УСТАНОВКА ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС В ДВИЖЕНИИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использована для диагностики цельнокатаных колес колесных пар вагонов при движении поезда на малой скорости.
Известно устройство контроля поверхности катания колеса при движении рельсового подвижного состава, содержащее измерительный рельс, установленные на нем идентичные оптические измерительные блоки и электронный блок обработки сигналов, причем каждый оптический измерительный блок содержит источник света, дифракционную решетку. Работа устройства основана на формировании растра из М разнесенных вдоль направления движения колеса вееров лучей по N лучей в каждом веере, регистрации отраженных лучей с помощью М×L фотоприемников, измерении временных интервалов между М×N×L откликами фотоприемников и расчете параметров отклонения формы поверхности катания колеса от эталонной формы путем сравнения измеренных интервалов с известным распределением величин интервалов для эталонной формы (RU2122956 C1, B 61 K 9/12, 10.12.98). Устройство позволяет получить полную информацию о форме поверхности катания колеса, в том числе о различных дефектах поверхности.
Недостатком известного устройства является выявление дефектов только на контролируемой поверхности и невозможность осуществление контроля подповерхностной зоны. Кроме того, достоверность контроля в значительной степени зависит от загрязненности контролируемой поверхности.
В качестве прототипа принята ультразвуковая установка для автоматизированной проверки колес железнодорожного транспорта, содержащая установленные на участке контроля рельсового пути ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и блок определения начала прохождения колесной пары через участок контроля рельсового пути, входы излучающих пьезоэлектрических преобразователей соединены с соответствующими выходами генераторов генераторного блока, подключенного к блоку синхронизации, а
выходы приемных пьезоэлектрических преобразователей соединены с соответствующими входами блока усилителей, выходы которых через блок предварительной обработки информации соединены с вычислителем («Автоматизированная ультразвуковая система контроля колес» компании "ТВЕМА", Евразия Вести, IX 2003).
Известная установка обеспечивает контроль цельнокатаных колес в движении. Однако ее работа осуществляется в недостаточно широком температурном диапазоне. В частности, ограничение температурного диапазона в области низких температур обусловлено использованием при ультразвуковом контроле контактной жидкости. Достоверность осуществляемого установкой контроля в значительной степени зависит от загрязненности контролируемой поверхности.
Технический результат полезной модели заключается в повышении достоверности контроля с одновременном увеличением температурного диапазона работы устройства.
Технический результат полезной модели достигается тем, что установка для контроля цельнокатаных колес в движении содержащая установленные на участке контроля рельсового пути ультразвуковые преобразователи и блок определения начала прохождения колесной пары через участок контроля рельсового пути. входы излучающих ультразвуковых преобразователей соединены с соответствующими выходами генераторов генераторного блока, подключенного к блоку синхронизации, а выходы приемных ультразвуковых преобразователей соединены через блок усилителей с соответствующими входами блока предварительной обработки информации, снабжена блоком индикации с памятью. ультразвуковые преобразователей выполнены в виде электромагнитноакустических преобразователей, причем излучающие электромагнитноакустические преобразователи имеют разные частоты излучения. обеспечивающие формирование в контролируемом объекте волн Релея, а блок определения начала прохождения колесной пары через участок контроля рельсового пути выполнен в виде блока оптических датчиков, при этом выход блока оптических датчиков подключен к входу запуска блока синхронизации. соединенного с входами синхронизации соответственно блока индикации с
памятью и блока предварительной обработки информации, к выходу которого подключен вход блока индикации с памятью.
Использование в полезной модели электромагнитно N акустических преобразователей исключает потребность в контактирующей жидкости и позволяет осуществлять работу в условиях низких температур (до -40°С) и высокой загрязненности контролируемого изделия.
Технический результат для второго варианта полезной модели достигается тем, что установка для бесконтактного неразрушающего контроля цельнокатаных колес в движении содержащая установленные на участке контроля рельсового пути ультразвуковые преобразователи и блок определения начала прохождения колесной пары через участок контроля рельсового пути, входы излучающих ультразвуковых преобразователей соединены с соответствующими выходами генераторов генераторного блока, подключенного к блоку синхронизации, а выходы приемных ультразвуковых преобразователей соединены через блок усилителей с соответствующими входами блока предварительной обработки информации, снабжена блоком индикации с памятью, а на участке контроля рельсового пути дополнительно установлены вихретоковые и/или феррозондовые преобразователи, входы которых подключены к соответствующим выходам генераторного блока, а их выходы соединены через блок усилителей с соответствующими входами блока предварительной обработки информации, ультразвуковые преобразователей выполнены в виде электромагнитноакустических преобразователей, причем излучающие электромагнитноакустические преобразователи имеют разные частоты излучения. обеспечивающие формирование в контролируемом объекте волн Релея, а блок определения начала прохождения колесной пары через участок контроля рельсового пути выполнен в виде блока оптических датчиков, при этом выход блока оптических датчиков подключен к входу запуска блока синхронизации. соединенного с входами синхронизации соответственно блока индикации с памятью и блока предварительной обработки информации, к выходу которого подключен вход блока индикации с памятью.
На чертеже (рис.1) представлена структурная схема установки для бесконтактного неразрушающего контроля цельнокатаных колес в движении.
Установка для контроля цельнокатаных колес в движении содержит установленные на участке контроля рельсового пути, излучающие электромагнитноакустические преобразователи 1, 2, которые имеют разные частоты излучения, обеспечивающие формирование в контролируемом объекте волн Релея, приемные электромагнитноакустические преобразователи 3. 4. входы излучающих электромагнитноакустических преобразователей 1, 2 соединены с соответствующими выходами генераторов генераторного блока 5, подключенного к блоку 6 синхронизации, выходы приемных электромагнитноакустических преобразователей 3, 4 соединены через блок 7 усилителей с соответствующими входами блока 8 предварительной обработки информации, подключенного к входу блока 9 индикации с памятью, блок определения начала прохождения колесной пары через участок контроля рельсового пути выполнен в виде блока 10 оптических датчиков, выход блока 10 оптических датчиков подключен к входу запуска блока 6 синхронизации, соединенного с входами синхронизации генераторного блока 5, блока 8 предварительной обработки информации и блока 9 индикации с памятью. Во втором варианте исполнения установка дополнительно снабжена вихретоковыми преобразователями 12 и/или феррозондовыми преобразователями 13, входы которых подключены к соответствующим выходам генераторного блока 5, а их выходы соединены через блок 7 усилителей с соответствующими входами блока предварительной обработки информации.
Установка для контроля цельнокатаных колес в движении работает следующим образом.
В основу работы установки положен бесконтактный способ возбуждения и приема ультразвуковых колебаний в контролируемом колесе, основанный на электромагнитноакустическом методе.
При движении колесной пары по рельсам на участке контроля рельсовою пути одно из колес колесной пары пересечет оптическую ось оптических датчиков. выполненных, например, в виде системы светодиодов и фотодиодов, и размещенных в блоке 10, который установлен на участке контроля 11. В этот
момент обод колеса находится на минимальном расстоянии от электромагнитноакустических преобразователей 1, 2, 3, 4. При срабатывании блока 10 оптических датчиков по его выходному сигналу осуществляется запуск блока 6 синхронизации, который вырабатывает синхроимпульсы для запуска генераторов генераторного блока 5 и синхронизации работы блока 8 предварительной обработки информации и блока 9 индикации с памятью. При запуске генераторов генераторного блока 5 формируются зондирующие импульсы, которые по кабелям поступают на электромагнитноакустические преобразователи 1, 2, возбуждающие на поверхности обода колеса волны Релея. Частоты излучения электромагнитноакустических преобразователей 1, 2 могут быть выбраны соответственно 0,5 МГц и 0,25 МГц. Поверхностные волны Релея несколько раз «обегают» обод колеса и принимаются приемными электромагнитноакустическими преобразователями 3, 4, которые настроены на соответствующие частоты излучения (0,5 МГц и 0,25 МГц). Для получения требуемой достоверности и информативности контроля анализ временных и амплитудных характеристик принятых сигналов можно осуществлять при четырехкратном «обегании» ультразвуковой волной поверхностей катания контролируемых колес. Принятые сигналы по кабелям поступают в блок 7 усилителей, где усиливаются до требуемой величины, а затем поступают в блок 8 предварительной обработки информации, где преобразуется к виду, удобному для дальнейшей обработки и индикации. Обработанные сигналы с выхода блока 8 поступают в блок 9 индикации с памятью, в качестве которого может быть использован, в частности, запоминающий осциллограф 54622D, на который также поступают синхроимпульсы с блока 6 синхронизации. При наличии дефекта (например, поперечная трещина на поверхности обода колеса) в промежутках между кольцевыми сигналами появляются сигналы, отраженные от трещины. По осциллограмме отраженных сигналов в первом и втором каналах можно провести анализ состояния рабочей поверхности обода колеса. Дополнительная установка на участке контроля рельсового пути вихретоковых и/или феррозондовых преобразователей 12, 13 расширяет диапазон выявляемых дефектов, т.е. позволяет обеспечить более полный контроль возможных видов дефектов контролируемого
изделия, в частности, обнаружить нарушения сплошности материала (трещины, раковины) и т.д.
Использование в предлагаемой установке для контроля цельнокатаных колес в движении электромагнитноакустического метода позволило осуществлять возбуждение и регистрацию ультразвуковых колебаний без применения контактной жидкости, что существенно повысило достоверность контроля, причем возбуждение и прием ультразвуковых колебаний осуществляется в широком диапазоне температур объекта контроля, при этом требование к качеству подготовки поверхности объектов контроля при использовании электромагнитноакустического метода существенно ниже, чем при использовании контактного метода.