Блог

Dec 16, 2023

Чувствуя жару: обнаружение дефектов железной дороги

В технологическом спектре железные дороги, безусловно, кажутся сдвинутыми в сторону

В технологическом спектре железные дороги, безусловно, склоняются к крайне упрощенной стороне вещей. Пара стальных полос, несколько деревянных шпал и гравийный балласт, чтобы все было на месте, немного подвижного состава с колесами с ребордами на фиксированных осях, и у вас есть основы, которые позволяют перевозить грузы и пассажиров, по крайней мере, с 18 века.

Но эта базовая простота противоречит истинной сложности железной дороги, где даже просто удержать поезда на рельсах может оказаться непростой задачей. Силы, которые полностью загруженный поезд может оказывать не только на пути, но и на самого себя, трудно себе представить, а потенциальная катастрофа зачастую связана только с вышедшим из строя компонентом. Это стало болезненно очевидным после недавнего крушения поезда Norfolk Southern в Восточной Палестине, штат Огайо, который привел к инциденту с опасными материалами, подобный которому ни одно сообщество не готово иметь дело.

Учитывая задействованные силы, удержать поезда на прямом и узком пути — непростая задача, и проектировщики железных дорог придумали сеть датчиков и систем, помогающих им следить за тем, что происходит с подвижным составом на железнодорожном транспорте. тренироваться. Давайте взглянем на некоторые интересные инженерные решения, стоящие за этими детекторами дефектов.

Рискуя констатировать очевидное, поезда обладают двумя важными характеристиками, которые делают необходимыми системы мониторинга: они тяжелые и длинные. Вес поезда является проблемой, потому что, хотя базовая архитектура железной дороги уменьшает трение качения между колесом и землей, она никак не снижает трение между осями железнодорожного вагона и грузовиками, которые его перевозят. Это работа ступичных подшипников, которые, как и любой другой механический компонент, подвержены износу, повреждению и возможному выходу из строя, что может привести к катастрофическим последствиям.

Что касается длины поезда, то она становится проблемой, когда большая часть подвижного состава оказывается за пределами прямой видимости людей, управляющих поездом. Раньше из-за ограничений мощности локомотивов поезда были относительно короткими, что позволяло кондукторам и инженерам следить за каждым вагоном. Это облегчилось благодаря изобретению камбуза; в классической конфигурации с куполом с окнами, выступающим над крышей вагона, и с места в самом конце поезда кондукторы могли наблюдать за поездом по всей его длине, особенно на поворотах. Учитывая, что в то время ступичные подшипники часто представляли собой простые втулки в буксах, набитые пропитанными маслом волокнами, обычно было легко обнаружить выход из строя подшипника «горячей коробки» по дыму и пламени, которые они выделяли, что было столь же неуловимым индикатором неисправности, как и когда-либо было.

Технические достижения, такие как замена подшипников скольжения роликовыми подшипниками, позволили строить железнодорожные вагоны все большего размера. Грузовые вагоны, курсирующие в наши дни по железным дорогам Северной Америки, могут иметь полную массу 315 000 фунтов (143 тонны) — ошеломляющую массу, которую выдерживают всего восемь роликовых подшипников. Улучшения в конструкции локомотивов также позволили поездам, построенным из этих большегрузных вагонов, стать еще длиннее; Средняя длина грузового поезда в 2017 году составляла от 1,2 до 1,7 мили (от 1,9 до 2,7 км), при этом на некоторых железных дорогах регулярно курсировали поезда длиной 3 мили (4,8 км). В таком поезде все, что превышает дюжину или около того вагонов, отходящих от головных локомотивов, находится вне зоны прямой видимости машиниста и кондуктора и фактически работает совершенно незаметно.

Мониторинг на обочине — это ответ на проблемы, возникающие при увеличении поездов до таких огромных размеров. Датчики и системы, периодически устанавливаемые вдоль железнодорожных путей, известные в железнодорожном бизнесе как «обнаружение дефектов», автоматически сканируют все проблемы с подвижным составом поезда, которые могут привести к аварии.

Не зря основная часть дефектоскопии сосредоточена на состоянии колес и подшипников каждого вагона поезда. А поскольку трение является врагом, большинство детекторов учитывают температуру этих критически важных компонентов, чтобы оценить их состояние. Типичная установка придорожных датчиков включает в себя как детекторы горячего бокса (HBD), так и детекторы горячего колеса (HWD) на обоих рельсах. Оба датчика обычно основаны на матрицах микроболометров, подобных тем, которые используются в тепловизионных камерах. В HBD датчики обычно устанавливаются снаружи рельса и направлены вверх, чтобы лучше видеть коробки подшипников на конце каждой оси. HWD также обычно устанавливаются снаружи каждой направляющей, но они направлены так, чтобы смотреть прямо на сторону колеса, когда оно проезжает мимо. Тепловые характеристики колес и подшипников совершенно разные — колеса могут нагреваться намного сильнее, чем подшипники, прежде чем это будет считаться дефектом, поэтому HBD и HWD калибруются по-разному.