ИНДУКТОР ДЛЯ НАГРЕВА ОБОДЬЕВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС (ВАРИАНТЫ)

Варианты полезной модели относятся к устройствам индукционного нагрева для получения заданного распределения тепла, а точнее, для нагрева ободьев железнодорожных колес перед восстановительной наплавкой гребня.
После того, как износ гребня в процессе эксплуатации колеса превзойдет установленную норму, его необходимо восстановить. Перед восстановительной наплавкой гребня необходимо нагреть колесо до температуры примерно 200°С, с обеспечением равномерного нагрева обода колеса.
Основной проблемой при индукционном нагреве изделий данного вида является минимизация зазора между индуктором и поверхностью нагреваемой детали при изменении ее внешних размеров в результате износа. Увеличение зазора между индуктором и нагреваемой поверхностью приводит к завышению потребляемой мощности электрооборудования за счет увеличения потерь в индукторе, что снижает КПД нагревательного устройства, а также к изменению равномерности нагрева и необходимой глубины нагрева поверхности.
В известных заявителю устройствах индукционного нагрева деталей такого типа, с изменяющимися в процессе износа размерами, указанная проблема решается двумя путями: либо использованием сменных индукторов, либо с помощью механических приспособлений для изменения геометрических размеров области, охватываемой индуктором.
К устройствам первого типа относится, например, устройство для нагрева деталей, представленное в описании к патенту РФ № 2069511, б.№ 32, от 20.11.96г., МПКН05В6/06, снабженное набором сменных индукторов с различными диаметрами цилиндров и различным числом витков. Недостатком данного устройства является необходимость в дополнительных
затратах времени на пдбор и смену индуктора при изменении размеров детали. Для описываемого применения указанное устройство, тем не менее, может решить проблему, но при наличии достаточно большого ряда типоразмеров индукторов, что приводит к значительному удорожанию устройства.
В устройстве для индукционного нагрева детали, преимущественно обода железнодорожного колеса, (см. описание к полезной модели РФ № 6658, б.№5,98г.) индукционный нагреватель выполнен в виде П-образных магнитопроводов с двумя катушками, установленными на плите с возможностью возвратно-поступательного перемещения от привода. Сложная механическая конструкция данного устройства, делая его достаточно сложным в изготовлении и эксплуатации, и дорогим, не обеспечивает при этом сокращения времени затрачиваемого при смене обрабатываемой детали, а кроме того, снижает надежность его работы за счет большого количества механических узлов.
Наиболее близким к вариантам предлагаемой полезной модели по конструкции и выполнению является индуктор для нагрева ободьев железнодорожных колес, описанный в книге Г.И.Бабат Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение, М, Энергия, 1965г., стр.518. Указанный индуктор содержит многовитковую спираль, размещенную в изолирующей рубашке. Индуктор размещается на внешней окружности обода колеса и имеет уже перечисленные недостатки, связанные с изменением внешнего размера колеса в процессе износа, в результате чего увеличивается зазор между индуктором и нагреваемой поверхностью, приводя к потерям полезной мощности и снижению эффективности нагрева.
Задача решаемая предлагаемой полезной моделью заключается в создании простого, недорогого и удобного в использовании индуктора, который бы сохранял эффективный зазор с поверхностью нагреваемой детали при смене ее внешнего размера, а кроме того,
2
99/2ШЗ
обеспечивал бы необходимое для проведения восстановительных работ распределение тепла
в нагреваемой детали.
Поставленная задача в первом варианте полезной модели решается тем, что индуктор, содержащий многовитковую спираль, размещенную на изолирующем каркасе, выполнен в форме усеченного конуса, охватывающего внешнюю окружность железнодорожного колеса. При изменении внешнего размера колеса, простым перемещением конуса до контакта с поверхностью данного диаметра, обеспечивается сохранение необходимой геометрии нагрева, без дополнительных затрат материалов и времени.
Во втором варианте полезной модели поставленная задача решается размещением индуктора в области колеса не подвергающейся износу и, вследствие этого, имеющей постоянный размер. При этом индуктор выполнен в виде комбинации усеченного конуса, охватываемого окружностью диска колеса, и выполненной за одно целое с конусом в его основании, плоской кольцевой части, длина образующей которой, перекрывает толщину обода колеса.
На фиг. 1 представлен схематически первый вариант предлагаемого индуктора.
На фиг.2 представлен индуктор по второму варианту полезной модели.
Индуктор на фиг.1 содержит изолирующий каркас 1в форме усеченного конуса, охватывающего внешнюю окружность гребня 2 колеса. В прорезях (пазах) изолирующего каркаса уложены витки 3 токопроводящей спирали, 4 - поверхность диска колеса, 5 поверхность катания, 6 - толщина обода колеса.
При работе индуктор устанавливается на внешнюю часть колеса (фиксируется на гребне), на токопроводящую спираль подается переменное напряжение с частотой 2,5 - 10 кГц. При такой фформе индуктора напряженность магнитного поля имеет максимальную величину внутри тонкого слоя внутреннего объема конуса. При размещении нагреваемой детали внутри такого индуктора кольцевой эффект в сочетании со скин-эффектом и
3 эффектом близости обеспечивают наведение вихревых токов с плотностью достаточной для
эффективного прогрева областей 2, 5, 6 колеса, необходимого для проведения восстановительных работ. Расчетным путем определяется частота и закон распределения витков индуктора для достижения равномерного нагрева перечисленных областей колеса на необходимую глубину.
Индуктор по второму варианту, представленный на фиг.2, состоит из изолирующего каркаса, часть Г которого выполнена в виде усеченного конуса, охватываемого диском 4 колеса. Часть Га каркаса представляет собой плоское кольцо, выполненное за одно целое с конусной частью, и имеет длину образующей L, перекрывающую толщину обода колеса 6. В изолирующем каркасе в прорезях (пазах) уложены витки 3 токопроводящей спирали.
При работе индуктор устанавливается на колесо при горизонтально расположенной оси в соответствии с фиг.2. Индуктор фиксируется на внутренней поверхности обода (диске 4), имеющей стандартные неизменяемые в процессе износа размеры. Точность установки при этом не регламентируется. На токопроводящую спираль подается переменное напряжение с частотой 2,5 - 10 кГц. Частота и закон распределения витков определяются расчетным путем из условия необходимой глубины равномерного нагрева. В данном варианте концентрация индуктируемых вихревых токов в области перехода от конусной части к плоской кольцевой части (область перегиба) обеспечивает необходимый для проведения восстановительных работ нагрев областей 2, 5,6 колеса.
Оба варианта устройства удобны в эксплуатации, просты в изготовлении ине требуют больших затрат времени для установки при смене обрабатываемой детали.
4