УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ВАГОНОВ

Заявляемая полезная модель относится к комбинированным ультразвуковым и вихретоковым комплексам неразрушающего контроля колесных пар вагонов рельсового транспорта и может быть использована в области неразрушающего контроля колесных пар грузовых, пассажирских вагонов, тягового и мотор-вагонного железнодорожного подвижного состава, вагонов метрополитена, трамвая, рельсовых автобусов и др. Оно предназначено для контроля колесных пар вагонов при их производстве, ремонте (текущем, среднем, капитальном), профилактическом контроле после определенного пробега колесной пары. Изобретение эффективно при его использовании в условиях ограниченного пространства вагоноремонтных предприятий.
Известен ультразвуковой метод контроля, который позволяет выявлять преимущественно внутренние и глубокие поверхностные дефекты объекта контроля, и установки для этого вида контроля колесных пар вагонов широко используются, например, «Комплекс для контроля колесных пар грузовых вагонов», (патент РФ №84565); «Стенд для ультразвукового контроля колесных пар» (патент РФ №39954); «Автоматизированная установка для дефектоскопии колесных пар вагонов», (патент РФ №2289128)
Для выявления зарождающихся и мелких поверхностных дефектов (типа несплошности) колесной пары более эффективным является вихретоковый метод контроля, который также используется для контроля колесных пар, например патент РФ №154467 «Устройство вихретокового неразрушающего контроля».
Наилучший результат достигается при использовании одновременно ультразвукового и вихретокового видов контроля.
Известна автоматизированная система контроля колесных пар AURA (Рокштро Б., В алы с Ф., Кап пес В., AURA - система контроля колесных пар: обода, диска и оси. «В мире неразрушающего контроля», 2001 №3 (12), 59-62), в состав которой входят модуль контроля обода и диска и модуль контроля сплошных осей. Данная система позволяет контролировать колесные пары на полых и сплошных осях, с колесами с различным профилем диска, с тормозными дисками и без тормозных дисков. Недостатком этой установки является использование в ней двух постов контроля, занимающих значительное пространство в цеху. Также недостатком является отсутствие вихретокового контроля всей свободной поверхности колесной пары.
Известна автоматизированная установка комбинированного неразрушающего контроля колесных пар, обеспечивающая проведение ультразвукового и вихретокового контроля как колес, так и осей колесных пар, СНК КП-8 (Мищенко В.П., Свистун А.В. Установка автоматизированная для комплексного неразрушающего контроля колесных пар вагонов СНК КП-8. Опыт эксплуатации на предприятии ГП «Укрспецвагон». Журнал «Неразрушающий контроль» 2012);
Указанная установка является наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой. Преобразователи объединены в модули в соответствии с областью контроля.
Контролирующие модули размещены в установке на стойках двух постов контроля, установленных рядом друг за другом.
На первом контролирующем посту происходит вихретоковый контроль оси колесной пары одноэлементными вихретоковыми преобразователями, которые объединены в модули. Первый пост состоит из модуля вихретокового контроля средней части оси колесной пары, модуля вихретокового контроля шейки оси колесной пары, модуля вихретокового контроля внутренних колец подшипников буксового узла, модуля вращения колесной пары вокруг своей оси. После проведения вихретокового контроля оси колесной пары устройство подачи колесной пары, установленное на этом посту, перемещает колесную пару на второй пост. На втором посту происходит вихретоковый и ультразвуковой контроль колеса, а также ультразвуковой контроль оси. Этот пост контроля включает: ультразвуковые преобразователи для контроля колеса, преобразователи для ультразвукового контроля оси, преобразователи вихретокового контроля обода колеса, контроля перехода диска в обод колеса (приободная зона), ультразвуковые преобразователи для контроля поверхности катания колеса, модуль разворота и вращения вокруг своей оси колесной пары. Преобразователи объединены в модули. На втором посту модуль вихретокового контроля производит контроль первого колеса колесной пары, модуль ультразвукового контроля производит контроль второго колеса и оси с одной стороны колесной пары, затем модуль разворота разворачивает колесную пару на 180 градусов. После чего модуль вихретокового контроля производит контроль второго колеса колесной пары, модуль ультразвукового контроля производит контроль первого колеса и оси с другой стороны колесной пары.
Сигналы со всех вихретоковых и ультразвуковых преобразователей поступают в модули передачи и обработки информации. Модули передачи информации представляют собой многоканальные электронные устройства серии «ОКО» и выполняют передачу данных в реальном масштабе времени в модуль обработки информации.
Недостатком известного устройства является ограниченность зон, которые устройство может контролировать. Этот недостаток объясняется тем, что для контроля используются одноэлементные мультидифференциальные вихретоковые преобразователи, большие габариты которых ограничивают их количество при контроле и, соответственно, уменьшают возможность контроля целого ряда зон контроля элементов колесной пары. Использование нескольких дополнительных постов контроля, увеличит число контролируемых зон контроля колесной пары, но задачу решит не полностью, при этом временные затраты на проведение контроля увеличивается в несколько раз, а общие габариты установки не позволят ее разместить ни в существующих вагоноремонтных предприятиях без капитальной реконструкции, что с практической точки зрения делает такой контроль мало применимым.
Задачей, решаемой полезной моделью является разработка устройства неразрушающего контроля колесных пар вагонов с возможностью контроля всех открытых частей колесной пары.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство для неразрушающего контроля колесных пар вагонов, также, как и известное устройство, содержит преобразователи вихретокового контроля оси, внутренних колец подшипников буксового узла, напрессованных на шейки оси, гребня колеса, боковых поверхностей обода с обеих сторон, приободной зоны с внутренней стороны, перехода от диска к ступице с наружной стороны, ступицы и кромок ступицы с обеих сторон колеса, преобразователи ультразвукового контроля оси, колеса, модуль разворота и вращения колесной пары. Но в отличии от известного, в предлагаемом устройстве все преобразователи размещены на стойках одного поста и объединены в два модуля, причем на первой стойке размещен модуль ультразвукового контроля, а на второй стойке установлен модуль вихретокового контроля, в котором дополнительно установлены вихретоковые преобразователи для контроля поверхности катания колеса, приободной зоны с наружной стороны колеса, средней части диска с обеих сторон колеса, перехода от диска к ступице с внутренней стороны колеса, тормозных дисков, причем вихретоковые преобразователи выполнены в виде дифференциальных вихретоковых преобразователей, установленных друг над другом в параллельных плоскостях, катушки которых ортогональны по отношению друг к другу.
Достигаемым техническим результатом является увеличение количества одновременно контролируемых зон.
В основе достижения технического результата лежит то, что вихретоковые преобразователи выполнены в виде многоэлементных интегральных вихретоковых преобразователей, каждый элемент которого исполнен в виде дифференциальных вихретоковых преобразователей, установленных друг над другом в параллельных плоскостях, катушки которых ортогональны по отношению друг к другу
Высокая степень интеграции многоэлементного дифференциального вихретокового преобразователя подразумевает размещение в компактном корпусе, занимающего небольшую площадь, большого количества вихретоковых преобразователей (например, 32 штуки), а это позволяет разместить большое число преобразователей на одной колесной паре так, чтобы они одновременно контролировали все открытые поверхности всех ее элементов, указанные в формуле полезной модели и при этом не мешали бы друг другу.
Дополнительный технический результат заключается в сокращении времени контроля за счет проведения, полного контроля вагонных пар на одном посту, благодаря использованию указанной выше конструкции преобразователя.
Совокупность признаков, сформулированных в п. 2 формулы полезной модели характеризует устройство для неразрушающего контроля, в котором вихретоковые преобразователи выполнены с эластичной поверхностью.
Использование для контроля вихретоковых преобразователей с эластичной поверхностью позволяет улучшить качество контроля криволинейных поверхностей различных элементов и число разновидностей колесных пар.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведен пример выполнения устройства для неразрушающего контроля вагонных пар вагона при наличии тормозных дисков, а на фиг. 2 приведен пример структурной схемы многоэлементного интегрального вихретокового преобразователя при изготовлении которого используется интегральная технология.
Устройство выполнено в виде одного поста с двумя стойками 1 и 2, которые объединены модулем 3 разворота и вращения колесной пары, который осуществляет вращение и разворот пары на 180 градусов для ультразвукового и вихретокового контроля ее элементов На каждой стойке размещен модуль контроля, на одной модуль 4 ультразвукового контроля, а на другой модуль 5 вихретокового контроля. Модуль 4 объединяет ультразвуковые преобразователи, а модуль 5 - вихретоковые, причем каждый преобразователь размещен в модуле в соответствии с той зоной контроля, для которой он предназначен.
При контроле колесной пары преобразователи одновременно опускаются на соответствующие части колес и оси. Ультразвуковые преобразователи 6 придвигаются к оси и осуществляет контроль оси с ее торцевой части, ближней шейки оси и ее подступичной части, а преобразователи 7 опускаются на поверхности одного колеса. Одновременно с ультразвуковыми преобразователями опускаются вихретоковые преобразователи на соответствующие им элементы второго колеса: преобразователь 8 на поверхность катания, преобразователи 9 и 10 на приободные зоны с внутренней и с наружной стороны колеса соответственно, преобразователи 11 и 12 на среднюю часть диска с обеих сторон колеса, преобразователь 13 на зону перехода от диска к ступице с внутренней стороны колеса, преобразователи 14-15 на тормозной диск, преобразователи 16-27 на среднюю часть оси, преобразователь 28-29 на область шейки оси и внутреннего кольца подшипника буксового узла. Контроль криволинейных поверхностей, например, средней части диска колеса, средней части оси, перехода от диска к ступице с внутренней стороны колеса может быть осуществлен преобразователями с гибкой, эластичной поверхностью. Вихретоковый контроль происходит в течение времени полного оборота колесной нары при сплошном контроле всех открытых поверхностей элементов колесной пары, в то время как другое колесо проходит ультразвуковой контроль. Затем с помощью модуля 3 разворота и вращения колесную пару разворачивают на 180 градусов и метод контроля для каждой половины колесной пары меняется.
Полный вихретоковый контроль всех открытых поверхностей колесной пары обеспечивается выполнением преобразователей в виде дифференциальных вихретоковых преобразователей, установленных друг над другом в параллельных плоскостях, катушки которых ортогональны по отношению друг к другу, как это показано на фиг. 2. В рассматриваемом примере преобразователь состоит из двух слоев подложек 30 и 31, расположенных друг над другом, на каждом из которых, выполнены по интегральной технологии две группы катушек дифференциальных преобразователей 32 и 33. Каждый дифференциальный преобразователь, расположенный на подложке 30 состоит из катушки возбуждения 34 и катушки считывания сигнала от несплошности 35, ориентированных параллельно направлению сканирования. Каждый дифференциальный преобразователь, расположенный на подложке второго слоя 31, расположен строго над соответствующим дифференциальным преобразователем первого слоя и состоит из катушки возбуждения 36 и катушки считывания сигнала от несплошности 37. ориентированных перпендикулярно направлению сканирования, т.е. катушки 37 развернуты на 90 градусов относительно катушек 35 дифференциальных преобразователей, которые расположенные в первом слое 30. Каждый дифференциальный преобразователь группы 32. расположенный в первом слое 30, обнаруживает продольные несплошности относительно направления сканирования, в каждой зоне контроля колесной пары. Каждый дифференциальный преобразователь второго слоя 31, расположенный над соответствующим дифференциальным преобразователем, обнаруживает поперечные несплошности относительно направления сканирования, в каждой зоне контроля колесной пары.
Таким образом, многоэлементный интегральный вихретоковый преобразователь, содержащий две разновидности датчиков и изготовленные с высокой степенью интеграции имеет гарантированно малые габариты, что позволяет осуществлять качественный контроль всех открытых частей колесной пары одновременно с ультразвуковым контролем.