Ручной сканер для неразрушающего контроля поверхности катания и прилегающих к ней зон колес рельсового транспорта
HAND SCANNER FOR NONDESTRUCTIVE INSPECTION OF ROLLING SURFACE AND ADJACENT AREAS OF WHEELS OF RAILWAY VEHICLES

Заявляемое изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля колес и рельсового транспорта и может быть использовано в области ручного неразрушающего контроля колес грузовых, пассажирских вагонов, тягового и мотор-вагонного железнодорожного подвижного состава, вагонов метрополитена, трамвая и др.
Колесная пара является одной из самых нагруженных и ответственных деталей подвижного состава, от исправной работы которой зависит безопасность перевозок людей и грузов, осуществляемых.рельсовым транспортом. Результаты анализа причин крушения поездов, компьютерного моделирования разрушения колесной пары, стендовые прочностные испытания колесных пар показали необходимость выявления зарождающихся и мелких поверхностных дефектов в виде несплошностей элементов конструкции колесной пары, так как именно их наличие и несвоевременное выявление, как показал опыт эксплуатации, приводит к разрушению колесной пары и катастрофическим последствиям в виде, например, сходов или крушения подвижных составов.
Заявляемое устройство предназначено для ручного неразрушающего контроля и обнаружения поверхностных несплошностей типа дефект на поверхности катания и прилегающих к ней зон колес и бандажей при их производстве, ремонте (текущем, среднем, капитальном), профилактическом контроле после определенного пробега колес, в том числе в составе колесной пары в условиях ограниченного пространства вагоноремонтных и локомотиворемонтных предприятий.
На крупных вагоноремонтных предприятиях, в распоряжении которых находятся большие ремонтные пространства и требуется очень большой объем проверки колесных пар за смену, производят контроль колесных пар вагонов с помощью автоматизированных комплексов контроля колесных пар, конструкции которых приведены в патентах РФ №84565 «Комплекс для контроля колесных пар грузовых вагонов», №39954 «Стенд для ультразвукового контроля колесных пар», №2289128 «Автоматизированная установка для дефектоскопии колесных пар вагонов».
Все три автоматизированные установки позволяют проводить контроль колесной пары, но реализуют только ультразвуковой метод контроля, что не исключает необходимости наличия на вагоноремонтном предприятии других обязательных методов неразрушающего контроля - поста магнитопорошкового контроля и поста вихретокового контроля. На небольших предприятиях обычно нет возможности проводить автоматизированный контроль колес из-за отсутствия пространства для установки габаритных автоматизированных комплексов неразрушающего контроля колесных пар, при этом, ультразвуковой метод контроля позволяет выявлять преимущественно внутренние и глубокие поверхностные дефекты объекта контроля, причем они уверенно выявляются тогда, когда их ориентация перпендикулярна направлению распространения акустической волны ультразвукового преобразователя. Если дефекты ориентированы вдоль линии распространения акустической волны, вероятность их обнаружения существенно снижается. Именно поэтому вихретоковый контроль введен нормативными документами, как обязательный вид контроля.
Известны установки, реализующие как ультразвуковой, так и вихретоковый способы неразрушающего контроля колесных пар вагонов: патент РФ №113365 «Устройство для неразрушающего контроля колесных пар», №82857 «Система диагностики колесной пары на базе полной дефектоскопии с применением бесконтактных методов неразрушающего контроля». Но все эти установки целесообразно использовать только на крупных предприятиях,
Известно решение (Патент US №5659248), в котором рассматривается устройство для контроля наличия поверхностных дефектов, выполненное в виде массива вихретоковых датчиков, который полностью покрывает контролируемую поверхность. Достоинством этого устройства, по мнению авторов, является отсутствие необходимости механического сканирования.
Известна установка для ручного контроля - патент №2453837 «Способ и прибор для ручного неразрушающего контроля полых шкворней оси, обладающих профилями поперечного сечения с переменными внутренними и внешними радиусами». Достоинством ее является небольшой размер. Но установка реализует только ультразвуковой метод контроля и не выявляет поверхностные дефекты.
Известно «Сканирующее устройство для контроля железнодорожных колес разных размеров», описанное в патенте РФ №2230314. Оно содержит опорное основание, жестко скрепленные с ним кронштейны с ультразвуковыми датчиками, ролики и возвратные пружины. В устройстве решена задача контроля колес для разных видов транспорта, т.е имеющих разные размеры. Также достоинством его является компактность. Но к недостатком следует отнести невозможность выявления поверхностных дефектов, так как используется ультразвуковой метод контроля. Это устройство является наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому.
Задачей, решаемой предлагаемым устройством является разработка ручного сканирующего устройства для неразрушающего контроля поверхности катания и прилегающих к ней зон колеса рельсового транспорта для выявления поверхностных несплошностей типа дефект.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое решение, как и известное, содержит опорную раму с кронштейнами, преобразователи и возвратную пружину. Но, в отличие от известного устройства, в предлагаемом часть опорной рамы выполнена в виде каретки с возвратным механизмом, возвратная пружина которого, заканчивается рукояткой, а в качестве преобразователей использованы многоэлементные интегральные вихретоковые преобразователи, рабочие поверхности которых установлены в соответствии с зонами контроля, причем преобразователи контроля гребня колеса и поверхности катания расположены с одной стороны опорной рамы, а преобразователи контроля внутреннего обода колеса, зоны упрочнения гребня и внешнего обода колеса установлены на противоположной стороне опорной рамы, при этом преобразователь контроля гребня колеса, часть рабочей поверхности которого повторяет форму гребня, и преобразователь контроля внутреннего обода колеса закреплены на выносных кронштейнах, снабженных направляющими роликами, а преобразователь контроля внешнего обода закреплены на каретке, так же на опорной раме закреплены блок приема сигналов от преобразователей и, по меньшей мере, одна ручка.
Техническим результатом достигаемым предлагаемым решением является расширение перечня средств неразрушающего контроля колес рельсового транспорта за счет создания ручного сканера вихретокового контроля, позволяющего выявлять за один оборот колеса поверхностные несплошности типа дефект на быстро изнашивающихся элементах колес, а за счет своих габаритов сканер позволит проводить экспресс-контроль в условиях ограниченного пространства производственных площадей.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены два общих вида предлагаемого сканера.
Устройство (фиг. 1) состоит из опорной рамы 1 с ручкой 2. На стороне опорной рамы, показанной на фиг. 1 установлены преобразователь 3 контроля гребня колеса и преобразователь 4 контроля поверхности катания. Преобразователь 3 закреплен на выносном кронштейне 5, снабженным направляющим роликом 6. Для контроля всей поверхности гребня часть рабочей поверхность преобразователя изогнута, повторяя изгиб гребня.
На стороне опорной рамы, показанной на фиг 2 расположены преобразователь 7 контроля внутреннего обода колеса, преобразователь 8 контроля зоны упрочнения гребня и преобразователь 9 контроля внешнего обода. Преобразователь 7 закреплен на выносном кронштейне 10 с направляющим роликом 11, а преобразователи 8 и 9 закреплены на каретке 12, которая составляет часть опорной рамы. Каретка 12 приводится в движение вручную с помощью рукоятки 13, соединенной с возвратной пружиной 14, при установке сканера на колесо. При этом оператор размещает сканер на колесе таким образом, что направляющие ролики 6 и 11 попадают на гребень колеса, и оператор отпускает рукоятку 13, и каретка возвращается в исходное положение. Поскольку все рабочие поверхности преобразователи установлены в соответствии с зонами контроля, преобразователь 3 попадает на гребень колеса, датчик 7 на внутренний обод, преобразователь 9 на внешний обод, а преобразователи 4 и 8, закрепленные на разных сторонах рамы, попадают на поверхность катания и зону упрочнения гребня соответственно. Контроль производится при одном полном обороте колеса и вся информация с датчиков аккумулируется в блоке 15 приема сигналов от преобразователей.
Возможность полного контроля перечисленных зон колеса и надежного выявления в них поверхностных дефектов обеспечивается размещением преобразователей с перекрытием рабочими поверхностями всех участков контроля. При этом важным является вид используемых преобразователей, а именно, многоэлементных интегральных вихретоковых преобразователей, каждый из которых представляет собой массив чувствительных вихретоковых элементов, выполненных, например, с помощью фотолитографии. При этом подмассивы разных слоев, идентичные по существу, смещены относительно друг друга так, что чувствительные элементы одного слоя обеспечивают, по меньшей мере, частичное покрытие частей контролируемой поверхности, не покрытых чувствительными элементами другого слоя.
Из приведенного выше описания ручного сканера следует: создан новый вид устройства, которое решает проблему проведения неразрушающего контроля колес (бандажей колес) рельсового транспорта вихретоковым методом на небольших предприятиях по выпуску и ремонту рельсового транспорта.