ПОДВЕСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕФЕКТОСКОПИИ РЕЛЬСОВ

Подвесное устройство для дефектоскопии рельсов относится к конструкциям контрольно-измерительных устройств, предназначенных для проверки состояния железнодорожного полотна, и может быть использовано для поддержания в стабильном положении над поверхностью катания рельса ультразвуковой, магнитострикционной, оптической и другой измерительной аппаратуры, установленной на мобильный дефектоскоп, особенно на высоких скоростях его перемещения.
Известны подвесные устройства для дефектоскопии рельсов [1], [2], которые устанавливаются на мобильный дефектоскоп и содержат несущую и искательную балки, последняя соединена с устройством центрирования, выполненным в виде механической конструкции, контактирующей с боковой поверхностью головки рельса. Устройство центрирования предназначено для постоянного поддержания искательной балки над центром поверхности катания рельса.
Недостатком таких механических устройств является низкая точность центрирования искательной балки, обусловленная тем, что боковая поверхность головки рельса может иметь выработку, на ней может присутствовать грязь, лед и т.п., в результате чего устройство центрирования выполняет возложенные функции с ошибками, особенно при высоких скоростях передвижения мобильного дефектоскопа.
Известно подвесное устройство для дефектоскопии рельсов [3] содержащее несущую балку, закрепленную вдоль мобильного дефектоскопа, передвигающегося по рельсу, искательную балку с размещенными на ней измерителями, расположенную над головкой рельса, центрующие магниты, установленные впереди и сзади искательной балки по направлению движения транспортного средства и жестко связанные с ней при перемещениях центрующих магнитов поперек рельса, несущая балка соединена с несущей балкой параллелограммными шарнирами, по которым искательноая балка с магнитами может перемещаться поперек рельса. Такое устройство позволяет поддерживать искательную балку по центру рельса за счет бесконтактного взаимодействия центрующих магнитов с головкой рельса, приводящего к самоцентрированию подвески.
Известно подвесное устройство для дефектоскопии рельсов [4], содержащее несущую балку, закрепленную вдоль мобильного дефектоскопа, передвигающегося по рельсу, искательную балку с размещенными на ней измерителями, расположенную над головкой рельса, центрующие магниты, установленные на осях вращения впереди и сзади искательной балки по направлению движения транспортного средства и жестко связанные с ней при перемещениях центрующих магнитов поперек рельса, несущая балка снабжена направляющей штангой, по которой искательная балка с магнитами может свободного перемещаться поперек рельса. Такое устройство позволяет поддерживать искательную балку по центру рельса за счет бесконтактного взаимодействия центрующих магнитов с головкой рельса, приводящего к самоцентрированию подвески.
Недостатком устройств [3, 4] является недостаточное качество стабилизации искательной балки по длине рельса, связанное с тем, что в устройствах она может перемещаться только параллельно несущей балке, в результате чего при искривлениях рельсового пути, стрелочных переходах, выработках головки рельса и т.п. искательная балка может смещаться относительно продольной оси симметрии рельса. Величина такого смещения может составлять до 2-3 сантиметров, что оказывается существенным, например, при ультразвуковом зондировании шейки рельса.
Наиболее близким к заявляемому устройству является подвесное устройство для дефектоскопии рельсов [5], содержащее несущую балку, закрепленную вдоль мобильного дефектоскопа, искательную балку с размещенными на ней измерителями, расположенную над головкой рельса, центрующие магниты, установленные впереди и сзади искательной балки и подвешеные на параллелограммных шарнирах с возможностью плоскопараллельного перемещения вдоль поверхности катания рельса. Это устройство также позволяет поддерживать искательную балку по центру рельса за счет бесконтактного взаимодействия центрующих магнитов с головкой рельса. Устройство предполагает использование круглых центрующих магнитов с возможностью их отключения путем поворота.
Недостатки данного устройства заключаются в следующем.
Во-первых, в устройстве [5] качество стабилизации искательной балки по длине рельса, как и в устройствах [3, 4], является недостаточным.
Во-вторых, в устройстве [5] не решен вопрос о переводе всего механизма устройства для дефектоскопии рельсов в транспортировочное положение и обратно. Перевод устройства в такое положение за счет поворота центрующих магнитов только устраняет магнитную стабилизацию, но не обеспечивает безопасную транспортировку измерительных устройств и центрующих магнитов.
В-третьих, искательная балка в устройстве [5] является несущим элементом конструкции, в частности, центрующих магнитов, хотя предназначена для установки измерителей и для удобства эксплуатации она должна быть съемным элементом.
Общие требования к подвесному устройству для дефектоскопии рельсов состоят в том, что оно должно обеспечить искательной балке постоянное нахождение на оси симметрии рельса с быстрым возвратом к этому положению при поперечных перемещениях мобильного дефектоскопа, искривлениях рельсового пути, износе головки рельса и т.п., причем стабилизация передней и задней части искательной балки должна быть независимой. Кроме того, конструкция подвесного устройства должна предусматривать перевод искательной балки из транспортировочного положения в рабочее и обратно, а также парирование препятствий на поверхности катания рельса (стыки, стрелочные переходы, посторонние предметы и т.п.) за счет вертикальных перемещений элементов конструкции.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение качества дефектоскопии рельсов за счет улучшения стабилизации положения искательной балки при различных отклонениях рельсового пути от прямолинейного. Решение указанной задачи заключается в независимой подвеске концов искательной балки.
Для решения поставленной задачи 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 подвешеные над рельсом на параллелограммных шарнирах с возможностью плоскопараллельного перемещения вдоль поверхности катания рельса, установлены дополнительно транспортировочная балка с механизмом подъема/опускания, соединенным с несущей балкой, две каретки, установленные 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.
Заявляемое подвесное устройство для дефектоскопии рельсов иллюстрируют следующие графические материалы:
Фиг.1, 2, где:
1. несущая балка;
2. рама мобильного дефектоскопа;
3. искательная балка;
4. рельс;
5. центрующие магниты;
6. параллелограммные шарниры;
7. транспортировочная балка;
8. пневмокамера;
9. шток;
10. проушина;
11. пружина;
12. каретки;
13. направляющие оси;
14. параллелограммные шарниры;
15. ось;
16. ось;
17. паз.
Существенными отличиями заявляемого устройства от прототипа являются.
Наличие у подвесного устройства для дефектоскопии рельсов транспортировочной балки с механизмом подъема/опускания, соединенным с несущей балкой позволяет оперативно переводить искательную балку из транспортировочного в рабочее положение и обратно, в том числе и дистанционно.
В прототипе вопрос перевода из транспортировочного в рабочее положение рассматривается только с точки зрения ручного отключения центрующих магнитов на период транспортировки.
Наличие двух кареток, установленных на концах транспортировочной балки, на направляющих, с возможностью свободного перемещения по ним кареток поперек рельса под воздействием центрующих магнитов позволяет выполнить искательную балку в виде отдельного съемного элемента.
В прототипе роль кареток играет сама искательная балка, что не позволяет удобно и быстро монтировать на ней измерители.
Соединение кареток осями вращения с концами искательной балки с возможностью их независимого перемещения поперек рельса позволяет более точно фиксировать положение искательной балки при поперечных перемещениях мобильного дефектоскопа, искривлениях рельсового пути, износе головки рельса и т.п.
В прототипе концы искательной балки перемещаются одновременно и параллельно несущей балке.
Рассмотрим назначение элементов устройства:
Несущая балка 1 предназначена для соединения подвесного устройства для дефектоскопии рельсов с мобильным дефектоскопом 2 (не показан) с одной стороны и с остальными подвесными элементами с другой.
Искательная балка 3 предназначена для установки измерителей различного типа и должна находиться строго по оси рельса 4.
Центрующие магниты 5 предназначены для взаимодействия с рельсом 4 посредством магнитного поля и обеспечения за счет этого центровки кареток 12 и искательной балки 3 по оси симметрии рельса 4.
Центрующие магниты 5 предназначены для удержания искательной балки 3 вдоль оси симметрии рельса за счет магнитного взаимодействия с рельсом.
Параллелограммные шарниры 6 предназначены для подвески центрующих магнитов 5 к каретке 12 и обеспечивают возможность парирования магнитами 6 неровностей рельса.
Транспортировочная балка 7 предназначена для перевода искательной балки 3 из транспортировочного в рабочее положение и обратно, т.е. подъема и опускания на параллелограммных шарнирах 14, соединенных с ней кареток и искательной балки. Для этого она имеет механизм подъема/опускания, состоящий в данном случае из пневмокамеры 8, штока 9, проушины 10 и пружины 11.
Каретки 12 предназначены для подвеса на параллелограммных шарнирах 6 центрующих магнитов 5, способных перемещаться по направляющим осям 13 под воздействием магнитных сил поперек рельса 4, увлекая за собой концы искательной балки 3.
Оси вращения 15 и 16 предназначены для кинематической связи кареток 12 с концами искательной балки 3. Конструкция осей обеспечивает совместное перемещение кареток 13 и соответствующих концов искательной балки 3 при перемещении кареток поперек рельса.
Ось 16 имеет возможность перемещаться в пазу 17 и за счет этого обеспечивается независимое перемещение кареток 12 (концов искательной балки 3).
Рассмотрим работу заявляемого устройства.
Перед началом измерений на мобильный дефектоскоп устанавливают подвесное устройство для дефектоскопии рельсов, прикрепляя несущую балку 1 вдоль рельсового пути на раму 2. Как правило, при таких измерениях используют двухниточную схему, т.е. на дефектоскоп устанавливают два подвесных устройства, каждый из которых располагается над соответствующим рельсом. Устанавливают измерители на искательную балку 3 (в данной заявке вопрос об измерителях не рассматривается), а саму искательную балку размещают между каретками 12 на осях 15 и 16. Опускают транспортировочную балку 7 путем поворота на параллелограммных шарнирах 14, используя усилия пневмокамеры 8 через шток 9 и проушину 10. При этом каретки 12 опускают центрирующие магниты 5 над поверхностью катания рельса 4 с зазором в несколько миллиметров, а также искательную балку 3.
При перемещении мобильного дефектоскопа магнитное поле центрующих магнитов 5 взаимодействует с головкой рельса 4. Наилучшее прохождение поля будет наблюдаться тогда, когда центрующие магниты 5 расположены строго по оси рельса 4. При отклонениях от такого положения каждый из центрующих магнитов 5 стремится вернуть каретки 13 на ось симметрии рельса. При этом передний и задний центрующие магниты 5 и соответствующие концы искательной балки 3 смещаются благодаря осям 15 и 16.
При возникновении локальных препятствий на поверхности катания рельса, например, стык рельсов, центрирующие магниты 5 поднимаются на шарнирах 6, не влияя на положение кареток 12 искательной балки 3.
При поперечных перемещениях мобильного дефектоскопа, искривлениях рельсового пути, износе головки рельса и т.п. центрующие магниты 5 смещаются на разные расстояния и увлекают за собой каретки 13. При этом расстояние между осями 15 и 16 изменяется. Это изменение компенсируется за счет перемещения оси 16 в пазу 17.
Таким образом, заявляемое подвесное устройство для дефектоскопии рельсов обеспечивает повышение качества дефектоскопии за счет стабилизации положения искательной балки по оси рельса, в том числе и при искривлениях рельсового пути, износе головки рельса и т.п.
Источники информации:
1. Патент RU 2309077.
2. Патент WO 2010029248.
3. Евразийский патент 013613 В1 заявка №200900837.
4. Патент RU 94535.
5. Патент RU 101678.