Способ центрирования следяще-стабилизирующего устройства скоростного дефектоскопа и устройство для его осуществления
METHOD OF CENTERING FOLLOWING-STABILIZING DEVICE OF HIGH-SPEED FLAW DETECTOR AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Заявляемое техническое решение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к системе неразрушающего контроля рельсового пути, в частности к мобильному дефектоскопу, размещенному на транспортном средстве, работающем на высоких скоростях, и предназначено для стабилизации положения искательной балки относительно рельса с размещенными на ней измерителями.
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 №2438901, МПК В61К 9/08, опубл. 10.01.2012, «Устройство центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа»).
В соответствии с указанным изобретением постоянные магниты размещены с торцевых сторон искательной балки следящей системы таким образом, что в исходном положении до начала работы поперечные оси постоянных магнитов и продольная ось искательной балки размещены в одной вертикальной плоскости с продольной осью рельса. Силы магнитного поля постоянного магнита вызывают поперечное перемещение искательной балки и стремятся вернуть искательную балку из положения смещения в исходное положение.
В данном патенте на осуществленном примере приведен вариант применения по одному постоянному магниту для искательной балки с ее торцевых сторон.
В случае применения нескольких постоянных магнитов, размещенных с одной стороны искательной балки параллельно, рядом и с однонаправленной ориентацией полюсов, такое размещение магнитов следует считать аналогичным действию одного эквивалентного магнита.
В соответствии с описанием патента процесс центрирования следящей системы заключается в том, что, когда внешние динамические усилия смещают искательную балку следящей системы от исходного положения, силы магнитного поля, существующие между рельсом и постоянными магнитами, заставляют магниты возвращаться из смещенного в исходное положение относительно продольной оси рельса, увлекают при этом за собой каретки, кинематически связанные с искательной балкой, обеспечивая тем самым их самоцентрирование.
Недостаток аналога заключается в том, что постоянные магниты, расположенные на каждой из торцевых сторон искательной балки, перемещаясь поперек продольной оси рельса, наводят вихревые токи в рельсе, которые создают магнитное поле вихревых токов, уменьшающее действие поля постоянных магнитов, что уменьшает уровень стабилизации искательной балки, особенно при скоростном перемещении мобильного дефектоскопа.
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, при этом 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, МПК В61К 9/08, опубл. 10.06.2014, «Следяще-стабилизирующее устройство скоростного вагона-дефектоскопа»).
Недостатком известного устройства является то, что размещение одиночно установленных постоянных магнитов на концах подвесной центрирующей балки приводит к недостаточной стабилизации в поперечном направлении балки следяще-стабилизирующего устройства вследствие возникновения в рельсе вихревых токов, ослабляющих магнитную силу постоянных магнитов.
Вихревые токи возникают в рельсе как вследствие изменения магнитного потока во времени, так и в результате относительного перемещения магнитного потока, образуемого постоянным магнитом, и проводящего тела рельса.
Рельс является магнитопроводом, где непосредственно замыкаются вихревые токи, образуя переменное магнитное поле вихревых токов, сцепляющееся с индуктирующим их магнитным потоком движущегося над рельсом магнита, определяя таким образом скоростной эффект.
Согласно закону Ленца переменное магнитное поле вихревых токов стремится противодействовать изменениям магнитного потока, индуктирующего эти вихревые токи.
За счет возбуждения в рельсе вихревых токов, обусловленных пересечением тела рельса поперечным магнитным полем магнитов следяще-стабилизирующего устройства, движущихся поступательно в продольной плоскости пути, происходит перераспределение магнитных полей. Причем результирующий магнитный поток уменьшается, поскольку магнитные поля противоположны по знаку с магнитным полем, возбужденным вихревыми токами, и которое оказывает размагничивающее действие.
В результате взаимодействия этих полей ослабляется результирующее поперечное магнитное поле, что приводит к снижению стабильности центрирования над головкой рельса следяще-стабилизирующего устройства скоростного дефектоскопа, тем самым создаются условия неустойчивого равновесия при движении его над рельсом с высокой скоростью.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении точности измерений мобильного дефектоскопа путем повышения уровня стабилизации положения искательной балки в поперечном направлении относительно продольной оси рельса при высоких скоростях движения дефектоскопа.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе центрирования следяще-стабилизирующего устройства скоростного дефектоскопа относительно продольной оси рельса, заключающемся в том, что перемещают вдоль продольной оси рельса следяще-стабилизирующее устройство, постоянные магниты которого создают в рельсе переменное поперечное магнитное поле, при этом во время движения следяще-стабилизирующего устройства создают переменное поперечное магнитное поле попарно размещенными постоянными магнитами с обращенными в противоположные стороны полюсами, переменное магнитное поле которых при перемещении вдоль рельса и пересечении поперечным магнитным полем рельса, возбуждает в нем вихревые токи, создающие магнитные поля, направленные навстречу друг другу, и результирующее магнитное поле, не зависящее от скорости движения.
Создание переменного поперечного магнитного поля, которое при движении следяще-стабилизирующего устройства дефектоскопа наводит в рельсе поля вихревых токов, направленные навстречу друг другу, обеспечивает усиление результирующего магнитного поля, что повышает уровень стабилизации искательной балки и таким образом повышает точность измерений.
А следяще-стабилизирующее устройство скоростного дефектоскопа содержит два параллелограммных маятниковых подвеса поперечного качания, на которых размещена подвесная центрирующая балка, на концах которой размещены параплелограммные маятниковые подвесы продольного качания с закрепленными на них постоянными магнитами, и искательную балку с размещенными на ней измерителями, при этом на каждом из параллелограммных маятниковых подвесов продольного качания закреплены по крайней мере по два постоянных магнита с параллельными продольными магнитными осями и полюсами, обращенными в противоположные стороны.
Применение параллелограммных маятниковых подвесов поперечного качания, на каждом из которых закреплены по два постоянных параллельно установленных магнита с противоположно расположенными полюсами, обеспечивает усиление результирующего магнитного поля, что повышает стабильность положения искательной балки скоростного дефектоскопа в поперечной плоскости.
Кроме того, результирующее магнитное поле не зависит от скорости движения магнитного потока магнитов следящей системы над рельсом, что обеспечивает резерв повышения скорости перемещения следяще-стабилизирующего устройства.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, на которых:
на фиг. 1 представлен общий вид следяще-стабилизирующего устройства скоростного дефектоскопа;
на фиг. 2 - аксонометрический вид параллелограммных маятниковых подвесов продольного и поперечного качания с подвесной центрирующей балкой в рабочем положении (искательная балка не показана);
на фиг. 3 - аксонометрический вид постоянных магнитов, закрепленных на кронштейне параллелограммного маятникового подвеса продольного качания;
на фиг. 4 - аксонометрический вид параллелограммного маятникового подвеса продольного качания с визуализацией магнитных силовых линий и полюсов магнитов.
Магнитное следяще-стабилизирующее устройство скоростного дефектоскопа бесконтактного типа, размещенного на транспортном средстве и работающего на высокой скорости, содержит два параллелограммных маятниковых подвеса поперечного качания 1 относительно продольной оси рельса 2, на которых закрепляют подвесную центрирующую балку 3 и расположенную под ней и связанную с ней посредством двух пневматических цилиндров 4 искательную балку 5 с размещенными на ней измерителями 6. При этом корпуса пневмоцилиндров 4 установлены вертикально на концах подвесной центрирующей балки 3, а штоки пневмоцилиндров 4 закреплены на концах искательной балки 5. В качестве измерителей 6 могут быть использованы как ультразвуковые преобразователи, если применяют ультразвуковую дефектоскопию, так и магнитные датчики, если применяют магнитную дефектоскопию или комбинацию вышеназванных измерителей.
Подвесная центрирующая балка 3 размещена на двух параллелограммных маятниковых подвесах поперечного качания 1, каждый из которых состоит из двух пар попарно параллельных балок, шарнирно связанных между собой.
На каждом конце подвесной центрирующей балки 3 шарнирно закреплен с помощью двух осей параллелограммный маятниковый подвес продольного качания 7, к которому снизу прикреплены с помощью винтов на регулировочной упругой прокладке рядом и с параллельными продольными осями два постоянных магнита 8 и 9 с обращенными в противоположные стороны полюсами (фиг. 4). Продольные оси постоянных магнитов 8 и 9 расположены перпендикулярно продольной оси рельса 2.
Каждый параллелограммный маятниковый подвес продольного качания 7 имеет фиксатор транспортного положения 10 П-образного вида, закрепленный осью на конце подвесной центрирующей балки 3 и входящий в зацепление с вырезными пазами на кронштейне 11 крепления магнитов 8 и 9, который является нижней балкой подвеса 7 продольного качания.
Между параллельными вертикальными балками каждого параллелограммного маятникового подвеса поперечного качания 1 размещен кронштейн ограничителя качания 12 с резьбовой втулкой между двумя проушинами кронштейна, в которую ввинчивают регулировочные винты с контргайкой с обеих наружных сторон проушин.
Скоростной дефектоскоп со следяще-стабилизирующим устройством устанавливают на рельсовом транспортном средстве и настраивают таким образом, что в исходном положении поперечные оси постоянных магнитов 8 и 9 и продольная ось искательной балки 5 размещают в одной вертикальной плоскости с продольной осью рельса 2. В этом номинальном положении измерители 6 искательной балки 5 обеспечивают максимальную достоверность и точность результатов замеров.
Для начала работы постоянные магниты 8 и 9 с помощью фиксатора 10 транспортного положения переводят из верхнего транспортного в нижнее рабочее и свободное положение.
Затем с помощью двух пневмоцилиндров 4 искательную балку 5, находящуюся в верхнем транспортном положении, переводят в нижнее рабочее положение.
В результате чего постоянные магниты 8 и 9 самоцентрируются над рельсом 2 с некоторым зазором и с соответствующей величиной магнитного потока.
При движении скоростного дефектоскопа над рельсом 2 осуществляется постоянное слежение за поверхностью рельса 2 и центрирование подвесной центрирующей балки 3 постоянными магнитами 8 и 9 относительно продольной оси рельса.
В процессе перемещения следяще-стабилизирующего устройства скоростного дефектоскопа, размещенного на рельсовом транспортном средстве, возмущающая сила стремится отклонить подвесную центрирующую балку 3, опирающуюся на два параллелограммных маятниковых подвеса поперечного качания 1, от исходного равновесного положения, а сила результирующего магнитного поля, возникающая между рельсом 2 и постоянными магнитами 8 и 9, стремится вернуть постоянные магниты 8 и 9 и соответственно подвесную центрирующую балку 3, в исходное равновесное положение
С помощью параллельной парной установки магнитов 8 и 9 с обращенными в противоположные стороны полюсами (см. фиг. 4), при движении скоростного дефектоскопа над рельсом 2 усиливают результирующее магнитное поле, что повышает стабильность положения подвесной центрирующей балки 3, что, в свою очередь, способствует повышению стабилизации положения искательной балки 5 в поперечной плоскости и повышению точности измерений.
Реализация способа центрирования следяще-стабилизирующего устройства скоростного дефектоскопа состоит в том, что вдоль продольной оси рельса 2 перемещают следяще-стабилизирующее устройство, в котором постоянными магнитами 8 и 9, попарно размещенными и с обращенными в противоположные стороны полюсами, создают переменное поперечное магнитное поле; этим полем при перемещении вдоль рельса 2 и пересечении поперечным магнитным полем рельса 2 возбуждают в нем вихревые токи, создающие магнитные поля, направленные навстречу друг другу, то есть встречные магнитные поля, чем в итоге усиливают результирующее магнитное поле.
При этом, результат взаимодействия полей в виде результирующего магнитного поля не зависит от скорости движения поперечного магнитного потока магнитов следяще-стабилизирующего устройства над рельсом 2.
Если во время движения рельсового транспортного средства со скоростным дефектоскопом на поверхности катания рельсового пути возникают различные препятствия, например, ступенчатый перепад высоты поверхности катания рельса 2 в стыках путей, тогда последовательно, то есть друг за другом через определенный интервал времени, вступают в работу параллелограммные маятниковые подвесы продольного качания 7. Препятствия рельсового пути преодолеваются за счет вынужденного отклонения в вертикальной продольной плоскости вертикальных параллельных балок маятникового подвеса 7 от вертикального равновесного положения при преодолении препятствия и последующего возвращения в вертикальное равновесное положение после преодоления препятствия без потери работоспособности подвеса 7 с помощью действия силы магнитного поля, действующей между магнитами 8 и 9 и рельсом 2, что также способствует улучшению стабилизации искательной балки 5 в продольной плоскости и повышению надежности работы устройства.
Максимальный угол отклонения параллелограммного маятникового подвеса 1 поперечного качания от вертикальной плоскости определяется ограничителем 12 маятникового подвеса 1 поперечного качания. При отклонении от положения равновесия подвеса 1 больше максимального угла отклонения вертикальная балка подвеса 1 ударяет в головку регулировочного винта ограничителя 12 и отскакивает в противоположную сторону, т.е. меняет направление движения на противоположное, тем самым осуществляя ограничение угла отклонения маятникового подвеса 1 и обеспечивая работоспособность следяще-стабилизирующего устройства.
Таким образом, создание встречных магнитных полей, усиливающих результирующее магнитное поле, обеспечивает повышение стабилизации положения искательной балки, что ведет к повышению точности измерений.
Применение в скоростном дефектоскопе следяще-стабилизирующего устройства, в котором на концах подвесной центрирующей балки размещены параллелограммные маятниковые подвесы продольного качания, на каждом из которых закреплены по два постоянных параллельно установленных магнита, с противоположно расположенными полюсами, обеспечивает повышение надежности работы следяще-стабилизирующего устройства и повышение точности измерений путем повышения стабилизации положения искательной балки в поперечном направлении, особенно при высоких скоростях движения мобильного дефектоскопа.
Кроме того, результирующее магнитное поле не зависит от скорости движения магнитного потока магнитов следяще-стабилизирующего устройства над рельсом, что обеспечивает дополнительно возможность увеличивать скорость перемещения дефектоскопа в рабочем положении.