СПОСОБ МАГНИТОПОРОШКОВОГО КОНТРОЛЯ ПРУЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК G01N27/84 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на подвижном составе железнодорожного транспорта для дефектоскопии пружин буксовых, кузовных, тележечных и др.

В условиях деповского ремонта пружины преимущественно контролируют визуально (оптический вид неразрушающего контроля) с помощью «прямого использования» органов человеческого зрения. Но возможности оптического контроля здесь ограничены состоянием контролируемой поверхности (загрязнениями, шероховатостью, коррозией, различного рода покрытиями), возможностью доступа к ней, формой и размерами, приводящих в конечном счете к потере или недостаточной контрастности ожидаемого «результата».

Более эффективны в этом случае другие виды неразрушающего контроля, например, магнитный, в частности, магнитопорошковый метод. Данным методом контролируют большое количество деталей подвижного состава железных дорог: колесные пары, тележки, ударно-тяговое оборудование. При этом деталь намагничивают, наносят на ее поверхность магнитный индикатор (порошок или суспензию) и, осматривая ее, производят анализ возникших индикаций. Зоны скопления порошка, например, в виде валиков индикаторного следа, могут свидетельствовать о местонахождении дефектов.

Анализ особенностей конструкций пружин подвижного состава, обусловленных их формами и конфигурациями, магнитными свойствами применяемых металлов, а также рядом других характеристик дает основание принять в качестве прототипа предлагаемого изобретения разработанную ПКБ ВНИИЖТ в 2000 г «Установку ТПС9706 для магнитной дефектоскопии свободных колец подшипников буксового узла тягового подвижного состава», широко применяемую в локомотивных депо железнодорожного транспорта.

Данная установка содержит конденсаторную батарею, стержневой проводник, ориентированный по центру контролируемого кольца подшипника, соленоид с возможностью охвата его своими обмотками, двигатели продольного перемещения соленоида, стержневого проводника и вращения опорных роликов, на которые устанавливаю свободное контролируемое кольцо, источники и узлы подвода электрического тока к конденсаторной батарее, обмоткам соленоида и к стержневому проводнику. Контролируемое кольцо устанавливают на опорные ролики, затем включают продольный привод и перемещают соленоид и стержневой проводник до положения, при котором достигается полный охват кольца обмотками соленоида и появляется возможность закрепления эксцентриковым зажимом свободного конца стержневого проводника при завершении его осевого продвижения внутри кольца. Цепь заряда конденсаторной батареи подключена к источнику постоянного напряжения (в виде выпрямителя, присоединенного через автоматический выключатель к силовому трансформатору промышленной сети) через зарядный резистор и первый ключ.

Намагничивание контролируемого кольца реализуется по двум цепям разрядного тока этой конденсаторной батареи: одна - через второй ключ и стержневой проводник, вторая - третий ключ и намагничивающую обмотку соленоида.

При разряде конденсаторной батареи по первой цепи (замкнут второй ключ): за счет протекания тока разряда по стержневому проводнику формируют циркулярное намагничивающее поле в виде круговых линий в поперечных сечениях контролируемого кольца; при разряде по второй цепи (замкнут третий ключ): за счет протекания тока по намагничивающей обмотке соленоида формируют продольное намагничивающее поле вдоль оси кольца. При одновременном включении обоих ключей в контролируемом кольце образуются два взаимно перпендикулярных поля, когда вектор суммарного магнитного поля будет изменять в кольце свое положение в пределах -90 градусов. Таким образом, манипулируя двумя ключами, могут быть созданы магнитные поля, отдельные или суммарное, направления векторов которых позволят обнаружить дефекты различной ориентации.

На следующем шаге производят нанесение магнитной суспензии путем ее полива на поверхность контролируемого кольца. Но такое выполнение этой операции не обеспечивает стопроцентное и качественное нанесение суспензии на его внутреннюю и торцевые поверхности. При этом также возможен смыв возникших индикаций, и осмотр «сбоку», как это предусмотрено в установке - прототипе, несмотря на вращение контролируемого кольца, не является технологичным - отсутствует при этом продольное сканирование поверхности кольца. Нетехнологичны здесь загрузка и выем колец, сбор отработанной суспензии, обслуживание стержневого проводника.

Анализ показал, что прямое применение данной технологии для магнито-порошкового контроля пружин, более сложных по конфигурации, не достаточно пригодно хотя бы потому, что нанесение суспензии путем полива или распыления на пружину с боковой стороны или с любой другой (сверху, снизу, снаружи, изнутри прутка) не обеспечивает безусловного покрытия ею поверхности прутков, так как они все имеют цилиндрически- винтовую форму большой кривизны. Следовательно, требуемая достоверность выявления возникших дефектов не может быть достигнута.

Таким образом, целью изобретения является повышение достоверности и технологичности магнитопорошкового контроля пружин.

Цель достигается тем, что способ магнитопорошкового контроля пружин путем намагничивания токами разряда предварительно заряженной конденсаторной батареи через коаксиальный стержневой проводник и намагничивающую обмотку соленоида с анализом индикаций после нанесения магнитной суспензии и последующим размагничиванием дополнен тем, что контролируемую пружину, согласно изобретению, помещают в открытую кольцеобразную полость вертикально установленного немагнитного сосуда и после выполнения упомянутого намагничивания заполняют снизу данную полость магнитной суспензией с возможностью полного окунания прутков пружины, затем осуществляют выем пружины из полости сосуда и выполняют анализ магнитных индикаций на ее прутках, после завершения которого с положительным результатом контролируемую пружину помещают вновь в кольцеобразную полость немагнитного сосуда с суспензией и, воздействуя на нее переменным магнитным полем сформированным размагничивающей обмоткой соленоида, медленно выдвигают ее из полости вверх с удалением от сосуда на расстояние порядка 0,5 м, после чего визуализируют отсутствие на прутках магнитных индикаций;

а также тем, что устройство магнитопорошкового контроля пружин, выполненное в виде конденсаторной батареи, подключенной к источнику постоянного напряжения через зарядный резистор и первый ключ, стержневого проводника, помещенного коаксиально внутрь пружины и включенного в цепь разряда конденсаторной батареи через первый силовой кабель и второй ключ, а также через второй силовой кабель и третий ключ намагничивающую обмотку соленоида, размагничивающая обмотка которого через третий силовой кабель и четвертый ключ присоединена к вторичной обмотке размагничивающего трансформатора, подключенного к промышленной сети через автоматический выключатель, дополнено кольцеобразным немагнитным сосудом с возможностью внесения в его кольцевую полость контролируемой пружины и опоры ее на водопроницаемую, например, с помощью сквозных отверстий, поперечную перегородку, при этом стержневой проводник выполнен в виде немагнитной шины, например, из меди, пропущенной по оси сосуда, с немагнитными заглушками, например, бронзовыми, в которые запрессованы концевые части немагнитной шины, причем торцевая часть верхней заглушки выведена за поверхность крышки сосуда и снабжена контактным узлом с возможностью соединения зажимом заглушки с первым силовым кабелем, подключенном через второй ключ к верхней (по чертежу на фигуре) обкладке конденсаторной батареи, и нижняя заглушка своим торцом вмонтирована в металлическую пластину, закрепленную на внешней поверхности дна нижней части кольцеобразной полости немагнитного сосуда и присоединенную к другой обкладке конденсаторной батареи, при этом нижняя часть кольцеобразной полости, отделенная от верхней водопроницаемой перегородкой, снабжена впускным краном, соединяющим ее с баком готовой суспензии, и сливным - для слива ее в емкость для хранения суспензии.

На фигуре приведен чертеж предлагаемого устройства, совмещенного с электрической схемой.

Устройство содержит кольцеобразный немагнитный сосуд 1 с центральной 2 и кольцеобразной 3 полостями и водопроницаемой поперечной перегородкой 4, разделяющей кольцеобразную полость 3 на верхнюю 5 и нижнюю 6 части, контролируемую пружину 7, помещенную в полость 3 с опорой на перегородку 4, стержневой проводник 8, коаксиально пропущенный через центральную полость 2, и верхнюю крышку 9 сосуда 1. Перегородка 4 выполнена водопроницаемой посредством множества отверстий 10, соединяющих верхнюю часть 5 полости 3 с нижней 6, последняя сообщается с баком 11 готовой суспензии через впускной кран 12. Соединение полости 6 с емкостью для использованной суспензии осуществлено через тройник и сливной кран 13. Стержневой проводник 8 выполнен в виде немагнитной шины, например, из меди, с немагнитными заглушками 14, например, бронзовыми, в которых запрессованы концевые части магнитной шины, причем нижняя заглушка 14 своим торцом, вмонтирована в металлическую пластину 15, закрепленную на внешней стороне дна нижней части 6 кольцеобразной полости 3 и соединенную с нижней (по чертежу на фигуре) обкладкой конденсаторной батареи 16. Она же своей верхней обкладкой подключена к источнику постоянного тока 17 через зарядный резистор 18 и первый ключ 19. Торцевая часть верхней заглушки 14, выполненная с возможностью вывода ее за поверхность крышки 9, снабжена контактным узлом с возможностью соединения зажимом верхней заглушки 14 с первым силовым кабелем 20, подключенном к верхней обкладке конденсаторной батареи 16 через второй ключ 21. К этой же обкладке через третий ключ 22 и второй силовой кабель 23 присоединена намагничивающая обмотка соленоида 24, а его размагничивающая обмотка через четвертый ключ 25 и третий силовой кабель 26 подключена к вторичной обмотке размагничивающего трансформатора 27. Силовой трансформатор источника 17 и размагничивающий трансформатор 27 подключены к промышленной сети через первый 28 и второй 29 автоматические выключатели соответственно.

Работа предлагаемого устройства осуществляется в остаточном магнитном поле и состоит в следующем.

Исходное состояние: автоматические выключатели 27 и 28 отключены, конденсаторная батарея 16 разряжена, соленоид 24 обесточен, впускной кран 12 и сливной 13 закрыты, ключи 19.21,22 и 25 отключены, крышка 9 сосуда 1 снята.

Контролируемую пружину 7 помещают в кольцеобразную полость 3 сосуда 1 и закрывают его крышкой 9. Соединяют зажимом верхнюю заглушку 14 с первым силовым кабелем 20, включают автоматический выключатель 28 и первый ключ 19. Трансформированное напряжение промышленной сети выпрямляется в источнике 17 и поступает через зарядный резистор 18 к обкладкам конденсаторной батареи 16. Формируют зарядный ток по цепи: источник 17-замкнутый ключ 19 - зарядный резистор 18 - конденсаторная батарея 16. По прошествии нескольких секунд последняя заряжается до уровня выходного напряжения источника 17, которое остается неизменным при выключении первого ключа 19. Включают второй ключ 21, конденсаторная батарея 16 разряжается на стержневой проводник 8. Импульс тока разряда в нем формирует в объеме контролируемой пружины 7 циркулярное магнитное поле, круговые силовые линии которого, располагаясь в плоскостях, перпендикулярных оси пружины 7, охватывают и пронизывают ее прутки с возможностью выявления в них трещин преимущественно поперечной ориентации. С целью выявления трещин преимущественно продольной ориентации в прутках пружины 7 размыкают второй ключ 21 и включают третий 22, и предварительно заряженная конденсаторная батарея 16 разряжается теперь через намагничивающую обмотку соленоида 24. В пружине 7 формируется продольное (в направлении ее оси) магнитное поле, силовые линии которого располагаются преимущественно перпендикулярно к ориентации возможных продольных дефектов в прутках. На этапе комбинированного намагничивания ключи 21 и 22 включают синхронно. Тогда предварительно заряженная конденсаторная батарея 16, разряжаясь, создает своими разрядными токами одновременно действующие в контролируемой пружине 7 названные выше магнитные поля. Вектора последних, складываясь, изменяют направление суммарного в пределах 90 градусов, создавая условия для обнаружения дефектов различной ориентации

Длительность разряда конденсаторной батареи 16 составляет доли секунды. Это позволяет после включения второго 21, или третьего 22 ключей, или обоих вместе приступить к операции нанесения суспензии. Открывают кран 12. Суспензия поступает по рукаву в нижнюю часть 6 полости 3 и, проникая через отверстия 10 в переборке 4, заполняет кольцевую полость 5. Суспензия готовится в баке 11, расположенном на уровне с превышением по высоте расположения крышки 9 для создания положительного перепада давления в кольцеобразной полости 5 сосуда 1.

Множество отверстий 10 конусообразного сечения в перегородке 4, соединяющее кольцеобразные верхнюю 5 и нижнюю 6 части полости 3, предопределяет необходимую степень водопроницаемости перегородки 4. Рациональное соотношение количества отверстий и минимального значения их диаметров с учетом вязкости использованной суспензии позволяют обеспечить спокойный медленный подъем (с минимальной скоростью) уровня суспензии до момента полного окунания контролируемой пружины 7 в кольцеобразной полости 3, которое фиксируется визуально и реализуется закрытием крана 12.Такой режим заполнения кольцеобразной полости 3 с постепенным (монотонным) окунанием контролируемой пружины 7 в суспензию позволяет качественно сформировать и сохранять без разрушения магнитные индикации дефектов на прутках, возникших при образовании полей рассеяния при намагничивании, и тем самым повысить достоверность контроля.

Оптимальный выбор суммарного проходного сечения перегородки 4 и уровня положительного перепада давления в поступающей из бака 11 суспензии в полость 5 также позволяет устранить «вмешательство оператора» в ответственную операцию нанесения магнитного индикатора на внутренние и внешние с боковыми поверхностями прутки контролируемой пружины 7: «автоматическое» окунание снимает необходимость в этих манипуляциях. Данный признак свидетельствует о повышении технологичности предложенного решения.

Магнитопорошковый контроль при его положительном результате завершается обязательным размагничиванием объекта, так как остаточные в них сильные магнитные поля могут вызывать в эксплуатации известные нежелательные последствия. Размагничивание контролируемой пружины 7 осуществляют следующим образом: последнюю возвращают вновь в кольцеобразную полость 3 немагнитного сосуда 1 с суспензией, и, воздействуя на нее переменным магнитным полем, формируемым размагничивающей обмоткой соленоида 25 посредством ее подключения четвертым ключом 25 и третьим силовым кабелем 26 к вторичной обмотке размагничивающего трансформатора, предварительно присоединенного первичной обмоткой к промышленной сети через автоматический выключатель 29, медленно выдвигают пружину 7 из полости 3 вверх с удалением от сосуда 1 на расстояние порядка 0,5 м, Затем снимают размагничивающее поле соленоида 30 путем выключения автоматического выключателя 29 и четвертого ключа 25 и визуально фиксируют отсутствие магнитных индикаций на прутках контролируемой пружины.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к области неразрушающего контроля, и предназначено для магнитопорошкового контроля пружин. В предложенных решениях контролируемую пружину помещают в кольцеобразную полость вертикально ориентированного немагнитного сосуда и после намагничивания заполняют полость магнитной суспензией с возможностью полного окунания прутков пружины и, завершив заполнение полости магнитной суспензией, осуществляют выем пружины из полости сосуда, выполняют анализ магнитных индикаций на ее прутках, после завершения которого с положительным результатом контролируемую пружину помещают вновь в кольцеобразную полость немагнитного сосуда с суспензией, и, воздействуя на нее переменным магнитным полем, формируемым размагничивающим соленоидом, медленно выдвигают ее из полости вверх с удалением от сосуда на расстояние порядка 0,5 м, после чего размагничивающее поле соленоида выключают и фиксируют отсутствие магнитных индикаций на прутках контролируемой пружины. Технический результат - повышение достоверности и технологичности магнитопорошкового контроля пружин. 2. н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ магнитопорошкового контроля пружин путем намагничивания токами разряда предварительно заряженной конденсаторной батареи через коаксиальный стержневой проводник и обмотку соленоида с последующим анализом магнитных индикаций и, при необходимости, с возможностью их размагничивания путем воздействия знакопеременным магнитным полем с уменьшением его амплитуды во времени дополнен тем, что контролируемую пружину, согласно изобретению, помещают в кольцеобразную полость вертикально ориентированного немагнитного сосуда и после выполнения упомянутого намагничивания заполняют снизу данную полость магнитной суспензией с возможностью полного окунания прутков пружины и, завершив заполнение полости магнитной суспензией, осуществляют выем пружины из полости сосуда, выполняют анализ магнитных индикаций на ее прутках, после завершения которого с положительным результатом контролируемую пружину помещают вновь в кольцеобразную полость немагнитного сосуда с суспензией, и, воздействуя на нее переменным магнитным полем, формируемым размагничивающим соленоидом медленно выдвигают ее из полости вверх с удалением от сосуда на расстояние порядка 0,5 м, после чего размагничивающее поле соленоида выключают и фиксируют отсутствие магнитных индикаций на прутках контролируемой пружины.

2. Устройство для магнитопорошкового контроля пружин, содержащее конденсаторную батарею, подключенную к источнику постоянного напряжения через зарядный резистор и первый ключ, стержневой проводник в виде медной шины с возможностью коаксиального ввода его в контролируемую пружину, присоединенный через второй ключ к упомянутой батарее, намагничивающий соленоид, подключенный через третий ключ к конденсаторной батарее, дополнен кольцеобразным немагнитным сосудом с помещенной в его кольцеобразную полость контролируемой пружиной и с опорой ее на водопроницаемую перегородку, при этом стержневой проводник снабжен на его торцах заглушками, выполненными, например, бронзовыми, в которые запрессованы концевые части медной шины, причем торцевая часть верхней заглушки выведена за поверхность крышки сосуда, снабжена контактным узлом с возможностью соединения зажимом верхней заглушки с первым силовым кабелем, подключенным через второй ключ к верхней обкладке конденсаторной батареи, к которой также подключена через третий ключ и второй силовой кабель намагничивающая обмотка соленоида, при этом через третий силовой кабель и четвертый ключ размагничивающая обмотка соленоида подключена к вторичной обмотке размагничивающего трансформатора, присоединенного к промышленной сети через автоматический выключатель, нижняя заглушка своей торцевой частью вмонтирована в металлическую пластину, подключенную к другой обкладке конденсаторной батареи, закрепленную на внешней поверхности дна нижней части кольцеобразной полости немагнитного сосуда, которая отделена от верхней части водопроницаемой перегородкой и снабжена впускным краном, соединяющим ее с баком готовой суспензии и через тройник и сливной кран с емкостью для хранения суспензии.