ИСКАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО МОБИЛЬНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДЕФЕКТОСКОПА

Полезная модель относится к области измерительной техники и может использоваться в мобильных ультразвуковых дефектоскопах для ультразвукового контроля рельсов.
Для поддержания рельсового пути в рабочем состоянии необходим сплошной контроль рельсов. Наиболее эффективно эта задача решается посредством мобильных ультразвуковых дефектоскопов, содержащих набор блоков ультразвуковых преобразователей. Удержание блоков ультразвуковых преобразователей в заданном положении на поверхности катания головки рельсов обеспечивают искательные устройства, включающие сами блоки ультразвуковых преобразователей и средства для их размещения и прижатия. Для выявления дефектов различных типов необходимо использовать ультразвуковые преобразователи с различными углами их разворота и различными углами ввода лучей ультразвуковых волн и выбирать определенное размещение блоков ультразвуковых преобразователей. При этом должны выявляться не только все возможные естественные дефекты рельсов, но и имитирующие их искусственные дефекты, предусмотренные соответствующими стандартами о неразрушающем контроле и используемые на аттестованном участке пути при испытаниях, поверке и настройке ультразвуковых дефектоскопов.
Известно, например, искательное устройство, входящее в состав мобильного дефектоскопа для ультразвукового контроля подошвы рельсов, содержащее жестко соединенные штангу и основание, в прорезях которого размещены последовательно три акустических блока с ультразвуковыми преобразователями, и механизм их прижатия к поверхности катания головки рельса, при этом два акустических блока содержат по два ультразвуковых преобразователя и расположены вдоль продольной осевой линии основания, а третий акустический блок содержит один ультразвуковой преобразователь и расположен со смещением относительно продольной осевой линии основания (RU 105248 U1, 2011). Использование таких пяти ультразвуковых преобразователей при выборе соответствующих углов ввода луча ультразвуковых волн и разворота ультразвуковых преобразователей позволяет выявлять дефекты в различных областях подошвы рельса при падении на дефекты ультразвуковых волн в плоскости, параллельной или близкой к параллельности продольной плоскости симметрии рельса и перпендикулярной плоскости развития дефекта. При этом выявление дефектов, в том числе искусственных, в других областях рельса не обеспечивается или недостаточно надежно. Конструкция искательного устройства не позволяет достичь высокой степени его центрирования на рельсе, что не позволяет обеспечить достаточную объективность и точность дефектоскопии.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является искательное устройство мобильного ультразвукового дефектоскопа, содержащее несущий узел, выполненный в виде жестко соединенных посредством кронштейнов верхней балки и снабженного прорезями основания, и размещенный в нижней части несущего узла искательный узел, включающий набор блоков ультразвуковых преобразователей, установленных последовательно вдоль основания в его прорезях с обеспечением возможности контактирования их рабочей поверхности с поверхностью катания головки рельса и механизмы подпружинивания блоков ультразвуковых преобразователей, каждый из которых содержит две пружины сжатия, размещенные между соответствующим блоком ультразвуковых преобразователей и верхней балкой (RU 189379 U9. 2019). Это устройство обладает высокой эксплуатационной эффективностью. Однако оно не позволяет выявлять такие дефекты, как трещины в головке рельса, перпендикулярные боковой грани и параллельные плоскости поверхности катания рельса, и соответственно имитирующие их искусственные дефекты. Поэтому его функциональные возможности ограничены.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является создание искательного устройства мобильного ультразвукового дефектоскопа, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в расширении функциональных возможностей искательного устройства мобильного ультразвукового дефектоскопа, связанных с выявлением всех типов дефектов рельсов.
Это достигается тем, что в искательном устройстве мобильного ультразвукового дефектоскопа, содержащем несущий узел, выполненный в виде жестко соединенных посредством кронштейнов верхней балки и снабженного прорезями основания, и размещенный в нижней части несущего узла искательный узел, включающий набор блоков ультразвуковых преобразователей, установленных последовательно вдоль основания в его прорезях с обеспечением возможности контактирования их рабочей поверхности с поверхностью катания головки рельса и механизмы подпружинивания блоков ультразвуковых преобразователей, каждый из которых содержит две пружины сжатия, размещенные между блоком ультразвуковых преобразователей и верхней балкой, два блока ультразвуковых преобразователя из набора блоков ультразвуковых преобразователей расположены с поперечным смещением один по отношению к другому относительно продольной осевой линии основания, вдоль которой расположены другие блоки ультразвуковых преобразователей, при этом один из смещенных блоков ультразвуковых преобразователей смещен в одну сторону от продольной осевой линии основания, а другой - в другую сторону от продольной осевой линии основания, а каждый из смещенных блоков ультразвуковых преобразователей содержит два ультразвуковых преобразователя, один из которых выполнен с обеспечением возможности излучения по ходу передвижения искательного устройства, а другой - назад. Величина поперечного смещения блоков ультразвуковых преобразователей может составлять (0,15±0,04)b, где b - ширина головки рельса, а угол ввода луча ультразвуковых волн и угол разворота ультразвуковых преобразователей в смещенных блоках ультразвуковых преобразователей могут быть выбраны в пределах 66-74 и 10-18 угловых градусов соответственно.
Указанный технический результат обеспечивается в рамках реализации назначения всей совокупностью существенных признаков, представленной в формуле полезной модели, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы. Составные части (конструктивные элементы) искательного устройства мобильного ультразвукового дефектоскопа соединяются посредством сборочных операций с образованием единой конструкции на предприятии-изготовителе, что обеспечивает конструктивное единство и реализацию устройством его функционального назначения. Поэтому заявленное устройство представляет собой одно устройство, составные части которого, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в функционально-конструктивном единстве.
Фиг. 1 иллюстрирует размещение блоков ультразвуковых преобразователей искательного устройства мобильного ультразвукового дефектоскопа на его основании. На фиг. 2 показан вид сбоку на искательное устройство.
Искательное устройство мобильного ультразвукового дефектоскопа содержит несущий узел и размещенный в его нижней части искательный узел. Несущий узел выполнен в виде жестко соединенных посредством кронштейнов 1 верхней балки 2 и основания 3 с выполненными в нем прорезями 4. Искательный узел включает набор блоков 5 ультразвуковых преобразователей, преимущественно пьезоэлектрических. Их количество может составлять преимущественно не менее четырех. Основание 3 выполнено преимущественно в форме лыжи с перпендикулярной ей боковой гранью (вертикальной стенкой) 6. Блоки 5 ультразвуковых преобразователей, входящие в состав искательного узла, установлены в прорезях 4 с обеспечением возможности контактирования их рабочей поверхности с поверхностью катания головки рельса. Их установка выполнена съемной преимущественно посредством замковых узлов (на чертежах не показаны). Искательный узел включает также механизмы подпружинивания блоков 5 ультразвуковых преобразователей, каждый из которых содержит две пружины 7 сжатия, размещенные между соответствующим блоком 5 ультразвуковых преобразователей и верхней балкой 2. У каждого из торцов блоков 5 ультразвуковых преобразователей может быть размещен элемент подачи контактирующей жидкости (на чертежах не показан). Два блока 5 ультразвуковых преобразователей расположены с поперечным смещением один по отношению к другому относительно продольной осевой линии основания 3. Другие блоки 5 ультразвуковых преобразователей расположены вдоль продольной осевой линии основания 3. Один из смещенных блоков 5 ультразвуковых преобразователей смещен в одну сторону от продольной осевой линии основания 3, а другой - в другую сторону. Каждый из смещенных блоков 5 ультразвуковых преобразователей содержит два ультразвуковых преобразователя, один из которых выполнен с обеспечением возможности излучения по ходу передвижения искательного устройства, а другой - назад (в противоположную сторону). Величина поперечного смещения блоков 5 ультразвуковых преобразователей составляет, например, (0,15±0,04)b. где b - ширина головки рельса, а угол ввода луча ультразвуковых волн и угол разворота ультразвуковых преобразователей в смещенных блоках ультразвуковых преобразователей 5 выбраны, например, в пределах 66-74 и 10-18 угловых градусов соответственно. Величина поперечного смещения равна преимущественно 11 мм с учетом технологического допуска. Каждый из несмещенных блоков 5 ультразвуковых преобразователей содержит преимущественно три ультразвуковых преобразователя. Их количество может быть меньшим, если используется более двух таких блоков ультразвуковых преобразователей в зависимости от выбранной схемы прозвучивания.
Искательное устройство мобильного ультразвукового дефектоскопа используется преимущественно в составе вагона-дефектоскопа. Перед началом работы устанавливают необходимый зазор между основанием 3 искательного устройства и головкой рельса. Блоки 5 ультразвуковых преобразователей в рабочем состоянии располагаются на поверхности катания головки рельса, прижимаются к ней посредством механизмов подпружинивания и передвигаются вдоль рельса при движении вагона. При этом на поверхность катания головки рельса может подаваться контактирующая жидкость. На ультразвуковые преобразователи искательного устройства подается импульсное напряжение, вырабатываемое соответствующими электронными узлами ультразвукового дефектоскопа, в результате чего в рельс излучаются в импульсном режиме лучи ультразвуковых волн, а переотраженные от дефектов рельса лучи ультразвуковых волн принимаются ультразвуковыми преобразователями, которые вырабатывают электрические сигналы, передающиеся в соответствующие электронные узлы ультразвукового дефектоскопа для обработки и визуализации. Выполнение несущего узла в виде жестко соединенных верхней балки 2 и основания 3 обеспечивает высокую точность центрирования искательного устройства на рельсе. Это также обеспечивает высокую прочность искательного устройства. Использование в механизме подпружинивания пружин сжатия 7 обеспечивает надежное и с постоянным усилием прижатие блоков 5 ультразвуковых преобразователей к рельсу. Искательное устройство позволяет обнаруживать все типы поверхностных и скрытых дефектов в рельсах. В том числе выполнение двух блоков 5 ультразвуковых преобразователей с поперечным смещением в разные стороны относительно продольной осевой линии основания 3 и использование в них двух ультразвуковых преобразователей с указанными направлениями ввода луча ультразвуковых волн и углами их разворота позволяет надежно выявлять искусственные дефекты в виде сверления (углубления) с рабочей и нерабочей грани головки рельса диаметром 4 мм и глубиной 10 мм, имитирующие трещины в головке рельса, расположенные перпендикулярно боковой грани и параллельно поверхности катания рельса. Оптимальные значения поперечного смещения блоков 5 ультразвуковых преобразователей, угла ввода луча ультразвуковых волн и угла разворота ультразвуковых преобразователей в смещенных блоках 5 ультразвуковых преобразователей установлены экспериментально. При значениях углов ввода и разворота ниже или выше указанных пределов, а также при значениях поперечного смещения менее указанного нижнего предела вероятность обнаружения дефекта в виде сверления уменьшается до критической величины, соответствующей потере объективности контроля. При значениях поперечного смещения выше указанного верхнего предела возникает сверхнормативный износ протектора блока 5 ультразвуковых преобразователей, смещенного в сторону нерабочей грани рельса, что может привести к потере работоспособности искательного устройства.
Опытный образец искательного устройства реализован и испытан на участке пути, содержащем все основные искусственные дефекты, имитирующие различные сколы, трещины, непровары в сварных стыках, коррозию, поверхностные дефекты. При этом результаты испытаний подтверждают указанный технический результат.
Искательное устройство мобильного ультразвукового дефектоскопа, выполненное в соответствии с полезной моделью, обладает более широкими функциональными возможностями по сравнению с аналогичными известными, позволяя надежно выявлять помимо других дефектов рельсов искусственные дефекты в виде сверления в рельсе со стороны рабочей и нерабочей грани головки рельса и соответствующие им естественные дефекты в виде трещин в головке рельса.