УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МОБИЛЬНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП

Полезная модель относится к области дефектоскопии и может использоваться преимущественно в съемных устройствах для обнаружения дефектов рельсов железнодорожного транспорта и метрополитена.
Для надежной работы ультразвуковых мобильных дефектоскопов с обеспечением необходимой точности измерений требуется соблюдение высокого качества акустического контакта между поверхностью рельса и ультразвуковыми преобразователями дефектоскопных узлов. Для этого в область между поверхностью катания головки рельса и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей подают контактирующую жидкость, например, водно-глицериновую смесь.
Известен, например, ультразвуковой мобильный дефектоскоп, выполненный в виде устанавливаемой на рельсах съемной тележки, на которой размещен диагностический комплекс, включающий соединенные с микропроцессорным блоком два дефектоскопных узла, связанных трубопроводами с емкостью для хранения и подачи контактирующей жидкости, снабженной органом управления подачей контактирующей жидкости, а также включает узел позиционирования и путеизмерительное оборудование (RU 62751 U1, 2007). Это устройство сложно по конструкции и в эксплуатации. Его использование для обнаружения дефектов рельсов ограничено свойствами контактирующей жидкости и практически невозможно в зимний период при отрицательных температурах.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является ультразвуковой мобильный дефектоскоп, выполненный в виде съемной дефектоскопной тележки, на раме которой размещены два дефектоскопных узла, связанные с микропроцессорным блоком, снабженные узлами нагрева контактирующей жидкости теплоизолированная емкость с контактирующей жидкостью и соединенные с ней трубопроводы, выполненные с обеспечением возможности подачи нагретой контактирующей жидкости в область между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей соответствующего дефектоскопного узла, и связанный с узлами нагрева контактирующей жидкости автономный источник электропитания (RU 198306 U1, 2020). В этом дефектоскопе трубопроводы и дефектоскопные узлы снабжены внутренним нагревательным элементом в виде провода с высоким электрическим сопротивлением. В теплоизолированной емкости может быть размещен трубчатый электронагреватель. Теплоизолированная емкость снабжена органом управления подачей контактирующей жидкости в виде запорного крана, который снабжен внешним электрическим нагревательным элементом в виде провода с высоким электрическим сопротивлением. Теплоизолированная емкость может быть выполнена в виде одной или двух канистр с контактирующей жидкостью.
В этом дефектоскопе при контроле дефектов не обеспечиваются неизменные температурные условия в области между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей при различных условиях эксплуатации. В зависимости от состояния окружающей среды надежность и стабильность акустического контакта между рельсом и ультразвуковыми преобразователями может значительно меняться. Это не позволяет достичь высокой точности контроля дефектов рельсов при различных условиях окружающей среды.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в создании ультразвукового мобильного дефектоскопа, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, состоит в повышении точности контроля дефектов рельсов при различных условиях окружающей среды.
Это достигается тем, что в ультразвуковом мобильном дефектоскопе, выполненным в виде съемной дефектоскопной тележки, на раме которой размещены два дефектоскопных узла, связанные с микропроцессорным блоком, снабженные узлами нагрева контактирующей жидкости теплоизолированная емкость с контактирующей жидкостью и соединенные с ней трубопроводы, выполненные с обеспечением возможности подачи нагретой контактирующей жидкости в область между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей соответствующего дефектоскопного узла, и связанный с узлами нагрева контактирующей жидкости автономный источник электропитания, узлы нагрева контактирующей жидкости выполнены с обеспечением возможности поддержания в этих областях температуры контактирующей жидкости, в качестве которой выбрана техническая вода, в пределах от +3 до +50°С, при этом автономный источник электропитания снабжен средством управления узлами нагрева контактирующей жидкости, каждый из трубопроводов снабжен чехлом-утеплителем, а на своем выходном участке каждый трубопровод снабжен узлом измерения температуры контактирующей жидкости. Средство управления узлами нагрева контактирующей жидкости и узлы измерения температуры контактирующей жидкости могут быть выполнены с обеспечением возможности автоматического регулирования ее температуры в областях между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей, при этом средство управления узлами нагрева контактирующей жидкости и узлы измерения температуры контактирующей жидкости соединены с микропроцессорным блоком. Узлы нагрева контактирующей жидкости могут включать электрические нагреватели. Электрические нагреватели могут быть выполнены в виде трубчатого электронагревателя, размещенного внутри теплоизолированной емкости с контактирующей жидкостью и в трубопроводах в выполненных в них переходниках. Электрические нагреватели могут быть выполнены в виде греющего кабеля, размещенного внутри трубопроводов. Узлы нагрева контактирующей жидкости могут включать индукционные нагреватели, каждый из которых содержит индуктор и металлическую заготовку, расположенные с обеспечением возможности индуцирования в металлической заготовке замкнутого вихревого тока. Индукторы могут быть размещены снаружи теплоизолированной емкости с контактирующей жидкостью между ее стенками и теплоизоляцией, а металлические заготовки выполнены в виде пластин, размещенных внутри теплоизолированной емкости с контактирующей жидкостью. Индукторы могут быть размещены снаружи трубопроводов между их стенками и чехлом-утеплителем. Металлические заготовки могут быть выполнены в виде проволоки, размещенной внутри трубопроводов. Металлические заготовки могут быть выполнены в виде сердечников, установленных посредством проставок внутри трубопроводов. Узлы нагрева контактирующей жидкости могут включать инфракрасные нагреватели. Инфракрасные нагреватели могут быть выполнены ленточными и размещены снаружи теплоизолированной емкости с контактирующей жидкость между ее стенками и утеплителем и снаружи трубопроводов между их стенками и чехлом-утеплителем. Узлы нагрева контактирующей жидкости могут включать тепловентиляторы. Тепловентиляторы могут быть размещены с обеспечением возможности подачи потока нагретого воздуха в область между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей соответствующего дефектоскопного узла.
Указанный технический результат обеспечивается в рамках реализации назначения всей совокупностью существенных признаков, представленной в формуле полезной модели, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата. Заявленный ультразвуковой мобильный дефектоскоп представляет собой одно устройство, конструктивные элементы которого, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивном единстве и функционально взаимосвязаны (находятся в конструктивно-функциональном единстве). Их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом. Все конструктивные элементы устройства объединены в единую конструкцию и при его изготовлении соединяются между собой сборочными операциями на предприятии-изготовителе.
На фиг. 1 показана структурная электронная блок-схема ультразвукового мобильного дефектоскопа (условно отражено наличие одного дефектоскопного узла, узла нагрева и узла измерения температуры контактирующей жидкости). На фиг. 2 показан общий вид ультразвукового мобильного дефектоскопа. На фиг. 3 показан общий вид дефектоскопного узла с ультразвуковыми преобразователями.
Ультразвуковой мобильный дефектоскоп выполнен в виде съемной дефектоскопной тележки. На ее раме 1 размещены два дефектоскопных узла 2, связанные с микропроцессорным блоком 3, и теплоизолированная емкость с контактирующей жидкостью, которая выполнена преимущественно в виде одной или двух отдельных канистр 4 с теплоизоляцией, снабженных запорным краном (на чертежах не показан). Их теплоизоляция выполнена, например, в виде чехла-утеплителя. С канистрами 4 соединены трубопроводы 5. Канистры 4 и трубопроводы 5 снабжены узлами 6 нагрева контактирующей жидкости и выполнены с обеспечением возможности подачи нагретой контактирующей жидкости в область между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей 7 соответствующего дефектоскопного узла 2. На раме 1 размещен также автономный источник 8 электропитания, связанный с узлами 6 нагрева контактирующей жидкости. Микропроцессорный блок 3 преимущественно снабжен собственным источником электропитания или может быть соединен с автономным источником 8 электропитания. Узлы 6 нагрева контактирующей жидкости выполнены с обеспечением возможности поддержания в областях между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью соответствующего ультразвукового преобразователя 7 температуры контактирующей жидкости в пределах от +3 до +50°С. В качестве контактирующей жидкости выбрана техническая вода. Автономный источник 8 электропитания снабжен средством 9 управления узлами 6 нагрева контактирующей жидкости, через который автономный источник 8 электропитания соединен с узлами 6 нагрева контактирующей жидкости. Каждый из трубопроводов 5 снабжен чехлом-утеплителем (на чертежах не показано). Чехлы-утеплители на трубопроводах 5 и на канистрах 4 выполнены, например, в виде самоклеящегося материала типа пенофола А с алюминиевым отражателем. На своем выходном участке каждый из трубопроводов 5 в соответствующем дефектоскопном узле 2 снабжен узлом 10 измерения температуры контактирующей жидкости. Средство 9 управления узлами 6 нагрева контактирующей жидкости выполнены, например, с обеспечением возможности автоматического регулирования ее температуры в областях между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей 7 соответствующего дефектоскопного узла 2. При этом средство 9 управления узлами 6 нагрева контактирующей жидкости и узлы 10 измерения ее температуры соединены с микропроцессорным блоком 3. Средство 9 управления узлами 6 нагрева контактирующей жидкости может быть выполнено, например, на основе термореле и снабжено электрическим включателем/выключателем, а узлы 10 измерения температуры контактирующей жидкости могут быть выполнены, например, в виде электронного датчика 11 температуры.
Узлы 6 нагрева контактирующей жидкости могут включать электрические нагреватели. Электрические нагреватели могут быть выполнены в виде трубчатого электронагревателя, размещенного как внутри канистр 4, так и внутри трубопроводов 5 в выполненных в них переходниках (на чертежах не показано). Электрические нагреватели могут быть выполнены также в виде размещенного внутри трубопроводов 5 греющего кабеля 12, например, марки СНО 1×0,5ф.
Узлы нагрева контактирующей жидкости могут включать индукционные нагреватели (на чертежах не показано). Каждый из них содержит соединенный с микропроцессорным блоком 3 индуктор и металлическую заготовку, расположенные с обеспечением возможности индуцирования в металлической заготовке замкнутого вихревого тока. Индукторы могут быть размещены снаружи канистр 4 между их стенками и теплоизоляцией, а металлические заготовки могут быть выполнены в виде размещенных внутри них пластин. Индукторы могут быть также размещены снаружи трубопроводов 5 между их стенками и чехлом-утеплителем, а металлические заготовки выполнены в виде размещенной внутри трубопроводов 5 проволоки. Размещаемая в канистрах 4 металлическая заготовка может быть также выполнена в виде отрезка проволоки, например, в виде стального прутка диаметром 20 мм и длиной 100 мм, фиксируемая в них посредством изолирующих проставок. Размещаемые внутри трубопроводов 5 металлические заготовки могут быть выполнены и в виде сердечников, установленных в трубопроводах 5 посредством проставок.
Узлы нагрева контактирующей жидкости могут включать инфракрасные излучатели (на чертежах не показано). Они могут быть выполнены ленточными и размещены снаружи канистр 4 между их стенками и утеплителем и снаружи трубопроводов 5 между их стенками и чехлом-утеплителем. В качестве ленточных инфракрасных нагревателей могут быть использованы, например, лучистые электронагреватели типа ПЛЭН с шириной ленты 20 или 100 мм, которой с помощью двусторонней клейкой монтажной ленты покрывают всю внешнюю поверхность канистр 4.
Узлы нагрева контактирующей жидкости могут включать тепловентиляторы, в количестве преимущественно двух, каждый из которых размещен, например, с обеспечением возможности подачи потока нагретого воздуха в область между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей 7 соответствующего дефектоскопного узла (на чертежах не показано). Тепловентиляторы содержат, например, спиральный нагревательный элемент, на который подается поток воздуха. Часть нагретого воздушного потока посредством гибкого воздуховода может также подаваться в полость между внешней поверхностью канистр 4 и утеплителем.
В ультразвуковом мобильном дефектоскопе могут использоваться узлы нагрева контактирующей жидкости различных указанных типов и в различных сочетаниях.
Канистры 4 заполняются технической водой. Выбор технической воды в качестве контактирующей жидкости обусловлен ее «неагрессивностью» и, наряду с ее доступностью и дешевизной, возможностью создавать хороший акустический контакт между головкой рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей 7. Для приведения ультразвукового мобильного дефектоскопа в рабочее состояние его ставят на рельсы, включают электропитание от автономного источника 8 электропитания и после нагрева технической воды начинают передвигать дефектоскоп по рельсам, контролируя посредством микропроцессорного блока 3 наличие и характер дефектов в них. При этом микропроцессорный блок 3 обеспечивает возбуждение в ультразвуковых преобразователях 7 ультразвуковых волн и прием электрических сигналов, соответствующих отражениям ультразвуковых волн от дефектов. В микропроцессорном блоке 3 происходит обработка электрических сигналов и обеспечивается контроль наличия и характера дефектов рельсов, а также хранение полученных данных. Начиная с момента начала передвижения ультразвукового мобильного дефектоскопа из канистр 4 к ультразвуковым преобразователям 7 через трубопроводы 5 подается нагретая до постоянной температуры техническая вода. Оптимальное значение температуры технической воды в области между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей 7 обеспечивается за счет возможности использования тех или иных типов узлов нагрева 6 контактирующей жидкости, в том числе их сочетания. Измеренное в указанной области значение температуры управления узлами 6 нагрева контактирующей жидкости передается в микропроцессорный блок 3, с которым связано средство 9 управления узлами нагрева 6 контактирующей жидкости. Средство 9 управления узлами нагрева 6 контактирующей жидкости, также соединенное с микропроцессорным блоком 3, совместно с ним обеспечивает поддержание температуры технической воды в указанной области от +3 до +50°С в зависимости от различных условий окружающей среды. При этом величины температуры +50°С достаточно для исключения замерзания технической воды в указанной области при расчетной температуре воздуха -40°С, а величина температуры +3°С при соответствующих положительных значениях температуры окружающей среды позволяет эффективно экономить электроэнергию для нагрева. Пределы оптимального температурного интервала выбраны эмпирическим путем и подтверждены экспериментально. Наличие утеплительных элементов на канистрах 4 и трубопроводах 5 обеспечивают минимальный расход электроэнергии для нагрева и стабильное поддержание температуры технической воды при различных условиях окружающей среды. Важно также, что нагрев технической воды предусмотрен на всех участках ее прохождения - в канистрах 4, трубопроводах 5 и непосредственно в области между поверхностью катания головки рельсов и рабочей поверхностью ультразвуковых преобразователей 7. Это позволяет обеспечить эффективный и равномерный прогрев технической воды, избежать резких скачков изменения ее температуры. Подача нагретой таким образом технической воды в область контроля позволяет полностью исключить влияние внешней среды на работу дефектоскопных узлов 2 при эксплуатации ультразвукового мобильного дефектоскопа (время года, наличие атмосферных осадков, температура рельсов) и создать стабильные условия при выявлении дефектов рельсов. Это повышает точность контроля дефектов рельсов при различных условиях окружающей среды, а также его надежность и объективность.
Ультразвуковой мобильный дефектоскоп, выполненный в соответствии с полезной моделью, обеспечивает более высокую точность контроля дефектов рельсов при различных условиях окружающей среды по сравнению с известными аналогичными. Он прост по конструкции и удобен в эксплуатации, позволяет с высокой надежностью и объективностью выявлять дефекты рельсов при любых условиях окружающей среды, в том числе в зимний период при значительных отрицательных температурах.