ДЕФЕКТОСКОП СОВМЕЩЕННОГО БЕСКОНТАКТНОГО МАГНИТНОГО И УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ
FLAW DETECTOR OF COMBINED NONCONTACT MAGNETIC AND ULTRASONIC TESTING OF RAIL TRACK

Заявляемое изобретение относится к области неразрушающего контроля рельсового пути, а именно к контрольно-измерительным устройствам бесконтактного контроля рельсов. Устройство относится к дефектоскопам, осуществляющим совмещенную магнитную и ультразвуковую диагностику, и размещено на мобильных средствах диагностики, таких как вагон-дефектоскоп или автомотриса.
Известно устройство центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа относительно продольной оси рельса, в котором искатели снабжены устройством самоцентрирования, выполненным в виде постоянных магнитов, размещенных с торцевых сторон каждого искателя на каретках поперечного перемещения, кинематически связанных с искателями и установленных на направляющих штангах, жестко связанных с несущей балкой подвески следящей системы (патент на изобретение РФ №2438901, дата публикации 10.01.2012, МПК В61K 9/08, «Устройство центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа»).
Недостаток известного устройства заключается в том, что применяемая конструкция протяженной искательной балки, по всей длине которой размещены ультразвуковые преобразователи и снабженной постоянными магнитами, размещенными с ее торцевых сторон, при перемещении над криволинейным участком рельса приводит к отклонениям ультразвуковых преобразователей от продольной оси рельса, что уменьшает точность контроля рельсового пути.
Прототипом заявляемого устройства является следяще-стабилизирующее устройство скоростного вагона-дефектоскопа, содержащее два параллелограммных маятниковых подвеса, подвесную центрирующую балку, на концах которой размещены магниты, и искательную балку с размещенными на ней измерителями, характеризующееся тем, что оно выполнено в виде сборной пространственной рамы, состоящей из левой и правой независимых частей, закрепленных на буксах ходовой тележки вагона-дефектоскопа; каждая из частей рамы состоит из упора, а также продольного и поперечного рычагов относительно продольной оси рельса, которые связаны между собой регулировочным винтом с возможностью их взаимного вертикального перемещения; на поперечных рычагах с помощью регулировочных винтов закреплены каретки поперечного перемещения, связанные с параллелограммными маятниковыми подвесами поперечного качания, на которых размещена подвесная центрирующая балка, при этом каждый параллелограммный маятниковый подвес поперечного качания снабжен шарнирным узлом с поперечной осью, корпус которого связан с концом подвесной центрирующей балки, кроме того, корпус одного из шарнирных узлов связан с антифрикционной направляющей, с возможностью свободного продольного перемещения по ней одного из концов подвесной центрирующей балки (патент на полезную модель №141666, опубликовано 10.06.2014, МПК B61K 9/08, «Следяще-стабилизирующее устройство скоростного вагона-дефектоскопа»).
Недостаток прототипа состоит в том, что применяемая цельная длинная искательная балка, по всей длине которой закреплены измерители, с центрирующими постоянными магнитами, размещенными за концами искательной балки, не всегда обеспечивает одинаковую высоту расположения измерителей над плоскостью катания рельса в переменных дорожных условиях и, следовательно, не обеспечивает равномерный износ защитных протекторов измерителей, что негативно отражается на качестве и точности работы измерителей.
Размещение постоянных магнитов за пределами искательной балки не обеспечивает точное центрирование всех измерителей относительно продольной оси рельса, в частности центрирование ультразвуковых преобразователей, размещенных на единой протяженной искательной балке.
Задача заявляемого устройства заключается в повышении точности контроля рельсового пути и повышения надежности работы следящей и искательной систем дефектоскопа.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в дефектоскопе совмещенного бесконтактного магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути, содержащем следящую систему, искательную систему с механизмом ее фиксации в поднятом положении и устройство намагничивания, следящая и искательная системы размещены внутри электромагнитного контура, магнитное поле которого направлено вдоль оси рельса, при этом следящая система выполнена в виде подвесной центрирующей балки, закрепленной на двух параллелограммных механизмах, на концах которой размещены два силовых цилиндра подъема-опускания искательной системы, которая содержит искательную балку, соединенную с помощью двух вилок с силовыми цилиндрами, и на искательной балке закреплены три рамки ультразвуковых искателей и два постоянных магнита следящей системы, при этом постоянные магниты размещены между первой и второй, а также между второй и третьей рамками ультразвуковых искателей, и каждая рамка ультразвукового искателя состоит из основания, закрепленного на искательной балке с помощью двух пар шарнирных рычагов, упирающихся сверху, при максимальном опускании основания в регулировочные болты, закрепленные на искательной балке, причем каждое основание связано с двумя вертикальными стержнями, верхний конец которых связан с верхним концом пружины растяжения, и нижний конец пружины растяжения закреплен на искательной балке, а на концах крайних рамок ультразвуковых искателей закреплены магнитные искатели, кроме того, механизм фиксации искательной системы содержит два пневмоцилиндра, связанных с зацепами, входящими в зацепление с искательной балкой, находящейся в поднятом положении.
Компактное размещение следящей и искательной систем внутри электромагнитного контура, образованного вертикальными электромагнитными катушками устройства намагничивания, обеспечивает совмещенный магнитный и ультразвуковой контроль с повышением точности диагностики.
Выполнение на искательной балке трех независимых рамок ультразвуковых искателей и интегрирование постоянных магнитов в следящую систему путем размещения их между первой и второй, а также между второй и третьей рамками ультразвуковых искателей обеспечивает более точное центрирование ультразвуковых и магнитных искателей, повышая точность работы ультразвуковых и магнитных датчиков.
Чередующееся расположение постоянных магнитов между рамками ультразвуковых искателей позволяет исключить влияние продольного электромагнитного поля, создаваемого электромагнитами устройства намагничивания, на поперечные замкнутые магнитные контуры магнитных полей, создаваемых постоянными магнитами, что повышает точность контроля рельсового пути.
Возможность оперативного подъема искательной системы одним нажатием на кнопку управления силовыми цилиндрами для подъема всех элементов искательной системы, размещенных над рельсом, позволяет осуществлять безостановочное приведение искательной системы в транспортное положение, повышая надежность ее работы.
Конструкция механизма фиксации искательной системы позволяет удерживать искательную систему независимо от наличия давления в пневмосистеме, что обеспечивает удержание искательной балки в транспортном положении при аварийном сбросе давления в пневмосистеме, тем самым повышая надежность устройства при движении к участкам замеров дефектоскопа.
Независимый подвес рамок ультразвуковых искателей на искательной балке с помощью двух пар шарнирных рычагов позволяет настраивать каждый ультразвуковой искатель отдельно в зависимости от износа протектора искателей, что обеспечивает повышение точности замеров, а также повышение долговечности искателей.
Регулировочные болты обеспечивают возможность путем регулировки высоты рамки ультразвуковых искателей устанавливать положительный угол наклона к горизонту рамки искателя, что, в свою очередь, позволяет проезжать элементы строения железнодорожного пути без повреждения рамок ультразвуковых искателей и без снижения скорости контроля, тем самым повышая надежность работы искательной системы.
Размещение двух магнитных искателей на концах крайних рамок ультразвуковых искателей позволяет существенно сократить время перенастройки включения магнитного искателя при необходимости смены направления контроля, то есть обеспечивает работу одного из магнитных искателей в зависимости от направления движения дефектоскопа, и соответственно повышая надежность работы искательной системы.
Совмещенное использование систем магнитного и ультразвукового контроля обеспечивает совмещение дефектограмм магнитного и ультразвукового контроля для визуализации в одном окне одного монитора, что повышает надежность обнаружения дефектов в рельсах.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Существенные признаки заявляемого изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждена на примере конкретного осуществления.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены
на фиг. 1 - общий вид устройства в аксонометрии;
на фиг. 2 - общий вид устройства;
на фиг. 3 - вид устройства сбоку;
на фиг. 4 - вид дефектоскопной тележки с устройством намагничивания, со следящей и искательной системами.
Дефектоскоп совмещенного бесконтактного магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути размещают на совмещенных вагонах-дефектоскопах, использующих ультразвуковой и магнитный методы дефектоскопии рельсов. На подвесной дефектоскопной тележке установлено устройство намагничивания, между электромагнитными катушками которого закрепляют следящую и искательную системы дефектоскопа. Внутри кузова вагона-дефектоскопа размещена аппаратно-программная часть дефектоскопа.
Дефектоскоп совмещенного бесконтактного магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути содержит следящую систему, искательную систему с механизмом фиксации искательной системы и устройство намагничивания.
Следящая система выполнена в виде подвесной центрирующей балки 1 (фиг. 1), закрепленной на двух вертикальных параллелограммных механизмах 2 с возможностью их перемещения в плоскости, перпендикулярной продольной оси рельса 3 (фиг. 4). Подвесная центрирующая балка 1 расположена вдоль оси рельса 3, внутри электромагнитного контура, образованного двумя вертикальными электромагнитными катушками 4 и Π-образным сердечником 5.
На концах подвесной центрирующей балки 1 размещены два силовых цилиндра 6 подъема-опускания искательной системы, которые позволяют опускать искательную систему в рабочее положение и поднимать ее в транспортное положение.
Искательная система содержит искательную балку 7, связанную с помощью двух вилок 8 с силовыми цилиндрами 6. На искательной балке 7 закреплены три рамки 9 ультразвуковых искателей 10 и два постоянных магнита 11 следящей системы.
При этом постоянные магниты 11 размещены между первой и второй, а также между второй и третьей рамками 9 ультразвуковых искателей 10.
Каждая рамка 9 ультразвуковых искателей 10 состоит из основания 12 с протектором (не показан), закрепленного на искательной балке 7 с помощью четырех шарнирных рычагов 13, из которых два верхних шарнирных рычага при максимальном опускании основания 12 упираются в регулировочные болты 14, закрепленные на искательной балке 7. При этом регулировочные болты 14 позволяют ограничивать высоту подвеса рамки 9 ультразвукового искателя 10 относительно поверхности катания рельса 3 и являются ограничителями вертикального хода рамки 9 ультразвукового искателя 10 в вертикальной плоскости при резком максимальном опускании ультразвукового искателя 10 при прохождении зоны крестовины пересечения железнодорожных путей. Также регулировочные болты 14 позволяют путем регулировки их высоты над искательной балкой 7 устанавливать положительный угол наклона рамки 9 ультразвукового искателя 10 к плоскости катания рельса 3, что позволяет проезжать элементы строения железнодорожного пути без повреждения рамок 9 ультразвукового искателя 10 и без снижения скорости контроля.
Каждое основание 12 рамки 9 связано с двумя вертикальными стержнями 15, верхний конец которых связан с верхним концом пружины растяжения 16, а нижний конец пружины растяжения 16 закреплен на искательной балке 7.
На концах крайних рамок 9 ультразвуковых искателей 10 закреплены магнитные искатели 17.
Также на подвесной центрирующей балке 1 установлен механизм фиксации искательной системы в транспортном положении, который содержит два пневмоцилиндра 18, связанных с зацепами 19, входящими в зацепление с искательной балкой 7 искательной системы, находящейся в поднятом положении.
Работа устройства заключается в следующем.
Следящую и искательную системы дефектоскопа, смонтированные в пространстве электромагнитного контура между вертикальными электромагнитными катушками 4 и П-образным сердечником 5, регулируют перед началом работы с целью обеспечения совмещения в одной вертикальной плоскости оси искательной балки 7 с продольной осью рельса 3 и обеспечения необходимой высоты расположения рамок 9 ультразвуковых искателей 10.
Высота размещения подвесной центрирующей балки 1, подвешенной на двух параллелограммных механизмах 2, обеспечивается регулированием высоты размещения неподвижных осей шарниров параллелограммных механизмов 2, при этом параллелограммные механизмы 2 обеспечивают также их поперечное качание в плоскости, перпендикулярной продольной оси рельса 3, что сопровождается соответствующим качанием центрирующей балки 1 относительно продольной оси рельса 3.
Для начала движения дефектоскопа к месту проведения замеров требуется поднять искательную балку 7 в верхнее транспортное положение.
Для этого нажимают на кнопку управления силовыми цилиндрами 6, которые размещены на подвесной центрирующей балке 1, и поднимают штоки силовых цилиндров 6 в верхнее положение.
Вместе со штоками поднимаются две вилки 8, которые перемещают вверх искательную балку 7, с закрепленными на ней тремя рамками 9 ультразвуковых искателей 10, с закрепленными на торцах крайних рамок 9 двух магнитных искателей 17. Вместе с тем поднимаются два постоянных магнита 11, прикрепленные к искательной балке 7.
После этого, воздействуя на кнопку управления пневмоцилиндрами 18, выдвигают штоки пневмоцилиндров 18, фиксируя зацепы 19 в закрытом положении, что обеспечивает гарантию закрепления и повышение надежности фиксации искательной балки 7 в поднятом транспортном положении в процессе доставки дефектоскопа на рабочий участок замеров.
До начала движения дефектоскопа в режиме замеров требуется перевести искательную балку 7 в нижнее опущенное положение.
Для этого нажимают на кнопку управления пневмоцилиндрами 18, штоки которых открывают зацепы 19, освобождая вилки 8, тем самым обеспечивая возможность опускания искательной балки 7.
Затем, нажимая на кнопку управления силовыми цилиндрами 6, приводят в движение штоки силовых цилиндров 6, которые опускают вилки 8, а следовательно, и искательную балку 7 на необходимую рабочую высоту над рельсом 3.
С помощью постоянных магнитов 11 искательная балка 7 самоцентрируется над продольной осью рельса 3. При движении дефектоскопа в штатном рабочем режиме осевое смещение искательной балки 7 постоянно центрируется над продольной осью рельса 3 постоянными магнитами 11.
При движении дефектоскопа в одном направлении передний магнитный искатель 17, расположенный впереди по ходу движения дефектоскопа, поднимают в верхнее транспортное положение и фиксируют его в поднятом положении, а при движении дефектоскопа в обратном направлении поднимают задний магнитный искатель 17 и фиксируют его в поднятом положении, т.е. магнитные искатели 17 работают поочередно в зависимости от направления движения дефектоскопа.
С помощью регулировочных болтов 14 выставляют угол наклона к горизонту рамки 9 ультразвукового искателя 10 над плоскостью катания рельса 3, то есть при подъеме переднего края рамки 9 по ходу движения дефектоскопа износ защитного кожуха основания 12 рамки 9 будет минимальным, что увеличивает надежность работы дефектоскопа.
Постоянные магниты 11 совместно работают на центрирование одной искательной балки 7, а рамки 9 ультразвуковых искателей 10 работают одновременно независимо друг от друга.
Для изменения положения рамок 9 ультразвуковых искателей 10 в вертикальной плоскости шарнирные рычаги 13 поворачиваются относительно друг друга в сочленениях, и при максимальном опускании рамок 9 ниже штатного уровня верхние шарнирные рычаги 13 упираются в регулировочные болты 14.
В случае попадания посторонних предметов во время движения дефектоскопа на плоскость катания рельса 3, при наезде рамки 9 ультразвукового искателя 10 на предмет, происходит ее поднятие вверх.
При этом основание 12 рамки 9 вместе с вертикальными стержнями 15 начинает перемещаться вверх, воздействуя на пружины растяжения 16 в соответствии с размерами постороннего предмета.
После переезда через препятствие под действием пружины растяжения 16 основание 12 перемещается вниз на вертикальных стержнях 15 в направляющих отверстиях искательной балки 7 до возвращения ее в исходное положение.
Аналогично работают пружины растяжения 16 при наезде рамок 9 ультразвуковых искателей 10 на разновысотный стык рельсов 3.
Если первая по ходу движения рамка 9 ультразвукового искателя 10 прошла над посторонним предметом, то при дальнейшем движении дефектоскопа при наезде на этот предмет поднимается вторая рамка 9, а затем третья рамка 9 ультразвукового искателя 10.
В тех случаях, когда в процессе движения рамка 9 может коснуться плоскости катания рельса 3, тогда срабатывают соответствующие пружины растяжения 16, тем самым защищая от удара протектор основания 12 рамки 9.
После завершения замеров и прекращения работы дефектоскопа поднимают и фиксируют искательную балку 7 в верхнее транспортное положение, устройство готово к транспортировке.
Таким образом, размещение следящей и искательной систем дефектоскопа внутри электромагнитного контура устройства намагничивания, при котором на искательной балке выполнены три независимые рамки ультразвуковых искателей и постоянные магниты интегрированы в следящую систему путем размещения их между рамками ультразвуковых искателей, а магнитные искатели закреплены на концах крайних рамок ультразвуковых искателей, обеспечивает повышение надежности и точности контроля рельсового пути.