Способ диагностирования цельнокатаного колеса на ходу поезда Российский патент 2020 года по МПК G01N29/04 

Способ диагностирования относится к железнодорожному транспорту в частности, к устройствам, предназначенным для комплексного контроля технического состояния грузовых вагонов, с целью обнаружения трещин в дисках колес на ходу поезда. Известен «Способ диагностики наличия трещин в ходовых частях подвижного состава» (см. патент РФ №2535246 от 30.08.2013, опубликованный в Бюл. №34 от 10.12.2014 года) который заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию и обработку сигналов от преобразователей акустической эмиссии в процессе движения подвижного состава, который прогоняют по железнодорожному пути, при этом на заданном участке железнодорожного пути создают искусственные неровности в вертикальной плоскости, на которые устанавливают преобразователи акустической эмиссии, по параметрам сигналов с которых судят о наличии трещин в ходовых частях тележки подвижного состава.

Вышеуказанный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа.

Недостатком способа прототипа является то, что контроль направлен на выявление дефектов тележки железнодорожного (грузового) вагона, а колесная пара, состоящая из цельнокатаного колеса и оси, при контроле не рассматривается.

Вместе с тем возникающие акустические импульсы в ходе движения состава по контролируемому участку с искусственными неровностями рельсов за счет трущихся частей тележки вагона имеют высокий уровень шумовой составляющей, что может привести к регистрации ложных дефектов в процессе диагностики.

Целью данного изобретения является создание способа, который позволяет на ходу поезда обнаруживать трещины в дисках колес, различного пространственного расположения, а также иметь возможность осуществлять их контроль раздельно, например, вначале, на левой, а затем на правой стороне тележки, что позволяет повысить надежность и достоверность выявления трещин.

Указанная цель достигается за счет обеспечения перпендикулярности направления всех ультразвуковых импульсов посылаемых ультразвуковыми излучателями (1 и 1*), на трещину произвольного ее пространственного расположения, путем использования «фазированных решеток», обеспечивающие подачу на диск колеса ультразвуковых импульсов под различным углом падения (примерно, через 15°-20°).

Наряду с этим, на стыках отдающих рельсов, для передачи ультразвукового излучения диску колеса вместе с ультразвуковыми излучателями крепятся электромагниты (2 и 2*), а на стыках принимающих рельсов импульсы отраженных сигналов, улавливаются ультразвуковыми приемниками (3 и 3*), выполненными в виде «фазированных решеток». Контроль обработку и хранение информации на мониторе, поступающих сигналов, от излучателей и приемников, производится с помощью ультразвукового дефектоскопа (5).

Для исключения, помех, возникающих при одновременном контроле дисков колес левой и правой стороны тележки левые стыки рельсов вместе с ультразвуковыми излучателями (1*) и приемниками (3*), а также с электромагнитами (2* и 4*), располагаются на расстоянии примерно через 5-6 метров.

Способ диагностирования цельнокатаного колеса реализуется следующим образом.

При движении поезда по контрольному участку, и в момент нахождения первого диска колеса, правой стороны тележки на конце отдающего рельса (см. Фиг. 1), электромагнит (2) прижимает к поверхности колеса излучатель (1), и происходит передача колесу ультразвуковых импульсов под различным углом их направления (примерно, через 15°-20°), частотой в диапазоне от 400 до 500 кГц. Посылаемые импульсы распространяется в диске колеса в виде поверхностных волн, которые многократно обегают его по окружности.

При дальнейшем движении поезда, и в момент нахождения первого диска колеса, правой стороны тележки на конце принимающего рельса (см. Фиг. 2) осуществляется прижатие ультразвукового приемника (3) электромагнитом (4) к диску колеса, и импульсы отраженных сигналов, будут регистрироваться ультразвуковым дефектоскопом (5).

В момент нахождения первого диска колеса, правой стороны тележки на конце принимающего рельса, второй диск колеса, правой стороны тележки находится на конце отдающего рельса (см. фиг. 2) и электромагнит (2) прижимает излучатель (1), к поверхности второго диска колеса правой стороны тележки. В результате происходит передача этому колесу ультразвуковых импульсов под различным углом их направления (примерно, через 15°-20°), частотой в диапазоне от 400 до 500 кГц. Посылаемые импульсы в виде поверхностных волн распространяется во втором диске колеса, правой стороны тележки которые многократно обегают его по окружности.

При дальнейшем движении поезда, и в момент нахождения второго диска колеса, правой стороны тележки на конце принимающего рельса (см. Фиг. 3) осуществляется прижатие ультразвукового приемника (3) электромагнитом (4) ко второму диску колеса, правой стороны тележки, и импульсы отраженных сигналов, будут регистрироваться ультразвуковым дефектоскопом (5).

Поскольку ультразвуковые волны, при движении в однородной среде (колесо без дефектов) не изменяют своей траектории, поэтому на ультразвуковой дефектоскоп (5) приходят донные эхо-сигналы с равными интервалами, соответствующими полному времени прохода окружности диска колеса (см. Фиг. 4 а).

При наличии в колесе дефекта отраженные от него эхо-сигналы регистрирующие ультразвуковым дефектоскопом (5), имеют иное время прохождения, не соответствующее полному времени прохода окружности диска колеса (см. фиг. 4 б). Соотношение амплитуд отраженного от дефекта и донного сигналов служит мерой глубины трещины в поверхности катания.

Дальнейшая работа предлагаемого способа по контролю дисков колес левой стороны тележки происходит аналогично выше описанной работе, связанной с контролем дисков колес правой стороны тележки. При этом для исключения, помех, возникающих при контроле различных дисков колес (с левой и правой сторон тележки) стыки рельсов вместе с ультразвуковыми излучателями и приемниками (1,1* и 2,2*), а также с электромагнитами (3,3* и 4,4*), располагаются на расстоянии примерно через 5-6 метров.

Использование предлагаемого способа, в частности излучателей типа «фазированных решеток» позволяет на ходу поезда обнаруживать трещины в дисках колес грузовых вагонах, различного пространственного расположения, а предлагаемый раздельный контроль дисков колес, например, вначале, на левой, а затем на правой стороне тележки, существенно повышает надежность и достоверность контроля.

Использование: для диагностирования наличия дефектов цельнокатаного колеса на ходу поезда. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию, обработку и хранение поступающих сигналов от преобразователей в ходе движения железнодорожного (грузового) вагона по контролируемому участку пути, при этом излучение и прием ультразвуковых импульсов производят посредством преобразователей на фазированных решетках, имеющих электромагниты для осуществления акустического контакта с поверхностью катания колеса и обеспечивающих перпендикулярность направления распространения импульсов относительно пространственного расположения выявляемых дефектов. Технический результат: обеспечение возможности на ходу поезда обнаруживать трещины в дисках колес, различного пространственного расположения, а также иметь возможность осуществлять их контроль раздельно, например, вначале, на левой, а затем на правой стороне тележки, что позволяет повысить надежность и достоверность выявления трещин. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ диагностирования цельнокатаного колеса на ходу поезда, основанный на использовании ультразвуковых импульсов, включающий прием, регистрацию, обработку и хранение поступающих сигналов от преобразователей в ходе движения железнодорожного (грузового) вагона по контролируемому участку пути, отличающийся тем, что излучение и прием ультразвуковых импульсов производят посредством преобразователей на фазированных решетках, имеющих электромагниты для осуществления акустического контакта с поверхностью катания колеса и обеспечивающих перпендикулярность направления распространения импульсов относительно пространственного расположения выявляемых дефектов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контролируемый участок выполнен в виде отдающего и принимающего рельсов, имитирующих вертикальный искусственный дефект, при этом на отдающем рельсе установлены ультразвуковые излучатели, в то время как на принимающем рельсе ультразвуковые приемники.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для исключения помех, возникающих при одновременном контроле колес левой и правой стороны тележки, левые стыки рельсов вместе с ультразвуковыми излучателями и приемниками, а также с электромагнитами, располагаются на расстоянии примерно через 5-6 метров от правых стыков по ходу движения вагона.