МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВ Российский патент 2023 года по МПК B61K9/08 G01N29/04 

Изобретение относится к областям рельсовой транспортной техники и ультразвукового контроля дефектов в твердых телах и может использоваться в мобильных устройствах для обнаружения дефектов в рельсах.

Контроль состояния рельсового пути имеет большое значение для обеспечения безопасности на железнодорожных магистралях и метрополитене. При этом определяющим фактором безопасности является отсутствие дефектов в рельсах. Для выявления дефектов в рельсах широко используются мобильные устройства для ультразвукового контроля (ультразвуковые дефектоскопы), устанавливаемые на мобильных средствах, преимущественно вагонах-дефектоскопах. Такие устройства должны обладать высокими надежностью и объективностью выявления дефектов любых возможных видов, чтобы своевременно принимать меры к обоснованному экстренному ремонту рельсового пути, а так же объективно устанавливать и корректировать периодичность его соответствующих проверок. Поэтому создание и совершенствование таких устройств относится к актуальным проблемам.

Работа мобильных устройств для ультразвукового контроля рельсов основана на возбуждении зондирующих импульсов и регистрации и анализе принимаемых эхо-сигналов, поступающих одновременно от нескольких ультразвуковых преобразователей на обеих рельсовых нитях в реальном времени. Посредством использования ультразвуковых преобразователей с различными углами ввода, углами разворота и направлением излучения, обеспечивается выявление дефектов различных типов.

Известно, например, мобильное устройство для ультразвукового контроля подошвы рельсов, состоящее из электронного модуля и связанного с ним механического модуля, снабженного системой подачи контактирующей жидкости и содержащего искательную систему, размещенную на дефектоскопной тележке и включающую блок ультразвуковых преобразователей с механизмом его прижатия к поверхности катания головки рельса и механизм поперечной стабилизации, при этом блок ультразвуковых преобразователей состоит из выполненных раздельными и расположенными последовательно двух двухместных и одного одноместного акустических блоков, размещенных с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной продольной оси рельса (RU 105248 U1, 2011). Однако ограниченное количество ультразвуковых преобразователей в искательной системе и отсутствие возможности дублирования контроля одних и тех же участков рельса не позволяют обеспечить высокую достоверность контроля. Наличие только одной искательной системы не позволяет обеспечить высокую вероятность бесперебойной работы устройства, что снижает его надежность.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов, содержащее два основных искательных узла, размещенных на несущей тележке, установленной на снабженном двумя ходовыми тележками мобильном средстве, каждый из которых включает основной акустический блок с ультразвуковыми преобразователями, расположенными последовательно вдоль его продольной оси с обеспечением возможности излучения ультразвуковых колебаний в соответствующий рельс, и связанный с ультразвуковыми преобразователями электронный блок управления и регистрации (RU 62569 U1, 2007). Несущая тележка в этом устройстве выполнена в виде размещенной между ходовыми тележками и снабженной шарнирно-параллелограммным механизмом специализированной дефектоскопной тележки, на которой закреплен искательный узел, включающий акустический блок с набором ультразвуковых преобразователей и искательную лыжу. Для ультразвукового контроля рельсового пути, всегда имеющего две рельсовые нити, мобильному устройству имманентно присуще размещение на несущей тележке двух искательных узлов - по одному на каждую рельсовую нить. В этом устройстве количество задействованных в контроле дефектов в рельсе ультразвуковых преобразователей, имеющих фиксированный набор углов ввода разворота относительно оси рельса, ограничено одним акустическим блоком. Это делает невозможным выявление разноориентированных дефектов в рельсах, особенно в зоне сварных стыков, и подтверждения наличия дефекта ультразвуковым преобразователем с другим углом ввода и/или разворота либо с другим направление ультразвукового излучения. При этом также возможен пропуск дефектов или неправильная их идентификация. Все это в целом не позволяет обеспечить высокую достоверность результатов контроля. Наличие только одного искательного узла на одну рельсовую нить снижает надежность устройства, поскольку вышедший из строя в процессе проведения контроля акустический блок не может быть оперативно заменен и некоторые зоны поперечного сечения соответствующего рельса (или даже весь соответствующий рельс) на значительном протяжении остаются непроконтролированными.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании мобильного устройства для ультразвукового контроля рельсов, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении достоверности результатов ультразвукового контроля и одновременно повышении надежности мобильного устройства для ультразвукового контроля рельсов.

Это достигается тем, что в мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов, содержащее два основных искательных узла, размещенных на несущей тележке, установленной на снабженном двумя ходовыми тележками мобильном средстве, каждый из которых включает основной акустический блок с ультразвуковыми преобразователями, расположенными последовательно вдоль его продольной оси с обеспечением возможности излучения ультразвуковых колебаний в соответствующий рельс, и связанный с ультразвуковыми преобразователями электронный блок управления и регистрации, введены два дополнительных искательных узла, каждый из которых включает дополнительный акустический блок с ультразвуковыми преобразователями, расположенными последовательно вдоль его продольной оси с обеспечением возможности излучения ультразвуковых колебаний в соответствующий рельс, в качестве несущей тележки основных искательных узлов использована одна из ходовых тележек, а дополнительные искательные узлы размешены на другой ходовой тележке, при этом каждый из основных и дополнительных акустических блоков включает ультразвуковой преобразователь, выполненный с углом ввода 0 градусов, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 36 до 44 градуса без разворота относительно продольной оси соответствующего акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, а другие ультразвуковые преобразователи в каждом из дополнительных акустических блоков выполнены с иными величинами углов ввода и разворота относительно продольной оси соответствующего акустического блока по сравнению с ультразвуковыми преобразователями основных акустических блоков. Каждый из основных акустических блоков может дополнительно включать два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 54 до 62 градуса и разворотом от 30 до 38 градусов относительно продольной оси соответствующего акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градуса без разворота относительно продольной оси соответствующего акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, а каждый из дополнительных акустических блоков дополнительно включает два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градуса и разворотом от 12 до 16 градусов относительно продольной оси соответствующего акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градуса и разворотом от 18 до 22 градусов относительно продольной оси соответствующего акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него.

Указанный технический результат обеспечивается всей представленной в независимом пункте формулы изобретения совокупностью существенных признаков, каждый из которых необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата.

На чертеже показан вид сбоку на мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов.

Мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов содержит два основных искательных узла 1, один из которых предназначен для контроля одной рельсовой нити, а другой - для контроля другой рельсовой нити, и две ходовые тележки 2 мобильного средства 3, которое может быть выполнено, например, в виде вагона-дефектоскопа (как это показано на чертеже). Основные искательные узлы 1 размещены на несущей тележке, в качестве которой использована одна из ходовых тележек 2 (на чертеже - левая). Ходовые тележки 2 выполнены преимущественно одинаковыми. В мобильное устройство введены два дополнительных искательных узла 4, один из которых предназначен для контроля одной рельсовой нити, а другой - для контроля другой рельсовой нити. Дополнительные искательные узлы 4 размещены на другой ходовой тележке 2 (на чертеже - правая). Каждый из основных искательных узлов 1 включает основной акустический блок 5 с ультразвуковыми преобразователями. Каждый из дополнительных искательных узлов 4 включает дополнительный акустический блок 6 с ультразвуковыми преобразователями. Ультразвуковые преобразователи в каждом из акустических блоков 5, 6 расположены последовательно вдоль продольной оси соответствующего акустического блока 5, 6 с обеспечением возможности излучения ультразвуковых колебаний в соответствующий рельс рельсового пути (продольная ось каждого из акустических блоков 5, 6 совпадает с продольной осью соответствующего рельса). Ультразвуковые преобразователи выполнены преимущественно пьезоэлектрическими. Устройство содержит также электронный блок управления и регистрации (на чертеже не показан), связанный со всеми ультразвуковыми преобразователями. Каждый из основных 5 и дополнительных 6 акустических блоков содержит преимущественно семь ультразвуковых преобразователей. При этом каждый из основных 5 и дополнительных 6 акустических блоков включает ультразвуковой преобразователь, выполненный с углом ввода 0 градусов, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 36 до 44 градуса без разворота относительно продольной оси соответствующего акустического блока 5, 6, один из которых выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него. Другие ультразвуковые преобразователи в каждом из дополнительных акустических блоков 6 выполнены с иными величинами углов ввода и разворота относительно продольной оси соответствующего дополнительного акустического блока 6 по сравнению с ультразвуковыми преобразователями основных акустических блоков 5. Каждый из основных акустических блоков 5 может кроме указанных трех ультразвуковых преобразователей включать два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 54 до 62 градуса и разворотом от 30 до 38 градусов относительно продольной оси соответствующего основного акустического блока 5, причем один их этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градуса без разворота относительно продольной оси соответствующего основного акустического блока 5, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него. Каждый из дополнительных акустических блоков 6 кроме указанных трех ультразвуковых преобразователей может включать два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градуса и разворотом от 12 до 16 градусов относительно продольной оси соответствующего дополнительного акустического блока 6, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градуса и разворотом от 18 до 22 градусов относительно продольной оси соответствующего дополнительного акустического блока 6, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него. Мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов может преимущественно содержать механизм поперечной стабилизации, механизм прижатия акустических блоков 5, 6 к поверхности катания головки рельсов и узел подачи контактирующей жидкости к искательным узлам 1, 4 (на чертеже не раскрыты).

Мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов работает следующим образом. Искательные узлы 1, 4 приводятся в рабочее положение так, что они устанавливаются на поверхность катания головки соответствующего рельса. При перемещении мобильного устройства в составе мобильного средства 3, например, вагона-дефектоскопа, в электронном блоке управления и регистрации вырабатываются сигналы, обеспечивающие подачу импульсного напряжения (непосредственно от этого блока или от связанного с ним отдельного генератора) на ультразвуковые преобразователи. При этом в рельсы излучаются в импульсном режиме лучи ультразвуковых волн. В зависимости от вида дефекта и зоны его расположения переотраженные лучи ультразвуковых волн принимаются соответствующим ультразвуковым преобразователем акустических блоков 5 и 6. Электрические сигналы от ультразвуковых преобразователей поступают в блок управления и регистрации для наблюдения и идентификации обнаруженных дефектов. В каждом из основных 5 и в каждом из дополнительных 6 акустических блоков ультразвуковой преобразователь с углом ввода 0 градусов обеспечивает выявление горизонтально ориентированных дефектов или дефектов, имеющих участки с горизонтальной ориентацией, во всех частях рельса (головке, шейке, подошве), а два разнонаправленных ультразвуковых преобразователя с углами ввода от 36 до 44 градуса без разворота обеспечивают выявление разноориентированных дефектов в шейке и подошве рельса, а также служат вспомогательными преобразователями для выявления дефектов в головке рельса. При этом по информации, полученной от этих трех ультразвуковых преобразователей, судят о количестве и протяженности не проконтролированных участков рельсового пути. Эти ультразвуковые преобразователи являются наиболее важными с точки зрения выявления определенных типов дефектов (в шейке и подошве рельсов), которые не выявляются любыми другими ультразвуковыми преобразователями. Их дублирование в дополнительных акустических блоках 6 существенно снижает вероятность наличия непроконтролированных участков или уменьшает их общую протяженность. Введение дополнительных искательных узлов 4 позволяет значительно расширить номенклатуру ультразвуковых преобразователей для выявления дефектов различных типов. Так, в каждом из основных акустических блоков 5 два разнонаправленных ультразвуковых преобразователя с углами ввода от 54 до 62 градуса и разворотом от 30 до 38 градусов обеспечивают выявление поперечных дефектов в головке рельса в зоне его рабочей и нерабочей части, а два разнонаправленных ультразвуковых преобразователя с углами ввода от 66 до 74 градуса без разворота обеспечивают выявление дефектов в средней части головки рельса. В каждом из дополнительных акустических блоков 6 два разнонаправленных ультразвуковых преобразователя с углами ввода от 66 до 74 градуса и разворотом от 12 до 16 градусов обеспечивают выявление поперечных дефектов в средней части головки рельса и в ее нерабочей и рабочей части, а два разнонаправленных ультразвуковых преобразователя с углами ввода от 66 до 74 градуса и разворотом от 18 до 22 градусов обеспечивают выявление поперечных дефектов в рабочей и нерабочей части головки рельса. Все указанные выше наименьшие и наибольшие значения углов ввода и разворота являются оптимальным с точки зрения достижения технического результата, что установлено эмпирическим путем и подтверждено экспериментально. Таким образом, за счет введения дополнительных искательных узлов 4 сводится к минимуму количество и протяженность участков, которые не были подвержены контролю ультразвуковым преобразователем того или иного типа. Кроме того, повышается вероятность выявления поперечных дефектов в головке рельсов, особенно на ранней стадии их развития, в ее рабочей и нерабочей частях. Наличие дополнительных искательных узлов 4 позволяет сравнивать полученные одновременно результаты сплошного неразрушающего контроля, оценивая их сходимость и воспроизводимость. Размещение искательных узлов 1 и 4 на ходовых тележках 2 позволяет уменьшить зависимость результатов контроля от состояния рельсового пути (нарушений поверхности катания рельсов, наличия ступенек в болтовых стыках, смятия головки рельсов и др.) благодаря более высокой устойчивости на рельсах ходовых тележек 2, нагруженных массой мобильного средства 3, по сравнению с использованием отдельных дефектоскопных тележек. Кроме этого, искательные узлы 1 и 4 при их размещении на ходовых тележках 2 получают дополнительное центрирование за счет позиционирования колес ходовых тележек 2. Все это в целом повышает достоверность результатов контроля. Отказ от использования в качестве несущих тележек отдельных дефектоскопных тележек упрощает конструкцию мобильного устройства, устраняет явление выброса, когда несущая тележка выбрасывается из мобильного средства 2 на кривых участках рельсового пути и стрелочных переводах, особенно на высоких скоростях движения мобильного средства 2. Это, наряду с использованием дублирования ряда ультразвуковых преобразователей в основных 1 и дополнительных 4 искательных узлах, повышает надежность мобильного устройства.

Мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов, выполненное в соответствии с изобретением, обеспечивает более высокую достоверность контроля и более надежно по сравнению с аналогичными известными.

Изобретение относится к областям рельсовой техники и ультразвукового контроля дефектов в твердых телах. Мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов содержит два основных искательных узла (1), размещенных на несущей тележке, установленной на снабженном двумя ходовыми тележками (2) мобильном средстве (3). В качестве несущей тележки использована одна из ходовых тележек (2). Оно содержит также два дополнительных искательных узла (4), размещенных на другой ходовой тележке (2). Каждый из основных (1) и дополнительных (4) искательных узлов включает соответственно основной (5) и дополнительный (6) акустические блоки с ультразвуковыми преобразователями, расположенными последовательно вдоль продольной оси соответствующего акустического блока (5), (6) с обеспечением возможности излучения ультразвуковых колебаний в соответствующий рельс. С ультразвуковыми преобразователями связан электронный блок управления и регистрации. Каждый из основных (5) и дополнительных (6) акустических блоков включает ультразвуковой преобразователь, выполненный с углом ввода 0 градусов, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 36 до 44 градусов без разворота относительно продольной оси соответствующего акустического блока (5), (6). Один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства (3), а другой - против него. Другие ультразвуковые преобразователи в каждом из дополнительных акустических блоков (6) выполнены с иными величинами углов ввода и разворота относительно продольной оси соответствующего дополнительного акустического блока (6) по сравнению с ультразвуковыми преобразователями основных акустических блоков (5). В результате обеспечивается повышение достоверности результатов ультразвукового контроля и одновременно повышение надежности устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Мобильное устройство для ультразвукового контроля рельсов, содержащее два основных искательных узла, размещенных на несущей тележке, установленной на снабженном двумя ходовыми тележками мобильном средстве, каждый из которых включает основной акустический блок с ультразвуковыми преобразователями, расположенными последовательно вдоль его продольной оси с обеспечением возможности излучения ультразвуковых колебаний в соответствующий рельс, и связанный с ультразвуковыми преобразователями электронный блок управления и регистрации, отличающееся тем, что в него введены два дополнительных искательных узла, каждый из которых включает дополнительный акустический блок с ультразвуковыми преобразователями, расположенными последовательно вдоль его продольной оси с обеспечением возможности излучения ультразвуковых колебаний в соответствующий рельс, в качестве несущей тележки основных искательных узлов использована одна из ходовых тележек, а дополнительные искательные узлы размешены на другой ходовой тележке, при этом каждый из основных и дополнительных акустических блоков включает ультразвуковой преобразователь, выполненный с углом ввода 0 градусов, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 36 до 44 градусов без разворота относительно продольной оси соответствующего акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, а другие ультразвуковые преобразователи в каждом из дополнительных акустических блоков выполнены с иными величинами углов ввода и разворота относительно продольной оси соответствующего дополнительного акустического блока по сравнению с ультразвуковыми преобразователями основных акустических блоков.

2. Мобильное устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из основных акустических блоков дополнительно включает два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 54 до 62 градусов и разворотом от 30 до 38 градусов относительно продольной оси соответствующего основного акустического блока, причем один их этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градусов без разворота относительно продольной оси соответствующего основного акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, а каждый из дополнительных акустических блоков дополнительно включает два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градусов и разворотом от 12 до 16 градусов относительно продольной оси соответствующего дополнительного акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него, и два ультразвуковых преобразователя, выполненных с углами ввода от 66 до 74 градусов и разворотом от 18 до 22 градусов относительно продольной оси соответствующего дополнительного акустического блока, причем один из этих ультразвуковых преобразователей выполнен с обеспечением возможности излучения в направлении движения мобильного средства, а другой - против него.