Способ ремонта металлоконструкций с открытыми поверхностными трещинами и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2446932:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (УрГУПС) (RU)
Изобретение может быть использовано при ремонте металлотермитной сваркой металлоконструкций с открытыми поверхностными дефектами в виде трещин. Обнаружение трещины осуществляют путем опроса датчиков в виде струнного трещиномера, тензодатчика и датчика-шлейфа, которые установлены на поверхности металлоконструкции в зонах возможного возникновения трещин для передачи информации с помощью радиосигналов на центральный пост и через контроллер на передвижное сварочное устройство. Выявляют прогрессирующую трещину по скорости ее развития и размерам, определяют ее координаты, и по радиосигналам от соответствующих датчиков осуществляют перемещение передвижного сварочного устройства к обнаруженной прогрессирующей трещине. Осуществляют поджиг и плавление металлотермитной смеси, размещенной в сменной емкости сварочного устройства. После опорожнения сменной емкости и заполнения трещины расплавленным металлом передают информацию о срабатывании передвижного сварочного устройства на центральный пост для возвращения его в исходное положение. Изобретение позволяет автоматизировать процесс обнаружения и устранения трещин на поверхности металлоконструкций. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способам обнаружения трещин на металлических поверхностях и устройствам для их устранения с помощью металлотермитной сварки и может быть использовано при ремонте металлоконструкций с открытыми поверхностными трещинами.
Известен способ ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами (RU 2182063, МПК В23Р 6/00, В23К 23/00. Ю.В.Казанов, В.А.Корнилов, Н.Н.Кувшинова. Способ ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами. - Опубл. 10.05.2002, Бюл. №13, ч. II), включающий ограждение участка с дефектом, засыпку на зону дефекта экзотермической смеси, подогрев зоны дефекта, поджиг экзотермической смеси и укрытие зоны дефекта крышкой с отверстием.
Недостатком данного способа является то, что дефект определяют визуально, большинство операций выполняют вручную, необходимость в предварительном подогреве зоны дефекта.
Известна беспроводная система (Заявка №RU 2008125939, МПК B61L. Ю.М.Финк, Л.А.Морозов, В.Н.Коваленко. Беспроводная система телеметрии и управления состояния средств, применяемых при строительных и ремонтно-восстановительных работах, а также обслуживании подвижного состава и контроля состояния рельсовых путей железнодорожного транспорта. - Опубл. 10.01.2010), включающая датчики, установленные в зоне возможного возникновения трещин на поверхности металлоконструкций, средство для приема радиосигналов от упомянутых датчиков и передачи информации на центральный пост управления, передвижное сварочное устройство.
Недостатком указанной системы является то, что она входит в состав ремонтно-восстановительного поезда, тем самым является средством периодического, а не постоянного мониторинга конструкций, может работать только на горизонтальных поверхностях.
Задача предлагаемых способа и устройства - автоматизировать процесс обнаружения и устранения трещин на поверхности металлоконструкций.
Задача решается путем применения датчиков, использования их показаний для управления процессом обнаружения и устранения трещин, а сварочное устройство выполнено передвижным, управляемым с помощью радиосигнала.
Сущность изобретения по п.1 заключается в том, что обнаружение трещины и определение ее размера, доставку, поджиг и плавление металлотермитной смеси осуществляют с помощью датчиков, обеспечивающих передачу сигналов с помощью радиоустройства на центральный пост управления, которые устанавливают на зону возможного возникновения трещин на поверхности металлоконструкций, производят опрос датчиков согласно разработанному алгоритму, а при поступлении на центральный пост управления информации о наличии трещины с помощью датчиков определяют ее координаты, размеры и скорость ее развития, по радиосигналу от соответствующего датчика включают двигатель расположенного в парковочном месте передвижного сварочного устройства с емкостью, заполненной металлотермитной смесью, и перемещают его к обнаруженной трещине, располагают над ней упомянутую емкость, по радиосигналу выключают двигатель сварочного устройства и осуществляют поджиг и плавление металлотермитной смеси, после опорожнения емкости и заполнения трещины расплавленным металлом передвижное сварочное устройство по радиосигналу возвращают в парковочное место, и заменяют порожнюю емкость на заполненную металлотермитной смесью, а сущность изобретения по п.2 заключается в том, что передвижное сварочное устройство содержит цельнометаллический корпус, размещенный на двух установленных на основании направляющих, двигатель с червячной передачей, состоящей из винта и гайки, емкость для металлотермитной смеси, имеющий цилиндрическую и конусную части, при этом емкость снабжена поршнем для выталкивания металлотермитной смеси, электромагнитом, приводящим в движение поршень, электрозапалом и контактными щупами, в корпусе выполнен канал для электрических проводов, обеспечивающих питание электромагнита, причем средство для приема радиосигналов от упомянутых датчиков и передачи информации на центральный пост управления расположено на корпусе передвижного сварочного устройства, датчики выполнены в виде струнного трещинометра, тензодатчика, и датчика-шлейфа, а передвижное сварочное устройство закрыто неметаллическим кожухом, закрепленным с помощью защелки на основании.
На фиг.1 представлен алгоритм осуществления способа обнаружения и устранения трещин на открытой поверхности металлоконструкций, на фиг.2 - схема работы устройства по обнаружению и устранению трещин, на фиг.3 - функциональная схема устройства, на фиг.4 - схема передвижного сварочного устройства.
Алгоритм обнаружения и устранения трещин (фиг.1) включает «опрос» датчиков: струнного трещиномера 11, по изменению натяжения проволоки, полосы тензодатчиков 10, по изменению сопротивления, датчика-шлейфа 8, по его разрыву. Результаты опроса (фиг.2) с помощью радиосигнала через устройство 14 поступают на центральный пост управления. По сигналу разрыва датчика-шлейфа 8 включается питание двигателя передвижного сварочного устройства, которое посредством червячной передачи винт 3-гайка 2 перемещается к месту дефекта с определенными координатами. При достижении заданных координат по радиосигналу через устройство 14 выключается питание двигателя и работа червячной передачи винт 3-гайка 2, а включается питание электромагнита 12 и электрозапала 16 в емкости 17 для металлотермитной смеси 7, после чего осуществляется процесс устранения дефекта 32. После устранения дефекта 33, опять же по радиосигналу, выключается питание 31 электрозапала 16 и электромагнита 12, поступает сигнал об устранении дефекта 33 на центральный пост управления 22 и одновременно на передвижное сварочное устройство, которое возвращается в исходное положение 34, что является окончанием цикла 35.
На фиг.3 представлена схема передвижного сварочного устройства, включающая цельнометаллический корпус 1, который опирается на две направляющие 6, установленные на основании 5. Устройство перемещается посредством червячной передачи, состоящей из винта 3 и гайки 2. В корпусе выполнен канал для электрических проводов 15, по которым осуществляется питание электромагнита 12 и электрозапала 16 металлотермитной смеси 7, загруженной в сменную емкость 17. Сменная емкость 17 состоит из цилиндрической и конической частей, причем последняя часть обеспечивает подачу металлотермитной смеси 7 точно к дефекту 9, а в цилиндрической части сменной емкости 17 расположен поршень 18, приводимый в движение электромагнитом 12, обеспечивающим регулируемую подачу металлотермитной смеси 7 в коническую часть сменной емкости 17. На корпусе 1 сварочного устройства (фиг.3) расположено устройство 14, для подачи радиосигнала на центральный пост управлениям 22 (фиг.1). Все сварочное устройство закрыто неметаллическим кожухом 4, закрепленным с помощью защелки 20 на основании 5.
Предлагаемые способ и устройство работают следующим образом.
Принцип работы устройства для обнаружения и автоматического устранения дефектов на поверхности металлоконструкций заключается в следующем.
При срабатывании струнного трещиномера 11 радиосигнал от устройства 14 поступает на центральный пост управления 22 (фиг.1) для вызова ремонтных бригад.
Если трещина оказывается быстро прогрессирующей (в случае, например, очень низкой температуры окружающей среды), то с прилегающей полосы тензодатчиков 10 на контроллер 36 (фиг.2) поступает информация: координаты 28 трещины, скорость развития трещины и ширина раскрытия.
Для того чтобы избежать повреждения тензодатчика 10 на расстоянии 5 мм от него устанавливают на подложке датчик-шлейф 8, шириной 5 мм, вдоль полосы тензодатчиков 10. Датчик-шлейф 8 предназначен для определения места расположения сменной емкости 17 для металлотермитной сварки.
Движение передвижного сварочного устройства начинается с поступления сигнала от тензодатчиков 10 об изменении сопротивления 25 на заданную пороговую величину, соответствующую появлению опасной трещины. Перемещение сменной емкости 17 осуществляется передачей винт 3-гайка 2. Сменная емкость 17 для металлотермитной смеси 7 расположена в цельнометаллическом корпусе 1, напрессованном на гайку 2, оснащена контактными щупами 21, касающимися датчика-шлейфа 8 и замыкающих питание двигателя 37. Во время движения передвижного сварочного устройства контактные щупы 21, контактируя с датчиком-шлейфом 8, определяют место повреждения датчика-шлейфа 8. При достижении сменной емкостью 17 соответствующих координат 28 подача питания на двигатель 27 прекращается. Запускается процесс сварки 39, при котором происходит расплавление металлотермитной смеси 7, путем подачи высокого напряжения 31 на электрозапал 16. Одновременно с контроллера 36 (фиг.2) поступает информация, усиленная усилительным элементом 38 активизирующая электрозапал 16 и электромагнит 12, передвигающий поршень 18 для впрыскивания расплавленной металлотермитной смеси 7 в дефект 9.
В момент срабатывания передвижного сварочного устройства на центральный пост управления 22 (фиг.1) посылается оповещающий радиосигнал, сообщающий на какой конструкции или ее части сработало передвижное сварочное устройство.
После окончания работы передвижного сварочного устройства устройство движется в парковочное место, где рабочий заменяет порожнюю емкость для металлотермитной смеси 7 на заполненную.
Таким образом, предлагаемый способ обнаружения и устранения дефектов на открытой поверхности металлоконструкций позволяет определять не единичный дефект, а зону возможных дефектов, например у сварного шва, автоматизировать этот процесс, применяя датчики, специальный алгоритм «опроса» этих датчиков, используя радиосигнал в качестве связи между всеми функциональными узлами системы, а конструкция передвижного сварочного устройства позволяет автоматизировать процесс устранения дефектов, включая доставку, поджиг и плавление металлотермитной смеси.
1. Способ ремонта металлоконструкций с открытыми поверхностными трещинами, включающий обнаружение трещины, определение ее размера, доставку, поджиг и плавление металлотермитной смеси с заполнением трещины, отличающийся тем, что обнаружение трещины осуществляют путем опроса соответственно датчика в виде струнного трещиномера, тензодатчика и датчика-шлейфа, которые установлены на поверхности металлоконструкции в зонах возможного возникновения трещин для передачи информации с помощью радиосигналов на центральный пост и через контроллер на передвижное сварочное устройство, при этом выявляют прогрессирующую трещину по скорости ее развития и размерам, определяют ее координаты и по радиосигналам от соответствующих датчиков осуществляют перемещение передвижного сварочного устройства к обнаруженной прогрессирующей трещине, размещение над ней заполненной металлотермитной смесью сменной емкости упомянутого устройства, поджиг и плавление металлотермитной смеси, а после опорожнения сменной емкости и заполнения трещины расплавленным металлом передают информацию о срабатывании передвижного сварочного устройства на центральный пост для возвращения его в исходное положение.
2. Устройство для ремонта металлоконструкций с открытыми поверхностными трещинами, включающее датчики, установленные в зоне возможного возникновения трещин на поверхности металлоконструкций, средство для приема радиосигналов от упомянутых датчиков и передачи информации на центральный пост, передвижное сварочное устройство, отличающееся тем, что упомянутые датчики выполнены в виде струнного трещиномера, тензодатчика и датчика-шлейфа, передвижное сварочное устройство закрыто неметаллическим кожухом, закрепленным на основании, и содержит цельнометаллический корпус, размещенный на двух установленных на основании направляющих, двигатель с винтовой передачей, переносной реакционный тигель со сменной емкостью для металлотермитной смеси, имеющий цилиндрическую и конусную части, при этом упомянутая емкость снабжена поршнем для выталкивания металлотермитной смеси, электромагнитом, приводящим в движение поршень, электрозапалом и контактными щупами, контактирующими с датчиком-шлейфом, а средство для приема радиосигналов от датчиков и передачи информации о срабатывании передвижного сварочного устройства на центральный пост расположено на его корпусе.
