СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ КОЛЕС И ОСЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ВАГОНОВ МЕТОДОМ МНОГОРАКУРСНОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАФИИ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована для обнаружения дефектов в осях и колесах колесных пар вагонов, измерения размеров дефектов в осях и расчета остаточного ресурса осей с дефектами в условиях вагонных депо.
Известны устройства, с применением которых проводят диагностику колесных пар в вагонных депо по технологическим инструкциям, утвержденным в Департаменте вагонного хозяйства. Например, средство ручного ультразвукового контроля Авгур 5.3 (http://www.niiin.ru/ufiles/download/18.doc) и комплекс автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗК) колесных пар вагонов «ПЕЛЕНГ-АВТОМАТ» (www.altek.info/new.php?mlid=13&trgid=25 - прототип), содержащий стойку с электронным блоком визуализации дефектов (компьютер) и связанный со стойкой установочный стенд, в состав которого входят сканеры оси и колеса, а так же оборудование, обеспечивающее позиционирование и вращения колесной пары.
Недостатком прототипа является низкая чувствительность и достоверность контроля, что он не позволяет определять реальные размеры дефектов, а так же рассчитать остаточный ресурс колесной пары.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение чувствительности и достоверности контроля колес и осей колесных пар вагонов за счет выявления дефектов на более ранней стадии развития с возможностью измерения их размеров и местоположения, обеспечивая тем самым повышение точности расчета остаточного ресурса колесных пар.
Решение указанной задачи достигается тем, что автоматизированная система диагностики колес и осей колесных пар вагонов методом многоракурсной акустической голографии, включающая компьютеризованную передвижную
стойку, управляющую вращением колесной пары, подключенную к установочному стенду с размещенными на нем сканерами колес и оси с пьезоэлектрическими преобразователями, модулем интерфейса датчика перемещения и преобразователем интерфейса, блоком коммутации высокочастотных сигналов, блоком электроники и системой подачи контактной жидкости, в отличие от прототипа установочный стенд содержит два неподвижных сканера колес и подвижный сканер оси колесной пары, установленный с возможностью перемещения вдоль оси, при этом сканеры снабжены широкораскрывными пьезоэлектрическими преобразователями, входы и выходы которых через блок электроники и блок коммутации высокочастотных сигналов подключены к аналогово-цифровому модулю, введенному с состав системного блока передвижной стойки, при этом к соответствующим выходам системного блока подключены модуль интерфейса датчика перемещения и преобразователь интерфейса, соединенные через программный модуль с цепями управления перемещением сканера оси колесной пары и ее вращением.
В отличие от прототипа заявляемая система диагностики колес и осей колесных пар вагонов по результатам поискового контроля, в процессе которого обнаруживаются дефекты, проводится измерительный контроль для определения местоположения и размеров дефектов с применением голографической обработки данных. Затем измеренные местоположение и размеры используются для расчета остаточного ресурса колесной пары.
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемой системы.
На фиг.2 - структурная схема передвижной стойки.
На фиг.3 представлен стенд установочный.
На фиг.4 - функциональная схема сканера оси.
Автоматизированная система диагностики колес и осей колесных пар вагонов методом многоракурсной акустической голографии включает комплект кабелей 1-7, стойку передвижную (ПС.А5.3) 8, стенд установочный - (УС.А5.3) 9, комплект ПЭП 10 и модуль программного обеспечения.
Стойка передвижная содержит конструктив стойки, блок системный (БС) 15, блок питания 24В 16, преобразователь интерфейса RS485-RS232 17, модуль интерфейса датчика перемещения 18, монитор 19, клавиатуру 20, источник бесперебойного питания 21, принтер 22, при этом в состав БС входят промышленный компьютер (ПК), модуль аналого-цифровой (МАЦП) 23, МАЦП, в свою очередь, содержит регулируемый широкополосный усилитель (РШУ) 24, управляемый цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 25, быстродействующий двенадцатиразрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 26, буферную память 27 объемом 512К, приемопередатчик (RS485) последовательных цифровых данных с гальванической развязкой 28, регулируемый высоковольтный источник питания, ключевой формирователь (зондирующего сигнала) импульсов с трансформаторным выходом 29, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) 30, обеспечивающую интерфейс с ПК, управление сканированием и коммутацией каналов и синхронизацию работы всей системы.
Стенд установочный содержит в свою очередь стенд осей колесных пар (ОКП) 11, два сканера колес СК.А5.3 К 12, сканер оси КП СК.А5.3 ОКП 13, блок коммутации ВЧ сигналов БКВЧС.А5.3 14.
Стенд ОКП 11 содержит блок электроники стенда (БЭСТ.А5.3 ОКП) 31, сервомотор 32, электронасос СПКЖ 33, датчик нулевого положения 34, преобразователь угловых перемещений 35, при этом блок электроники стенда содержит схему силовой автоматики, преобразователь частоты сервопривода (конвертер) 36, 3-х фазный сетевой дроссель 37, фильтр подавления радиопомех 38, пульт оператора 39 (для управления сервоприводом в ручном режиме и дистанционного управления от ПК по интерфейсу RS-485), блок питания шагового привода 40, световая сигнализация, при этом схема силовой автоматики содержит устройство защитного отключения (УЗО) 41, для защиты человека от поражения электрическим током и предупреждения пожаров и возгораний, реле контроля фаз 42, для защиты силовых цепей 3-х
фазного сервопривода от не сфазированного включения или пропадания фаз, реле времени 43, обеспечивающее пятиминутную задержку повторного включения сервопривода контакторов включения приводов и электронасоса СПКЖ, стенда элементов ручной коммутации и световой сигнализации.
Сканер оси включает привод X, направляющие прижимы пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), прижимы ПЭП, блок электроники сканера 44 (БЭС.А5.3 ОКП), при этом привод Х состоит из шагового двигателя с интегрированным приводом 45 (Mdrive), корпуса, в котором размещен ведомый зубчатый шкив, направляющей по которой перемещается каретка, на которой размещен коллектор и к которой крепится направляющая прижимов ПЭП, коллектор для деления потока контактной жидкости к обоймам прижимов ПЭП, при этом БЭС.А5.3 ОКП содержит модуль управления сканером (МУСК) 46, модуль ультразвуковой (МУЗ) 47, концевой выключатель Х HOME 48, концевой выключатель Х END 49, модуль управления сканером, в свою очередь, содержит микроконтроллер 50, схему интерфейса стандарта RS-485 51, модуль питания 52, элементы гальванической развязки, при этом модуль ультразвуковой содержит предварительный усилитель, коммутатор 53, регулируемый усилитель РШУ 54, управляемый цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 55. Сканеры колес КП СК.А5.3-К содержат направляющие прижимов ПЭП, прижимы ПЭП, блок электроники сканера (БЭС.А5.3-К), состав блоков электроники сканеров колес СК.А5.3-К аналогичен составу блока БЭС.А5.3 ОКП, за исключением датчиков конечного положения.
Система диагностики колес и осей колесных пар вагонов методом многоракурсной акустической голографии работает следующим образом.
Блок системный, представляющий собой компьютерный дефектоскоп с аналого-цифровым приемо-передающим трактом и устройством, обеспечивает программное управление сканированием и коммутацией каналов. С помощью промышленного компьютера, входящего в состав блока системного с
установленным программным обеспечением, осуществляют управление системой - регистрацию (запись), обработку и представление данных системы. Конструктивно МАЦП выполняет функции усиления эхосигналов, поступающих по кабелю от блока электроники сканера, преобразования их в цифровую форму, цифровую обработку и запоминание в буферной памяти для последующей передачи данных в ПК; формирования зондирующего сигнала в виде двуполярного импульса с регулируемой длительностью и амплитудой, формирования команд для управления приводами сканера, формирования команд для управления предварительным усилением и коммутацией каналов блока электроники сканера БЭС, приема и передачи команд по последовательному каналу, в соответствии с протоколом обмена, определяемым стандартом RS-485.
Стенд ОКП 11 обеспечивает программно управляемое вращение КП. Блок электроники стенда обеспечивает необходимым электропитанием все устройства системы. Преобразователь интерфейса согласует интерфейс стандарта RS-232 с RS-485 и служит для управления сервоприводом от ПК.
Блок питания 24В вырабатывает постоянное напряжение 24В, необходимое для питания преобразователя интерфейса. Модуль интерфейса датчика перемещения обеспечивает преобразование сигналов датчика угловых перемещений и передачу их в ПК через USB-порт. Преобразователь угловых перемещений обеспечивает отсчет и преобразование в цифровой код положения КП при вращении относительно нулевого положения, задаваемого датчиком нулевого положения. Сканер СК.А5.3 ОКП представляет собой однокоординатный позиционирующий сканер с комплектом сменных частей, предназначенный для точного перемещения двенадцати ПЭП (сборок) по средней части контролируемой оси КП. Привод Х представляет собой механизм (зубчато-ременную передачу) предназначенный для перемещения ПЭП по оси Х (вдоль образующей оси). Блок электроники сканера (БЭС.А5.3 ОКП) предназначен для предварительного усиления эхосигналов, коммутации
12-ти каналов с одним приемо-передающим трактом системы, а так же для формирования необходимых сигналов для работы шагового привода сканера. МУСК обеспечивает прием и передачу сигналов по последовательному каналу, в соответствии с протоколом обмена, определяемым стандартом RS-485 между блоком системным и сканером, а также вырабатывает программно управляемые сигналы, необходимые для работы модуля ультразвукового, шагового привода сканера, электродвигателя насоса СПКЖ. МУЗ предназначен для обеспечения независимой коммутации 16-ти приемных и передающих измерительных каналов системы по команде, поступающей из системного блока, а также для предварительной аналоговой обработки принимаемых сигналов. Концевые выключатели задают начальное и конечное положение каретки привода "X" сканера и выполнены на основе микросхемы с датчиком Холла. Блок коммутации ВЧ сигналов БКВЧС.А5.3 обеспечивает одновременное управление тремя сканерами и независимую коммутацию приемных и передающих измерительных каналов сканеров по команде, поступающей с БС.
После завершения регистрации данных осуществляется процесс автоматической обработки данных. В процессе обработки обнаруживаются дефекты в оси и колесах. В случае обнаружения дефектов автоматически формируется трехмерное изображение колесной пары, на котором схематически отображаются дефекты в оси и дефектные области колес, а также, в случае обнаружения дефектов в оси, проводится измерение размеров дефекта с последующим расчетом остаточного ресурса оси с дефектом. Таким образом, при реализации заявленной совокупности существенных признаков достигается решение задачи - повышение чувствительности и достоверности контроля колес и осей колесных пар вагонов за счет выявления дефектов на более ранней стадии развития с возможностью измерения их размеров и местоположения, обеспечивая тем самым повышение точности расчета остаточного ресурса колесных пар.