УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВ

Полезная модель относится к области рельсового транспорта и ультразвукового контроля дефектов в твердых телах, преимущественно рельсов, и может использоваться для обнаружения дефектов рельсов железнодорожного транспорта и метрополитена.
Для обнаружения дефектов в твердых телах, например, в рельсах, используются различные методы ультразвукового контроля - эхо-метод, теневой, зеркально-теневой, зеркальный, дельта-метод (Марков Α.Α., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. СПб: «Образование-Культура», 1999, с. 33-59). Типичной проблемой при этом является то, что реализующие эти методы устройства не позволяют обеспечить в полной мере сочетание таких требований как высокая скорость контроля и обеспечение надежного выявления дефектов разных видов.
Известно, например, устройство для ультразвукового контроля, состоящее из электронного модуля и связанного с ним механического модуля, включающего закрепленный на продольной раме дефектоскопической тележки с возможностью опускания-подъема узел ультразвукового контроля, содержащий блок ультразвуковых преобразователей и датчики магнитного контроля (RU 2266225 C1, 2005). Это устройство позволяет надежно обнаруживать некоторые дефекты в подошве рельсов. Однако это устройство также не позволяет с высокой степенью достоверности обнаруживать дефекты разной природы в различных областях рельса.
Известны и другие устройства для ультразвукового контроля рельсов (SU 252700 A1, 1969; RU 28154 U1, 2009; RU 2331066 C1, 2008; RU 2433397 C1, 2011; US 4593569 A, 1986; GB 1086922 A, 1967; EP 0285910 A1, 1988). Однако, все они, имея за счет конструктивных особенностей (обычно усложняющих конструкцию) те или иные преимущества, недостаточно эффективны в эксплуатации.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является устройство для ультразвукового контроля рельсов, состоящее из электронного и связанного с ним механического модуля, включающего узел ультразвукового контроля, содержащий блок ультразвуковых преобразователей из по меньшей мере одной пары размещенных последовательно на поверхности катания рельса выполненных наклонными основных ультразвуковых преобразователей, работающих в совмещенном режиме и выполненных с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса и размещенных последовательно так, что линии направления излучаемых ими ультразвуковых колебаний образуют треугольник с вершиной на донной поверхности рельса (RU 105248 U1, 2011). В этом устройстве электронный блок содержит блок управления и регистрации дефектоскопа и блок предварительной обработки дефектоскопа. Механический блок содержит закрепленные на продольной раме дефектоскопической тележки механизм поперечной стабилизации и искательный узел с блоком ультразвуковых преобразователей.
Это устройство позволяет обнаруживать вертикально ориентированные отражатели (дефекты) в подошве рельсов с достаточно высокой достоверностью. Дефекты другого рода таким устройством обнаружить затруднительно, а из-за значительной зоны селекции скорость контроля ограничена. Поэтому эксплуатационная эффективность такого устройства недостаточна.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в создании устройства для ультразвукового контроля рельсов, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности устройства для ультразвукового контроля рельсов за счет расширения видов обнаруживаемых дефектов по всему сечению рельса и повышения скорости контроля.
Это достигается тем, что в устройстве для ультразвукового контроля рельсов, состоящем из электронного и связанного с ним механического модуля, включающего узел ультразвукового контроля, содержащий блок ультразвуковых преобразователей из по меньшей мере одной пары размещенных последовательно выполненных наклонными основных ультразвуковых преобразователей, работающих в совмещенном режиме и выполненных с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса и размещенных последовательно так, что линии направления излучаемых ими ультразвуковых колебаний образуют треугольник с вершиной на донной поверхности рельса, узел ультразвукового контроля выполнена с обеспечением возможности веерного ультразвукового зондирования, при этом между основными ультразвуковыми преобразователями размещена группа из четырех выполненных наклонными дополнительных ультразвуковых преобразователей, работающих в раздельном режиме с чередующимся направлением приема с обеспечением возможности регистрации однократно отраженных эхо-сигналов от вертикально ориентированных отражателей и двукратно отраженных эхо-сигналов от горизонтально ориентированных отражателей.
Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков в рамках реализации назначения, при этом все конструктивные узлы, характеризуемые существенными признаками, функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве. Все конструктивные узлы для возможности эксплуатации устройства объединены в единую конструкцию и при изготовлении устройства соединяются между собой сборочными операциями.
На чертеже показана структурная схема узла ультразвукового контроля предложенного устройства.
Устройство для ультразвукового контроля рельсов состоит из электронного и связанного с ним механического модуля, которые конструктивно объединены сборочными операциями. Электронный модуль преимущественно включает электронные блоки дефектоскопа (на чертеже не показаны). Механический модуль включает узел ультразвукового контроля, который содержит блок ультразвуковых преобразователей из по меньшей мере одной пары размещенных последовательно на поверхности катания 1 рельса 2 выполненных наклонными основных ультразвуковых, преимущественно пьезоэлектрических, преобразователей 3. Эти преобразователи 3 работают в совмещенном режиме и выполнены с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса 2 и размещены последовательно так, что линии направления излучаемых ультразвуковых колебаний образуют треугольник с вершиной на донной поверхности 4 рельса 2. Узел ультразвукового контроля выполнен с обеспечением возможности веерного ультразвукового зондирования. При этом между основными 3 ультразвуковыми преобразователями размещена группа из четырех выполненных наклонными дополнительных ультразвуковых, преимущественно пьезоэлектрических, преобразователей 5. Эти преобразователи 5 работают в раздельном режиме с чередующимся направлением приема с обеспечением возможности регистрации однократно отраженных эхо-сигналов от вертикально ориентированных отражателей (дефектов) 6 и двукратно отраженных эхо-сигналов от горизонтально ориентированных отражателей (дефектов) 7. Количество дополнительных ультразвуковых преобразователей 5 может изменяться в зависимости от задач и условий контроля, однако их оптимальное количество составляет четыре. Все ультразвуковые преобразователи 3, 5 конструктивно объединены, например, смонтированы на раме дефектоскопической тележки (на чертеже не показано).
Функционирование предложенного устройства реализует принцип веерного ультразвукового контроля и основано на одновременном излучении в контролируемое изделие коротких зондирующих импульсов группой наклонных основных ультразвуковых преобразователей 3, состоящей из по меньшей мере одной пары таких ультразвуковых преобразователей 3, работающих в совмещенном режиме и выполненных с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса 2. Расстояние между основными ультразвуковыми преобразователями 3 такой пары должно быть таким, чтобы линии направления излучаемых ими ультразвуковых колебаний образовывали треугольник с вершиной на донной поверхности 4 рельса 2. Это расстояние L соответствует выражению L=2h.tgα, где h - высота рельса 2, α - угол ввода ультразвуковых колебаний. Обеспечению реализуемости веерного характера зондирования служит группа из четырех наклонных дополнительных ультразвуковых преобразователей 5, работающих в раздельном режиме с чередующимся направлением приема. Излучаемые одним из основных ультразвуковых преобразователей 3 ультразвуковые колебания в случае отсутствия на их пути дефекта отражаются от донной поверхности 4 рельса 2 и принимаются другим основным ультразвуковым преобразователем 3. В случае наличия на их пути дефекта 7 с горизонтально ориентированным отражением отраженные от него ультразвуковые колебания (эхо-сигналы) принимаются одним из дополнительных ультразвуковых преобразователей 5. В случае наличия на пути отраженных от донной поверхности 4 рельса 2 ультразвуковых колебаний дефекта 6 с вертикально ориентированным отражением отраженные от этого дефекта 6 ультразвуковые колебания (эхо-сигналы) принимаются соседним дополнительным ультразвуковым преобразователем 5. При излучении ультразвуковых колебаний другим из двух основных ультразвуковых преобразователей 3 на прием используется другая пара дополнительных ультразвуковых преобразователей 5. Зона селекции при этом оказывается достаточно узкой, а веерный характер излучаемых и принимаемых ультразвуковых колебаний позволяет идентифицировать дефекты различной природы по всему контролируемому объему.
Таким образом, устройство позволяет эффективно регистрировать вертикально ориентированные (вертикальные или близкие к вертикальным) 6 и горизонтально ориентированные (горизонтальные или близкие к горизонтальным) 7 дефекты, т.е. практически все виды дефектов, в том числе разноориентированные, практически с отсутствием «мертвых зон» их местоположения, при скоростном контроле мобильными средствами неразрушающего контроля (с помощью вагонов-дефектоскопов, дефектоскопных мотрис и других средств).
Устройство для ультразвукового контроля рельсов, реализующее веерный метод зондирования («Дубль-W»), апробировано и испытано в реальных условиях проезда на ст. Угрешская Московской железной дороги на самоходном универсальном путеизмерительном дефектоскопическом комплексе (СУПДК) «Север». При этом достоверно обнаруживался весь спектр дефектов в объеме рельса 2 при скорости контроля (проезда) до 80 км/ч.
Устройство ультразвукового контроля рельсов, выполненное в соответствии с полезной моделью, имеет более высокую эксплуатационную эффективность по сравнению с известными, позволяя с высокой надежностью выявлять дефекты различной природы и положения при высокой скорости контроля.