СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЁСНЫХ ПАР НА ПРЕДМЕТ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2023 года по МПК G01N27/84 

Настоящее изобретение относится к способу контроля колес и осей железнодорожных колесных пар с помощью магнитопорошковой дефектоскопии. Изобретение также относится к устройству для контроля таких колесных пар.

Магнитопорошковая дефектоскопия позволяет обнаружить дефекты, такие как разрывы и трещины, на поверхности металлических намагничиваемых изделий, определить и оценить размер и значение показаний и классифицировать изделия как пригодные для использования или как дефектные. Такой способ позволяет в производственном процессе определить процент брака и провести сертификацию конструктивных узлов.

Однако нередко при использовании таких изделий дефекты проявляются только через длительное время или после чрезмерной нагрузки. Поэтому в критических с точки зрения безопасности областях такие изделия необходимо регулярно контролировать. В частности, в случае железнодорожных колесных пар дефектные конструктивные узлы могут привести к катастрофическим авариям и значительному ущербу для людей и материалов. Поэтому контроль и мониторинг железнодорожных колесных пар имеют особое значение.

Магнитопорошковая дефектоскопия позволяет обнаружить в изделии дефекты, трудно выявляемые оптически или расположенные неглубоко под поверхностью. Для этого на подлежащее контролю изделие наносят магнитный порошок, содержащийся в суспензии, а затем это изделие подвергают воздействию сильного магнитного поля. В результате частицы магнитного порошка ориентируются в местах дефектов изделия так, что они становятся видимыми. Видимость может быть улучшена, если магнитный порошок является флуоресцирующим, и его наблюдение происходит при УФ-освещении.

В состав колесных пар железнодорожных вагонов входят по существу ось, два колеса и при необходимости один или более тормозных дисков. Эти элементы выполнены из намагничиваемой стали. Соответственно, к этим элементам можно применить магнитопорошковую дефектоскопию.

Из DE 20 2016101 253 U1 известно устройство для магнитопорошкового контроля колесных осей на предмет поперечных дефектов на поверхности изделия, согласно которому полукруглая катушка может быть расположена на колесной оси с возможностью перемещения в осевом направлении. После покрытия поверхности колесной оси магнитным порошком и включения тока намагничивания поверхность колесной оси может быть исследована на наличие неслучайных структур, таких как продольно проходящие изменения в распределении магнитного порошка.

Для выявления дефектов на колесах известно использование трапециевидной намагничивающей катушки, при котором отдельные участки колеса охватываются намагничивающей катушкой.

В основе изобретения лежит задача создания способа и устройства для контроля железнодорожных колесных пар на предмет дефектов поверхности с помощью магнитопорошковой дефектоскопии, позволяющих проводить комбинированный контроль одного или обоих колес колесной пары вместе с контролем колесной оси, чтобы тем самым снизить трудозатраты на контроль и обеспечить существенную автоматизацию контроля.

Эта задача решается изобретением, охарактеризованным в формуле изобретения. Дальнейшие предпочтительные варианты усовершенствования изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В основе изобретения лежит способ контроля железнодорожных колесных пар на предмет дефектов поверхности колесных пар способом магнитопорошковой дефектоскопии, согласно которому элементы колесных пар, в частности, оси и колеса, для контроля намагничивают на участках с помощью электрического катушечного устройства, наносят магнитный порошок в области контроля указанного катушечного устройства и оценивают распределение магнитного порошка, возникающее при включении магнитного поля.

В соответствии с изобретением при контроле используют первое катушечное устройство, расположенное неподвижно относительно подлежащего контролю колеса для намагничивания и контроля колеса на участках, и второе катушечное устройство, смещаемое в осевом направлении относительно подлежащей контролю оси для намагничивания и контроля колесной оси на участках периферии.

Для полного контроля колеса, его после каждого контроля участка колеса поворачивают на угол поворота, который меньше угла соответствующего предыдущего контролируемого сегмента или равен ему.

Контроль колесной оси осуществляют с помощью второго катушечного устройства в положениях, расположенных последовательно друг за другом в осевом направлении, соответственно, на участках периферии. Второе катушечное устройство после контроля всей периферии колесной оси сдвигают/смещают, соответственно, в следующее соседнее положение.

Намагничивание и контроль колес и осей колесных пар осуществляются одновременно или во времени поочередно друг за другом.

Данное изобретение дает возможность быстро и с малыми затратами выявлять дефекты поверхности колес и оси железнодорожных колесных пар. Это преимущество проявляется особенно при регулярном техобслуживании железнодорожных колесных пар для сокращения до минимума времени простоя.

Для контроля колеса предпочтительно используется катушечное устройство, частично охватывающее участок колеса так, что может контролироваться не только поверхность катания, а также радиальная поверхность обода и другие боковые области колеса. Колесо после каждого контроля его участка поворачивают на угол, немного меньший угла контролируемого участка колеса, так что после контроля ряда последовательных участков колеса все колесо оказывается проверенным.

Ось колеса предпочтительно контролируют с помощью ориентированной под прямым углом к колесной оси полукатушки, которая при повороте оси на соответственно 120°-180° может охватить всю периферию оси.

Первое катушечное устройство предпочтительно расположено неподвижно, в то время как подлежащее контролю колесо пошагово поворачивают. После полного контроля периферии участка оси второе катушечное устройство перемещают в осевом направлении на следующий участок оси, так что этот и последующие участки могут затем быть проконтролированы один за другим.

У колесных пар с одним или более тормозными дисками первое катушечное устройство, аналогично контролю колеса, может использоваться также для контроля тормозных дисков, если первое катушечное устройство будет переработано надлежащим образом.

Управление процессом контроля происходит предпочтительно полуавтоматически или полностью автоматически, при этом управляющее устройство управляет как вращением колесной пары, так и перемещением второго катушечного устройства вдоль оси. В полностью автоматическом режиме включение намагничивания, нанесение магнитного порошка и оптическая оценка распределения магнитного порошка также могут быть выполнены автоматически.

Колесная пара может контролироваться не только пошагово, но и непрерывно при равномерном вращении. Если второе катушечное устройство при вращении колесной пары смещают в сторону, то восприятие периферии оси колеса происходит по спирали.

Устройство в соответствии с изобретением состоит из испытательной установки, содержащей раму с первым держателем для размещения первого трапециевидного катушечного устройства и со вторым держателем для размещения второго полукруглого катушечного устройства. Подлежащая контролю колесная пара удерживается на опорной раме с возможностью вращения вокруг своей оси. Первое катушечное устройство может быть опущено на колесо колесной пары и охватывает его на участке. Второе катушечное устройство может быть насажено на периферию колесной оси и выполнено с возможностью перемещения вдоль этой колесной оси. Оба катушечных устройства могут - одновременно или последовательно - вырабатывать магнитные поля, намагничивающие колесную пару на участках для проведения магнитопорошковой дефектоскопии.

Предпочтительно первое катушечное устройство выполнено с возможностью перемещения вертикально вверх и вниз с помощью подъемного устройства. Второе катушечное устройство дополнительно выполнено с возможностью смещения в горизонтальном направлении. Первое катушечное устройство дополнительно может перемещаться горизонтально также в два или более положения для контроля второго колеса и/или тормозного диска.

Опорная рама предпочтительно содержит опорные колеса, удерживающие колесную пару посредством поверхностей катания колес с возможностью вращения.

Устройство предпочтительно также содержит управляющее устройство для пошагового или непрерывного вращения колесной пары при помощи двигателя и для управления положением катушечных устройств относительно колесной пары.

Ниже изобретение пояснено более подробно с использованием примера осуществления. На чертежах показаны:

Фиг. 1 - вид сбоку устройства для контроля колесной пары способом магнитопорошковой дефектоскопии в первом рабочем положении,

Фиг. 2 - вид спереди устройства по фиг. 1, и

Фиг. 3 - вид сбоку устройства по фиг. 1 во втором рабочем положении.

В варианте осуществления с ручным управлением, представленном на фиг. 1, показана рама 1 с двумя парами 2 и 3 опор, несущая на своем верхнем сдвижном столе 23 два горизонтально перемещаемых катушечных устройства 11 и 18. Первое катушечное устройство 11 выполнено с возможностью перемещения тросовым приводом вверх и вниз в вертикальном направлении, при этом тросовый привод проходит через обводной ролик 14, закрепленный на держателе 12, и имеет противовес 13 на удаленном конце. Таким образом, хотя первое катушечное устройство может перемещаться вертикально, оно по существу остается в положении равновесия.

Боковое смещение первого катушечного устройства происходит через роликовую направляющую на сдвижном столе 23 и может активироваться с помощью рычага 20 или моторного привода. Позицией 21 обозначено управляющее устройство, которое, с одной стороны, подает ток, требуемый для создания сильного магнитного поля первым катушечным устройством, а, с другой стороны, содержит необходимые коммутирующие и измерительные устройства. Подача тока осуществляется по ленточному кабелю 19.

Устройство содержит также второе катушечное устройство 18, также имеющее возможность перемещения по вертикали. Здесь также используется тросовый привод, проходящий через обводной ролик 16, закрепленный на держателе 24, на удаленном конце которого висит противовес 17, позволяющий удерживать второе катушечное устройство в равновесном положении без привода.

Второе катушечное устройство также снабжено управляющим устройством 15, эквивалентным управляющему устройству 21 для первого катушечного устройства. Второе катушечное устройство имеет возможность перемещения в горизонтальном направлении с помощью ручного рычага 22 или моторного привода.

Для контроля колесной пары с колесной осью 8 и двумя колесами 9 и 10, эту колесную пару, предварительно установленную на опорной раме 4, продвигают под раму 1 и фиксируют на месте. Опорная рама 4 содержит пары 5 и 6 роликов, на которых с возможностью вращения опираются поверхности катания колес 9 и 10.

Способ контроля колесной пары осуществляется следующим образом: сначала первое катушечное устройство 11 опускают на колесо 10, так что это устройство охватывает сегмент колеса. Теперь может быть осуществлено намагничивание колеса путем создания магнитного поля в первом катушечном устройстве, управляемом управляющим устройством 21. Область измерения намагниченного сегмента покрывают магнитным порошком. При этом в местах трещин или других дефектов подлежащего контролю изделия появляются регулярные структуры в зависимости от типа дефекта. Их можно оценить оптически. Если магнитный порошок предварительно обработан, так что он является флуоресцирующим, и контроль происходит в УФ-лучах, то видимость дефектов значительно возрастает.

Контроль всего колеса происходит в результате того, что колесную пару после завершения контроля первого сегмента колеса многократно поворачивают с помощью приводного двигателя 7 на угол поворота, который, соответственно, меньше углового размера сегмента колеса или, по меньшей мере, равен ему и который может быть обнаружен в испытательном цикле.

После завершения контроля первого колеса первое катушечное устройство 11 поднимают вертикально и вручную смещают по горизонтали с помощью ручного рычага 20 так, чтобы его можно было опустить на второе колесо колесной пары. Теперь второе колесо может быть проверено таким же образом, как и при проверке первого колеса.

После смещения катушечного устройства 11 или одновременно с ним также может быть перемещено второе катушечное устройство 18 по горизонтали на такое расстояние, что оно может быть опущено на колесную ось 8 между колесами. Второе катушечное устройство 18 охватывает поверхность оси 8 по существу полукругом, так что для участка поверхности необходим поворот колесной пары только на 120°-180°. После ручного смещения второго катушечного устройства 18 с помощью ручного рычага 22 на расстояние, соответствующее области измерения второго катушечного устройства, могут быть проверены следующие участки колесной оси 8 до тех пор, пока не будет выполнена оценка всей колесной оси 8.

Контроль колесной пары с помощью первого и второго катушечных устройств может происходить одновременно или последовательно. Чтобы дополнительно сократить время контроля, может быть также предусмотрено третье катушечное устройство, выполненное в соответствии с первым катушечным устройством. Таким образом, оба колеса могут быть проверены без смещения катушечного устройства. При этом первое и третье катушечное устройство могут быть расположены также по существу неподвижно в горизонтальном направлении, поскольку расстояние между колесами является одинаковым на большинстве сетей железных дорог.

Если первое и третье катушечное устройство расположено в радиальном направлении соответственно горизонтально или под углом 30-90° к вертикали, то колеса могут быть позиционированы относительно катушечных устройств уже при введении опорной рамы в основную раму. Тогда можно отказаться от перемещения вверх и вниз в вертикальном направлении.

Альтернативно расположению первого и при необходимости третьего катушечного устройства в горизонтальном радиальном направлении, также может быть предусмотрено введение колесной пары в вертикальном направлении в соответственно неподвижно расположенное первое и при необходимости третье катушечное устройство при помощи подъемного устройства или расположение катушечного устройства на нижней стороне приподнятой колесной пары.

Также возможны другие относительные расположения и перемещения катушечных устройств и колесной пары относительно друг друга, такие как горизонтальное и/или вертикальное смещение колесной пары относительно неподвижно расположенных катушечных устройств.

На фиг. 2 показан вид испытательного устройства спереди. Первое катушечное устройство 11 выполнено в виде трапециевидной катушки с пятью витками, охватывающими сегмент подлежащего контролю колеса. При этом могут быть обнаружены как поперечные, так и продольные дефекты поверхности катания, а также обода и боковых областей колеса. Второе катушечное устройство 18 представляет собой полукруглую катушку, которая может быть насажена на поверхность колесной оси 8 и по существу служит для обнаружения поперечных дефектов колесной оси.

Второе рабочее положение устройства по фиг. 1 показано на фиг. 3. Здесь первое катушечное устройство 11 расположено на правом колесе 9 колесной пары после того, как катушечное устройство на раме 1 было вручную перемещено на колесо 9 и опущено на него. Второе катушечное устройство также было перемещено вправо на такое расстояние, что второе катушечное устройство 18 могло быть опущено на колесную ось 8. В этом рабочем положении оба катушечных устройства могут работать одновременно.

Подвижность катушечных устройств может быть достигнута благодаря ручному смещению. В автоматизированной установке требуемые смещения, включение тока в катушечных устройствах, измерение магнитного поля и изменение намагничивания во времени могут осуществляться программно. При этом покрытие подлежащих контролю поверхностей магнитным порошком и оптическое обнаружение проявляющихся дефектов с помощью систем видеонаблюдения вплоть до автоматического документирования также могут быть интегрированы в автоматизированный процесс. При этом колесная пара предпочтительно вращается непрерывно. Второе катушечное устройство непрерывно при этом перемещают в боковом направлении, так что контролируемая область имеет форму спирали. При этом системы видеонаблюдения, перемещаемые вместе с катушечными устройствами, могут непрерывно регистрировать контролируемые области.

Условные обозначения

1 - Рама

2, 3 - Пары опор

4 - Опорная рама

5, 6 - Опорные колеса

7 - Двигатель

8 - Колесные оси

9 - Первое колесо

10 - Второе колесо

11 - Первое катушечное устройство

12 - Держатель

13 - Противовес

14 - Обводной ролик

15 - Управляющее устройство

16 - Обводной ролик

17 - Противовес

18 - Второе катушечное устройство

19 - Ленточный кабель

20 - Ручной рычаг

21 - Управляющее устройство

22 - Ручной рычаг

23 - Сдвижной стол

24 - Держатель

Группа изобретений относится к области дефектоскопии железнодорожных колесных пар. Сущность изобретений заключается в том, что используют комбинацию первого катушечного устройства, неподвижно расположенного относительно подлежащего контролю колеса для намагничивания и контроля колеса на участках, и второго катушечного устройства, выполненного с возможностью смещения в осевом направлении относительно подлежащей контролю оси для намагничивания и контроля колесной оси на участках периферии. Для выполнения полного контроля колеса его поворачивают после каждого контроля участка колеса. Контроль колесной оси осуществляют с помощью второго катушечного устройства в положениях, расположенных последовательно друг за другом в осевом направлении соответственно на участках периферии. Намагничивание и контроль колес и осей колесных пар может осуществляться одновременно или во времени поочередно друг за другом. Технический результат – снижение трудозатрат на контроль и обеспечение автоматизации контроля. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля железнодорожных колёсных пар на предмет дефектов поверхности колёсных пар способом магнитопорошковой дефектоскопии, при котором элементы колёсных пар, в частности оси и колёса, для контроля намагничивают на участках с помощью электрического катушечного устройства, наносят магнитный порошок в области контроля указанного катушечного устройства и оценивают распределение магнитного порошка, возникающее при включении магнитного поля,

отличающийся тем, что

используют первое катушечное устройство (11), при контроле неподвижно расположенное относительно подлежащего контролю колеса (9, 10), для намагничивания и контроля указанного колеса (9, 10), осуществляемых на участках или непрерывно, и второе катушечное устройство (18), выполненное с возможностью смещения в осевом направлении относительно подлежащей контролю оси, для намагничивания и контроля колёсной оси (8) на участках периферии,

причем

для полного контроля колеса колесо после каждого контроля участка колеса поворачивают на угол поворота, меньший угла соответствующего предыдущего контролируемого сегмента или равный ему, или колесо вращают непрерывно, и

контроль колёсной оси (8) с помощью второго катушечного устройства (18) осуществляют в положениях, расположенных последовательно друг за другом в осевом направлении, соответственно, на участках периферии, и указанное второе катушечное устройство (18) после контроля всей периферии оси перемещают в следующее соседнее положение или его во время контроля непрерывно перемещают в боковом направлении,

причём намагничивание и контроль колёс (9, 10) и осей (8) колёсных пар осуществляют одновременно или во времени поочерёдно друг за другом, при этом контроль второго колеса (10) колёсной пары после завершения контроля первого колеса (9) и колёсной оси (8) осуществляют после поворота колёсной пары на испытательном устройстве в горизонтальной плоскости.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трапециевидное первое катушечное устройство (11) при намагничивании частично охватывает участок колеса, а при контроле обеспечена возможность выявления продольных и поперечных дефектов в областях поверхности катания и на участках обода колеса.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второе катушечное устройство (18) выполнено с возможностью перемещения параллельно оси из одного положения в следующее положение вдоль рамы (1) и для контроля колёсных осей (8) на предмет поперечных дефектов выполнено в виде полукатушки, ориентированной под прямым углом к колёсной оси.

4. Способ по п. 1, согласно которому колёсная пара дополнительно содержит один или более тормозных дисков, отличающийся тем, что первое катушечное устройство (11) после перестановки также используют для контроля тормозных дисков в соответствии с этапом способа для контроля колеса.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предусмотрено управляющее устройство (15, 21), с помощью которого обеспечена возможность полуавтоматически или полностью автоматически управлять включением и выключением намагничивания катушечных устройств (11, 18).

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что управляющее устройство (15, 21) содержит систему управления вращением колёсной пары при помощи двигателя и систему управления позиционированием катушечных устройств на колёсной паре.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катушечные устройства снабжены оптическими воспринимающими устройствами для получения и сохранения в памяти наборов данных о возникающем распределении магнитного порошка в областях контроля, причём эти сохранённые в памяти наборы данных соотносят с данными о положении соответствующих областей контроля.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что полученные данные подают на управляемую компьютером систему обработки изображений для полностью автоматической оценки.

9. Устройство для контроля железнодорожных колёсных пар для осуществления способа по п. 1, отличающееся тем, что предусмотрена испытательная установка, содержащая раму (1) с первым держателем для размещения первого трапециевидного катушечного устройства (11) и со вторым держателем для размещения второго полукруглого катушечного устройства (18), для контроля на предмет дефектов на поверхностях железнодорожной колёсной пары, образованной по меньшей мере из двух колёс (9, 10) и колёсной оси (8),

при этом колёсная пара удерживается на опорной раме (4) с возможностью вращения вокруг своей оси,

причем первое катушечное устройство (11) выполнено с возможностью опускания на колесо колёсной пары так, чтобы охватывать его на участках,

а второе катушечное устройство (18) выполнено с возможностью насаживания на колёсную ось и с возможностью смещения вдоль колёсной оси в последовательные положения или непрерывно, причем

первое и второе катушечные устройства выполнены с возможностью выработки независимо друг от друга или поочерёдно магнитных полей, намагничивающих колёсную пару на участках для осуществления магнитопорошковой дефектоскопии, при этом

для контроля второго колеса (10) колёсной пары после завершения контроля первого колеса (9) и колёсной оси (8) предусмотрено устройство для поворота колёсной пары на испытательном устройстве в горизонтальной плоскости.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что первое и/или второе катушечное устройство (11, 18) выполнено с возможностью перемещения вертикально вверх и вниз относительно рамы (1) с помощью подъёмного устройства.

11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что второе катушечное устройство (18) на раме (1) выполнено с возможностью смещения в горизонтальном направлении пошагово или непрерывно.

12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что первое катушечное устройство (11) выполнено с возможностью перемещения по горизонтали по меньшей мере в два положения.

13. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что опорная рама (4) содержит опорные колеса (5, 6), посредством которых колёсная пара удерживается посредством поверхностей катания колёс с возможностью вращения.

14. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что предусмотрено управляющее устройство (15, 21), с помощью которого обеспечена возможность полуавтоматического или полностью автоматического управления включением и выключением намагничивания катушечных устройств (11, 18).

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что управляющее устройство содержит систему управления вращением колёсной пары при помощи двигателя и систему управления положением катушечных устройств на колёсной паре.