УСТРОЙСТВО - МЕХАНИЗМ КОРРЕКЦИИ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НОСИТЕЛЯ ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ИСКАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ КОНТРОЛЯ В КОНТРОЛИРУЕМОМ ИЗДЕЛИИ - "ПИЛОТ"

Устройство - механизм коррекции поперечного перемещения элементов искательной, центрирующей или следящей системы мобильных средств дефектоскопии относительно оси контроля в контролируемом изделии - «ПИЛОТ»
Полезная модель относится к области рельсового транспорта и использована при неразрушающем контроле мобильными средствами дефектоскопии при контактном способе ввода и приема ультразвуковых колебаний для обнаружения дефектов в рельсе может быть использовано в диагностических системах использующих иные методы неразрушающего контроля при контактном и бесконтактном способе ввода и приема информационного сигнала.
Вследствие внешних динамических сил, особенностей строения пути (кривые участки пути, стрелочные переводы, рельсовые соединители и т.п.), конструкционных особенностей диагностических систем и изменения геометрических параметров рельса (боковой износ головки рельса, изгибы рельса и т.п.) от динамического воздействия колес подвижного состава на железнодорожные рельсы происходит увод продольной оси искательной (искательная система мобильного средства дефектоскопии - часть дефектоскопной системы, которая взаимодействуя с механическими, пневматическими, гидравлическими, электронными и иными устройствами, осуществляет ввод и прием информационного сигнала), центрирующей (центрирующая система мобильного средства дефектоскопии - часть дефектоскопной системы, которая обеспечивает поперечное перемещение элементов искательной, центрирующей, следящей системы относительно их продольных осей и оси контроля в контролируемом изделии) и следящей (следящая система мобильного средства дефектоскопии - часть дефектоскопной системы, которая удерживает искательную систему над поверхностью сканирования) системы от оси контроля в контролируемом изделии, например, при контроле рельсов мобильными средствами дефектоскопии осью контроля является ось симметрии рельса - продольная ось рельса, что приводит к снижению качества технического диагностирования рельсов либо его прекращению и как следствие пропуск дефектов предусмотренных НТД/ЦП-1-93 «Классификация дефектов рельсов» (МПС РФ. Издательство «Транспорт». Москва 1993 год).
Назначение разработки: повышение эффективности мобильных средств дефектоскопии за счет стабильного центрирования продольной оси искательной системы относительно оси контроля в контролируемом изделии.
Цель разработки: создание устройства, которое будет обеспечивать управляемое центрирование (совмещение) продольной оси искательной системы мобильных средств дефектоскопии относительно оси контроля в контролируемом изделии в ручном, автоматизированном и автоматическом режиме управления. Ручной режим управления -способ управления устройства, при котором изменения, производятся путем отклонения органов управления устройства человеком-оператором с помощью рычагов управления [1]. Автоматизированный режим управления - способ управления устройства, при котором изменения, производятся путем отклонения органов управления устройства человеком-оператором с помощью рычагов управления в сочетании с роботом-оператором [1]. Автоматический режим управления - способ управления устройства, при котором, изменения производятся путем отклонения органов управления устройства роботом-оператором по заранее заложенной программе в соответствии с информационными сигналами из объекта контроля, направленных на функционирование
управляемого устройства в соответствии с заданной целью управления без непосредственного участия человека. При этом робот может, иметь связь с оператором, получать от него команды и действовать автономно[1].
Для повышения эффективности мобильных средств дефектоскопии, с помощью механизмов коррекции поперечного перемещения элементов искательной, центрирующей или следящей системы совмещают продольную ось искательной системы с осью контроля в контролируемом изделии - продольной осью рельса. Конструкционные элементы искательной, центрирующей или следящей системы через которые проходит продольная ось соответствующей системы являются носителем их продольной оси.
Для совмещения продольной оси искательной системы с продольной осью рельса блоки сканирования составляющие схему прозвучивания мобильного средства дефектоскопии устанавливают в диагностические устройства являющиеся элементом искательной системы, продольная балка которых жестко фиксируется в механизмах подъема-опускания диагностического устройства являющихся элементом центрирующей системы кинетически связанных с элементами следящей системы которые удерживают искательную систему над поверхностью катания головки рельса в процессе дефектоскопии по поверхности катания головки рельса вдоль продольной оси рельса, при смещении искательной системы относительно продольной оси рельса механизмами коррекции поперечного перемещения установленных на элементах центрирующей или следящей системы совмещают продольную ось искательной системы с осью контроля в контролируемом изделии. Схема прозвучивания средства дефектоскопии - траектория распространения информационного сигнала от излучателя до приемника сигнала. Информационный сигнал - сигнал от или из объекта контроля и сред, граничащих с ним, позволяющий оценить их физические характеристики и параметры сигнала.
Известен ряд устройств различного конструктивного выполнения (Фиг. 2) для коррекции поперечного перемещения элементов следящей, центрирующей или искательной системы, являющихся носителем их продольной оси относительно продольной оси рельса, применяемых в контактных и бесконтактных дефектоскопных системах на мобильных средствах диагностики для ультразвукового контроля рельсов. Устройство центровки искательной системы мобильного дефектоскопа - патент №38708 (Фиг. 2.2), тележка-носитель - патент №2309077 (Фиг. 2.3), устройство центрирования следящей системы мобильного дефектоскопам - патент №2438901 (Фиг. 2.4).
Контактная дефектоскопная система механического трения следящих колес о рабочую боковую грань головки рельса - тележка-носитель Патент №2309077 (Фиг. 2.3, 3), которая выполнена из двух независимых одноосных тележек, рама каждой одноосной тележки связана параллелограммным механизмом с общей рамой, а следящие элементы выполнены в виде следящих колес являющиеся носителем продольной оси следящей системы. На буксах следящих колес противоположных одноосных тележек, шарнирно закреплены продольные балки с механизмом подъема-опускания диагностического устройства, и механизмом коррекции поперечного перемещения диагностического устройства являющихся носителем продольной оси центрирующей системы, причем продольные балки являющиеся носителем продольной оси центрирующей системы закреплены с возможностью углового и осевого перемещения одноосных тележек. Узел компенсации смещения одноосных тележек относительно друг друга представляет собой сферический шарнир, на котором закреплен линейный подшипник, во внутренней полости которого, установлен конец продольной балки, а механизм коррекции поперечного перемещения диагностического устройства связан с датчиком контроля перемещения следящих колес [8].
Результат достигается за счет того, что ходовая часть тележки-носителя, кинематическая схема, которой представлена на Фигуре 3.1, выполнена из двух независимых одноосных тележек 2. Каждая одноосная тележка состоит из рамы 3 с установленными на ее концах, на заданном фиксированном расстоянии, поворотными отбойными колесами 4 для
прохождения стрелочных переводов. Во внутренней полости центральной части рамы 3 смонтировано коромысло 5, в виде двуплечего рычага, ось вращения 6 которого, установлена в центральной части рамы 3 одноосной тележки. Коромысло 5 шарнирно связано с тягами 7, осуществляющими через штоки 8, перемещение следящих колес 9 по направляющим 10. Направляющие 10 зафиксированы на торцах рамы 3 одноосной тележки, а перемещение следящих колес осуществляется посредством шарнирно установленного пневмоцилиндра 11, шток которого закреплен на рычаге 12 коромысла 5, а корпус на раме одноосной тележки 3. Для контроля перемещения следящих колес на раме 3 одноосной тележки соосно коромыслу 5 закреплен датчик S, вал которого зафиксирован на оси 6 [8].
На торцах рамы 3 каждой одноосной тележки смонтированы параллелограммные механизмы 13, которые крепятся к кронштейнам общей рамы 15, и образуют с ней за счет сферических шарниров 16 дополнительный параллелограмм. Это обеспечивает возможность смещения одноосных тележек в поперечной и вертикальной плоскости пути, а также позволяет независимо самоустанавливаться каждой одноосной тележке на закруглениях, неровностях и возвышениях пути [8].
Продольные балки 17 (элемент центрирующей системы) с установленными на них диагностическими устройствами 18 с блоками сканирования (элементы искательной системы), механизм подъема-опускания диагностического устройства 19 (элемент центрирующей системы), механизмом коррекции поперечного перемещения диагностического устройства (элемент центрирующей системы), смонтированы на кронштейнах. Кронштейны жестко закрепленных на неподвижных буксах 20 следящих колес 9 противоположных одноосных тележек - элементы следящей системы. Каждая продольная балка 17 тележки-носителя, одним концом закреплена на кронштейне 21 неподвижной буксы следящего колеса одной одноосной тележки, при помощи двухосного шарнира 22. Другой конец балки установлен в узел компенсации смещения одноосных тележек, друг относительно друга 23, который закреплен на кронштейне 24 неподвижной буксы следящего колеса противоположной одноосной тележки. Узел компенсации смещения одноосных тележек друг относительно друга 23 представляет собой сферический шарнир 25 с линейным подшипником 26, во внутренней полости которого размещен конец продольной балки. Это обеспечивает свободное и независимое перемещение одноосных тележек на неровностях пути относительно друг друга при движении тележки-носителя, удерживая положение продольной балки над шейкой рельса [8].
При боковом износе рельса блоки сканирования, составляющие схему прозвучивания средства диагностики, установленные в диагностические устройства, продольная балка которых жестко фиксируется в механизмах подъема-опускания диагностического устройства кинетический связанных со следящими колесами, реборды которых, прижимаясь, отслеживает рабочую боковую грань головки рельса в процессе дефектоскопии по поверхности катания головки рельса уводят блоки сканирования от центра головки (Фиг. 3.2). По сигналу от датчика S, контроля перемещения следящих колес, включается механизм коррекции поперечного перемещения диагностического устройства, выполненный, например, в виде пневмопривода 33, который корректирует смещение Δ2 элементов носителя продольной оси следящей, центрирующей и искательной системы, выставляя блоки сканирования над шейкой рельса [8]. То есть процесс коррекции поперечного перемещения осуществляется по информационным сигналам от объекта контроля - от боковой рабочей грани головки рельса.
Недостатками контактной дефектоскопной системы механического трения следящих колес о рабочую боковую грань головки рельса - тележка-носитель (Патент №2309077) с механизмом коррекции поперечного перемещения диагностического устройства в автоматическом режиме является:
- «снижение качества диагностики при высоких скоростях перемещения тележки-носителя» [7];
- «необходимость трудоемкого технического обслуживания» [7];
- «увод искателей - блоков сканирования от центра головки рельса при боковом износе рельса» [8].
При этом конструкция механизма коррекции смещения диагностического устройства (Фиг. 3.2) не реализована в действующем устройстве и была изменена на конструкцию с ручным режимом управления (Фиг. 4).
Принцип действия механизма коррекции поперечного перемещения диагностического устройства с ручным режимом управления (Фиг. 4) контактной дефектоскопной системы механического трения следящих колес о рабочую боковую грань головки рельса -тележка-носитель (Патент №2309077) заключается в то что, для совмещения продольной оси искательной системы 5.1 с продольной осью рельса 9.1, блоки сканирования 5.3 составляющие схему прозвучивания мобильных средств дефектоскопии, установленные в диагностические устройства 5.0 являющиеся элементом искательной системы продольная балка 5.2 которых жестко фиксируется в механизмах подъема-опускания диагностического устройства 4.0 являющихся элементом центрирующей системы кинетически связанных с элементами следящей системы со следящими колесами одноосной тележки 2.0 реборда колеса 2.2 которых удерживают искательную систему над поверхностью катания головки рельса в процессе дефектоскопии по поверхности катания головки рельса, при смещении искательной системы относительно продольной оси рельса во время проведения контроля, механизмами коррекции поперечного перемещения установленных на элементах центрирующей системы, совмещают продольную ось искательной системы 5.1 с продольной осью рельса 9.1 с осью контроля в контролируемом изделии во время стоянки, перемещая механизмы подъема-опускания диагностического устройства 4.0 (Фиг. 4.3), 19 (Фиг. 3.1) кинетически связанных через узле их крепления на продольной балке 3.2 (Фиг. 4.3, 4.4), 17 (Фиг. 3.1) с элементами искательной системы - диагностическим устройством 5.0, закрепленные болтовыми соединениями 4.7, 4.8 (Фиг. 4.3, 4.4, 4.2) по пазам 3.3 (Фиг. 4.4, 4.2, 5.1) в узле их крепления (Фиг. 4.1, 4.2, 5.1) на продольной балке 3.2 (Фиг. 4.3, 4.4), 17 (Фиг. 3.1) до совмещения продольной оси искательной системы 5.1 с продольной осью рельса 9.1 (Фиг. 4.3, 4.4, 3.1) ориентируясь на рабочую и нерабочую грань головки рельса (Фиг. 5). При регулировке требуется откручивать и закручивать четырнадцать винтовых соединений 4.6, 4.7, 4.8 по одной нитке (Фиг. 4.3, 4.4, 2.3, 4.1, 4.2, 5.1). Для двух рельсовых нитей, число болтовых соединений составляет - от двадцати восьми в зависимости от конструкции. То есть процесс коррекции смещения осуществляется по информационным сигналам от объекта контроля - поверхность катания головки рельса, рабочая и нерабочая грани головки рельса.
Недостатками механизма коррекции поперечного перемещения диагностического устройства с ручным режимом управления контактной дефектоскопной системы механического трения следящих колес о рабочую боковую грань головки рельса -тележка-носитель (Патент №2309077) является:
- «снижение качества диагностики при высоких скоростях перемещения тележки-носителя» [7];
- «необходимость трудоемкого технического обслуживания» [7];
- «увод искателей - блоков сканирования от центра головки рельса при боковом износе рельса» [8];
- то, что совмещение продольной оси искательной системы относительно продольной рельса производиться от боковой рабочей грани головки рельса подверженной под динамическим воздействием колес подвижного состава изменению ее геометрической формы;
- отсутствие возможности для регулировки продольной оси следящей 2.1, центрирующей 4.1 и искательной 5.1 системы относительно продольной оси рельса 9.1 (Фиг. 5) во время остановки и в процессе проведения контроля мобильным средством дефектоскопии [2];
- применение слесарного и измерительного инструмента [2];
- то что, (Фиг. 5.2) при износе реборд следящих колес 2.2 продольная ось следящей 2.1, центрирующей 4.1 и искательной 5.1 системы смещается от произведенной настройки относительно продольной оси рельса 9.1 в станционных условиях и для производства работ по их регулировке необходима остановка на станционных путях в прямолинейном участке [2];
- то что, при износе боковой рабочей грани головки рельса (Фиг. 5.3), реборда следящего колеса смещается в сторону нерабочей грани головки рельса, и соответственно, смещает продольную ось следящей 2.1, центрирующей 4.1 и искательной 5.1 системы, относительно продольной оси рельса 9.1. При данной неисправности рельсового полотна, система не поддается регулировке. Так как при перенастройке системы и выходе ее на участок пути без износа боковой рабочей грани головки рельса, реборда следящего колеса смещается в сторону рабочей грани головки рельса, и соответственно смещает продольную ось следящей 2.1, центрирующей 4.1 и искательной 5.1 системы, относительно продольной оси рельса 9.1;
- при износе реборды следящего колеса и износ боковой грани головки рельса(Фиг. 5.4), реборда следящего колеса смещается в сторону нерабочей грани головки рельса, и соответственно, смещает продольную ось следящей 2.1, центрирующей 4.1 и искательной 5.1 системы, относительно продольной оси рельса 9.1. При данной неисправности рельсового полотна, система не поддается регулировке. Так как при перенастройке системы и выходе ее на участок пути без износа боковой рабочей грани головки рельса, реборда следящего колеса смещается в сторону рабочей грани головки рельса, и соответственно смещает продольную ось следящей 2.1, центрирующей 4.1 и искательной 5.1 системы, относительно продольной оси рельса 9.1.
Комбинированная дефектоскопная система бесконтактный автоматический рельсовый сканер для мобильных средств дефектоскопии - устройство центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа - патент №2438901 (Фиг. 2.4, 6), выполнено из магнитных блоков с системой постоянных магнитов являющиеся элементом носителя продольной оси центрирующей системы, размещенных с торцевых сторон каждого диагностического устройства являющихся элементом носителя продольной оси искательной системы, на каретках поперечного перемещения являющихся элементом носителя продольной оси центрирующей системы, кинетически связанных с искателями, и установленных на направляющих штангах, жестко связанных с несущей балкой подвески следящей системы. Центрирование заключается в том, что в процессе перемещения мобильного дефектоскопа, когда внешние динамические усилия смещают искательную систему от исходного положения, силы магнитного поля, существующие между рельсом и магнитными блоками, заставляют их возвращаться в исходное положение, то есть, действует своеобразная «магнитная пружина» увлекают за собой каретки поперечного перемещения. Каретки, перемещаясь по направляющим штангам жестко закрепленных своими концами в кронштейнах к несущей балке, установленной так же с помощью кронштейнов на тележке мобильного дефектоскопа, и находясь в кинематической связи с продольной балкой диагностического устройства через механизм подъема-опускания диагностического устройства, возвращают блоки сканирования из смещенного в оптимальное положение. Обеспечивая тем самым самоцентрирование системы. [7].
Результат достигается за счет того, что (Фиг. 6) несущую продольную балку 3.2 следящей системы мобильного дефектоскопа, с помощью кронштейнов 7.2, жестко закрепляют на тележке мобильного дефектоскопа 1.1 (Фиг. 6.1). Следящая система мобильного дефектоскопа содержит кронштейн 7.8, который связывает между собой все элементы
следящей, центрирующей и искательной систем (Фиг. 6.1, 6.2, 6.3). На продольную балку диагностического устройства 5.2 устанавливают блоки сканирования 5.3 (Фиг. 6.2), которые в процессе дефектоскопии перемещаются по поверхности катания головки рельса вдоль продольной оси рельса. По обе стороны от торцевых частей продольной балки диагностического устройства размещены магнитные блоки с системой постоянных магнитов 7.3, закрепленные с помощью кронштейнов 7.4 и рычагов 7.5 на каретке 7.6 поперечного перемещения (Фиг. 6.1, 6.2). Каретка установлена на направляющих штангах 7.7 с возможностью перемещения по ним в направлении, поперечном направлению продольной оси рельса 9.1 (Фиг. 6.1, 6.3). Штанги установлены в кронштейны 7.8 закрепленные к продольной несущей балке следящей системы 3.2 (Фиг. 6.1, 6.2). Продольная балка диагностического устройства 5.2 подвешена на штоках 4.3 силовых цилиндров 4.2 механизма подъема-опускания диагностического устройства 4.0 (Фиг. 6.2). Силовые цилиндры закреплены на каретке, образуя кинематическую связь блоков сканирования с кареткой, для их поперечного перемещения. Направляющие штанги, для перемещения каретки разнесены друг от друга на расстояние, которое обеспечивает размещение и жесткое закрепление на каретке силового цилиндра. Свободный конец штока силового цилиндра связан с концов продольной балки диагностического устройства с закрепленными на ней блоками сканирования через кронштейны 4.4 (Фиг. 6.2).
n
n
n
k
k
n
Принцип действия «магнитной пружины» основан на взаимодействии магнитных полей постоянных магнитов и ферромагнетика (Фиг. 7.1, 7.2) и заключается в том, что силовые линии магнитной индукции, направление которых формируется информационным сигналом от поверхности сканирования объекта контроля, которые в сбалансированном положении направляются по нормали к поверхности ферромагнетика под углом β равным 0°, возбуждая при этом силы по нормали - «F» постоянно действующие в одной плоскости - вертикальной. В образованном магнитном поле, магнитная индукция «В» сил «F» одинакова. При смещении границы тела ферромагнетика, относительно границы тела постоянных магнитов, в сторону среды (воздух), с магнитной проницаемостью равной единице, направление силовых линии изменяется, изменяя и угол β рабочих силовых линий и трансформируя силы по нормали «F» в касательные силы - «F». Силы «F» постоянно действующие в двух плоскостях - вертикальной и горизонтальной, стремятся восстановить сбалансированное положение силовых линии магнитной индукции, трансформируясь в силы «F».
n
k
n
k
k
n
k
Устройство (патент №2438901) основано на взаимодействии магнитных полей магнитных блоков с системой постоянных магнитов и намагниченного объекта - ферромагнетика (рельса). Результат достигается за счет того, что над поверхностью катания головки рельса, на расстоянии «Н» размещают блоки с системой постоянных магнитов с механизмом коррекции поперечного перемещения диагностического устройства (Фиг. 6.2). Таким образом, чтобы рабочие силовые линии магнитной индукции были направлены поперек головки рельса, а сил «F» и «F» находились в равновесном положении (Фиг. 7.3). При смещении магнитных блоков с системой постоянных магнитов поперек головки рельса в сторону рабочей или нерабочей боковой грани головки рельса на границу среды (воздух - рельс), направление силовых линии изменяется, изменяя угол β рабочих силовых линий и трансформируя силы «F» в «F» (Фиг. 7.4). Силы «F» восстанавливая сбалансированное положение силовых линии, перемещают магнитные блоки с системой постоянных магнитов до восстановления равновесного положения сил «F» и «F», относительно выкружки рабочей и нерабочей боковой граней головки рельса, с учетом их износа и строения пути (Фиг. 7.5, 7.6, 7.7). Вследствие чего, элементы носителя продольная ось искательной системы, кинетически связанные с магнитными блоками с системой постоянных магнитов 7.3 самоцентрируется (Фиг. 6.1, 6.3). Исходя из чего, процесс центрирования осуществляет по информационным сигналам от поверхности катания головки рельса, рабочей или нерабочей боковой грани головки рельса, а также элементов строения пути.
Устройство самоцентрирования в станционных условиях установлено таким образом, что в исходном стабильном положении, до начала работы, продольные оси центрирующей системы 7.1 и продольная ось искательной системы 5.1 размещены в одной вертикальной плоскости с продольной осью рельса 9.1 (Фиг. 6.3). В таком оптимальном положении преобразователи контролирующих устройств обеспечивают максимальную достоверность результатов замеров [7].
n
k
Принцип действия механизма коррекции поперечного перемещения диагностического устройства с ручным режимом управления устройства центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа - патент №2438901 (Фиг. 6) заключается в том что, для совмещения продольной оси искательной системы 5.1 (Фиг. 6.1, 6.3) с продольной осью рельса 9.1 (Фиг. 6.3), блоки сканирования 5.3 (Фиг. 6.2) составляющие схему прозвучивания мобильных средств дефектоскопии, устанавливают в диагностические устройства 5.0 (Фиг. 6.2) являющиеся элементом носителя искательной системы, продольная балка 5.2 (Фиг. 6.2) которых жестко фиксируется в механизмах подъема-опускания диагностического устройства 4.0 (Фиг. 6.2) являющихся элементом магнитной центрирующей системы кинетический связанных с элементами следящей системы со следящими колесами дефектоскопной тележки или колесами подвижного состава, реборда колеса которых удерживают искательную систему над поверхностью катания головки рельса в процессе дефектоскопии по поверхности катания головки рельса вдоль продольной оси рельса, при смещении искательной системы относительно продольной оси рельса во время проведения контроля, механизмами коррекции поперечного перемещения установленных на элементах центрирующей системы с ручным режимом управления совмещают продольную ось искательной системы 5.1 с продольной осью рельса 9.1 - с осью контроля в контролируемом изделии, перемещая во время стоянки элементы центрирующей системы - магнитные блоки с системой постоянных магнитов 7.3 (Фиг. 6.1, 6.2, 6.3) кинетически связанных через кронштейн 7.4 (Фиг. 6.2), рычаг 7.5 (Фиг. 6.2) в каретке 7.6 (Фиг. 6.1) механизмом подъема-опускания диагностического устройства 4.0 (Фигура 6.2) с элементами искательной системы - диагностическим устройством 5.0 (Фиг. 6.2), закрепленные болтовыми соединениями 7.11 (Фигура 6.3) по пазам в кронштейне 7.4, до совмещения продольной оси искательной системы 5.1 с продольной осью рельса 9.1 - с осью контроля в контролируемом изделии, ориентированной равновесным положением магнитных сил силы по нормали «F» и касательных силы «F» сформированной магнитными блоками с системой постоянных магнитов от поверхности катания головки рельса, выкружки рабочей и нерабочей боковой граней головки рельса, с учетом ее геометрической формы (Фиг. 6.3, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6, 7.7). При регулировке положения искательной системы по одной рельсовой нити требуется откручивать и закручивать от четырех до двенадцати болтовых соединений следящей и центрирующей системы 7.9 (Фиг. 6.1, 6.3), 7.10 (Фиг. 6.1, 6.2), 7.11 (Фигура 6.3). Для двух рельсовых нитей, число болтовых соединений составляет - от восьми до двадцати четырех в зависимости от конструкции [3, 4]. То есть процесс коррекции смещения осуществляется по информационным сигналам от объекта контроля - поверхность катания головки рельса, рабочая и нерабочая грани головки рельса, а также элементов строения пути.
Недостатками механизма коррекции поперечного перемещения диагностического устройства комбинированной дефектоскопной системы бесконтактный автоматический рельсовый сканер для мобильных средств дефектоскопии - устройство центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа - патент №2438901 является то, что:
- регулировка продольной оси следящей, центрирующей и искательной системы, относительно продольной оси рельса, производиться только во время стоянки мобильного средства дефектоскопии [3,4];
- на регулировку затрачивается значительное количество времени, до 15 минут на одну нитку, из-за большого количества болтовых соединений. Для регулировки положения искательной системы по одной рельсовой нити необходимо открутить от четырех до
двенадцати болтовых соединений следящей и центрирующей системы 7.9, 7.10, 7.11 (Фиг. 6), а затем закрутить их. Для двух рельсовых нитей, число болтовых соединений составляет - от восьми до двадцати четырех в зависимости от конструкции [3,4];
- для регулировки, необходимо применение специального слесарного и измерительного инструмента, с учетом труднодоступности места расположения болтовых соединений и магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами [3,4];
- при боковом износе боковой рабочей грани головки рельса, касательные силы, стремясь восстановить равновесное положение силовых линий магнитной индукции, центрируют магнитные блоки относительно выкружки рабочей и нерабочей грани головки рельса, тем самым перемещают продольную ось следящей системы 7.1 относительно продольной оси рельса 9.1 в сторону нерабочей грани головки рельса (Фиг. 7.5);
- в случае установки перекантованных рельсов в путь [13,14] с боковым износом головки рельса по коду дефекта 44 [6], следящая система перемещается от продольной оси рельса в сторону рабочей грани головки рельса;
- на формирование магнитных полей оказывают особенности строения рельсового полотна, такие, как контррельс в стрелочном переводе или приварной рельсовый соединитель в болтовом стыке, где магнитные блоки смещается в сторону нерабочей грани головки рельса, тем самым перемещают продольную ось следящей системы 7.1 относительно продольной оси рельса 9.1 (Фиг. 7.6, 7.7);
- искательная система, центрируется относительно равновесного положения силовых линий магнитной индукции (Фигура 7.3, 7.4, 7.5, 7.6, 7,7);
- постоянно действующие магнитные силы между рельсом и магнитными блоками с системой постоянных магнитов(процесс центрирования) является неуправляемым
Основным недостатком описанных выше устройств является жесткая связь между элементами носителя продольной оси искательной и центрирующей системы, которая не позволяет изменять положение элементов носителя продольной оси искательной системы относительно продольной оси центрирующей или следящей системы при изменении геометрических параметров рельса и строения пути во время проведения контроля до совмещения с осью симметрии рельса.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью (Фиг. 8) заключается, в создании устройства лишенного недостатков указанных выше технических решений обеспечивающего стабильное центрирование искательной системы относительно оси контроля при высоких скоростях контроля основанного на преобразовании вращательного движения от внешнего генератора вращательных движений в поступательное движение элементов носителя продольной оси следящей, центрирующей или искательной системы средств диагностики, реализуемого простейшим механизмом - винтовым механизмом.
Устройство представляет собой механический модуль 6.0 (Фиг. 1) состоящий из ведомой каретки поперечного перемещения 6.2 с резьбовым сквозным отверстием, продольная ось которого, направлена поперек продольной оси носителя искательной системы. Каретка поперечного перемещения кинетически связана с «п»-образным кронштейном-ограничителем 6.3, в противоположных полках которого, расположены сквозные отверстия. Центры окружностей отверстий, лежат на оси симметрии кронштейна-ограничителя 6.3, совпадая друг с другом и резьбовым отверстием каретки 6.2, соединенных между собой резьбовым ведущим валом-преобразователем 6.4. Ось вращения, вала-преобразователя 6.4 проходит через центры отверстий каретки 6.2 и кронштейна-ограничителя 6.3.
Принцип действия механизма коррекции поперечного перемещения элементов искательной, центрирующей или следящей системы мобильных средств дефектоскопии относительно оси контроля в контролируемом изделии - «ПИЛОТ» (Фиг. 1, 8) заключается в то что, для совмещения продольной оси искательной системы 5.1 (Фиг. 1.2, 1.3, 1.4) с продольной осью рельса 9.1 (Фиг. 1.2, 1.3, 1.4) блоки сканирования 5.3 (Фиг. 1.1, 1.3) составляющие схему прозвучивания мобильных средств дефектоскопии
установленные в диагностические устройства 5.0 (Фиг. 1.1, 1.3) продольная балка 5.2 (Фиг. 1.1, 1.3) которых является элементом искательной системы жестко фиксируется в механизмах подъема-опускания диагностического устройства 4.0 (Фиг. 1.3) являющихся элементом центрирующей системы кинетически связанных с элементами следящей системы удерживающих искательную систему над поверхностью катания головки рельса в процессе дефектоскопии по поверхности катания головки рельса вдоль продольной оси рельса, при смещении искательной системы относительно продольной оси рельса 9.1 - оси контроля в контролируемом изделии во время проведения контроля под воздействием внешних динамических сил, изменения геометрических параметров рельса, изменения особенностей строения пути и конструкционных особенностей дефектоскопной системы, механизмами коррекции поперечного перемещения установленных на элементах искательной, центрирующей или следящей системы совмещают продольную ось искательной системы 5.1 с ось контроля в контролируемом изделии 9.1, за счет того что на элементы носителя продольной оси искательной, центрирующей или следящей системы жестко фиксируется или является их конструкционной частью механизм коррекции поперечного перемещения элементов искательной, центрирующей или следящей системы мобильных средств дефектоскопии относительно оси контроля в контролируемом изделии 6.0 преобразующий вращательное движение в поступательное движение, состоящий из ведомой каретки поперечного перемещения 6.2 (Фиг. 1.1) с резьбовым сквозным отверстием, продольная ось которого, направлена поперек продольной оси искательной системы, кинетический связанной с «п»-образным кронштейном-ограничителем 6.3 (Фиг. 1.4), в противоположных полках которого расположены сквозные отверстия, центры окружности которых лежат на оси симметрии кронштейна-ограничителя 6.3, совпадая друг с другом и резьбовым отверстием ведомой каретки поперечного перемещения 6.2 (Фиг. 1.4), соединенных между собой резьбовым ведущим валом-преобразователем 6.4 (Фиг. 1.4), ось вращения которого проходит через центры отверстий каретки 6.2 и кронштейна-ограничителя 6.3, являющимся ведущей частью механизма преобразующего вращательное движение вала-преобразователя 6.4 и кинетически связанный коммутационными механизмами с генератором вращательных движений (например, электродвигатель), через соединение различных видов, таких как гибкая или жесткая муфта, гибкий вал, ременная передача, зубчатая передача (редуктор), цепная передача, либо вал 6.4 является валом генератора вращательных движений, преобразующим вращательное движение, в поступательное движение носителя продольной оси искательной системы мобильных средств дефектоскопии через ведомую каретку 6.2 относительно оси контроля в контролируемом изделии 9.1 по информационным сигналам, полученным из объекта контроля от поверхностей неподверженных изменению своей геометрической формы в процессе эксплуатации и преобразованных электронным устройством (дефектоскопом), что позволяет измерять смещение продольной оси искательной системы от оси симметрии рельса и определять его направление соответственно осуществлять коррекцию положения продольной оси искательной системы 5.1, и адаптивно управлять устройством в трех режимах, в ручном режиме управления во время стоянки и остановки, в автоматизированном и автоматическом режиме управления, как во время стоянки и остановки, так и в процессе проведения контроля без остановки мобильного средства дефектоскопии с помощью органов управления, например, для робота-оператора аппаратно-программный комплекс, а для человека-оператора джойстик, клавиатура компьютера, команды голосовой связи, рукоятки и т.п.Например, для управления устройством в ручном режиме, коммутационное устройство 6.5 в форме «барашка» или «диска» с отверстиями по окружности для установки пружинного фиксатора 6.6 от самопроизвольного проворачивания вал 6.4 во время проведения контроля (Фиг. 1.1, 1.4).
Для проведения лабораторных и эксплуатационных испытаний, Устройство 6.0 жестко смонтировано на концах продольной балки диагностического устройства 5.2 (Фиг. 1).
Диагностическое устройство 5.0 с блоками сканирования 5.3 установленное механизмы подъема-опускания диагностического устройства 4.0 в кронштейны 4.4 закрепленные на штоках 4.3 пневмоцилиндра 4.2, и фиксируются в них осью 4.5, через крепежные отверстия в кронштейне 4.4 и кронштейне-ограничителе 6.3. Устройство было установлено в искательную систему, тележки-носителя - патент №2309077 и устройства центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа - патент №2438901 (Фиг. 1.5, 1.6), где механизмы подъема-опускания диагностического устройства аналогичны (Фиг. 1.5, 1.6, 2.3, 2.4, 5.1). При смещении продольной оси искательной системы 5.1 от продольной оси рельса 9.1 зафиксированном по эхо-сигналам от подошвы рельса, подголовочных граней головки рельса при проведении ультразвукового контроля производилось совмещение продольной оси искательной системы 5.1 с продольной осью рельса 9.1 путем вращения вал-преобразователь 6.4 по часовой стрелке или против часовой стрелки, вследствие чего ведомая каретка поперечного перемещения 6.2 жестко зафиксированная на продольной балке диагностического устройства 5.2 перемещалась по валу-преобразователю 6.4 и кронштейну-ограничителю 6.3, поперек продольной оси искательной системы. Каждое из устройств 6.0, установленных на продольной балке диагностического устройства 5.2, работало автономно, и после совмещения продольных осей 5.1 и 9.1, вал-преобразователь 6.4 фиксировался.
Конструкция устройства, реализованная в действующем механизме, испытана в ручном режиме на испытательном участке боковую грань для мобильных средств НК и в реальных условиях проезда по железнодорожному пути. Испытания проходили при скорости контроля до 40 км\ч на дефектоскопной автомотрисе - АДЭ-1 с контактной следящей системой механического трения следящей лыжи о головки рельса (патент №38708 - устройство центровки искательной системы мобильного дефектоскопа). При скорости контроля до 60 км\ч на самоходном универсальном путеизмерительном дефектоскопическом комплексе (СУПДК) «Север» с контактной следящей системой механического трения следящих колес о рабочую боковую грань головки рельса. На совмещенном вагоне-дефектоскопе ВД-УМТ-1 с бесконтактной следящей системой -бесконтактного автоматического рельсового сканера для мобильных средств дефектоскопии. В результате испытаний, время регулировки искательной системы при остановке мобильного средства во время контроля сократилось до 40 секунд, с момента остановки до возобновления движения мобильного средства. Для диагностического комплекса «СИНЕРГИЯ-1» с бесконтактной следящей системой - бесконтактного автоматического рельсового сканера для мобильных средств дефектоскопии (Фиг. 1.5, 1.6), так как он не может производить остановку во время проведения контроля, регулировка производилась во время стоянки в депо. Устройство, реализовано и испытано в автоматизированном режиме на испытательном участке для мобильных средств НК в лабораторных условиях при скорости контроля до 46 км\ч.
Устройство эксплуатируется в реальных условиях проезда, на реальном пути, на мобильных средствах неразрушающего контроля типа дефектоскопная автомотриса - АДЭ-1 2009 - 2012 год, совмещенный вагон-дефектоскоп ВД-УМТ-1 2013 - 2015 год, диагностический комплекс «СИНЕРГИЯ-1» 2013-2015 год.
Результаты лабораторных и эксплуатационных испытаний, а также эксплуатация в реальных условиях проезда, на реальном пути, подтверждают указанный технический результат. Например, обеспечение стабильное центрирование продольной оси искательной системы с осью контроля на диагностическом комплексе «СИНЕРГИЯ-1» с 2013 года (1.5 дефекта на 1000 км) по 2015 год включительно (4.9 дефекта на 1000 км), позволило повысить эффективность в 3.3 раз.
Технический результат: стабильное центрирование искательной системы относительно оси контроля в контролируемом изделии на различных скоростях контроля в независимости от изменения геометрических параметров контролируемого изделия (рельса), особенностей строения пути и конструкционных особенностей искательной,
центрирующей или следящей системы, и как следствие этого повышение эффективности мобильных средств дефектоскопии.
Устройство - «ПИЛОТ» позволяет:
- Обеспечить высокую достоверность контроля изделия на высоких скоростях контроля.
- Адаптивно производить регулировку искательных систем на любом участке железнодорожного пути в трех режимах управления. В ручном режиме при стоянке, остановке, автоматизированном и автоматическом при стоянке, остановке и во время проведения контроля на различных скоростях контроля, что уменьшает влияние человеческого фактора, а возможность передачи управления устройством человеку-оператору в нестандартных ситуациях допускает воспользоваться возможностью человеческого мозга к принятию компромиссно-нестандартных решений непредусмотренных алгоритмом робота-оператора.
Промышленная применимость.
Механизм обладает эксплуатационной надежностью, достаточной прочностью и износостойкостью, обеспечивающих безопасность движения, имеет малую массу и обладает адаптивностью к различным конструкциям следящих, центрирующих или искательных систем и может найти широкое применение при различных видах диагностики рельсового пути. Для изготовления устройства используются стандартные материалы (сталь или т.п.), механизмы. При изготовлении деталей применены широко используемые в машиностроении технологии (сварка, металлообработка и т.п.).
Литература:
1. http://dic.academic.ru/
2. Руководство по эксплуатации 2873.00.00.000 М РЭ вагон-дефектоскоп ВД-1МТ5К.
3. Руководство по эксплуатации ВДМА.663500. 117 РЭ Вагон-дефектоскоп (совмещенный) ВД-УМТ-1, 2014 год.
4. Руководство по техническому обслуживанию. Вагон-путеизмеритель, оборудованный дефектоскопной аппаратурой, на базе вагона модели 81-714.
5. Положение о системе неразрушающего контроля рельсов и эксплуатации средств рельсовой дефектоскопии в путевом хозяйстве железных дорог ОАО «РЖД».
6. Каталог дефектов рельсов. НТД/ЦП-1-93 «Классификация дефектов рельсов» МПС РФ. Издательство «Транспорт». Москва 1993 год.
7. Патент 2438901, МПК В61К 9/08, Устройство центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа / Тарабрин В.Ф., Анисимов В.В., Деточенко В.И.
8. Патент 2309077, МПК В61К 9/08, Тележка-носитель / Тарабрин В.Ф., Анисимов В.В.
9. Патент 38708, МПК В61К 9/08, Устройство центрирования следящей системы мобильного дефектоскопа / Горделий В.И., Станков И.М.
10. Руководство по эксплуатации автомотриса инспекционно-диагностическая. Описание диагностических систем, Часть 2 ВДМА.663500.107 РЭ2 (п. 2.2.3 «Дефектоскопная тележка»).
11. Руководство по эксплуатации ВДМА.663500.120 РЭ, Бесконтактный автоматический рельсовый сканер для мобильных средств дефектоскопии «БАРС», 2013 год.
12. Бесконтактный автоматический рельсовый сканер для мобильных средств дефектоскопии «БАРС», ВДМА.663500.120. Техническое задание. ОАО РЖД.
13. ЦПТ-80-50 Указания о продлении срока службы рельсов звеньевого пути подверженных интенсивному боковому износу.
14. ЦПТ-80-350 Рельсы железнодорожные старогодные. Технические условия на ремонт, сварку и использование старогодных рельсов.
11