ДЕФЕКТОСКОПНАЯ ТЕЛЕЖКА ДЛЯ СОВМЕЩЕННОГО МАГНИТНОГО И УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ Российский патент 2004 года по МПК B61K9/08 G01N29/04 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к средствам неразрушающего контроля измерительной аппаратурой состояния железнодорожного пути, и может быть использовано для определения дефектов рельсов в процессе движения транспортного средства, в частности вагона-дефектоскопа или автомотрисы, по железнодорожному пути.

При высокой грузонапряженности железных дорог возникает большое число разнообразных дефектов в рельсах. Под воздействием подвижного состава вследствие недостаточной прочности металла и наличия местных включений в основном металле рельса, а также внутренних дефектов в месте сварки в головке рельса развиваются поперечные трещины. Продольные трещины, как правило, возникают на выкружке рабочей грани и распространяются вглубь головки рельса на 8-11 мм.

Для своевременного обнаружения опасных дефектов используются средства неразрушающего контроля, а именно средства магнитной и ультразвуковой (УЗК) дефектоскопии. При этом трещины, расположенные на небольшой глубине, могут быть обнаружены методом магнитной дефектоскопии, образовавшиеся на большой глубине, а также дефекты определенного вида - только ультразвуком.

Известны дефектоскопы, которые оператор переносит в ранце. Эти приборы работают от батарей, их электрическая схема целиком построена на транзисторах. При наличии дефекта в рельсе изменяется тон звука в наушниках Искатель дефектоскопа находится в конце рукоятки, которой оператор проводит по поверхности рельса (МПС, ЦНИИТЭИ. Серия: Путь и путевое хозяйство. Вып.7. Дефектоскопия рельсов. Москва, 1964, с.28).

Известны дефектоскопы, смонтированные на тележке, перемещаемой по контролируемому пути в процессе работы: дефектоскопы ДУК-66ПМ, ДУК-13 ИМ (А.К. Гурвич. Неразрушающий контроль рельсов. Транспорт, 1983, с.195).

На железной дороге широко используются вагоны-дефектоскопы, оборудованные исключительно УЗК аппаратурой, действующей по принципу использования свойств ультразвуковых колебаний отражаться от физически инородных включений, или оснащенные искательным устройством индукционного типа, реагирующего на изменение продольной составляющей магнитного поля над рельсом. (А.К.Гурвич Неразрушающий контроль рельсов. Транспорт, 1983; а.с. 1654084, МПК B 61 K 9/10; а.с. РФ 1756192, МПК B 61 K 9/10, публ. 1992 г.; пат. РФ 2126339, МПК G 01 N 29/04, публ. 1995 г.; пат. РФ 2052807, 2060493, МПК G 01 N 29/04, публ. 1996 г. ). В частности, описано применение вагона-дефектоскопа фирмы "Сперри Рейл Сервис", оборудованного УЗК аппаратурой, в котором с каждой стороны расположено по три датчика колесного типа. Один из датчиков посылает УЗК сигнал перпендикулярно подошве рельса, два других прозвучивают рельс под углом 70...37^o. Благодаря такой направленности УЗК волн обнаруживаются дефекты, расположенные в головке, шейке и подошве рельса, включая область стыка и болтовых отверстий (МПС, ЦНИИТЭИ. Серия: Путь и путевое хозяйство. Вып. 7. Дефектоскопия рельсов. Москва, 1964, с.26-28).

Известны вагоны-дефектоскопы, которые оборудованы электромагнитной и УЗК аппаратурой для дефектоскопии рельсов (МПС, ЦНИИТЭИ. Серия: Путь и путевое хозяйство. Вып. 7. Дефектоскопия рельсов. Москва, 1964, Информационные карты 5...10, с.25).

Магнитные искатели вагонов позволяют выявить дефекты в головке рельсов, а при помощи УЗК оборудования обнаруживаются также дефекты в шейке рельса. Такие вагоны работают при скорости 20 км/ч. Магнитное оборудование вагона инициирует магнитное поле в рельсе, и магнитные искатели проходят через поле. При наличии дефекта магнитное поле нарушается, и в контуре магнитного искателя возникает сигнал в виде электрического тока.

В а.с. СССР 295836, МПК B 61 K 9/10, описана индукторная тележка, преимущественно вагона-дефектоскопа, включающая раму, опирающуюся на колесные пары посредством надбуксового подвешивания и связанную с кузовом вагона упругими продольными тягами. Устройство выполнено в виде двух электромагнитов, жестко закрепленных на необрессоренной раме ходовой тележки. Используемые дефектоскопные тележки, преимущественно вагонов-дефектоскопов, характеризуются недостаточно высокой разрешающей способностью и не позволяют осуществить контроль рельсов по всему сечению. Параметры намагничивающей системы обеспечивают намагничивание сравнительно легких типов рельсов при небольших скоростях движения транспортного средства (до 40 км/ч).

В качестве прототипа предлагаемого изобретения по большему количеству признаков выбрана индукторная тележка, используемая в вагоне-дефектоскопе (А. К. Гурвич. Неразрушающий контроль рельсов, М.: Транспорт, 1983, с.100... 102).

Оборудование и аппаратура дефектоскопа размещены в вагоне. Под вагоном между его ходовыми тележками размещается специальная индукторная тележка, которая служит для подвески электромагнитов. Она состоит из плоской рамы, двух крайних колесных пар и двух средних. Между средними колесными парами размещены электромагниты, подвешенные к раме тележки. Тележка тягами соединена с рамой вагона. Для нормальной работы дефектоскопа индукторная тележка с подвешенными на ней электромагнитами опирается на две средние безребордные колесные пары без подрессоривания. Распределение нагрузки на колесные пары предотвращает сход тележки с рельсов и сохраняет неизменной величину воздушного зазора между полюсами электромагнита и рельсами. Общая масса тележки с электромагнитами около 5 т. При следовании к месту работы в нерабочем состоянии индукторная тележка поднимается при помощи винтовых стяжек и прикрепляется к раме вагона. В вагоне-дефектоскопе применено искательное устройство индукционного типа в виде катушки, реагирующей на изменение магнитного поля над рельсом.

Основные недостатки устройства, выбранного в качестве прототипа:
- недостаточно высокая разрешающая способность, обусловленная наличием больших зазоров между электромагнитами и контролируемым участком рельса;
- известный дефектоскоп обладает ограниченными возможностями, т.к. позволяет реализовать только метод магнитной дефектоскопии, определяющий качество поверхности рельсов. В то же время внутренние дефекты, возникающие в процессе эксплуатации, не могут быть обнаружены с помощью устройства, принцип работы которого основан на вышеуказанном методе. В частности, параметры намагничивающей системы не обеспечивают обнаружение дефектов, расположенных на большой глубине;
- параметры данной намагничивающей системы обеспечивают намагничивание рельсов сравнительно легких типов (легче Р50) при небольшой скорости движения по рельсам передвижного дефектоскопа. При больших скоростях движения и при дефектоскопировании рельсов тяжелых типов чувствительность дефектоскопной тележки к дефектам снижается.

Кроме того, использование тележки с известным расположением катушек ведет к удалению костылей и вкладышей из мест их нахождения, т.е. разрушает рельсовый путь.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении разрешающей способности и обеспечении надежной работы устройства-дефектоскопа.

Сущность изобретения заключается в том, что предложена дефектоскопная тележка для совмещенного неразрушающего магнитного и УЗК-контроля рельсового пути, содержащая раму, опирающуюся на колесные пары, и магнитную систему с намагничивающими катушками, в которой согласно изобретению намагничивающие катушки установлены соосно на осях колесных пар тележки с минимальными радиальными и торцевыми зазорами посредством комбинированных гидродинамических опор с газостатической системой компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли, с фиксацией опор от проворота реактивными тягами, а между колесными парами расположена система ультразвукового контроля, снабженная механизмом подъема в транспортное положение.

Для снижения потерь в магнитной цепи индукционные катушки снабжены магнитомягким сердечником, по площади поперечного сечения равным площади сечения оси колесной пары с развитием по площади торцами опор.

Гидродинамические опоры выполнены в виде подшипников скольжения с роликовой системой смазки из масляных поддонов. Вокруг вкладыша подшипника скольжения сделана кольцевая канавка для подвода воздуха к равномерно расположенным по окружности калиброванным отверстиям, создающим в зазоре между осью колеса и вкладышем подшипника газовую подушку.

Для снижения сопротивления магнитной цепи дополнительно на опорах установлены элементы-замыкатели, направляющие магнитный поток в массивную часть обода колеса колесной пары.

Размещение соленоидов намагничивающей системы соосно на осях колесных пар дефектоскопией тележки повышает разрешающую способность дефектоскопного средства и обеспечивает надежность работы при оптимальных скоростях движения его по рельсам, при которых обнаруживаются как поверхностные дефекты, так и дефекты, расположенные по всему сечению рельса, в т.ч. и тяжелых типов. Магнитный поток формируется в оси колеса, распространяется в колесе и отрезке рельсового пути, находящегося между колесами дефектоскопной тележки. За счет непосредственного контакта между колесами и рельсом достигается максимальная величина напряженности магнитного поля в рельсе.

Обеспечение минимальных радиальных и торцевых зазоров посредством комбинированных гидродинамических опор с газостатической системой компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли создает устойчивую работу дефектоскопного средства и повышает разрешающую способность за счет снижения потерь в магнитной цепи.

Ввиду того, что колесо обладает магнитным сопротивлением, приводящим к снижению магнитного потока, предложено снабдить опоры элементами-замыкателями, направляющими магнитный поток в массивную часть обода колеса колесной пары.

Совокупность указанных признаков позволяет совмещать методы магнитного и УЗК-контроля при минимальных потерях в магнитной цепи, обеспечивая тем самым высокую разрешающую способность и надежную работу устройства.

Конструкция предложенного устройства представлена на фиг.1, 2.

Дефектоскопная тележка для совмещенного неразрушающего магнитного и УЗК-контроля рельсового пути содержит раму 1, опирающуюся на колесные пары 2, на которых установлены намагничивающие катушки 3, намотанные на алюминиевый каркас (на фиг. не показан). Намагничивающие катушки 3 расположены соосно на осях колесных пар 2 тележки с минимальными магнитными радиальными и торцевыми зазорами посредством комбинированных гидродинамических опор 4, в частности подшипников скольжения с роликовой системой смазки из масляных поддонов 5 с газостатической системой 6 компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли, с фиксацией опор от проворота реактивными тягами 7. Опоры снабжены элементами-замыкателями 8 (пластины). Между колесными парами установлена система УЗК 9, снабженная механизмом подъема в транспортное положение 10.

Устройство работает следующим образом.

При движении дефектоскопной тележки, в частности, в составе передвижного средства - вагона-дефектоскопа или автомотрисы на катушки 3 подается ток, создающий магнитный поток в осях колесной пары 2. Магнитный поток осей замыкается через колеса и участки рельсов, расположенных между колесами. Индукционный датчик (на фиг. не показан) скользит по поверхности намагниченного рельса и, проходя через искаженное магнитное поле дефектного участка, дает изменение контрольного тока в регистрационном устройстве. Одновременно с включением магнитной системы включается питание системы УЗК, датчики которой (на фиг. не показано) расположены между колесами тележки. В процессе контроля используется эхо-импульсный и зеркально-теневой методы контроля при контактном способе введения ультразвуковых колебаний. Происходит магнитный и ультразвуковой контроль рельсов.

Предложенное дефектоскопное устройство обладает высокой разрешающей способностью, позволяет проводить ультразвуковой и магнитный контроль и выявлять дефекты в рельсах.

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля состояния железнодорожного пути. Предложена дефектоскопная тележка для совмещенного магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути, включающая раму, опирающуюся на колесные пары, и магнитную систему с намагничивающими катушками. При этом намагничивающие катушки расположены соосно на осях колесных пар тележки с минимальными радиальными и торцевыми зазорами посредством комбинированных гидродинамических опор с газостатической системой компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли, с фиксацией опор от проворота реактивными тягами. Система ультразвукового контроля размещена между колесными парами. В результате повышается разрешающая способность и обеспечивается надежная работа дефектоскопа. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Дефектоскопная тележка для совмещенного магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути, включающая раму, опирающуюся на колесные пары, и магнитную систему с намагничивающими катушками, отличающаяся тем, что намагничивающие катушки расположены соосно на осях колесных пар тележки с минимальными радиальными и торцевыми зазорами посредством комбинированных гидродинамических опор с газостатической системой компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли, с фиксацией опор от проворота реактивными тягами, а между колесными парами размещена система ультразвукового контроля.2. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что намагничивающие катушки снабжены магнитомягким сердечником, по площади поперечного сечения равным площади сечения оси колесной пары с развитием по площади торцами опор.3. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что гидродинамические опоры выполнены в виде подшипников скольжения с роликовой системой смазки.4. Тележка по п.1 или 3, отличающаяся тем, что опоры снабжены элементами-замыкателями, направляющими магнитный поток в массивную часть обода колеса колесной пары.5. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что система ультразвукового контроля снабжена механизмом подъема в транспортное положение.