Установка для индукционного нагрева рельсовых плетей

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для обслуживания железнодорожных дорог, а именно к установкам для индукционного нагрева рельсовых плетей с целью их ввода в оптимальный температурный режим и последующего закрепления.
В случаях, когда температура рельсовых плетей ниже оптимальной более чем на 5°С, используются принудительные способы ввода плетей в оптимальную температуру закрепления. Принудительный ввод осуществляется созданием желаемых удлинений, соответствующих разнице предыдущей и новой температуры закрепления, с помощью искусственного нагрева рельсов.
Известен способ введения рельсовых плетей в заданный температурный режим работы с помощью натяжного устройства (см., например, патент РФ на изобретение №2431713). Ныне применяемые конструкции натяжных устройств могут обеспечивать натяжение рельсов максимум на 620 и 800 кН, что соответствует растягивающей продольной температурной силе, эквивалентной изменению температуры рельсов на 31 и 40°С.
опт
К недостаткам известного способа можно отнести то, что он не позволяет получить удлинение рельса, соответствующее оптимальной температуре t=40-45°С при отрицательных температурах (до -10°С), а также при большой длине плети, за счет сил трения плети по опорам, ее удлинение получается неравномерным, вследствие чего могут образоваться участки с неравномерным распределением напряжений.
Известен способ разрядки напряжений в рельсовых плетях (см., например, патент РФ на изобретение №2135669), при котором необходимое удлинение рельсовой плети достигается путем одновременного нагрева рельсовой плети паром и ее растяжения с помощью растягивающего устройства.
К недостаткам известного способа можно отнести то, что использование пара для нагрева рельсовой плети ограничивает использование данного способа при отрицательных температурах окружающей среды, кроме того, недостатком является возможность травматизма при работе на устройстве из-за использования пара под высоким давлением и высокой температуре.
Известна машина для нагрева рельсовых плетей (см., например, патент РФ на полезную модель №12418), в которой желаемое удлинение достигается за счет нагрева рельсовых плетей с помощью, смонтированной на транспортном средстве, нагревательной камеры с форсунками, к которым под давлением подается жидкое топливо.
К недостаткам известного устройства можно отнести то, что наличие открытого огня обуславливает наличие дыма, чрезмерной жары, токсичных выбросов, а также при работе устройства возможно неравномерное прогревание рельсовых плетей из-за неравномерного распределения пламени. Этот способ эффективен при длине плети не более 400 м.
Индукционный нагрев - бесконтактный нагрев электропроводящих материалов токами высокой частоты, позволяющий производить безопасный нагрев, поскольку не применяется открытый огонь.
Известна машина для нагрева рельсовых плетей, в которой реализован индукционный нагрев (патент РФ на полезную модель №80461). Индукционная установка в этой машине выполнена с двумя индукторными блоками 9, каждый из которых представляет из себя конструкцию в виде подвешенной к механизму захвата и перемещения рельсовых плетей несущей рамы, с установленными на ней секциями индукторов, каждая из которых состоит из двух створок полу индукторов, закрепленных на несущей раме с возможностью поворота вокруг осей параллельных продольной оси рельса, и оснащенных следящими роликами.
Известна также машина для нагрева рельсовых плетей, реализующая индукционный нагрев (см., например, патент РФ на полезную модель №155121). На машине для нагрева рельсовых плетей, оснащенной индукционной нагревательной установкой, индукторы 6 смонтированы на тележках 7 имеющих возможность поперечного относительного рельсового пути перемещения по инструментальной раме 5. Возможно такое выполнение машины для нагрева рельсовых плетей, когда тележки 7 оснащены колесами 8 и связаны с инструментальной рамой 5 таким образом, что в рабочем положении машины, при опущенных на рельсовые нити индукторах 6, обеспечивается независимое перемещение тележек 7 с индукторами 6, позволяя им отслеживать положение рельсовых нитей пути. В указанных машинах используется способ удлинения плетей бесстыкового пути и придания им размера, соответствующему размеру при оптимальной температуре с помощью нагревательной установки, представляющей собой установку индукционного нагрева. Однако в обоих указанных устройствах решаются проблемы механических устройств, обеспечивающих относительное перемещение индукторов и нагреваемых плетей, и не описаны использующиеся в них устройства индукционного нагрева.
Наиболее близким к предложенному устройству является устройство для нагрева рельсовых плетей, взятое за прототип (патент США №5299504), снащенное индукторами, опускаемыми на рельсовые плети для их нагрева. Машина позволяет вводить рельсовые плети в оптимальный температурный режим.
При использовании на машине двух индукционных нагревательных блоков, в указанной установке используется один блок питания индукторов, т.е. индукторы нагревают рельсовые плети одинаково, не учитывая разницы в температуре отдельных плетей, кроме того, используется только механизм вертикального перемещения индукторов в рабочее и походное положения. В связи с отсутствием механизма горизонтального перемещения, а также вследствие непостоянства величины ширины колеи, как на прямых, так и в кривых участках пути, при работе машины возможно неравномерное прогревание рельсовых плетей из-за возникающего неравномерного зазора между индукторами и рельсовыми плетями.
Задачей предлагаемой полезной модели является постановка рельсовых плетей в нужный температурный режим и снижение вероятности образования в плетях, после их закрепления, участков с неравномерным распределением напряжений.
Технический результат предлагаемого устройства - осуществление равномерного нагрева рельсовых плетей до оптимальной температуры закрепления в автоматическом режиме, как на прямых, так и изогнутых участках пути, без использования дополнительных натяжных устройств.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что установка для индукционного нагрева рельсовых плетей с целью их ввода в оптимальный температурный режим, устанавливаемая на ж/д платформе, также как и прототип, содержит источник питания индукторов, выполненный в виде преобразователя частоты, соединенный с трансформаторно-согласующим устройством, которое в свою очередь соединено с блоком электроприводов, а преобразователь частоты связан с системой управления, которая, в свою очередь, связана с блоком электроприводов и соединена с датчиками температуры рельсовых плетей, датчиками состояния окружающей среды и датчиками скорости перемещения платформы, в систему управления входят блок управления нагревом, содержащий органы управления, и блоки управления перемещением индукторов, расположенные на верхней части платформы, а на блоках электроприводов вертикального перемещения индукторов в рабочее и походное положения, крепящихся к нижней части платформы, размещены индукторы для нагрева левой и правой рельсовых плетей.
В отличие от прототипа, в установке источник питания индукторов выполнен в виде двух отдельных источников для раздельного питания индукторов для левой и правой плетей, соответственно, при этом каждый индуктор выполнен в виде двух секций, охватывающих с двух сторон рельс каждой плети, каждая из секций которого установлена на электроприводах, обеспечивающих ее независимое от другой секции горизонтальное перемещение перпендикулярно оси плети, при этом указанные электроприводы горизонтального перемещения индукторов к левой и правой рельсовой плети соединены с блоками управления перемещением индукторов, получающими управляющие сигналы от блока управления нагревом, для обеспечения необходимого зазора между поверхностью рельсовой плети и соответствующей секцией индуктора в зависимости от положения концевых выключателей, а блок управления нагревом включает в себя промышленный компьютер, в который заложена программа нагрева, с сенсорным экраном, предназначенным для визуализации параметров нагрева и перемещения секций индукторов для левой и правой рельсовых плетей, а также для управления этими параметрами.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунками, на которых представлено:
На фиг. 1 показана общая структурная схема установки для индукционного нагрева рельсовых плетей, на фиг. 2 представлен общий вид индуктора (вид сбоку), на фиг. 3 представлены схемы блоков электроприводов.
Индукционная установка для осуществления ввода в оптимальный температурный режим рельсовой плети бесстыкового пути включает в себя генератор 1, производящий необходимую мощность для работы устройства, к выходу которого подключено вводно-распределительное устройство 2 для разделения мощностей, подводимых к левой и правой плетям. К выходу вводно-распределительного устройства 2 подключены резонансные преобразователи частоты 3, 4 питающие переменным напряжением подключенные к ним трансформаторно-согласующие устройства 5 и 6, к выходу которых последовательно подключены индукторы 7 и 8 для нагрева левой и правой плетей соответственно. Трансформаторно-согласующие устройства 5 и 6 состоят из согласующих трансформаторов и блоков резонансных конденсаторов, образующих с индукторами 7 и 8 резонансный контур. Общая система управления 9 включает в себя блок управления нагревом 10 и блоки управления перемещением индукторов 11 и 12 индукторами 7 и 8. Блок управления нагревом 10 представляет собой блок, в котором размещаются органы управления, дополнительный источник питания, позволяющий в аварийных ситуациях без основного питающего напряжения отводить секции индукторов от рельсовых плетей, и промышленный компьютер с программой нагрева для обеспечения работоспособности установки и визуализации процесса работы. На сенсорном экране промышленного компьютера отображаются параметры нагрева отдельно для правой и левой рельсовой плети, а также рабочие показатели станции охлаждения 13, обеспечивающей охлаждение всего устройства. Так же на блок управления нагревом 10 приходят сигналы с внешних датчиков состояния окружающей среды, по сигналам которых в совокупности с другими данными происходит расчет параметров для нагрева рельсовых плетей до необходимой температуры по программе, заложенной в компьютер.
1
2
1
2
На фиг. 2 показано выполнение одного из индукторов 7 для нагрева отдельной плети. Индуктор 7 в указанной установке состоит из двух секций 7, 7, охватывающих с двух сторон рельс 16 соответствующей плети. Каждая из упомянутых секций 7, 7 выполнена по форме, близкой к профилю рельса и установлена на отдельных электроприводах 18-19 и 20-21, соответственно. Данная конфигурация обеспечила подвод каждой секции индуктора к рельсу с минимально возможным зазором в зависимости от расположения соответствующей плети, обеспечивая более высокую эффективность нагрева. Второй индуктор 8 выполнен точно также.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
На Фиг. 3 показаны схематически блоки электроприводов для подвода секций индукторов 7, 7, и 8 и 8 к нагреваемым левой и правой плетям 16 и 17, соответственно. Блоки электроприводов 14 и 15, представляют собой металлическую конструкцию, на которой располагаются электроприводы 18-25, к которым крепятся секции индукторов 7, 7, и 8 и 8. С помощью электроприводов 18-25 осуществляется перемещение каждой секций индукторов 7, 7, и 8 и 8 в горизонтальном направлении относительно рельсовых плетей 16 и 17, причем каждая секция одного индуктора может перемещаться независимо от другой секции данного индуктора. На блоках электроприводов установлены концевые выключатели 26-41. Так же на блоках электроприводов размещаются инфракрасные пирометры 42, 43 контроля начальной температуры рельсовой плети и инфракрасные пирометры 44, 45 контроля температуры, до которой произошел нагрев рельсовой плети, а также датчики скорости 46, 47 движения ж/д платформы.
Разработанное программное обеспечение управления технологическим процессом нагрева позволяет учитывать факторы окружающей среды, начальную и конечную температуру плети, скорость движения ж/д платформы, от которых зависит количество энергии, которое будет сообщено рельсовой плети для достижения заданной температуры.
Управление процессом принудительного ввода рельсовых плетей в оптимальную температуру закрепления обеспечивается с помощью блока управления нагревом 10.
Предлагаемое устройство устанавливается на ж/д платформе: генератор, вводно-распределительное устройство, преобразователи частоты, трансформаторно-согласующие устройства, блок управления нагревом, блоки управления перемещением индукторов, станция охлаждения и внешние датчики состояния окружающей среды располагаются на платформе, а блоки электроприводов с электроприводами, секциями индукторов, концевыми выключателями, инфракрасными пирометрами и датчиками скорости движения ж/д платформы располагаются под платформой.
Программное обеспечение позволяет производить нагрев в «Автоматическом» и «Ручном» режимах.
Ручной режим работы предназначен для проведения пуско-наладочных работ установки и для завершения процесса нагрева, если по какой-либо причине не возможно использование автоматического режима. В данном режиме управление процессом нагрева осуществляется непосредственно оператором. В этом режиме независимо от скорости движения ж/д платформы установка будет греть с заданной оператором мощностью. Причем благодаря разделению подводимой мощности к левой и правой плетям, оператор с помощью программного обеспечения имеет возможность задавать разную мощность для плетей. Также, при необходимости, возможно отключение одного из преобразователей частоты, в этом случае нагрев будет осуществляться только одной выбранной плети.
В автоматическом режиме работы управление процессом нагрева осуществляется оператором частично. Оператор задает температуру, до которой будет нагреваться плеть, с помощью программного обеспечения осуществляет сведение секций индукторов к плетям, и запускает процесс нагрева. В автоматическом режиме для достижения заданной температуры нагрева программа рассчитывает необходимую скорость движения ж/д платформы в зависимости от показаний датчиков окружающей среды и максимально возможной прикладываемой мощности. При возникновении аварийных ситуаций или недопустимости того или иного действия в процессе управления будет выдано соответствующее информационное сообщение.
1
2
1
2
Установка для индукционного нагрева рельсовых плетей с целью их ввода в оптимальный температурный режим работает следующим образом: по прибытию на место производства работ оператор устанавливает блоки электроприводов 14 и 15 на левую 16 и правую 17 рельсовые плети. Блоки электроприводов крепятся к нижней части ж/д платформы с помощью приводов вертикального перемещения индукторов в рабочее и походное положение. Запуск генератора 1 обеспечивает установку питающим напряжением. Оператор запускает программное обеспечение, в рабочем окне программы управления процессом нагрева на сенсорном экране компьютера выбирает автоматический режим работы, задает температуру нагрева рельсовых плетей и нажимает кнопку «Свести индукторы». По этому сигналу программа инициирует подвод секций индукторов 7, 7, и 8 и 8 к нагреваемым рельсовым плетям 16 и 17. Электроприводы 18-25 начинают движение, и прекращают его по сигналам с концевых выключателей 26-41. Состояние концевых выключателей 26-41 отображается на экране промышленного компьютера двумя цветами - красным и зеленым, что соответствует замкнутому и разомкнутому состояниям, соответственно. По завершению процесса сведения индукторов на экране компьютера отобразится сообщение «Индукторы сведены». Затем оператор нажимает кнопку «Пуск», при несоответствии какого-либо параметра требуемому значению процесс нагрева не будет запущен, и на экране появится сообщение о произошедшей ошибке. Программа управления нагревом рассчитывает необходимую скорость перемещения ж/д платформы относительно рельсовой плети исходя из того до какой температуры необходимо нагреть рельсовую плеть относительно ее начальной температуры при известной максимальной мощности. Установка до момента начала движения ж/д платформы вдоль рельсовой плети находится в режиме ожидания. В момент начала движения программа управления нагревом включает преобразователи частоты 3 и 4, мощность, необходимая для нагрева, передается к индукторам 7 и 8, происходит нагрев рельсовых плетей 16 и 17 до заданной температуры. Контроль температуры осуществляется с помощью инфракрасных пирометров 42-45, при этом на экране промышленного компьютера отображается информация о процессе нагрева отдельно для левой и правой рельсовой плети (температура начальная и конечная, заданная температуры нагрева, время нагрева, пройденный путь и скорость движения). Зазор между нагреваемой плетью и секциями одного индуктора регулируется с помощью концевых выключателей 26-41. Изменяемый зазор необходим для прохождения кривых участков пути, его увеличение позволяет исключить соприкосновение индуктора с плетью. А уменьшение зазора на прямых участках пути позволяет увеличить эффективность нагрева.