УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЗКОПРОФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОЙ СТАЛИ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники, в частности, к контролю и анализу ферромагнитных материалов по магнитным показателям и может быть использовано при оценке механического напряжения узкопрофильных изделий типа железнодорожных рельсов в динамике.
Известны устройства для оценки напряженно-деформированного состояния изделий из ферромагнитной стали, содержащие первичный и вторичный преобразователи, при этом первичный преобразователь представляет собой электромагнит с двумя полюсами N и S и размещенный параллельно полюсам датчик коэрцитивной силы [патент Японии №54-3755, Кл. G 01 N 27/72, 1979.].
Эти модели локальны при контроле и достаточно эффективны при определении точечных напряжений в изделии, однако в окрестности зоны измерения обнаружить опасные напряжения, вызывающие деформацию изделия, они не позволяют.
Наиболее близким техническим решением является устройство для определения напряженно-деформированного состояния изделий из ферромагнитных сталей, содержащее первичный и вторичный преобразователи, при этом первичный преобразователь представляет собой электромагнит с двумя полюсами N и S и размещенный параллельно полюсам датчик коэрцитивной силы [А.с. SU №1241119, Кл. G 01 N 27/72, БИ №24, 1986].
Это устройство имеет ограниченные точность и чувствительность, а поэтому не позволяет обнаруживать опасные точки напряженно-деформированного состояния материала в дельте окрестности участка контроля, особенно, когда имеют место области остаточных деформаций.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве оценки напряженно-деформированного состояния узкопрофильных изделий из ферромагнитной стали, содержащем первичный и вторичный преобразователи, связанные друг с другом электрически, причем первичный преобразователь представляет собой П-образный электромагнит с полюсами N и S и датчик коэрцитивной силы, совмещенный своей рабочей поверхностью с
плоскостью, образованной торцами полюсов электромагнита, торцевые плоскости полюсов электромагнита выполнены продольно-вытянутыми по оси, проходящей симметрично вдоль торцов полюсов и рабочей поверхности датчика, а длина полюсов в 1,5...2,0 раза больше, чем их ширина, при этом первичный преобразователь ориентирован своей осью симметрии в направлении узкопрофильной поверхности изделия и установлен над изделием с возможностью сканирования вдоль его узкопрофильной поверхности.
Техническим результатом полезной модели является расширение зоны контроля, увеличение точности и чувствительности обнаружения напряженно-деформированного состояния, а соответственно зоны опасных деформаций изделия, за счет увеличения плотности силовых линий и сканирования первичного преобразователя вдоль узкопрофильной поверхности изделия.
На фиг.1 показан фрагмент первичного преобразователя, размещенного над изделием; на фиг.2 - вид сверху фиг.1; на фиг.3 - общий вид первичного и вторичного преобразователей.
На фиг.1 и 2 изображены контролируемое узкопрофильное изделие 1 (далее рельс), П-образный электромагнит 2 с полюсами N и S первичного преобразователя и датчик 3 коэрцитивной силы. Рабочая поверхность датчика 3 коэрцитивной силы расположена в плоскости торцов полюсов N и S.
Полюса N и S электромагнита 2 выполнены продольно-вытянутыми вдоль оси симметрии, проходящей в плоскости торцов полюсов и рабочей поверхности датчика 3. Длина торцевых плоскостей полюсов выполняется в 1,5...2,0 раза больше, чем их ширина. Первичный преобразователь совмещают своей осью симметрии, проходящей через возбуждающие торцы полюсов и датчика силы, с направлением узкопрофильной поверхности рельса 1 и располагают с возможностью сканирования первичного преобразователя вдоль узкопрофильной поверхности рельса 1. Частота сканирования выбирается величиной, чтобы время сканирования было в 5...6 раз меньше, чем частота возбуждения магнитного поля. Значение частоты возбуждающего поля выбирается из условия необходимости обеспечения заданной глубины зондирования (проникновения) магнитных силовых линий в материал рельса 1, помня, что глубина проникновения силовых линий в материал зависит от электрофизических свойств материала рельса 1.
Полюса предназначены для возбуждения намагничивающего
магнитного поля в ферромагнитном материале рельса 1.
Вытянутая конструкция полюсов электромагнита первичного преобразователя вдоль узкопрофильной поверхности контролируемого изделия позволяет обеспечить увеличение плотности силовых линий непосредственно в материале рельса 1.
Измерение коэрцитивной силы датчиком 3 при механической нагрузке осуществляют непрерывно при движении либо одного вагона, либо грузового состава по рельсу, т.е. в динамике. Для этого первичный преобразователь устанавливают, например, на раме железнодорожного вагона, создающего механическую нагрузку на рельс, а вторичный преобразователь располагают в удобном для оператора месте, например в вагоне. Измеренная информация и координаты точек контроля изделия запоминаются во времени и координатах во вторичном преобразователе.
При статическом измерении коэрцитивной силы, т.е., когда рельс находится в ненагруженном состоянии, допускается измерить коэрцитивную силу только в одной точке рельса, однако если эксплуатационный ресурс рельса на исходе, необходимо измерение осуществлять по всей рабочей поверхности рельса с запоминанием его измеренных точек во вторичном преобразователе.
Работает устройство следующим образом.
Сначала возбуждают намагничивающее магнитное поле в материале рельса не подверженном механической нагрузке путем размещения полюсов электромагнита над поверхностью вдоль узкопрофильного изделия. Датчиком 3 фиксируют величину коэрцитивной силы и запоминают результат измерений.
Затем изделие нагружают механической нагрузкой, например, прокатывают по рельсам груженный поездной состав. Первичный преобразователь закрепляют на раме вагона с возможностью его сканирования вдоль узкопрофильной поверхности рельса на ходу поезда. Одновременно со сканированием первичного преобразователя возбуждают в материале механически нагруженного рельса полюсами электромагнита намагничивающее поле. Датчиком 3 вновь регистрируют коэрцитивную силу в материале механически напряженного рельса и полученный результат, а также координаты (сечение) концентрации напряжения в материале запоминают во вторичном преобразователе.
В процессе механической нагрузки, создаваемой в рельсе движущимся составом, измеряют непрерывно в течение времени действующей нагрузки (движения состава) коэрцитивную силу в материале рельса и по запомненным данным сравнивают измеренные результаты в заданных одноименных точках координатах, полученные при измерении коэрцитивной силы ненагруженного рельса и нагруженного рельса и судят о возможных
аномалиях и дефектах в рельсе.
По сравненным измеренным данным коэрцитивной силы при отсутствии нагрузки и при ее наличии судят о напряженно-деформированном состоянии материала в любом текущем сечении изделия, измеряемом в динамике, т.е. в процессе текущей механической нагрузке на изделие и в этом соответствии определяют дефекты материала.
Техническим результатом полезной модели является расширение зоны контроля, увеличение точности и чувствительности обнаружения напряженно-деформированного состояния, а соответственно зоны опасных деформаций изделия, за счет увеличения плотности силовых линий и сканирования первичного преобразователя вдоль узкопрофильной поверхности изделия.