УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ПОДОШВЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ И ПЕРЬЯХ ПОДОШВЫ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля, в том числе, с помощью ультразвуковых (УЗ) волн для визуализации внутреннего строения объекта и обнаружения дефектов коррозийного и электрокорозийного типа в подошве и в перьях подошвы рельса при сплошном и выборочном контроле рельсов уложенных в путь.
Известно, что подошва уложенных в путь рельсов подвержена коррозионным повреждениям, которые в основном возникают в местах соприкосновения рельса со шпальными подкладками. Эти места наиболее подвержены атмосферному влиянию, воздействию химических и абразивных веществ, утечкам тягового тока (электрокоррозия) и т.п. В местах коррозии подошвы возможны появления усталостных трещин и изломов.
Известен способ ультразвукового контроля подошвы рельсов по патенту РФ на изобретение № 2436080 (опубликован 10.12.2011), заключающийся в том, что ультразвуковой контроль подошвы рельсов осуществляют путем прозвучивания зоны контроля совмещенным наклонным преобразователем, перемещаемым по плоскости катания рельса, принимают им эхо-сигналы и регистрируют их, при этом дополнительно прозвучивают область контроля и принимают эхо-сигналы вторым совмещенным наклонным преобразователем, перемещаемым по плоскости катания, причем акустические оси обоих преобразователей ориентированы вдоль продольной оси рельса, но в противоположные стороны, регистрируют вторым преобразователем эхо-сигналы, сдвигают дефектограмму одного из преобразователей относительно дефектограммы другого на расстояние, равное расстоянию между акустическими осями преобразователей в зоне контроля в один и тот же момент времени, скорректированное на разность времен задержки преобразователей, и по временному совпадению эхо-сигналов на смещенных дефектограммах определяют наличие трещины.
Недостатком известного способа является отсутствие возможности обнаружения дефектов в зоне перьев подошвы рельса, так как обнаруживаются только дефекты, расположенные в зоне проекции шейки рельса на подошву рельса.
Известен способ ультразвукового контроля подошвы рельсов по патенту РФ на изобретение №2353924 (опубликован 27.04.2009), заключающийся в том, что ультразвуковые колебания излучают с поверхности катания рельса лучом, угол раскрытия которого обеспечивает облучение радиусных переходов от шейки рельса к подошве отраженными от опорной плоскости подошвы ультразвуковыми колебаниями. Ультразвуковые колебания, последовательно переотраженные опорной плоскостью подошвы, радиусным переходом от шейки рельса к подошве, возможным дефектом в подошве, кромкой пера подошвы, принимают группой принимающих преобразователей, включая излучающий, расположенных вдоль продольной оси рельса.
Недостатком известного способа является низкая помехозащищенностью и достоверностью контроля, поскольку принимаемые сдвиговые ультразвуковые сигналы, отраженные от потенциальных дефектов в перьях подошвы имеют недопустимо низкие амплитуды и в большинстве случаев оказываются ниже уровня помех.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является расширение арсенала устройств для визуализации внутреннего строения и обнаружения внутренних дефектов в подошве и в перьях подошвы рельса.
Технический результат достигается в устройстве, которое содержит, по крайней мере, одну подвижную платформу, выполненную с возможностью обеспечения перемещения вдоль рельса по поверхности катания рельса в процессе измерений, на которой размещена, по крайней мере, одна пара ультразвуковых преобразователей, первый преобразователь пары выполнен с возможностью излучения сдвиговых ультразвуковых волн под углом с поверхности катания, через головку в шейку рельса, а второй преобразователь этой пары с возможностью приема отраженных эхосигналов волн излученных первым преобразователем, поступающих к нему по шейке и головке рельса от дефектов в подошве и в перьях подошвы рельса, при этом излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи расположены вдоль оси рельса на расстоянии друг от друга, определяемом углами раскрытия диаграмм направленности и для угла ввода 50 градусов, равным 90-110мм.
Предпочтительно выполнение ультразвукового преобразователя с возможностью излучения сдвиговых ультразвуковых волн с поверхности катания под углом в диапазоне 50-55 градусов.
Предпочтительно выполнение ультразвукового преобразователя с возможностью приема отраженных ультразвуковых эхосигналов с поверхности катания под углом в диапазоне 50-55 градусов.
В одном из вариантов выполнения устройства ультразвуковые преобразователи конструктивно оформлены в виде моноблока.
В одном из вариантов выполнения устройства ультразвуковые преобразователи конструктивно оформлены в виде отдельных блоков.
Предпочтительно выполнение подвижной платформы с закрепленной шарнирно штангой для передвижения подвижной платформы вдоль рельса, при этом штанга снабжена рукояткой, а к штанге прикреплены емкость с контактной жидкостью, блок управления и экран для визуализации результатов.
В одном из вариантов выполнения устройства в виде однониточного дефектоскопа, подвижная платформа выполнена с  центрирующей системой для регулировки положения на продольной оси рельса, а также с опорными подшипниками для легкого перемещения по головке рельса.
На фиг. 1 показан общий вид устройства, выполненного в виде однониточного дефектоскопа, содержащего подвижную платформу с двумя ультразвуковыми преобразователями, где 1 - штанга; 2 - электронный блок; 3 - модуль электронного управления дефектоскопом; 4 - емкость с контактной жидкостью; 5 - подвижная платформа с установленным оборудованием; 6 - рельс железнодорожный.
На фиг.2 показана схема подвижной платформы устройства, где 7 - подвижная платформа; 8 - подшипники  центрирующей системы; 9 - ультразвуковой преобразователь, излучатель; 10 - ультразвуковой преобразователь, приемник; 11 - датчик пути; 12 - шарнир.
На фиг.3 показана схема прозвучивания рельса, где 13 - сдвиговая волна; 14 - волна Лэмба в подошве рельса, 15 - отраженная волна Лэмба, 16 - дефект.
На фиг.4 показана схема прохождения ультразвуковой волны в рельсе, где 13 - сдвиговая волна; 14 - волна Лэмба, 15 - угол входа в поверхность рельса сдвиговой волны.
Полезная модель может быть реализована в устройстве, содержащем подвижную платформу 7, на которой установлены вдоль оси рельса 6 излучатель 10 и приемник 9, выполненные в виде отдельных блоков. Подвижная платформа 7 выполнена с прикрепленной с помощью шарнира 12 штангой 1, на которой закреплены блок управления 2, экран 3 для визуализации результатов, емкость 4 с контактной жидкостью, датчик пути 11, подшипники  центрирующей системы 8,
Полезная модель работает следующим образом. В блоке управления 2 формируется электрический сигнал, который подается на излучатель 10, где запускается сдвиговая волна 13 под углом 15 через поверхность катания рельса 6 в головку и далее в шейку рельса 6. На выходе из шейки рельса сдвиговая волна 13 преобразуется в волну Лэмба 14, изменяет направление распространения и расходится симметрично в стороны в подошве рельса. Встречая на своем пути дефект 16, волна Лэмба 14 отражается от дефекта, на выходе из перьев подошвы трансформируется в поперечную волну и, через шейку, и далее головку рельса, попадает в приемник 9. Сигнал от приемника передается в блок управления 2, где проходит обработка эхосигнала, причем оценка степени повреждения объекта контроля производится по анализу амплитуд эхосигналов, и после обработки сигнал подается на модуль электронного управления дефектоскопом 3, на котором визуализируются обнаруженные дефекты. При этом контактная жидкость из емкости 4 подается в зазор между поверхностью рельса 6 и преобразователями 10 (излучателем) и 9 (приемником) для обеспечения звукового контакта. Подшипники центрирующей системы обеспечивают направление сдвиговой волны 13 в шейку рельса 6. Перемещение устройства по оси рельса регистрируется датчиком пути 10.
Таким образом, достигается заявленный технический результат в виде расширения арсенала устройств для визуализации внутреннего строения и обнаружения внутренних дефектов в подошве и в перьях подошвы рельса.