Мониторинг и прогнозирование предотказного состояния бесстыкового пути
Путь и путевое хозяйство. 2025, № 12. С. 4—8.
Railway Track and Facilities. 2025;(12): 4—8.
КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА
Научная статья
УДК 625.14.001.; 625.143.482
мониторинг и прогнозирование предотказного состояния бесстыкового пути
Воронина Светлана Юрьевна1, Еремин Никита Викторович2, Орешенко Татьяна Геннадьевна3, Назаров Илья Владимирович4, Фесик Семен Александрович5, Семенуха Оксана Викторовна6
1канд. хим. наук, старший научный сотрудник научной лаборатории «Высокомолекулярные соединения» Сибирского государственного университета науки и технологий (СибГУ) им. М.Ф. Решетнева. Красноярск, Россия. simkina_svetlana@mail.ru
2канд. техн. наук, заведующий научной лабораторией «Системная инженерия и цифровизация» СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Красноярск, Россия.
3канд. техн. наук, доцент кафедры «Системы автоматического управления», научный сотрудник научной лаборатории «Космическая энергетика и силовая электроника». Красноярск, Россия.
4старший преподаватель кафедры «Системы автоматического управления» СибГУ им. М.Ф. Решетнева, аспирант. Красноярск, Россия.
5инженер научной лаборатории «Системная инженерия и цифровизация» СибГУ им. М.Ф. Решетнева, аспирант Федерального исследовательского центра Красноярского научного центра СО РАН. Красноярск, Россия.
6аспирант СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Красноярск, Россия.
Аннотация. Представлен прототип цифровой системы для мониторинга предотказного состояния рельсовых плетей. На основе термо- и тензометрии он определяет напряженно-деформированное состояния плетей в режиме реального времени. Прототип цифровой системы, включающий в себя датчики на основе нанокомпозитов, эффективно фиксирующих изменение состояния рельсов, испытан на Красноярской железной дороге. Разработанные алгоритмы и математические модели обеспечивают высокую точность мониторинга, а полученные данные соответствуют расчетным значениям. Разработанный прототип цифровой системы повышает безопасность железнодорожного движения за счет раннего выявления потенциальных неисправностей.
Ключевые слова: выброс пути, мониторинг, устройство мониторинга, напряженно-деформированное состояние, нанокомпозит.
CONTROL AND DIAGNOSTICS
Original article
MONITORING AND PREDICTION OF PRE-FAILURE CONDITION OF CONTINUOUS WELDED railway TRACK
Voronina Svetlana1, Eremin Nikita2, Oreshenko Tatiana3, Nazarov Ilya4, Fesik Semyon5, Semenukha Oksana6
1Ph.D. in Chemical sciences, Scientific Laboratory of High Molecular Weight Compounds, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology. Krasnoyarsk, Russia. simkina_svetlana@mail.ru
2Head of the scientific laboratory, Ph.D., Reshetnev Siberian State University of Science and Technology. Krasnoyarsk, Russia.
3Associate Professor, Ph.D., Reshetnev Siberian State University of Science and Technology. Krasnoyarsk, Russia.
4Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, graduate student. Krasnoyarsk, Russia.
5Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, KSC Federal Research Center SB RAS, graduate student. Krasnoyarsk, Russia.
6Reshetnev Siberian State University of Science and Technology. Krasnoyarsk, Russia.
Abstract. A prototype of a digital system for monitoring the pre-failure condition of continuous welded rails is presented. Based on thermo- and strain measurements, it determines the stress-strain state of rail strings in real time. The prototype of the digital system, which includes sensors based on nanocomposites, effectively records changes in the condition of the rails, was tested on the Krasnoyarsk Railway. The developed algorithms and mathematical models ensure high accuracy of monitoring, and the data obtained correspond to the calculated values. The developed prototype of the digital system increases the safety of railway traffic by early detection of potential faults.
Keywords: railway track ejection, monitoring, monitoring device, stress-strain state, nanocomposite.
Список источников
1. Патент на полезную модель № 94936 РФ, МПК B61K 9/00. Система контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути: № 2010103725/22: заявл. 04.02.2010: опубл. 10.06.2010 / Н. П. Виногоров; патентообладатель ОАО «Российские железные дороги».
2. Патент на полезную модель № 150721 РФ, МПК B61K 9/08. Система контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути: № 2014136829/11: заявл. 10.09.2014: / А.А. Марков, С.П. Маховиков, Д.В. Алексеев, А.Ю. Веревкин; патентообладатель ОАО «РАДИОАВИОНИКА».
3. Патент № 2454344 РФ, МПК B61K 9/08. Способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути: № 2011116951/11: заявл. 28.04.2011: опубл. 27.06.2012 / В.С. Фадеев, Н.А. Семашко, Е.Н. Емельянов [и др.]; патентообладатель ООО «Научно-Технический Центр Информационные Технологии». EDN: ZGJXML.
4. Патент № 2521114 РФ. Способ контроля рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути: № 2012157562/11: заявл. 27.12.2012: опубл. 27.06.2014 / В.А. Клюзко, В.С. Фадеев, О.В. Штанов [и др.]; патентообладатель ОАО «Объединенные электротехнические заводы».
5. Патент № 2617319 РФ. Способ контроля температурного режима работы бесстыкового железнодорожного пути: № 2016104116: заявл. 09.02.2016: опубл. 24.04.2017 / В.С. Фадеев, Ю.В. Ободовский, Ю.С. Данилов [и др.]; патентообладатель ООО «Патентное бюро».
6. Першин С.П. Методы расчета устойчивости бесстыкового пути // Путь и путевое хозяйство: сборник статей. М., 1962. С. 28–97. (Труды МИИТа; вып. 147).
7. Новакович В.И., Карпачевский Г.В., Залавский Н.И. Короткие неровности в плане — фетиш // Путь и путевое хозяйство. 2010. № 9. С. 19.
8. Ataei S., Miri A., Jahangiri M. Assessing safety of a railway stone arch bridge by experimental and numerical analyses // Gradevinar. 2017. Vol. 69, № 2. P. 1017–1029. DOI: https://doi.org/10.14256/JCE.1612.2016
9. Инструкция по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути: утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 29.12.2012 № 2788р.
10. Khalid M.A.U., Chang S.H. Flexible strain sensors for wearable applications fabricated using novel functional nanocomposites: a review // Composite Structures. 2022. Vol. 284, March. Art. № 115214. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct. 2022.115214.
11. Structural condition assessment based strain-stress behaviour for railway welded rail joint using rosette fibre Bragg grating optical sensor / N.S. Suhaimi, M.I.M. Ahmad, M.Z. Nuawi, A.K. Ariffin, A.Z.M. Abdullah // Results in Engineering. 2023. Vol. 19, Sept. Art. № 101300. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rineng. 2023.101300.
12. Овчинников Д. Новые подходы к моделированию устойчивости бесстыкового пути в среде конечно-элементного анализа // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2023. № 4 (80). 112–122. EDN: ZRQOKG.
13. Methodology for evaluating thermal track buckling in dual gauge tracks with continuous welded rail / I. Villalba, R. Insa, P. Salvador, P. Martinez // Journal of Rail and Rapid Transit. 2016/ Vol. 231. № 3. P. 269–279. DOI: https://doi.org/10.1177/ 0954409715626.
14. Ridho M.A.B.K.A., Kaewunruen S. Failure investigations into interspersed railway tracks exposed to flood and washaway conditions under moving train loads // Engineering Failure Analysis. 2021. Vol. 129. Art. № 105726. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal. 2021.105726.
15. Dynamic train-track interactions over railway track stiffness transition zones using baseplate fastening systems / C. Ngamkhanong; Q.Y. Ming; T. Li; S. Kaewunruen // Engineering Failure Analyses. 2020. Vol. 118. Art. № 104866. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j.engfailanal.2020.104866.