СЛЕДЯЩЕ-СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СКОРОСТНОГО ВАГОНА-ДЕФЕКТОСКОПА

Заявляемое техническое устройство относится к области железнодорожного транспорта, в частности, к системам неразрушающего контроля, размещенным на ходовой тележке вагона-дефектоскопа или автомотрисы, и предназначено для обеспечения стабилизации положения искательной балки с размещенными на ней измерителями относительно поверхности катания рельса при высоких скоростях перемещения дефектоскопа.
Известно подвесное устройство для дефектоскопии рельсов, содержащее несущую балку, закрепленную вдоль мобильного дефектоскопа, передвигающегося по рельсу, измерительную балку с размещенными на ней измерителями, расположенную над головкой рельса, круглые магниты, установленные впереди и сзади измерительной балки по направлению движения мобильного дефектоскопа и жестко связанные с ней при перемещениях магнитов поперек рельса, концы измерительной и несущей балки соединены первым параллелограммным шарниром, отличающееся наличием у каждого магнита двух магнитопроводов из магнитомягкого материала, расположенных между полюсами магнита и кромками головки рельса, с возможностью отключения магнита от магнитопроводов путем его поворота на 90°, концы первых шарниров у измерительной балки содержат направляющие штанги с возможностью свободного перемещения измерительной балки поперек рельса, каждый магнит с магнитопроводами связан вторым параллелограммным шарниром с измерительной балкой с возможностью перемещения магнита с магнитопроводами плоскопараллельно поверхности катания рельса (патент РФ на полезную модель №101678, B61K 9/08, дата публикации 27.01.2011, «Подвесное устройство для дефектоскопии рельсов»).
К недостаткам известного устройства относится то, что для перемещения в поперечном направлении измерительной балки с требуемой скоростью из неравновесного положения в центральное положение равновесия требуется значительное превышение магнитной силы, действующей на измерительную балку, над силой трения, возникающей при скольжении массивной измерительной балки в сборе с двумя магнитами с магнитопроводами и вторыми параллелограммными шарнирами, с неизбежными перекосами измерительной балки на двух поперечных направляющих, что увеличивает габариты магнитов и снижает качество и надежность работы устройства.
Первые параллелограммные шарниры, на которых подвешена измерительная балка, работают в продольной вертикальной плоскости, обеспечивая подъем измерительной балки при встрече с локальными препятствиями на плоскости катания рельса, что при значительной массе измерительной балки дает значительную силу инерции и ведет к запаздыванию реагирования на препятствия и нарушению работы устройства.
Прототипом заявляемой полезной модели является подвесное устройство для дефектоскопии рельсов, содержащее несущую балку, закрепленную вдоль мобильного дефектоскопа, искательную балку, расположенную над головкой рельса, центрующие магниты, установленные впереди и сзади искательной балки и подвешенные над рельсом на параллелограммных шарнирах с возможностью плоскопараллельного перемещения вдоль поверхности катания рельса, отличающееся наличием транспортировочной балки с механизмом подъема/опускания, соединенным с несущей балкой, двух кареток, установленных на концах транспортировочной балки на направляющих, с возможностью их свободного перемещения поперек рельса, параллелограммные шарниры центрующих магнитов соединены с каретками, которые соединены осями вращения с концами искательной балки с возможностью их независимого перемещения поперек рельса (патент РФ на полезную модель №113225, B61K 9/08, дата публикации 10.02.2012, «Подвесное устройство для дефектоскопии рельсов»).
Недостаток известной конструкции заключается в том, что суммарная масса транспортировочной балки, поднимаемой пневмокамерой, представляет собой значительную величину и состоит из масс двух первых параллелограммных шарниров, самой транспортировочной балки с подвешенными на ее концах направляющими осями, каретками, вторыми параллелограммными шарнирами, центрирующими магнитами, а также искательной балки с измерителями.
В связи с увеличенной массой транспортировочной балки в сборе, поднимаемой пневмокамерой, а также необходимостью преодоления вертикального усилия магнитов, требуется увеличение габаритов пневмокамеры, что снижает надежность и качество работы устройства в целом.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении качества и надежности работы следяще-стабилизирующего устройства путем улучшения стабилизации положения искательной балки при обеспечении высокой скорости перемещения вагона-дефектоскопа на неровностях рельсового пути.
Решение поставленной задачи достигается благодаря тому, что следяще-стабилизирующее устройство скоростного вагона-дефектоскопа, содержащее два параллелограммных маятниковых подвеса, подвесную центрирующую балку, на концах которой размещены магниты, и искательная балку с размещенными на ней измерителями, 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, антифрикционная направляющая выполнена в виде муфты, охватывающей подвесную центрирующую балку по периметру ее поперечного сечения.
Размещение следяще-стабилизирующего устройства с искательной балкой между колесами ходовой тележки скоростного вагона-дефектоскопа позволяет отказаться от применения дефектоскопной тележки в составе вагона-дефектоскопа, а также повысить скорость его движения в режиме измерений до 120 км\час.
Выполнение следяще-стабилизирующего устройства в виде сборной пространственной рамы, состоящей из левой и правой независимых частей, позволяет не только закрепить их на соответствующих буксах колес ходовой тележки с целью размещения следяще-стабилизирующего устройства между колесами над рельсом, но и предварительно отрегулировать, до начала движения вагона-дефектоскопа, высоту размещения подвесной центрирующей балки относительно плоскости катания рельса, с помощью регулировочного винта, соединяющего продольный и поперечный рычаги, что обеспечивает точное позиционирование искательной балки по вертикали относительно плоскости катания рельса.
Наличие каретки, закрепленной на поперечном рычаге и связанной с параллелограммным маятниковым подвесом, позволяет регулировать с помощью винта перемещение подвесной центрирующей балки относительно продольной вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось рельса, что обеспечивает центральное положение искательной балки над рельсом.
Наличие в следяще-стабилизирующем устройстве параллелограммного маятникового подвеса, снабженного шарнирным узлом, позволяет осуществить динамическое компенсирование продольного перемещения и поворота подвесной центрирующей балки, как в случае изменения продольного расстояния между буксами, так и ее поворота относительно параллелограммного маятникового подвеса, например, в случае попадания одного колеса ходовой тележки в зазор рельсового соединения, обеспечивая повышение качества и надежности работы следяще-стабилизирующего устройства, что особенно актуально при высоких скоростях перемещения вагона-дефектоскопа.
Применение антифрикционной направляющей, выполненной в виде муфты, охватывающей подвесную центрирующую балку по периметру ее поперечного сечения, обеспечивает уменьшение трения скольжения в сложных дорожных условиях, в частности, на стыках рельсов, при продольном перемещении подвесной центрирующей балки внутри антифрикционной направляющей, закрепленной на корпусе шарнирного узла, что повышает качество, надежность и долговечность работы следяще-стабилизирующего устройства.
Применение параллелограммного маятникового подвеса поперечного качания с ориентацией полюсов магнита в поперечном направлении относительно продольной оси рельса дает возможность обеспечить максимальную возвращающую магнитную силу в равновесное положение подвесной центрирующей балки с магнитами, с поперечно ориентированными по полюсам N и S магнитными полями.
Применение параллелограммного маятникового подвеса поперечного качания с ориентацией полюсов магнита в поперечном направлении относительно продольной оси рельса повышает эффективность демпфирования колебаний подвесной центрирующей балки при поперечном качании, в случаях выведения из положения равновесия на встречающихся препятствиях рельсового пути.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждена на примере конкретного осуществления.
Сущность технического решения поясняется техническими рисунками, где
на фиг. 1 - общий вид на ходовую тележку со следяще-стабилизирующим устройством;
на фиг. 2 - аксонометрический общий вид следяще-стабилизирующего устройства скоростного вагона-дефектоскопа;
на фиг. 3 - аксонометрический вид правой части сборной пространственной рамы;
на фиг. 4 - аксонометрический вид части следяще-стабилизирующего устройства, размещенного над рельсом;
на фиг. 5 - поперечные разрезы параллелограммных маятниковых подвесов, А-А - правого подвеса, Б-Б - левого подвеса.
На скоростных вагонах-дефектоскопах или автомотрисах с целью компенсации влияния фактора смещения вагона-дефектоскопа и его ходовых тележек относительно продольной оси рельса применяют магнитное следяще-стабилизирующее устройство бесконтактного типа, которое содержит два параллелограммных маятниковых подвеса 1, подвесную центрирующую балку 2, и искательную балку 3 с размещенными на ней измерителями 4, а также магниты 5 и пневматические цилиндры 6. Корпуса пневматических цилиндров 6 закреплены на концах подвесной центрирующей 2, а штоки пневматических цилиндров 6 закреплены на концах искательной балки 3.
Следяще-стабилизирующее устройство скоростного вагона - дефектоскопа выполнено в заявляемом устройстве в виде сборной пространственной рамы, состоящей из левой и правой частей, связанных между собой подвесной центрирующей балкой 2.
Левая и правая части пространственной рамы закреплены независимо друг от друга на разных буксах 7 ходовой тележки 8. Каждая часть рамы состоит из упора 9 и продольного рычага 10, связанных силовым элементом 11, а также поперечного рычага 12, относительно продольной оси рельса.
Упор 9 и продольный рычаг 10 закреплены независимо друг от друга на противоположных сторонах букс 7 ходовой тележки 8 вагона-дефектоскопа (на фиг. не показан).
Поперечный рычаг 12 рамы связан с продольным рычагом 10 регулировочным винтом 13 с возможностью их перемещения для регулирования взаимного вертикального положения.
На свободных концах поперечных рычагов 12 закреплены каретки 14, на каждой из которых установлены параллелограммные маятниковые подвесы 1 поперечного качания, с возможностью регулирования винтами 15 поперечного перемещения кареток 14 с целью совмещения продольных осей подвесной центрирующей балки 2 и рельса в продольной вертикальной плоскости.
Подвесная центрирующая балка 2 размещена на двух параллелограммных маятниковых подвесах 1, состоящих из двух пар попарно параллельных балок, шарнирно связанных между собой. На каждом параллелограммном маятниковом подвесе 1 с помощью поперечной оси 16 закреплен шарнирный узел 17, корпус 18 которого связан с концами подвесной центрирующей балки 2, с возможностью поворота балки 2 в продольной вертикальной плоскости (см. фиг. 5).
Корпус 18 одного из шарнирных узлов 17 связан с антифрикционной направляющей, выполненной в виде муфты 19, охватывающей подвесную центрирующую балку 2 по периметру ее поперечного сечения, с возможностью свободного продольного перемещения конца балки 2 в антифрикционной направляющей, выполненной в виде муфты 19. Антифрикционная направляющая может быть выполнена с частичным охватом поперечного сечения подвесной центрирующей балки 2.
Для начала работы следяще-стабилизирующего устройства осуществляют его монтаж. Для этого закрепляют на каждой буксе 7 ходовой тележки 8 упор 9 и продольный рычаг 10 таким образом, что упор 9 закреплен с внутренней стороны буксы 7, а продольный рычаг 10 закреплен с наружной стороны буксы 7, независимо друг от друга, кроме того упор 9 и продольный рычаг 10 жестко связаны друг с другом силовым элементом 11.
В левой и правой частях пространственной рамы консольный конец каждого продольного рычага 10 соединяют с поперечным рычагом 12 с помощью регулировочного винта 13 и фиксируют их в требуемом положении.
Затем на свободные концы поперечных рычагов 12 устанавливают каретки 14, положение которых задают винтами 15 с последующей фиксацией требуемого положения. Верхние балки параллелограммных маятниковых подвесов 1 жестко закрепляют на каретках 14.
На нижние балки параллелограммных маятниковых подвесов 1 монтируют с помощью поперечных осей 16 шарнирные узлы 17. Предварительно на один из концов подвесной центрирующей балки 2 надевают антифрикционную муфту 19, а затем балку 2 с муфтой 19 закрепляют на корпусах 18 шарнирных узлов 17 таким образом, чтобы муфта 19 разместилась между вертикальными посадочными боковыми стенками корпуса 18 одного из шарнирных узлов 17 (см. фиг. 5).
Затем осуществляют регулировки левой и правой частей пространственной рамы, определяя положение подвесной центрирующей балки 2 с искательной балкой 3 и размещенными на ней измерителями 4. С целью компенсации разности уровня высоты размещения рычагов 10, 12 при установке подвесной центрирующей балки 2 с искательной балкой 3 на требуемую высоту, относительно плоскости катания рельса, проводят регулировку положения поперечного рычага 12 относительно продольного рычага 10, используя регулировочный винт 13 с последующей надежной фиксацией рычага 10. Тем самым обеспечивается величина зазора 6 между магнитами 5 и поверхностью катания рельса (см. фиг. 4).
Для поперечного перемещения подвесной центрирующей балки 2 относительно продольной оси рельса с целью обеспечения совмещения оси балки с продольной осью рельса в одной вертикальной плоскости используют поперечные перемещения правой и левой кареток 14 с помощью винтов 15 с последующей фиксацией положения кареток.
До перемещения вагона-дефектоскопа к участку проведения измерений, переводят искательную балку 3 в поднятое транспортное положение с помощью пневматических цилиндров 6, расположенных на подвесной центрирующей балке 2.
Для начала проведения измерительных работ опускают искательную балку 3 с помощью пневматических цилиндров 6 в рабочее положение над поверхностью рельса, обеспечивая необходимый вертикальный зазор 6 между искательной балкой 3 и плоскостью катания рельса. При этом продольная ось подвесной балки 2 находится в одной вертикальной плоскости с продольной осью рельса благодаря работе магнитов 5, закрепленных на концах подвесной центрирующей балки 2.
При движении, особенно при высоких скоростях, вагона-дефектоскопа расстояние между осями букс 7, расположенных на одном рельсе, динамично меняется в зависимости от дорожных условий, а также в силу конструктивных особенностей и кинематики, наличия люфтов в шарнирных соединениях ходовой тележки 8 и упругих элементов. Величина изменения расстояния между осями букс 7 компенсируется продольным перемещением подвесной центрирующей балки 2 в антифрикционной муфте 19 на такую же величину.
При этом подвесная центрирующая балка 2 левым концом связана с левым параллелограммным маятниковым подвесом 1 и закреплена в корпусе 18 шарнирного узла 17, а правым концом балка 2 скользит по внутренней поверхности антифрикционной муфты 19, установленной в корпусе 18 шарнирного узла 17, закрепленного на правом параллелограммном подвесе 1.
Во время движения колесной пары ходовой тележки 8 вагона-дефектоскопа встречаются различные препятствия и дефекты на плоскости катания рельса. Если при прохождении на скорости вагон-дефектоскоп преодолевает локальное препятствие на плоскости катания рельса в виде, например, стыкового соединения или просадок рельсов, то одно из колес колесной пары проседает на неровностях пути, резко опускаясь или поднимаясь на неровностях пути, при этом соответственно опускается соответствующая часть пространственной рамы, закрепленная на буксе 7 ходовой тележки 8, а также опускается параллелограммный маятниковый подвес 1 и в то же время поворачивается подвесная центрирующая балка 2 относительно поперечных осей 16 шарнирных узлов 17, закрепленных на левом и правом параллелограммных подвесах 1 Одновременно происходит удлинение расстояния между параллелограммными маятниковыми подвесами 1, что ведет к соответствующему перемещению подвесной центрирующей балки 2 в антифрикционной муфте 19 на ту же длину.
При движении вагона-дефектоскопа, в случаях ударного проседания колесной пары на стыке рельсового пути, ответная реакция следяще-стабилизирующего устройства обеспечивает перемещение подвесной центрирующей балки 2 в положение, параллельное относительно поверхности катания рельса, осуществляя динамическую стабилизацию положения балки 2 в продольной вертикальной плоскости, исключая поломки элементов крепления балки 2 и установленной на ней искательной балки 3 с измерителями 4. Повышение уровня стабилизации искательной балки 3 в вертикальной продольной плоскости обеспечивает уменьшение ее динамической нагруженности.
Таким образом, в следяще-стабилизирующем устройстве изменения положения подвесной центрирующей балки, связанной с искательной балкой, при обеспечении высокой скорости движения вагона-дефектоскопа, определяются как отслеживанием ее центрального положения магнитами относительно продольной оси рельса в поперечной горизонтальной плоскости при реагировании на локальные препятствия, например в виде стыков рельсов, так и компенсацией ее вынужденных перемещений в вертикальной продольной плоскости, обеспечивая требуемый уровень стабилизации искательной балки, повышая качество и надежность работы устройства.