ДЕФЕКТОСКОПНОЕ ПЕРЕДВИЖНОЕ СРЕДСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ Российский патент 2004 года по МПК B61K9/08 E01B35/00 G01N29/04 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам неразрушающего контроля измерительной аппаратурой состояния рельсового пути, установленной на локомотивах и вагонах, и может быть использовано для определения дефектов рельсов в процессе движения транспортного средства 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 (в дальнейшем УЗК) дефектоскопии. При этом трещины, расположенные на небольшой глубине, могут быть обнаружены методом магнитной дефектоскопии, а образовавшиеся на большой глубине и дефекты определенного вида - только ультразвуком.

На железнодорожном транспорте 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; Производство и контроль качества железнодорожных рельсов на заводах некоторых европейских фирм (по материалам международной выставки "Железнодорожный транспорт-892, Москва, 1990, Мин. Металлургии СССР, С.8-9; а.с. 1654084, МПК В 61 К 9/10; а.с. СССР 1756192, МПК В 61 К 9/10, публ. 1992 г.; пат. РФ 2126339, МПК G 01 N 29/04, публ. 1995; пат. РФ 2052807, 2060493, МПК G 01 N 29/04, публ. 1996). 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°. 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. С.25-26).

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. УЗК-установка вагона имеет по два датчика. УЗК-волны поступают в рельс через излучатели, расположенные в колесах датчиков.

Используемые вагоны-дефектоскопы 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 выбран вагон-дефектоскоп (А.К. Гурвич. Неразрушающий контроль рельсов. Транспорт, 1983, С.164-166).

Оборудование и аппаратура дефектоскопа размещены в вагоне. В конце вагона находится аппаратное отделение, в котором расположены пульт управления и распределительные шкафы электросилового питания дефектоскопной аппаратуры. Под вагоном между его ходовыми тележками установлена 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.

Основными недостатками вагона-дефектоскопа, выбранного в качестве прототипа являются:

- недостаточно высокая разрешающая способность, обусловленная наличием больших магнитных зазоров между электромагнитами и контролируемым участком рельсового пути. Зазор между катушкой и рельсом составляет 12...15 мм, что ведет к снижению напряженности магнитного поля;

- ограниченные возможности контроля рельсового пути, т.к. известная конструкция 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 дефектоскопической тележки к дефектам снижается.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении разрешающей способности и обеспечении надежной работы дефектоскопного передвижного средства контроля рельсового пути, движущегося с оптимальной скоростью, позволяющей использовать методы магнитного и ультразвукового контроля. Изобретение направлено также на решение задач по снижению энергетических затрат и повышению удобства эксплуатации предлагаемого устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что предложено дефектоскопное передвижное средство, преимущественно вагон-дефектоскоп или автомотриса дефектоскопная, содержащее раму, кузов, смонтированный на раме, состоящий, по крайней мере, из кабины, салона, а также силовое и вспомогательное оборудование, две ходовые тележки, систему магнитного контроля с намагничивающими катушками, установленную под кузовом, в котором согласно изобретению одна из ходовых тележек выполнена дефектоскопной за счет размещения намагничивающих катушек на осях колесных пар с 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 и размещения системы ультразвукового контроля между колесными парами, а корпус кабины выполнен с лобовой стенкой в виде выпуклой поверхности, образованной двумя плоскостями, соединяющимися по горизонтальной прямой и продолженными боковыми стенками, с наклоном верхней плоскости лобовой стенки к вертикальной плоскости, равным 40°, и наклоном нижней плоскости к вертикальной плоскости, равным 20°, назад по ходу движения, переходом от лобовой стенки к крыше кабины под углом 30°, кроме того, передвижное средство снабжено теплообменниками, причем силовое, вспомогательное оборудование и, по крайней мере, один теплообменник установлены под рамой кузова.

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

Комбинированные гидродинамические опоры с газостатической системой компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли выполнены в виде подшипников скольжения с роликовой масляной системой смазки (из масляных поддонов). Вокруг вкладыша подшипника скольжения образована кольцевая канавка для подвода воздуха к месту равномерно расположенным по окружности калиброванным отверстиям, создающим в зазоре между осью колеса и вкладышем подшипника газовую подушку.

Для снижения сопротивления магнитной цепи опоры индукционных катушек снабжены элементами-замыкателями, направляющими магнитный поток в массивную часть обода колеса колесной пары.

Механизм подъема системы ультразвукового контроля может быть выполнен ручным или пневматическим.

Выполнение одной из ходовых тележек передвижного средства в виде дефектоскопной тележки путем размещения намагничивающих катушек на осях колесных пар с радиальными и торцевыми зазорами и установка системы УЗК-контроля между колесными парами повышает разрешающую способность дефектоскопного средства и надежность работы при оптимальных скоростях движения его по рельсам и приводит к выявлению поверхностных дефектов, а также дефектов по всему сечению рельса, в том числе и тяжелых типов. Магнитный поток формируется в оси колесной пары, затем в колесе и в рельсе между колесными парами. За счет непосредственного контакта между колесом и рельсом напряженность магнитного поля не уменьшается.

Совокупность указанных признаков позволяет совместить процесс магнитного и УЗК-контроля при минимальных потерях в магнитной цепи, обеспечивая при этом высокую разрешающую способность и надежность работы неразрушаемого средства контроля рельсового пути.

Выполнение корпуса предлагаемой конструкции обтекаемой формы за счет признаков, указанных в формуле изобретения (углов обтекания лобовой части: 40° или около 40°; 20° или около 20°; 30° или около 30°), приводит к уменьшению сопротивления среды при движении дефектоскопного средства в 1,5 раза и тем самым обеспечивает снижение энергетических затрат по сравнению с известными передвижными средствами при одной и той же скорости движения.

Установка теплообменников в кабине, салоне и основного - под рамой кузова позволяет использовать энергию выхлопных газов на технологические нужды машины, что ведет, в частности, к увеличению КПД силового оборудования до 80% в холодное время года (вместо 30% у машин-аналогов).

Размещение вспомогательного оборудования под рамой кузова позволяет целесообразно использовать полезную площадь конструкции и обеспечивает удобство эксплуатации передвижного средства.

Конструкция дефектоскопического передвижного средства автомотрисы дефектоскопной представлена на фиг.1, конструкция ходовой тележки, выполненной в виде дефектоскопной, - на фиг.2, 3.

Дефектоскопное передвижное средство включает раму 1, кузов 2, смонтированный на раме 1, состоящий, по крайней мере, из кабины 3, салона 4, а также силовое оборудование 5 и вспомогательное оборудование 6, установленные под кузовом 2, две ходовые тележки 7 (в т.ч. двухосной), одна из которых выполнена дефектоскопной. Электромагнитные катушки 8, намотанные на алюминиевый каркас, установлены на осях колесных пар 9 с радиальными и торцевыми зазорами. Между колесными парами 9 размещена система УЗК 10. Радиальные и торцевые зазоры образованы посредством комбинированных гидродинамических опор 11 с газостатической системой 12 компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли. Опоры 11 дополнительно снабжены реактивными тягами 13 и элементами-замыкателями 14. Последние направляют магнитный поток в обод колеса колесной пары. Опоры 11 выполнены в виде подшипников скольжения с роликовой системой смазки из масляных поддонов 15. Система ультразвукового контроля 10 снабжена механизмом подъема 16 (ручной или содержит пневматическую систему) в транспортное положение.

На передвижном средстве размещены теплообменники, в т.ч. в кабине, салоне (на фигуре не показано). При этом, по крайней мере один из них 17, а также силовое 5 и вспомогательное оборудование 6 установлены под рамой 1 кузова 2.

Предложенный комплекс диагностики рельсов снабжен автоматизированной системой регистрации, визуализации, обработки и хранения сигналов ультразвукового контроля рельсов и системой регистрации и хранения информации на магнитных носителях. Предусмотрена автоматическая обработка и расшифровка сигналов по их временным и статическим данным как во время проезда, так и на стоянке.

Принцип работы предлагаемой конструкции

При движении дефектоскопного средства по рельсам при рабочей скорости 5...40 км/ч на индукционные катушки 8 подается ток, создающий магнитный поток в осях колесных пар 9. Магнитный поток осей замыкается через колеса и участки рельсов, расположенные между колесными парами 9. Индукционный датчик (на фигуре не показан) скользит по поверхности рельса и, проходя через искаженное магнитное поле дефектного участка, дает изменение контрольного тока в регистрирующем устройстве. Одновременно с включением магнитной системы включается питание системы УЗК 10, датчики которой (на фигуре не показаны) расположены между колесными парами 9. Происходит одновременный магнитный и ультразвуковой контроль рельсов. В процессе контроля используется эхо-импульсный и зеркально-теневой методы контроля при контактном способе введения ультразвуковых колебаний.

Передвижной дефектоскопный комплекс позволяет получить достоверную информацию о качестве любых участков пути в рельсах типа Р-50, Р-65, Р-75 за один проезд при минимальных энергетических затратах.

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля состояния рельсового пути. На ходовые тележки опирается рама. На раме смонтирован кузов, состоящий из кабины и салона. Имеются также силовое и вспомогательное оборудование, система магнитного контроля с намагничивающими катушками. Одна из ходовых тележек выполнена дефектоскопной за счет размещения намагничивающих катушек на осях колесных пар с радиальными и торцевыми зазорами посредством комбинированных гидродинамических опор с газостатической системой компенсации нагрузки и наддува опор от попадания в зону трения абразивной пыли. Фиксация опор от проворота осуществляется реактивными тягами. Между колесными парами расположена система ультразвукового контроля. Корпус кабины выполнен с лобовой стенкой в виде выпуклой поверхности, образованной двумя плоскостями, соединяющимися по горизонтальной прямой и продолженными боковыми стенками. Кроме того, передвижное средство снабжено теплообменниками. По крайней мере один из теплообменников, а также силовое и вспомогательное оборудование установлены под рамой кузова. Устройство характеризуется повышенными разрешающей способностью и надежностью работы. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Дефектоскопное передвижное средство контроля состояния рельсового пути, преимущественно вагон-дефектоскоп или мотриса дефектоскопная, содержащее опирающуюся на ходовые тележки раму, кузов, смонтированный на раме и состоящий, по крайней мере, из кабины и салона, а также силовое и вспомогательное оборудование, систему магнитного контроля с намагничивающими катушками, отличающееся тем, что одна из ходовых тележек выполнена дефектоскопией за счет размещения намагничивающих катушек на осях колесных пар с 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 и между колесными парами расположена система ультразвукового контроля, а корпус кабины выполнен с лобовой стенкой в виде выпуклой поверхности, образованной двумя плоскостями, соединяющимися по горизонтальной прямой и продолженными боковыми стенками, с наклоном верхней плоскости лобовой стенки к вертикальной оси, равным 40°, наклоном нижней плоскости к вертикальной оси, равным 20°, назад по ходу движения передвижного средства и переходом от лобовой стенки к крыше кабины под углом 30°, кроме того, передвижное средство снабжено теплообменниками, при этом, по крайней мере, один из теплообменников, а также силовое и вспомогательное оборудование установлены под рамой кузова.2. Средство по п.1, отличающееся тем, что гидродинамические опоры выполнены в виде подшипников скольжения с роликовой системой смазки.3. Средство по п.1, отличающееся тем, что гидродинамические опоры снабжены элементами, направляющими магнитный поток в обод колеса колесной пары.