Подвесное устройство для дефектоскопии рельсов

Изобретение 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 ультразвуковых, магнитострикционных, оптических и других измерителей, особенно на высоких скоростях перемещения. Подвесное устройство для дефектоскопии рельсов содержит несущую и измерительные балки, установленные на мобильном дефектоскопе, магниты с магнитопроводами, размещенные впереди и сзади измерительной балки обеспечивают ее центровку при движении. Измерительная балка свободно перемещается поперек рельса на направляющих штангах. Имеется возможность отключения магнитов для профилактических работ. Магнитная система и измерительная балка соединены параллелограммными шарнирами с несущей балкой. Устройство позволяет повысить точность измерений, благодаря устойчивой самоцентровке измерителей, парированию препятствий на рельсовом пути. Снижаются требования к мощности магнитов, облегчаются технологические операции по обслуживанию устройства.

Изобретение 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 особенно на высоких скоростях перемещения.

Известны [1] Патент RU 2309077, [2] Патент WO 2010029248 подвесные устройства для дефектоскопии рельсов, устанавливаются на мобильный дефектоскоп и содержат несущую и измерительную балки, последняя соединена с устройством центрирования, выполненным в виде механической конструкции, контактирующей с боковой поверхностью головки рельса. Устройство центрирования предназначено для постоянного поддержания измерительной балки над центром поверхности катания рельса.

Недостатком таких механических устройств является низкая точность центрирования измерительной 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 [3] Патент RU 94535 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, магниты, установленные на осях вращения впереди и сзади измерительной балки по направлению движения транспортного средства и жестко связанные с ней при перемещениях магнитов поперек рельса, несущая балка снабжена направляющей штангой, по которой измерительная балка с магнитами может свободного перемещаться поперек рельса. Такое устройство позволяет поддерживать измерительную балку по центру рельса за счет бесконтактного взаимодействия магнитов с головкой рельса, приводящего к самоцентрированию подвески.

Недостатками данного устройства являются:

Подвеска измерительной балки и магнитов [3], фиг.1-4 плохо приспособлена для реакции на возможные препятствия (посторонние предметы, стыки, стрелки и т.п.) на поверхности катания рельса, что может приводить к поломкам. В частности, из-за одноосной подвески магнитов при наличии препятствия магнит начинает поворачиваться вокруг оси подвески в сторону противоположную направлению движения. При этом зазор между передней частью магнита и рельсом уменьшается, а задней - увеличивается, таким образом, магнит пытается «срезать» препятствие. Если, препятствие - рельсовый стык, то неизбежны поломки. Для устранения такой возможности приходится увеличивать исходный зазор между магнитом и рельсом, а для сохранения функциональности - увеличивать мощность (размеры) магнита. Магнитные силы убывают обратно пропорционально кубу расстояния, так что увеличение зазора в 2 раза приводит к необходимости восьмикратного увеличения мощности магнита.

Кроме того, для увеличения центрирующих сил следует выбирать достаточно мощный магнит и (или) размещать как можно ближе к поверхности катания рельса, что приводит к тому, что на магниты налипают различные металлические предметы (опилки, стружка и т.п.). Это может приводить к искажениям магнитного поля, механическим взаимодействиям магнита с рельсом и, в конечном счете, к нарушениям центровки измерительной балки. Удаление указанных посторонних предметов при проведении профилактических работ является непростой задачей.

Наиболее близким к заявляемому устройству является подвесное устройство для дефектоскопии рельсов [4] Евразийский патент 013613 В1, заявка 200900837, 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 транспортного средства и жестко связанные с ней при перемещениях магнитов поперек рельса, концы измерительной и несущей балки соединены первым параллелограммные шарниром. Это устройство также позволяет поддерживать измерительную балку по центру рельса за счет бесконтактного взаимодействия магнитов с головкой рельса.

Недостатками данного устройства заключаются в следующем.

Во-первых, использование одного параллелограммного шарнира не позволяет сохранить положение измерительной балки по отношению к несущей балке (мобильному дефектоскопу) в продольном направлении рельса. В устройстве [4], фиг.1, 2, шарнир расположен в горизонтальной плоскости. При этом для компенсации смещения измерительной балки поперек рельса необходимо изменить углы параллелограммного шарнира и переместить измерительную балку вперед или назад по ходу движения мобильного дефектоскопа. Это приводит к тому, что результаты работы измерителей не удается привязать результатов работы измерителей к рельсовому пути (одометру), функции которого выполняет, например, колесо дефектоскопической тележки, а значит провести адекватный анализ его состояния.

Во-вторых, подвеска измерительной балки и магнитов [4] (фиг.1, 2) также плохо приспособлена для реакции на возможные препятствия (посторонние предметы, стыки, стрелки и т.п.) на поверхности катания рельса, что может приводить к поломкам. В частности, при наличии препятствия, благодаря одноосной подвеске, магнит начинает поворачиваться вокруг оси подвески в сторону противоположную направлению движения. При этом зазор между передней частью магнита и рельсом уменьшается, а задней - увеличивается, таким образом, магнит пытается срезать препятствие. Если, препятствие - рельсовый стык, то неизбежны поломки. Для устранения такой возможности приходится увеличивать исходный зазор между магнитом и рельсом и увеличивать мощность (размеры) магнита. Магнитные силы убывают обратно пропорционально кубу расстояния, так что увеличение зазора в 2 раза приводит к необходимости восьмикратного увеличения мощности магнита.

Заметим, что рассматриваемые дефектоскопические устройства, как правило, имеют пневматическую систему подъема-опускания измерительной балки, которая в данной заявке не рассматривается, но которая способна обеспечить определенную защиту всего дефектоскопа от столкновения с препятствиями. Однако, препятствия обычно имеют локальный характер, так что для адекватной реакции на них целесообразно иметь независимую подвеску отдельных элементов дефектоскопа.

Общие требования к подвесному устройству для дефектоскопии рельсов состоят в том, что оно должно обеспечить измерительной балке (измерителям) постоянное нахождение на оси симметрии рельса с быстрым возвратом к оси симметрии рельса при поперечных перемещениях мобильного дефектоскопа, парирование препятствий на поверхности катания рельса за счет вертикальных перемещений и оставаться в постоянном положении в продольном направлении рельса относительно мобильного дефектоскопа.

Задачами, решаемыми заявляемой полезной моделью, являются:

- повышение качества дефектоскопии рельсов за счет стабилизации положения измерительной балки (измерителей), как по центру рельса, так и по отношению к измерительной тележке, а также за счет снижения влияния возмущений на поверхности катания рельса;

- упрощение технологических операций при начале и окончании работ, а также профилактике мобильного дефектоскопа

Для решения поставленной задачи в подвесном устройстве для дефектоскопии рельсов, содержащем 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, у каждого магнита дополнительно имеется два магнитопровода из магнитомягкого материала, расположенные 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.

Заявляемое подвесное устройство для дефектоскопии рельсов иллюстрируют следующие графические материалы:

Фиг.1, 2, где:

1. рельс;

2. несущая балка;

3. крепления несущей балки к мобильному дефектоскопу;

4. измерительная балка;

5. магниты;

6. первые параллелограммные шарниры;

7. магнитопроводы;

8. направляющие штанги;

9. вторые параллелограммные шарниры.

Существенными отличиями заявляемого устройства от прототипа являются.

Наличие у каждого магнита двух магнитопроводов 7 из магнитомягкого материала, расположенных между полюсами магнита 5 и кромками головки рельса 1 позволяет исключить механические повреждения магнита при движении мобильного дефектоскопа.

В прототипе магниты располагаются непосредственно над рельсом.

Возможность отключения магнита 5 от магнитопроводов 7 путем его поворота на 90° позволяет легко удалить посторонние предметы от системы самоцентрирования при проведении профилактических работ. Кроме того, отключение магнитов облегчает перевод измерительной балки из транспортировочного в рабочее положение.

В прототипе такой возможности нет.

Наличие направляющих штанг 8 на концах первых шарниров 6 у измерительной балки 4 позволяет жестко связанным магнитам с магнитопроводами 8 и измерительной балке 4 свободно перемещаться поперек рельса 1, компенсируя возможные смещения. Причем это перемещение происходит без изменения положения указанных элементов в продольном направлении мобильного дефектоскопа.

В прототипе такое перемещение происходит за счет первого параллелограммного шарнира, что приводит к существенным ошибкам в измерениях.

Связь между измерительной балкой 4 и магнитами 5 с магнитопроводами 7 выполненная вторым параллелограммным шарниром позволяет им легко преодолевать препятствия, возникающие на рельсе за счет плоскопараллельного подъема. При этом избегаются поломки, в значительной степени сохраняются центрирующие силы и появляются возможности применения магнитов меньшего размера и (или) уменьшения высоты исходного зазора между магнитом и рельсом.

В прототипе применяется одноосная подвеска магнитов.

Рассмотрим назначение элементов устройства:

Несущая балка 2 предназначена для соединения подвесного устройства для дефектоскопии рельсов 1 с мобильным дефектоскопом (не показан) с помощью креплений 3 с одной стороны и с остальными подвесными элементами с другой.

Измерительная балка 4 предназначена для установки измерителей (не показаны), а также для создания требуемой кинематической связи между мобильным дефектоскопом и измерителями.

Магниты 5 предназначены для взаимодействия рельсом 1 посредством магнитного поля и обеспечения за счет этого центровки измерительной балки 4 по оси симметрии рельса 1.

Первые параллелограммные 6 шарниры выполнены из рычагов с подшипниками и предназначены для подвижного соединения несущей 2 и измерительной 4 балок по оси рельса 1. Шарниры обеспечивают парирование препятствий на поверхности катания рельса измерительной балкой за счет ее перемещения параллельно поверхности катания рельса. Шарниры 6 также обеспечивают перевод измерительной балки 4 в транспортировочное положение (подъем вверх).

Магнитопроводы 7 выполнены из магнитомягкого материала, например, стали и предназначены для передачи магнитной энергии от магнитов 5 к рельсу 1. При повороте магнитов на 90° магнитопроводы 7 отключаются от магнитов, что позволяет легко освободить их от посторонних предметов.

Направляющие штанги 8 предназначены для обеспечения свободного перемещения измерительной балки 4 поперек рельса 1 под действием сил, возникающих от взаимодействия магнитов 5 (магнитопроводов 7) с рельсом 1;

Вторые параллелограммные шарниры 9 выполнены в виде рычагов с подшипниками и предназначены для жесткого соединения измерительной и несущей балок при поперечных перемещениях и для свободного перемещения магнитопроводов 7 плоскопараллельно поверхности катания рельса 1.

Рассмотрим работу заявляемого устройства.

Перед началом измерений на мобильный дефектоскоп креплениями 3 устанавливают подвесное устройство для дефектоскопии рельсов, несущую балку 2 вдоль рельсового пути. Опускают измерительную балку 4 на рельсовый путь на шарнирах 6. Переводят магниты 5 в рабочее положение, поворачивая их на 90°.

При перемещении мобильного дефектоскопа магнитное поле магнита 5, через магнитопроводы 7 поступает к кромкам головки рельса. Наилучшее прохождение поля будет наблюдаться тогда, когда магнитопроводы расположены строго по оси рельса. При отклонении мобильного дефектоскопа от идеального положения смещаются в соответствующую стороны все элементы подвесного устройства, однако, смещение магнитопроводов 7 вызывает возникновение сил, возвращающих по направляющим штангам 8 их, а, следовательно, и измерительную балку 4 в исходное состояние.

При возникновении локальных препятствий на поверхности катания рельса, например, стык рельсов, передние магнитопроводы 7 поднимаются на шарнирах 9, не влияя на положение измерительной балки 4. Затем измерительная балка парирует препятствие за счет шарниров 6, при этом магнитопроводы 7 возвращаются в исходное положение. После чего измерительная балка 4 обретает прежнее положение и срабатывает задний магнитопровод. Таким образом, обеспечивается независимость подвески магнитопроводов и измерительной балки. Величина локальных препятствий, как правило, не превышает несколько миллиметров, так что продольное смещение измерительной балки 7 оказывается незначительным.

По окончании измерений отключают магниты 5 от магнитопроводов, переводят измерительную балку 4 в транспортировочное положение и удаляют посторонние предметы с магнитопроводов 7.

Таким образом, заявляемое устройство повышает точность работы измерительных устройств на высоких скоростях перемещения, благодаря поддержанию измерительной балки в стабильном положении при поперечных возмущениях при неизменном продольном положении относительно мобильного дефектоскопа, а также, за счет снижения влияния различных неровностей на поверхности катания рельса. Независимая подвеска магнитов с магнитопроводами позволяет приблизить их к поверхности катания рельса, уменьшив мощность (вес и размеры). Кроме того, заявляемое устройство позволяет проще начинать и заканчивать работы с мобильным дефектоскопом, а также проводить профилактические мероприятия, благодаря возможности отключения магнитов.

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.