УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИСПЫТАНИЙ
ULTRASOUND TEST DEVICE

Изобретение относится к средствам испытаний изделий ультразвуком и может быть использовано для выявления дефектов колес при ремонте и изготовлении подвижного состава железнодорожного транспорта, а также для ультразвуковых испытаний изделий в форме тел вращения.
Известна установка для дефектоскопии колесных пар «АУРА» /Журнал «В мире неразрушающего контроля», С-Петербург, №3, сентябрь 2001, с.59-62/, включающая в себя встроенный в технологический рельсовый путь механизм вращения колесной пары, П-образный портал, на котором посредством привода крепятся два держателя ультразвуковых датчиков, состоящих из 5 рам, в каждой из которых может быть размещено до 6 ультразвуковых датчиков, контактирующих с поверхностью катания, и 5 дисков, каждый из которых содержит по 2 датчика, контактирующих с внутренней поверхностью обода колеса. Держатель ультразвуковых датчиков устанавливается на обод верхней части контролируемого колеса. Недостатком указанного комплекса является быстрый износ рабочей поверхности ультразвуковых датчиков, контактирующих непосредственно с контролируемым ободом колеса, а также недостаточная стабильность акустического контакта вследствие нарушения сплошности потока жидкости, подаваемой в зону контакта датчика с ободом колеса.
Известен автоматизированный комплекс для дефектоскопии колесных пар «Пеленг-автомат» /Журнал «Железнодорожный транспорт», М., 2004, №10, с.70-71/, который включает в себя размещенное между рельсами подъемно-поворотное устройство, которое обеспечивает подъем, разворот колесной пары на 180°, вращение вокруг оси в процессе контроля. Подвод и отвод сканеров, содержащих ультразвуковые преобразователи, обеспечивается электроприводом, управляемым компьютером. В состав комплекса также входит система подачи, сбора и фильтрации контактирующей жидкости, которая подается в зазоры между рабочими поверхностями пьезоэлектрических преобразователей и проверяемой колесной пары для обеспечения акустического контакта.
Недостатком указанного комплекса является низкая стабильность акустического контакта, необходимость тщательной очистки поверхности проверяемого колеса перед контролем и после выполнения контроля.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для ультразвуковой дефектоскопии колесных пар рельсового транспорта, содержащее неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, подъемно-поворотное устройство для подъема и поворота колесной пары, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары и ее опор, два сканирующих устройства с пьезоэлектрическими преобразователями, дефектоскоп ультразвуковой, многоканальный коммутатор пьезоэлектрических преобразователей, блок регистрации угла поворота колесной пары вокруг ее оси вращения, включающий в себя съемную метку начала угловой координаты, датчик регистрации начала координат и датчик регистрации угла поворота колесной пары, причем выходы блока регистрации угла поворота колесной пары вокруг ее оси вращения и ультразвукового дефектоскопа соединены с входом блока управления, который соединен с многоканальным коммутатором пьезоэлектрических преобразователей и вычислительно-запоминающим устройством /Публикация заявки РБ № а20020225, «Способ ультразвуковой дефектоскопии колесных пар рельсового транспорта и устройство для его реализации». Бюллетень изобретений РБ №3 (38), ч.1, 2003, с.58/.
Недостатком указанного устройства являются ограниченные возможности ориентации пьезоэлектрических преобразователей, что снижает эффективность и ограничивает область применения.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения стенда для более широкого круга технологических процессов изготовления и ремонта колесных пар, повышение производительности и эффективности ультразвуковых испытаний.
Задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, подъемно-поворотное устройство для подъема и поворота колесной пары, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары и ее опор, два сканирующих устройства с пьезоэлектрическими преобразователями, согласно изобретению пьезоэлектрические преобразователи посредством вертикальных и наклонной стоек угловой ориентации закреплены на платформе, размещенной в иммерсионной ванне и установленной на подвеске координатной системы, причем вертикальные стойки угловой ориентации пьезоэлектрических преобразователей состоят каждая из нижней опоры, неподвижно закрепленной на платформе, и верхней державки, в которой выполнено гнездо для фиксации пьезоэлектрического преобразователя, причем верхняя державка установлена в положение, ориентирующее акустическую ось пьезоэлектрического преобразователя под углом от 65° до 72° к плоскости поверхности контролируемого колеса в точке ввода ультразвука, и зафиксирована.
Наклонная стойка угловой ориентации пьезоэлектрических преобразователей, направленных на поверхность катания колеса, расположена под углом 83°…87° к горизонтальной платформе и удалена на расстоянии 0,85…1,15 ширины обода колеса от ближних вертикальных стоек.
На фиг.1 показан фронтальный вид иммерсионной ванны с разрезом по вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения колесной пары, на фиг.2 - вид сверху на платформу со стойками пьезоэлектрических преобразователей.
Устройство содержит неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, подъемно-поворотное устройство для подъема и поворота колесной пары, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары и ее опор. В каждой из иммерсионных ванн размещены сканирующие устройства с пьезоэлектрическими преобразователями, которые посредством вертикальных и наклонной стоек угловой ориентации закреплены на платформе, установленной на подвеске координатной системы.
Конструкция сканирующего устройства показана на фиг.1 и фиг.2.
На нижней полке Z-образной подвески 1 укреплена горизонтальная платформа 2, на которой размещены вертикальные стойки угловой ориентации преобразователей, и наклонная стойка. Каждая из вертикальных стоек состоит из нижней опоры 3, неподвижно закрепленной на платформе посредством резьбового соединения, и верхней державки 4, в которой выполнено гнездо для фиксации пьезоэлектрического преобразователя 5, причем верхняя державка установлена в положение, ориентирующее акустическую ось пьезоэлектрического преобразователя 5 под углом α, равным 65°…72° к плоскости поверхности контролируемого колеса в точке ввода ультразвука, и зафиксирована. На наклонной стойке 6 закреплены две державки с пьезоэлектрическими преобразователями 5.
Работает устройство следующим образом. В зависимости от диаметра проверяемого колеса горизонтальная платформа 2 посредством Z-образной подвески координатной системы устанавливается на заданную высоту. При вращении колесной пары на опорах контролируемый объем металла колеса последовательно проходит через акустические поля пьезоэлектрических преобразователей 5, акустические оси которых ориентированы к поверхности колеса в точке ввода ультразвука под углом 65-72°. При этом на границе раздела между водой и сталью происходит преобразование продольных волн в сдвиговые и преломление акустического поля таким образом, что оптимальным образом прозвучиваются наиболее дефектоносные зоны колеса. При ремонте или техническом обслуживании устройства при необходимости замены пьезоэлектрических преобразователей с нижней опоры 3 снимается только верхняя державка 4, заменяется и фиксируется пьезоэлектрический преобразователь, после чего верхняя державка 4 устанавливается на нижнюю опору 3, ориентируется под заданным углом и фиксируется.
Устройство реализовано в виде опытного образца, в котором в каждой иммерсионной ванне на горизонтальной платформе установлены по три вертикальных стойки и наклонная стойка. Нижние опоры вертикальных стоек посредством резьбового соединения неподвижно закреплены на платформе. Нижние опоры и верхние державки вертикальных стоек изготовлены из латуни, в верхних державках выполнены цилиндрические отверстия для крепления пьезоэлектрических преобразователей. Наклонная стойка оснащена двумя пьезоэлектрическими преобразователями, акустические оси которых направлены под углом 65°…72° к поверхности катания колеса в точке ввода ультразвука. Рабочая частота ультразвуковых преобразователей - 2,5 МГц, диаметр пьезоэлементов - 12 мм, кабельные вводы герметизированы для использования в жидкой среде.
Посредством Z-образной подвески горизонтальная платформа соединена с координатной системой, которая устанавливает платформу в требуемое положение.
Сравнительные испытания заявляемого устройства показали более высокую, по сравнению с устройством-прототипом, эксплуатационную надежность и сокращение на 15% времени проведения испытаний.
Литература
1. Журнал «В мире неразрушающего контроля», С-Петербург, №3, сентябрь 2001, с.59-62.
2. Журнал «Железнодорожный транспорт», М., 2004, №10, с.70-71.
3. Публикация заявки РБ № а20020225, «Способ ультразвуковой дефектоскопии колесных пар рельсового транспорта и устройство для его реализации». Бюллетень изобретений РБ №3 (38), ч.1, 2003, с.58.