СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ КОЛЕС РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2009 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к методам и средствам испытаний изделий ультразвуком и может быть использовано для выявления дефектов колес при ремонте и изготовлении подвижного состава железнодорожного транспорта.

Известен способ ультразвукового контроля ободьев колес рельсового транспорта [1], заключающийся в том, что на контролируемую часть боковой поверхности обода наносится контактная жидкость, пьезоэлектрический преобразователь вручную перемещают по заданной траектории сначала в режиме поисковой чувствительности, отмечают места регистрации сигналов от предполагаемых дефектов, а затем в режиме браковочной чувствительности выявляют недопустимые дефекты. Недостатком способа является низкая производительность контроля.

Наиболее близким к предлагаемому способу является технологический процесс ультразвуковой дефектоскопии вагонных колес, описанный в [2] и заключающийся в том, что пьезоэлектрические преобразователи направляют на контактных поверхностях испытываемого колеса по концентрическим окружностям с помощью сканирующего устройства УСК-4, которое устанавливают на обод испытываемого колеса, на контролируемый сектор колеса кистью наносят контактную жидкость, затем осуществляют поисковый контроль путем ручного перемещения сканирующего устройства в режиме поисковой чувствительности и отмечают зоны появления сигналов в пределах контролируемого сектора. Затем проворачивают колесную пару механизмом вращения и таким же образом выполняют поисковый контроль следующих секторов, а после этого отмеченные зоны контролируют повторно в режиме браковочной чувствительности для выявления недопустимых дефектов.

Недостатком указанного способа является низкая производительность и достоверность контроля.

Известно устройство для ультразвукового контроля цилиндрических изделий [3], содержащее основание, акустический блок, включающий ультразвуковые пьезопреобразователи и локальную иммерсионную ванну с уплотнителем, связанную с основанием, механизмы ориентации и фиксации акустического блока, причем акустический блок посредством рычажно-пружинной системы со следящими роликами прижат к объекту контроля.

Недостатком указанного устройства является конструктивная ограниченность для реализации ультразвукового контроля тел вращения со сложными криволинейными поверхностями, какими являются колесные пары рельсового подвижного состава.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по назначению и конструктивным признакам является стенд для ультразвуковых испытаний колесных пар рельсового подвижного состава [4], содержащий неподвижное основание с опорами для букс испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, две иммерсионные ванны, подъемно-поворотное устройство для подъема и поворота колесной пары, причем иммерсионные ванны размещены по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары и ниже опор для букс.

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность выявления дефектов в зоне перехода обода колеса в диск, а также сложность настройки и обслуживания.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности выявления дефектов и эксплуатационной надежности устройства.

Технический результат достигается способом, заключающимся в передаче упругих волн от преобразователя к контролируемому колесу через иммерсионную среду и прозвучивании заданных областей колеса по траекториям в виде концентрических окружностей, в котором, согласно изобретению, до начала ультразвуковых испытаний измеряют толщину обода колеса, с учетом толщины обода устанавливают в требуемое исходное положение акустический блок с пьезоэлектрическими преобразователями, проверяемую колесную пару размещают на опорах таким образом, чтобы колеса погрузились в жидкую среду иммерсионной ванны не менее чем на толщину обода, затем осуществляют вращение колесной пары, прозвучивают обод и приободную часть диска колеса, регистрируют превышение сигналов в зонах контроля выше порогового значения, недопустимого для дефекта.

При вводе ультразвука через поверхность катания колеса излучатель и приемник размещают на общем основании симметрично по отношению к вертикали, проведенной через ось вращения контролируемого колеса, включают их по раздельной схеме, устанавливают поисковую чувствительность, затем путем перемещения общего основания в направлении, параллельном оси вращения колесной пары, выбирают положение с минимальным уровнем помех от конструктивных отражателей в зоне контроля, осуществляют контроль путем вращения колесной пары не менее одного полного оборота, затем переключают на совмещенный режим приема и излучения каждый из преобразователей поочередно и повторяют контроль каждым преобразователем путем вращения колесной пары не менее одного полного оборота. Для осуществления заявляемого способа предлагается устройство для ультразвуковых испытаний колесных пар рельсового подвижного состава, содержащее неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенным с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, подъемно-транспортный механизм для подъема, транспортировки и установки колесной пары, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары, отличающееся тем, что в иммерсионных ваннах расположены акустические блоки, связанные с механизмами раздельного перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях, акустические оси пьезоэлектрических преобразователей ориентированы под углом от 0 до 25 градусов к нормали в точке ввода ультразвука в поверхность контролируемого колеса, причем преобразователи, направленные на поверхность катания колеса, размещены на попарно параллельных осях с возможностью вращения в общей для обоих преобразователей плоскости.

Указанная последовательность и особенности выполнения операций вместе с конструктивными параметрами устройства позволяют наиболее полно выявить дефекты типа нарушения сплошности по всему сечению обода и приободной зоны диска колеса.

На фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг.2 - схема ориентации преобразователей, направленных на поверхность катания колеса.

Устройство содержит неподвижное основание 1 с опорами 2 для испытываемой колесной пары 3, две иммерсионные ванны 4, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары, акустические блоки 5, связанные каждый механизмом перемещения в вертикальном направлении 6 и механизмом перемещения в горизонтальном направлении 7, пьезоэлектрические преобразователи 8.

Акустические оси пьезоэлектрических преобразователей 8 ориентированы под углом α к нормали в точке ввода ультразвука в поверхность, который может принимать значения от 0 до 25 градусов. Преобразователи, направленные на поверхность катания колеса, размещены на попарно параллельных осях 9 с возможностью вращения в общей для обоих преобразователей плоскости.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Первоначально замеряется толщина ободьев испытываемых колес колесной пары 3, с учетом измеренных толщин акустические блоки 5 посредством механизмов вертикального перемещения 6 устанавливаются в каждой ванне в требуемое положение по высоте.

Испытываемую колесную пару 3 размещают на опорах 2 таким образом, чтобы колеса погрузились в жидкую среду иммерсионной ванны 4 не менее чем на толщину обода, затем осуществляют вращение колесной пары, путем поочередного переключения преобразователей прозвучивают обод и приободную часть диска колеса во всех опасных сечениях, при этом регистрируют превышение сигналов в зонах контроля выше порогового значения, недопустимого для дефекта.

При вводе ультразвука через поверхность катания колеса (фиг.2) пьезоэлектрические преобразователи 8 размещают на общем основании 10 симметрично по отношению к вертикали, проведенной через ось вращения контролируемого колеса, включают их по раздельной схеме, устанавливают поисковую чувствительность, затем путем перемещения акустического блока 5 в горизонтальном направлении выбирают положение с минимальным уровнем помех от конструктивных отражателей в зоне контроля, осуществляют контроль путем вращения колесной пары не менее одного полного оборота, затем переключают на совмещенный режим приема и излучения каждый из преобразователей поочередно и повторяют контроль каждым преобразователем путем вращения колесной пары не менее одного полного оборота.

Способ реализован на макетном образце устройства для ультразвукового контроля вагонных колесных пар колеи 1520 мм. В качестве дефектоскопа использовался электронный блок УД2-12, пъезопреобразователи изготовлены на основе пьезоэлементов с резонансной частотой 2,5 МГц, диаметром 12 мм. Переключение пьезопреобразователей осуществлялось специальным коммутатором каналов. В качестве иммерсионной среды применялась техническая вода.

На технологической рельсовой колее замерялась толщина ободьев испытываемой колесной пары, которая составила 34 мм для правого и 33 мм для левого колеса. С учетом измеренных толщин акустические блоки посредством механизмов вертикального перемещения устанавливались в каждой ванне в требуемое положение по высоте.

Испытываемая колесная пара размещалась на опорах таким образом, что колеса погружались в иммерсионную ванну на толщину обода. Включался электронный блок ультразвукового дефектоскопа УД2-12, подключались пьезопреобразователи, направленные на поверхность катания правого колеса, в раздельном режиме работы излучателя и приемника.

Затем механизмами горизонтального перемещения акустические блоки устанавливались на расстояние, определяемое положением колес на оси и положением оси колесной пары на роликовых опорах. При вводе ультразвука через поверхность катания колеса (фиг.2) пьезоэлектрические преобразователи 8 размещались на общем основании 9 симметрично по отношению к вертикали, проведенной через ось вращения контролируемого колеса, включались по раздельной схеме, устанавливалась поисковая чувствительность, затем путем перемещения акустического блока в горизонтальном направлении выбиралось положение с минимальным уровнем помех в зоне контроля, таким образом, чтобы на дефектоскопе в зоне строба автоматической сигнализации о дефектах, соответствующей глубине контроля в стали колеса от 10 до 120 мм, не было сигналов от конструктивных отражателей. Путем вращения колесной пары прозвучивался обод и приободная часть диска колеса, регистрируя превышение сигналов в зонах контроля выше порогового значения, недопустимого для дефекта. Таким образом наиболее эффективно выявлялись дефекты, отражающая поверхность которых параллельна поверхности катания колеса. Контроль осуществлялся путем поворота колесной пары на два полных оборота.

Затем переключались на совмещенный режим приема и излучения каждый из преобразователей поочередно. Таким образом наиболее эффективно выявлялись объемные дефекты и дефекты, отражающая поверхность которых ориентирована под углом 40°…50° к поверхности катания. Контроль повторялся каждым преобразователем путем вращения колесной пары на два полных оборота. Аналогичным образом проверялось левое колесо.

Продолжительность контроля одной колесной пары описанными способом и устройством составила 12 минут, что в 3-4 раза меньше времени, затрачиваемого при контроле способом-прототипом.

Литература

1. Ильин В.А. и др. Дефектоскопия деталей подвижного состава железных дорог и метрополитенов. М., “Транспорт”, 1983 г., с.292-295.

2. Руководство по комплексному ультразвуковому контролю колесных пар вагонов. РД 07.09-97. Утверждено Советом по железнодорожному транспорту государств-участников Содружества 08.05.1998 г., с.153-154.

3. А.с. СССР № 1083106 A, МПК G01N 29/04, опубликовано в бюллетене изобретений СССР №12, 30.03.1984 г.

4. Дубина А.В., Бычек И.С., Комаровский И.С. Заявка РБ № а20000607 на изобретение “Стенд для ультразвуковых испытаний колесных пар рельсового подвижного состава”, МПК⁷ G01M 17/08, 17/10, G01N 29/04. Опубликовано в бюллетене изобретений РБ №4 за 2001 г.

Использование: для ультразвукового контроля колес рельсового транспорта. Сущность: заключается в том, что осуществляют передачу упругих волн от преобразователя к контролируемому колесу через иммерсионную среду и прозвучивают заданные области колеса по траекториям в виде концентрических окружностей, при этом до начала ультразвуковых испытаний измеряют толщину обода колеса, с учетом толщины обода устанавливают в требуемое исходное положение акустический блок с пьезоэлектрическими преобразователями, проверяемую колесную пару размещают на опорах таким образом, чтобы колеса погрузились в жидкую среду иммерсионной ванны не менее чем на толщину обода, затем осуществляют вращение колесной пары, прозвучивают обод и приободную часть диска колеса во всех опасных областях и регистрируют превышение сигналов в зонах контроля выше порогового значения, недопустимого для дефекта. Технический результат: повышение эффективности выявления дефектов и эксплуатационной надежности устройства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ультразвукового контроля колес рельсового транспорта, заключающийся в передаче упругих волн от преобразователя к контролируемому колесу через иммерсионную среду и прозвучивании заданных областей колеса по траекториям в виде концентрических окружностей, отличающийся тем, что до начала ультразвуковых испытаний измеряют толщину обода колеса, с учетом толщины обода устанавливают в требуемое исходное положение акустический блок с пьезоэлектрическими преобразователями, проверяемую колесную пару размещают на опорах таким образом, чтобы колеса погрузились в жидкую среду иммерсионной ванны не менее чем на толщину обода, затем осуществляют вращение колесной пары, прозвучивают обод и приободную часть диска колеса во всех опасных областях и регистрируют превышение сигналов в зонах контроля выше порогового значения, недопустимого для дефекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что излучатель и приемник, ориентированные на поверхность катания контролируемого колеса, размещают на общем основании симметрично по отношению к вертикали, проведенной через ось вращения контролируемого колеса, включают их по раздельной схеме, устанавливают поисковую чувствительность, затем путем перемещения общего основания в направлении, параллельном оси вращения колесной пары, выбирают положение с минимальным уровнем помех от конструктивных отражателей в зоне контроля, осуществляют контроль путем вращения колесной пары не менее одного оборота, затем переключают на совмещенный режим приема и излучения каждый из преобразователей поочередно и повторяют контроль каждым преобразователем путем вращения колесной пары не менее одного полного оборота.

3. Устройство для ультразвукового контроля, содержащее неподвижное основание с опорами для испытуемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытуемой колесной пары, подъемно-транспортный механизм для подъема, транспортировки и установки колесной пары, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытуемой колесной пары, отличающееся тем, что в иммерсионных ваннах расположены акустические блоки, связанные с механизмами перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях, а пьезоэлектрические преобразователи ориентированы под углом от 0 до 25° к нормали в точке ввода ультразвука в поверхность контролируемого колеса.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что преобразователи, ориентированные на поверхность катания колеса, размещены на параллельных осях с возможностью вращения в общей для обоих преобразователей плоскости.