ИНДУКТОР ДЛЯ НАГРЕВА УГЛУБЛЕНИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЯХ, НАПРИМЕР ПОДПЯТНИКОВЫХ МЕСТ НАДРЕССОРНЫХ БАЛОК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ

Полезная модель относится к индукторам для нагревательных устройств, работающих на токах высокой частоты, а именно, устройств для нагрева углублений в металлических деталях, когда нагрев необходимо производить равномерно и одновременно с нагревом бортов.
Полезная модель предназначена для технологического оборудования вагоноремонтных предприятий железнодорожного транспорта и предназначена для предварительного нагрева до температуры 250 -  перед восстановлением путем наплавкой плоских поверхностей, в частности, подпятникового места надрессорной балки железнодорожного вагона, которое представляет из себя цилиндрическое углубление в металлической балке (основание) с периферийным бортом, две противоположные области которого примыкают к местам технологических приливов, и цилиндрическим выступом в центре. Трудность при нагреве такой детали заключается в равномерном прогреве всего посадочного места вместе с бортом. Равномерный нагрев борта в свою очередь затруднен неравномерным распределением массы металла вокруг борта, вызванное наличием технологических приливов.
Известны устройства для индукционного нагрева плоских поверхностей, например, низкочастотный индукционный нагреватель для прогрева стенок стальных изделий, включающий катушку и электроизоляционное основание, причем катушка выполнена в виде однослойной архимедовой спирали (см. описание к патенту РФ №2098928, Б№34, 97). Недостатком устройства является большая рассеиваемая мощность. Кроме того, недостатком з азанного устройства является невозможность
прогрева бортов, и недостаточный нагрев областей, примыкающих к технологическим приливам детали.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является индукционный нагреватель плоских вытянутых поверхностей ( полезная модель РФ № 15828. Индукционный нагреватель состоит из катушки в виде однослойной архимедовой спирали из электропроводного материала, размещенной на электро- и теплоизоляционном основании, подключенной к источнику переменного тока высокой частоты, и концентратора магнитного потока, расположенного вдоль большой оси вытянутой детали со стороны катушки, не обращенной к нагреваемой поверхности. Недостатком указанного нагревателя является неравномерный нагрев симметричной плоской поверхности, вызванный определенным расположением концентратора магнитного потока, а также невозможность одновременного нагрева борта, который при таком исполнении индуктора может нагреться посредством теплопередачи за длительное время при стабилизахщи температуры на поверхности детали, охваченной индуктором.
Задача полезной модели - создание устройства, с помощью которого можно равномерно нагревать поверхность подпятникового места до требуемой температуры, вместе с бортом различной высоты и областей борта, прилегающих к технологическим приливам детали, в одной операции за оптимально короткое время нагрева.
Поставлеьшая задача решается тем, что в указанном индукторе для нагрева плоских поверхностей, содержащем обмотку в виде однослойной архимедовой спирали, выполненной из электропроводного материала в электроизоляции, размещенной на электро- и теш1оизо.г1яционном основании, подключенной к источнику переменного тока высокой частоты, и концентратора магнитного потока, дополнительно введена вторая секция обмотки для непосредственного нагрева борта. Дополнительная обмотка
расположена параллельно первой, на расстоянии по крайней мере не меньшем высоты борта и подсоединена последовательно с первой к тому же источнику питания, а
концентратор магнитного потока первой спиральной обмотки выполнен в виде радиальных прямоугольных пластин, расположенных перпендикулярно друг другу для уменьшения потока рассеяния и его равномерного распределения по поверхности нагреваемого основания с возможностью замыкания магнитного потока через поверхность стенок борта и центрального выступа.
Неэффективность нагрева борта может бьггь вызвана его различной высотой вследствие разного износа детали, так как при этом будет изменяться воздушный зазор между верхней поверхностью борта и дополнительной обмоткой. Для исключения данного негативного фактора дополнительная обмотка укреплена с возможностью изменения расстояния относительно основной, в направлении перпендикулярном их основаниям.
Поскольку надрессорная балка, в которой выполнено углубление подпятника, имеет технологические приливы (утолщения), примыкающие к нагреваемому борту подпятника, где масса металла существенно увеличена, то для равномерности нагрева борта, с двух противоположных сторон дополнительной обмотки расположены Побразные концентраторы магнитного потока над областями борта, примыкающими к технологическим приливам.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является равномерный нагрев от одного источника питания подпятникового места до требуемой температуры, в одной операции за оптимально короткое время нагрева, перед его восстановлением наплавкой.
Далее сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором схематически представлен общий вид индуктора для нагрева подпятникового места в двух проекциях.
,УА
м п Подпятниковое место надрессорной балки 1 состоит из основания круглого сечения 2, с бортом 3, центральным выстзшом 4 и двух симметричных областей 5, примыкающих к технологическим приливам в надрессорной балке. Индуктор содержит основную секцию обмотки для нагрева плоского основания 2, выполнеинз о в виде витков проводника 6, соединенного с источником питания высокой частоты, и концентратора магнитного потока, состоящего из прямоугольных радиальных пластин 7, перпендикулярных друг другу, обеспечивающих замыкание магнитного потока через поверхность стенок бортов 3 и центрального выступа 4. Дополнительная секция обмотки 8 большего диаметра расположена параллельно основной обмотке на высоте, определяемой высотой борта 3. Дополнительная обмотка вьтолнена аналогично основной обмотке, в виде спирали из витков проводника, и последовательно с первой обмоткой присоединена к источнику питания высокой частоты. Число витков дополнительной секции относительно основной катушки определяется из соотношения требуемых выделяемых мощностей на основании и на борте подпятникового места для достижения равномерного нагрева. Цифрой 9, обозначены пластины концентратора магнитного потока дополнительной обмотки, введенные с целью концентрации магнитного потока для более эффективного нагрева областей 5, примыкающих к технологическим приливам надрессорной балки. Дополнительная обмотка 8 установлена относительно основной обмотки 6 посредством механизма 10, способного изменять расстояние между обмотками в направлении перпендику.пярном их основаниям. Механизм 10 может быть выполнен пружинновтулочного типа, либо в виде винтовой пары. Устройство работает следующим образом. Индуктор размещается на подпятниковое сто, соприкасаясь основной обмоткой, через тепло- и электро изоляцию, с основанием 2 дпятникового места и дополнительной обмоткой, через такую же изоляцию, с верхней
поверхностью борта. Соприкосновение обоих поверхностей индуктора с деталью осуществляется благодаря механизму, способному изменять расстояние между поверхностями основной и дополнительной обмоток. После установки индуктора включается подача высокочастотного переменного напряжения, например, 165В и частотой 7-10 кГц на его обмотки. При протекании переменного тока по виткам индуктора, генерируется переменное магнитное поле, индуктирующее вихревые токи в поверхностном слое нагреваемой детали, приводящие к ее нагреву. В соответствии с известным пазовым эффектом, при размещении концентратора магнитного потока происходит замыкание обратного пути для магнитных линий со стороны индуктора не обращенной к поверхности нагреваемой детали, тем самым уменьщается рассеивание магнитного потока, и поле концентрируется в направлении к поверхности детали. Симметричное расположение концентраторов в основной обмотке индуктора дает равномерное распределение магнитного потока в поверхности основания подпятникового места. Использование в данном индукторе борта и центрального выступа в качестве пути, по которому замыкается магнитный поток основной обмотки индуктора, дает возможность не применять П-образные концентраторы для достижения ярко вьфаженного пазового эффекта, а также дает возможность наведения вихревых токов на поверхности борта посредством поля основной обмотки. Поле дополнительной обмотки индуцирует вихревые токи на поверхности борта, тем самым обеспечивая его дополнительный нагрев. П-образные концентраторы, расположенные в дополнительной обмотке, в соответствии с тем же пазовым эффектом, концентрируют магнитное поле в местах их расположения, для более эффективного нагрева областей борта, граничащих с технологическими приливами детали. При достижении температуры нагрева детали до требуемой, работа индзтстора может быть переведена в режим термостата, для более объемного и равномерного прогрева детали. После этого можно приступать к дальнейшим мероприятиям по восстановлению детали.
Конструкция нагревателя достаточно проста и эффею-ивна для нагрева деталей такого типа, в которых очень трудно достигнуть равномерного нагрюва по всей, подлежащей восстановлению, области.