СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗРУШАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ СХОДА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Российский патент 2014 года по МПК G01N27/83 G01N27/90 

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики устройств контроля схода подвижного состава (УКСПС).

Уровень техники контроля дефектности объекта УКСПС известен из способа, заключающегося в том, что при контроле качества сборки и надежности сборочной единицы в разрушаемом элементе возбуждают резонансные механические колебания ультразвуковым излучателем в заданном частотном интервале, содержащем основные гармоники, выделяют резонансные пики в заданном частотном интервале, сравнивают их с эталонными значениями, при этом за эталонное значение дополнительно принимают заданное нормируемое сопротивление электрической цепи, возбуждение резонансных механических колебаний производят в процессе изготовления сборочной единицы при осуществлении контроля электрического сопротивления цепи сборочной единицы, при этом излучатель ультразвуковых механических колебаний располагают на контрольном элементе сборочной единицы, а контроль проводят по одному резонансному пику, о качестве сборки сборочной единицы и наличию дефектов судят по величине расхождения частот резонансного пика и эталонного и по сравнению сопротивления электрической цепи сборочной единицы с эталонным, о надежности работы сборочной единицы в процессе эксплуатации судят по расхождению частот резонансного пика и эталонного при отсутствии контроля сопротивления электрической цепи сборочной единицы (RU 2387987).

Недостаток данного технического решения заключается в сложности реализации способа в условиях, когда контролируемые элементы установлены на железной дороге, способ требует высококвалифицированных специалистов по контролю как в условиях завода изготовителя УКСПС, так и условиях эксплуатации данных устройств. Способ предполагает установку пьезодатчиков всегда в одном положении на контролируемом элементе. В условиях завода это возможно, на элементах, находящихся в эксплуатации, практически невозможно. Данный способ позволяет производить контроль датчиков только цилиндрической формы, что значительно сокращает область его применения.

Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности железнодорожного движения.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности выявления дефектных контрольных элементов УКСПС, имеющих различную геометрическую форму, находящихся в процессе эксплуатации, отсутствует необходимость располагать индикатор в одном положении на контролируемом элементе, так как при контроле элементов цилиндрической формы контроль проводится по всей окружности элемента.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля разрушаемых элементов УКСПС, заключающемся в том, что контроль производят методом магнитной памяти металла (МПМ) и вихретоковым методом (ВТМ), о непригодности элементов судят при обнаружении дефектов в элементе одним из методов, при этом дефектом при контроле МПМ являются наличие локальных зон с измененной структурой материала, имеющих высокие механические напряжения, градиент напряженности собственных магнитных полей рассеяния которых не превышает эталонное значение 5*10 А/м² на разрушаемых элементах цилиндрической формы, а на элементах плоской формы - 13*10⁴ А/м², а дефектом при контроле ВТМ является наличие микротрещин в разрушаемом элементе с раскрытием более 0,05 мм. Кроме того на разрушаемых элементах цилиндрической формы контроль проводят по всей окружности контрольного элемента.

В процессе эксплуатации УКСПС контрольные элементы подвергаются вибрации от проходящих составов, ударам различной силы от свисающих предметов, выходящих за предел нижнего габарита. Такие процессы приводят к накоплению усталостных явлений в контрольном элементе, которые приводят к разрушению контрольной вставки, при этом усилия, приводящие к разрушению контрольного элемента, могут быть значительно меньше, чем те, на которые рассчитана данная контрольная вставка в исходном состоянии. Поскольку контролируемые датчики находятся при постоянном воздействии вибрации от проходящих составов, то можно говорить о явлении циклической усталости материала контрольных элементов. Практикой установлено, что, если элемент многократно подвергать переменным напряжениям, в нем появляются микротрещины, которые постепенно развиваются, приводя элемент к разрушению. Но прежде чем произойти такому явлению, как зарождение микротрещины в материале, происходят структурные изменения, которые приводят к появлению значительных механических напряжений в локальных объемах. Таким образом, разрушение контрольного элемента УКСПС можно разбить на две независимые стадии, первая - образование локальных объемов с высокими механическими напряжениями, вторая - появление и развитие микротрещин до разрушения контрольного элемента. Исходя из этого предлагается способ контроля разрушаемых элементов УКСПС, при котором контроль разрушаемых элементов на стадии образования локальных объемов с высокими механическими напряжениями проводится методом МПМ, а на стадии образования и развития микротрещин - ВТМ.

МПМ заключается в регистрации градиента напряженности собственных магнитных полей рассеяния (СМПР) Н_р, возникающих в материале в локальных зонах концентрации напряжений под действием циклических нагрузок. При этом СМПР в объекте контроля отражает фактическое распределение деформаций и напряжений. Контроль разрушаемого контрольного элемента проводится по поверхности специализированным феррозондовым магнитометром ИКНМ-2ФП с двумя каналами измерения градиента напряженности СМПР. Связь между величиной градиента напряженности магнитного поля Н_р и величиной концентрации напряжений в локальных зонах устанавливали опытным путем. Установлено, что на новых бездефектных контрольных образцах при контроле МПМ градиент напряженности собственных магнитных полей рассеяния Н_р не превышает на разрушаемых элементах цилиндрической формы значения 5*10⁴ А/м², а на элементах плоской формы значения 13*10⁴ А/м², данные значения предлагается использовать как эталонные.

МВТ заключается в изменении параметров взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем контрольном объекте этим полем. В качестве источника электромагнитного поля используется индуктивная катушка, которая встроена в вихретоковый преобразователь (вихретоковый датчик). Ток в катушке вихретокового преобразователя создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в исследуемом контролируемом объекте. При наличии микротрещин в контролируемом элементе более 0,05 мм, электромагнитное поле вихревых токов изменяется и соответственно меняется и воздействие на катушку преобразователя и наводящаяся в ней электродвижущая сила. Сигнал с вихретокового датчика (преобразователя) анализируется и по полученным данным делается вывод о наличии или отсутствии трещины в объекте контроля. Контроль разрушаемого контрольного элемента проводили по поверхности специализированным вихретоковым преобразователем ЭМИТ-1М, позволяющим определить микротрещину в разрушаемом элементе с раскрытием более 0,05 мм.

Предлагаемый способ позволяет оценить надежность разрушаемых контрольных элементов УКСПС, находящихся в рабочем состоянии, тем самым избежать трудоемкой и сложной операции монтажа и демонтажа УКСПС.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на котором показана одна сборочная единица УКСПС, разрушаемый элемент цилиндрической формы (таких сборочных единиц, соединенных между собой в единую электрическую цепь в УКСПС, может быть несколько) и реализация способа контроля, на фиг.1, 2 - вихретоковым методом (ВТМ), на фиг.3, 4 - методом магнитной памяти металла (МПМ). На образцах плоской формы движение модуля МПМ и ВТМ в районе шейки разрушаемого элемента происходит, как показано на фиг.5.

Способ контроля разрушаемых элементов УКСПС осуществляется следующим образом.

Первоначально проводится контроль ВТМ. На контрольный образец при помощи щипцов 2 вихретокового преобразователя ЭМИТ-1М, на которых установлен датчик вихретокового контроля 3, в районе шейки разрушаемого элемента 1 в соответствии с фиг.1 устанавливается датчик вихретокового контроля 3 и поворотом щипцов 2 на 360° в соответствии с фиг.2. проводится контроль. Разрушаемый элемент считается бездефектным, если в процессе проворота в зоне светодиодной индикации ЭМИТ-1М загорится зеленый светодиод. В этом случае проводится контроль методом МПМ. Контроль разрушаемого контрольного элемента методом МПМ проводиться при помощи щипцов 4 специализированным феррозондовым магнитометром ИКНМ-2ФП с двумя каналами измерения напряженности СМПР, на которых установлен датчик напряженности магнитного поля 3. В районе шейки разрушаемого элемента 1 в соответствии с фиг.3 и поворотом щипцов 4 на 360° в соответствии с фиг.4 проводится контроль. Изделие считают выдержавшим испытания, если в процессе проворота щипцов 4 на индикаторе ИКНМ-2ФП отображается график зависимости градиента напряженности магнитного поля, не превышающий значения 5*10⁴ А/м². Если при контроле ВТМ светодиодная индикация загорается красным цветом, что говорит о наличии в зоне испытания микротрещины, изделие считается бракованным и дальнейшему исследованию не подвергается.

При контроле плоских образцов последовательность та же самая, отличие составляет значение градиента напряженности магнитного поля. До величины порядка 13*10⁴ А/м² контрольный элемент считается годным. По предлагаемому способу был проведен контроль устройств УКСПС-П, установленных на Рижско-Савеловской дистанции Московской железной дороги, имеющих плоские контрольные элементы.

Было обследовано 22 устройства УКСПС-П, установленные в работу (на каждом устройстве установлено пять разрушаемых элементов). Были обследованы 14 датчиков из комплектов ЗИП к данным устройствам.

Установлено:

Специальной подготовки поверхности и демонтажа деталей УКСПС для проведения измерений не требуется. Напряженно-деформированное состояние всех обследованных датчиков УКСПС-П находится в пределах нормы. Среднее значение градиента напряженности магнитного поля датчиков из комплекта ЗИП составляет 0,9 А/м²; для датчиков, установленных в пути - 2,6 А/м². Для датчиков УКСПС-П, установленных в пути, распределение градиентов напряженности следующее:

- 63 датчиков (или 57%) имеют градиент <5,0 А/м²;

- 45 датчиков (или 41%) имеют градиент от 5,0 до 10,0 А/м²;

- 2 датчика (или 2%) имеют градиент от 10,0 до 12,5 А/м² (браковочное значение градиента напряженности составляет 13,0 А/м²).

На разрушаемых элементах, на которых выявлен градиент напряженности, больший 10,0 А/м², рекомендовано провести повторный контроль через 1 месяц для выявления динамики изменения напряженно-деформированного состояния разрушаемых элементов. На всех исследуемых разрушаемых элементах при контроле ВТМ микротрещин в зоне контроля не обнаружено.

Использование: для диагностики устройств контроля схода подвижного состава (УКСПС). Сущность изобретения заключается в том, что контроль производят методом магнитной памяти металла (МПМ) и вихретоковым методом (ВТМ), о непригодности элементов судят при обнаружении дефектов в элементе одним из методов, при этом дефектом при контроле методом МПМ является наличие локальных зон с измененной структурой материала, имеющих высокие механические напряжения, градиент напряженности собственных магнитных полей рассеяния которых не превышает эталонное значение 5*10⁴ А/м² на разрушаемых элементах цилиндрической формы, а на элементах плоской формы - 13*10⁴ А/м², а дефектом при контроле ВТМ является наличие микротрещин в разрушаемом элементе с раскрытием более 0,05 мм. Технический результат: повышение надежности выявления дефектных контрольных элементов УКСПС, имеющих различную геометрическую форму, находящихся в процессе эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ контроля разрушаемых элементов устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС), заключающийся в том, что контроль производят методом магнитной памяти металла (МПМ) и вихретоковым методом (ВТМ), о непригодности элементов судят при обнаружении дефектов в элементе одним из методов, при этом дефектом при контроле методом МПМ являются наличие локальных зон с измененной структурой материала, имеющих высокие механические напряжения, градиент напряженности собственных магнитных полей рассеяния которых не превышает эталонное значение 5*10⁴ А/м² на разрушаемых элементах цилиндрической формы, а на элементах плоской формы - 13*10⁴ А/м², а дефектом при контроле ВТМ является наличие микротрещин в разрушаемом элементе с раскрытием более 0,05 мм.

2. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что на разрушаемых элементах цилиндрической формы контроль проводят по всей окружности контрольного элемента.