ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОЛЁСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Полезная модель относится к устройствам для испытаний чувствительных элементов ультразвуковых (УЗ) дефектоскопов - зондов, использующихся для исследований объектов сложной формы, например, железнодорожных рельсов. Образец может быть использован при изготовлении и эксплуатации УЗ колесных преобразователей.
При УЗ дефектоскопии объектов используются электроакустические преобразователи (ЭАП), обеспечивающие излучение зондирующих и прием УЗ сигналов отраженных от дефектов [1]. Для исследования всего объема объекта перемещают ЭАП по поверхности объекта, а зондирование осуществляется с шагом, выбранным, исходя из требований по разрешающей способности.
УЗ зонды могут быть выполнены в разных конструктивных вариантах: одиночный ЭАП, зонд в форме «лыжи» [2] или УЗ колеса, на оси вращения которого установлены ЭАП, снаружи имеется эластичная мембрана, а внутренний объем заполнен звукопроводящей жидкостью [3], [4], [5] и [6].
Наиболее близким к заявляемому является образец для испытаний ультразвуковых зондов - [7], выполненный в виде объемного металлического тела, имеющего внутренние модели дефектов и их поверхностные метки. Внутренние модели дефектов обычно выполняются в виде сверлений, пропилов и т.п. искусственных отражателей УЗ сигналов. Метки на поверхности образца позволяют контролировать положение ЭАП (УЗ зонда) на поверхности образца относительно моделей дефектов. Такое устройство позволяет выполнить испытание ЭАП, т.е. проверить качество изготовления ЭАП, углы ввода УЗ колебаний зонда и т.п.
Недостатком образца [7] является возможность контроля УЗ зондов только в статике - при неподвижном или медленном перемещении УЗ зонда по поверхности образца. Вместе с тем, при практическом использовании УЗ зонды двигаются по рельсовому пути с высокими скоростями - до 80 км/час. В таких условиях могут проявляться явления, которые трудно наблюдать в реальных условиях, когда УЗ зонд расположен под вагоном-дефектоскопом и перемещается по рельсам с высокой скоростью. Необходимость в таком наблюдении особенно актуальна для акустических УЗ колесных преобразователей, у которых на высоких скоростях вращения могут возникать:
- вибрации, связанные с точностью балансировки;
- вспенивание акустической жидкости внутри колеса;
- пробуксовка колеса;
и другие явления.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является обеспечение возможности испытания зондов в виде УЗ колесных преобразователей в динамическом режиме в лабораторных условиях.
Для решения поставленной задачи образец для испытания ультразвукового колесного преобразователя, выполненный в виде объемного металлического тела, имеющего внутренние модели дефектов и их поверхностные метки, выполнен в виде колеса, с возможностью вращения вокруг оси, обод колеса имеет поперечное сечение, совпадающее с профилем поперечного сечения рельса, а оси вращения колеса и симметрии сечения перпендикулярны.
Заявляемый образец иллюстрируют следующие графические материалы:
Фиг. 1 - образец, способный вращаться вокруг горизонтальной оси, где:
1 - образец;
2 - ось вращения образца;
3 - модели дефектов;
4 - метки дефектов.
Фиг. 2 - образец с зондом в виде УЗ колеса, где:
5 - УЗ колесо.
Существенными отличиями заявляемой полезной модели являются.
Выполнение образца для испытаний УЗ зонда в виде колеса с возможностью вращения вокруг оси. Такое исполнение образца позволяет проводить испытания УЗ зонда в динамическом режиме, вращая рельс-колесо.
В прототипе образец и позволяет проводить только статические испытания.
Выполнение обода образца (колеса) с поперечным сечением, совпадающим с профилем поперечного сечения рельса, позволяет проводить полунатурные испытания УЗ колесных преобразователей со сложными схемами прозвучивания, например, использующими отражение зондирующего сигнала от поверхностей рельса.
В прототипе образец выполнен в виде металлического бруска, что позволяет проверять только прямые линии зондирования от ЭАП к дефекту и обратно.
Выполнение образца для испытаний (колеса) так, чтобы оси вращения колеса и симметрии сечения перпендикулярны, позволяет получить образец, вида фиг. 1. При этом поверхность катания образца рельса оказывается искривленной, что затрудняет его использование для УЗ зондов в виде лыжи. Однако продольная ось рельса лежит в одной плоскости, поэтому такой образец более целесообразно использовать для испытаний зондов в виде УЗ колеса или одиночных ЭАП. При этом через образующееся пятно контакта между упругой поверхностью оболочки УЗ колесного преобразователя и образца для испытаний надежно обеспечивается ввод УЗ колебаний под требуемыми углами.
В прототипе возможно испытание любых зондов, но только в статическом режиме и для простых схем прозвучивания.
Рассмотрим возможность реализации заявляемой полезной модели на примере испытаний УЗ зонда в виде УЗ колесного преобразователя.
Заявляемый образец 1 в простейшем случае может быть выполнен токарной обработкой металлической заготовки приобретающей вид «рельса согнутого в кольцо вокруг подошвы» Фиг. 1 с горизонтальной осью вращения 2. Диаметр колеса 1 выбирается таким, чтобы кривизна поверхности в незначительной степени влияла на точность измерений. В образец 1, Фиг. 1, вводятся модели дефектов 3 в виде искусственно созданных отражателей УЗ сигналов, выполненных в виде сверлений, пропилов и т.п. На образец 1 наносятся метки 4, которые могут быть выполнены в виде рисок (при ручном вращении образца), магнитных, оптических и т.п. маркеров пригодных для автоматического считывания на высоких скоростях вращения образца 1. Метки 4 располагаются в соответствии с положением моделей дефектов 3. УЗ колесный преобразователь 5 подключается к УЗ дефектоскопу. На образец устанавливается УЗ колесный преобразователь. Он может располагаться на разных поверхностях образца (рельса): поверхности катания, боковых поверхностях головки, шейке и т.д. Направления излучения и приема сигналов ЭАП УЗ колесного преобразователя зависят от выбранной методики измерений.
При проведении статических испытаний образец 1 поворачивается вручную. При этом проверяется соответствие моментов появления УЗ сигналов, отраженных от моделей дефектов 3 положению УЗ колесного преобразователя 5 относительно меток 4. Оценивается амплитуда принятых сигналов. При необходимости проводится замена или коррекция положения ЭАП внутри УЗ колесного преобразователя 5.
Для проведения динамических измерений образец 1 снабжается приводами, обеспечивающими его вращение с заданной скоростью. Колесный УЗ преобразователь 5, фиг. 2 устанавливается на образец 1 неподвижно, используя, например, штатные механизмы крепления УЗ зонда к вагону дефектоскопу (тележке), обеспечивающие удержание в заданном положении и прижатие УЗ зонда к рельсу. В этом случае возможно испытание и этих механизмов. Около образца 1 устанавливаются датчики устройства считывания магнитных, оптических и т.п. меток 4. Выходы УЗ дефектоскопа и датчиков подключаются к компьютеру. Описанные выше приводы, механизмы удержания, датчики и компьютер выходят за рамки заявляемой полезной модели и на Фиг. 2 не показаны с целью упрощения.
При вращении образца с выбранной скоростью УЗ колесный преобразователь 5, взаимодействуя с дефектоскопом, излучает зондирующие и принимает УЗ сигналы, отраженные от моделей дефектов 3, а датчики меток 4 передают в компьютер сигналы, синхронизирующие положение образца 1 с текущим относительным положением УЗ колесного преобразователя 5. В результате появляется возможность оценить точность и качество изготовления колесного УЗ зонда, качества и ориентации ЭАП, свойств механизмов подвеса УЗ зонда на рельсе и т.д.
Таким образом, заявляемый образец может быть реализован, обеспечивает возможность полунатурных динамических испытаний УЗ зондов, а за счет этого позволяет повысить качество дефектоскопии и безопасность железнодорожных перевозок.
Источники информации:
1. Марков А.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов., 2-е изд. перераб. и доп. - СПб.: Образование - Культура, 2008. 283 с.
2. Патент GB 1506214.
3. Патент RU 89235.
4. Патент WO 9701094.
5. Патент US 6604421.
6. Патент RU 2504767.
7. ГОСТ 18576-96.