УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ КОЛЕС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
DEVICE FOR CHECKING WHEELS OF RAILWAY ROLLING STOCK

Изобретение касается технического решения для проверки колес железнодорожного подвижного состава в отношении вызванного эксплуатацией износа и/или дефекта материала, причем установленное в рельсовом транспортном средстве железнодорожного подвижного состава колесо проверяется во время движения этого рельсового транспортного средства.
Известны различные типы исполнения колес железнодорожного подвижного состава, например, с ободом колеса, насаженным на тело колеса и катящимся по железнодорожному рельсу, или с диском колеса, изготовленным из сплошного материала, в котором поверхность качения выполнена как интегральная часть этого диска колеса. Независимо от соответствующего конкретного исполнения колеса железнодорожного подвижного состава являются компонентами в системе «колесо - железнодорожный рельс», которые могут выдерживать высокие нагрузки, и неизбежно изнашиваются при контакте с железнодорожным рельсом. Рабочие поверхности изнашиваются в результате их контакта с головкой рельса, а гребни бандажа колеса изнашиваются в результате их контакта с внутренней поверхностью головки рельса, в особенности, в кривой рельсового пути и при проезде через стрелки. Наряду с таким функционально обусловленным износом на колесах также могут образовываться дефекты материала, вызванные перегрузкой колес или неточностью изготовления при производстве. Поэтому колеса железнодорожного подвижного состава регулярно проверяются с помощью установленных методов (с применением ультразвука, вихревых токов, рентгеноскопии) в ручном или полуавтоматическом режиме на наличие дефектов материала, чтобы обеспечить в дальнейшем безопасную техническую эксплуатацию железной дороги. Однако, поскольку состав поезда состоит из нескольких колесных пар, такие инспекции являются причиной длительных простоев и требуют высококвалифицированного персонала, а также применения большого количества оборудования для контроля. В связи с этим в качестве уровня техники уже известны различные методы контроля.
В документе DE 69303989 Т2 описывается предпочтительно для изготовления колес железнодорожного подвижного состава соответствующее техническое решение для проверки твердости и остаточных напряжений в колесах железнодорожного подвижного состава. Проверка твердости выполняется посредством вдавливания шарика, а проверка остаточных напряжений выполняется с помощью ультразвука, причем применяется устройство, оснащенное большим количеством приспособлений для крепления и перемещения измерительных приборов.
Документ DE 10352166 В3 касается сконструированного для применения в заводской мастерской для частично автоматизированного расчета характеристики поверхности качения колес железнодорожного подвижного состава в установленном состоянии. При этом на измерительной платформе для обоих колес одной колесной пары располагается, соответственно, одно измерительное устройство. После того как оба колеса будут немного приподняты и приведены в одно вращательное движение, поверхность качения каждого колеса пошагово проверяется с помощью измерительного луча. Определенные измерительным лучом расстояния между измерительным устройством и поверхностью качения колеса обрабатываются с помощью компьютера для оценки свойств поверхности и отклонения от круглости.
Из документа DE 112006002123 Т5 известно устройство с так называемой контрольной головкой, которая может устанавливаться с возможностью съема на колесе железнодорожного подвижного состава и которой соответствуют несколько датчиков для измерения типичных геометрических параметров колеса железнодорожного подвижного состава, например, датчик высоты гребня бандажа и датчик толщины гребня бандажа. Такая контрольная головка находится в кинематической связи с устройством для обработки данных.
В документе DE 19924781 A1 описывается другое техническое решение для проверки установленного в рельсовом транспортном средстве колеса железнодорожного подвижного состава. При этом железнодорожный состав движется с малой скоростью по испытательному участку. Испытательный зонд сначала устанавливается по направляющему железнодорожному рельсу параллельно испытательному участку с помощью линейного привода по скорости движения состава, а затем испытательный зонд контактирует с колесом железнодорожного подвижного состава.
Аналогичное решение известно из документа DE 19943744 D4, причем здесь предпочтительно обод колеса и прижимной край одновременно проверяются посредством нескольких контрольных головок во время прохождения состава в помещении для технического обслуживания для регулярных проверок.
Хотя уже известно большое количество технических решений для проверки колес железнодорожного подвижного состава, существует потребность в их дальнейшем совершенствовании. Основанием для этого является постоянно повышающийся спрос на автоматическое, надежное и эффективное испытательное оборудование.
Задача изобретения заключается в том, чтобы предложить техническое решение, с помощью которого можно проверять различные варианты выполнения колес железнодорожного подвижного состава с их конструктивными элементами, т.е. участками конструктивных элементов, подвергшихся износу, в отношении возможных повреждений, за короткое время и с приемлемыми расходами. В частности, проверка колес железнодорожного подвижного состава должна реализовываться в режиме движения, с помощью которой результаты проверки можно получить для полного состава во время движения через соответствующее контрольное устройство. Кроме того, обеспечивается определение различных дефектов во время процесса контроля.
Эта задача решена технически посредством того, что катящаяся колесная пара железнодорожного подвижного состава проходит через ограниченное в пространстве магнитное поле, которое создается посредством железнодорожных рельсов, по которым направляется соответствующее рельсовое транспортное средство. Для этого применяется устройство, в котором между железнодорожными рельсами располагается электромагнит, на котором имеется также измерительная обмотка для регистрации изменений магнитного потока. Преимущественные варианты выполнения являются предметом приведенных ниже пунктов формулы изобретения, технические признаки которых более подробно поясняются в примерах выполнения.
Согласно изобретению проверка материала колес железнодорожного подвижного состава выполняется посредством анализа магнитного потока, проходящего через катящуюся колесную пару, находящуюся под нагрузкой. Для этого сегмент железнодорожного пути подготавливается таким образом, что левый и правый железнодорожный рельс образуют функционально полюсный башмак магнита. Колеса железнодорожного подвижного состава в обычном исполнении содержат несколько деталей из ферромагнитной стали, в особенности один вал колесной пары, два диска колеса, а также, возможно, тормозные диски и/или ведущие зубчатые колеса. Магнитный поток модулируется посредством колеса от одного железнодорожного рельса к другому через контактные поверхности Герца «колесо/ железнодорожный рельс», через место монтажа диска колеса на валу и посредством так называемого скачка Баркгаузена в материале, в котором меняется нагрузка и который предварительно намагничивается и вращается. При этом в имеющем точную симметрию относительно оси вращения теле колеса образуются иные модуляции, чем в теле колеса, которое имеет особенности в структуре, т.е. в поверхностях качения. Тем самым, в зависимости от актуального состояния колеса формируются различные сигналы. Соответствующие последовательности сигналов анализируются, классифицируются и определяются для конкретных состояний колесной пары в соответствии с их характеристикой.
Таким образом, посредством изобретения предоставляется техническое решение для обнаружения дефектов материала в установленных колесах железнодорожного подвижного состава во время движения состава, причем положенное в основу решение содержит поиск неисправностей в катящейся колесной паре посредством изменения магнитного потока.
Далее поясняется пример выполнения изобретения посредством чертежей, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - принципиальная конструкция предложенного согласно изобретению устройства,
фиг. 2 - устройство по фиг. 1, вид сбоку.
Представленное на чертеже устройство предназначено для проверки колес железнодорожного подвижного состава, которые установлены в рельсовом транспортном средстве (не показано). При этом колесная пара 1 катится во время движения состава рельсового транспортного средства по участку железнодорожного пути, на котором между левым железнодорожным рельсом 2 и правым железнодорожным рельсом 3 установлен электромагнит. Электромагнит содержит катушку возбуждения 4 и катушку датчика 5, которая функционирует как измерительная обмотка для регистрации изменений магнитного потока.
Электромагнит выполнен преимущественно из листовой трансформаторной стали или ферритной стали, что позволяет поддерживать минимальными потери от вихревых токов при измерении сигналов. Этот электромагнит может быть выполнен различным образом. Так, железнодорожные рельсы 2 и 3 могут быть соединены посредством выполненной в виде электромагнита поперечины 6, на которой располагается измерительная обмотка 5 для регистрации изменений магнитного потока. Альтернативно возможно, чтобы электромагнит устанавливался между железнодорожными рельсами 2 и 3 без несущей конструкции в качестве поперечины. Независимо от конкретного исполнения между железнодорожными рельсами 2 и 3, а также электромагнитом устанавливаются элементы Холла или функционально эквивалентные датчики магнитного поля, которые периодически быстро регистрируют изменения в магнитном потоке.
Предпочтительно длина и количество сегментов 7, состоящих соответственно из двух железнодорожных рельсов 2; 3 данного участка пути, выбираются таким образом, чтобы можно было параллельно проверять, по меньшей мере, две расположенные рядом друг с другом колесные пары 1 (как, например, в одной поворотной тележке). Кроме того, преимущественно выбирать длину и количество сегментов пути 7 таким образом, чтобы с помощью каждого сегмента 7 можно было проверять обычное колесо железнодорожного подвижного состава по всей окружности. Такие требования могут выполняться, если, например, применяются четыре сегмента пути 7 с длиной примерно 1,1 метр, причем это не следует оценивать как ограничение предложенного в изобретении варианта выполнения. Другой преимущественный вариант выполнения предусматривает, что расположенные друг за другом сегменты 7, соответственно, отделяются друг от друга посредством MU-металлических пластин 8 и соединяются друг с другом накладками.
Для проверки колес железнодорожного подвижного состава в отношении вызванного эксплуатацией износа и/или дефекта материала установленное колесо железнодорожного подвижного состава приводится с помощью соответствующего рельсового транспортного средства в движение, причем направление вращения показано на фиг. 2 стрелкой. При применении устройства согласно фиг. 1 и фиг. 2 катящаяся колесная пара 1 проходит через ограниченное в пространстве магнитное поле. Магнитное поле создается посредством железнодорожных рельсов 2 и 3, по которым направляется соответствующее рельсовое транспортное средство. Магнитный поток показан на фиг. 1 кольцевым контуром со стрелками. При этом индуцируются сигналы измерения, на которые оказывается влияние, в особенности, посредством катящихся контактов «колесо - железнодорожный рельс», посредством нагрузки на колесо и посредством структуры материала в колесной паре 1. Оценка таких сигналов измерения позволяет сделать вывод о вызванном эксплуатацией износе или прочих дефектах материала проверенной колесной пары железнодорожного подвижного состава 1.