этом увеличивается расход электроэнергии, продолжительность обработки, что приводит к нагреву соленоида и к сложности настройки электротехнических параметров. Сохранения остаточной намагниченности приводит к замыканию изолированного стыка металлическими частицами, приводящей к нарушению работы (автоматической локомотивной сигнализации) (АЛС) и КЛУБ-У (комплекс локомотивных устройств безопасности унифицированный).

При современном уровне развития науки и техники необходимо создавать такие устройства, которые обеспечивали бы простоту в обслуживании и управлении.

Разработанное устройство позволяет использовать его на подвижных и мобильных механизмах с улучшенными энергетическими параметрами и характеристиками. Оно позволяет размагничивать рельсовую плеть по всему периметру и объему. Созданное импульсное электромагнитное поле позволяет размагничивать рельсовую плеть до размеров напряженности электромагнитного поля Земли. Преобразователь частоты выполнен из диодно-тиристорного модуля от компании «Semikron», работающий на выдачу сигналов частотой в пределах 0,1Гц до 1000кГц в прямоугольном импульсом режиме с противоположными параметрами по обе стороны стыка.

Преобразователь частоты включает в себя регистрирующие приборы: электронный амперметр для переменного напряжения с диапазоном измерения от 0 до 200А при частоте 50Гц и цифровой вольтметр, который показывает входное напряжение 380В, его выходы подключены к блоку преобразования частоты. Система управления позволяет получать прямоугольные импульсные сигналы и обеспечивает защиту преобразователя от влияния обратных токов. Одновременно силовой преобразователь питает систему управления, созданную на базе ATMega8, позволяющий регулировать длительность импульсов от 10 до 30мс, а частоту следования импульсов в пределах 5÷25Гц. Система управления обеспечивает автоматическую подачу управляющего напряжения и тока, автоматически отключает устройство при повышении температуры катушек индуктивности и автоматически управляет системой подачи рельсов при рельсосварочных работах.

Катушки индуктивности представляют собой соленоид со 125 витками медного провода прямоугольного сечения S=56мм². В качестве изоляции витков использовано стекловолокно, обеспечивающее надежную работу при нагревании катушек до 120^оС. Охлаждения катушек осуществляется вентилятором. Катушки соединены с выходными концами блока преобразования частоты по последовательно встречной схеме, что обеспечивает протекание положительного импульса по одной катушке, а по другой – отрицательного. Это обеспечивает уничтожение положительных и отрицательных значений коэрцитивной силы.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства при размагничивании объемно-закаленных рельсов в технологическом потоке рельсосварочного производства. Соединяемые в плети рельсы автоматически подаются протяжным механизмом к месту сборки, где установлено размагничивающее устройство. После подачи электрического питания трансформатор понижает переменное напряжение с 220В до 120В и питает силовой преобразователь, который преобразует переменное напряжение в постоянное. Силовой преобразователь питает блок преобразования частоты и одновременно систему управления, на панели которой установлены ручки настройки частоты F и длительности импульсов Т. Плавно вращая этими ручками, устанавливают частоту от 5Гц до 25Гц и длительность импульсов от 10мс до 30мс. Значения контролируются высвечиванием на дисплее 8Гц и 30мс. При этом необходимо контролировать силу тока по амперметру, которая не должна превышать 30А, в противном случае будут перегреваться катушки индуктивностей.

Электромагнитное поле, создаваемое катушками индуктивности, размагничивают рельсы по всему его поперечному сечению. Предлагаемое устройство импульсного размагничивания позволяет управлять величиной напряженности магнитного поля до нормированного значения размагничивания рельсовых плетей со значением индукции 1,2Тл до 30÷40мкТл [7]. При возникновении магнитного поля обратной полярности, которое уменьшает коэрцитивную силу, обеспечивает полное размагничивание рельсовой плети.

Данное устройство прошло производственные испытания на предприятии УП «РСП-14» АО «Ўзбекистон темир йўллари». Результаты испытаний показали, что по энергетическим и эксплуатационно-техническим характеристикам разработанное устройство для размагничивания рельсов во многом превосходит ныне существующие технические решения и рекомендуется для массового внедрения на рельсосварочных производствах. Устройство размагничивания может быть использовано на мобильных устройствах (тележках), а также в подвижных вагонах-платформах (дрезинах) для размагничивания рельсовых плетей, во избежание сбоев (АЛС) автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия и КЛУБ-У при их эксплуатации.

Список литературы:
1. Ибрагимова О.А. Разработка устройств систем управления единым пространственным электромагнитным полем // Монография. – М.: «Фан» АН Р.Уз. – 2012. – Ташкент. – С.78-79.
2. Колесников И.К., Халиков А.А., Яронова Н.В. Влияния электромаг-нитного поля на свойства жидких и твердых тел // Наука образование техника. –2007. –№4. – Ош, – С.104–106.
3. Колесников И.К., Халиков А.А., Яронова Н.В. О возможности выделения из каолина железа, алюминия и окиси кремния импульсным электромагнитным способом // Проблемы энерго и ресурсосбережения. – 2007. – №3-4. – Ташкент. – С.163–165.