Устройство для ультразвукового испытания колесной пары рельсового подвижного состава

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИСПЫТАНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ РЕЛЬСОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА(71) Заявитель Дубина Анатолий Владимирович(72) Автор Дубина Анатолий Владимирович(73) Патентообладатель Дубина Анатолий Владимирович(57) 1. Устройство для ультразвукового испытания колесной пары рельсового подвижного состава, содержащее две иммерсионные ванны, размещаемые по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары, и пьезоэлектрические преобразователи,отличающееся тем, что в каждой иммерсионной ванне посредством -образной подвески установлена горизонтальная платформа, на которой размещены вертикальные и наклонная стойки угловой ориентации, в которых установлены пьезоэлектрические преобразователи,направляемые на поверхности колес колесной пары рельсового подвижного состава, причем каждая вертикальная стойка угловой ориентации включает нижнюю опору, неподвижно закрепленную на горизонтальной платформе, и верхнюю державку с гнездом для установки пьезоэлектрического преобразователя, зафиксированную в положении, ориентирующем акустическую ось установленного в ней пьезоэлектрического преобразователя под углом от 65 до 72 к поверхности испытываемого колеса рельсового подвижного состава в точке ввода ультразвука. 13416 1 2010.08.30 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наклонная стойка угловой ориентации установлена под углом от 83 до 87 к горизонтальной платформе и удалена на расстояние от 0,85 до 1,15 ширины обода испытываемого колеса рельсового подвижного состава от вертикальных стоек. Изобретение относится к средствам испытаний изделий ультразвуком и может быть использовано для выявления дефектов колес при ремонте и изготовлении подвижного состава железнодорожного транспорта. Известна установка для дефектоскопии колесных пар АУРА 1, включающая в себя встроенный в технологический рельсовый путь механизм вращения колесной пары, П-образный портал, на котором посредством привода крепятся два держателя ультразвуковых датчиков, состоящих из 5 рам, в каждой из которых может быть размещено до 6 ультразвуковых датчиков, контактирующих с поверхностью катания, и 5 дисков, каждый из которых содержит по 2 датчика, контактирующих с внутренней поверхностью обода колеса. Держатель ультразвуковых датчиков устанавливается на обод верхней части контролируемого колеса. Недостатком указанного комплекса является быстрый износ рабочей поверхности ультразвуковых датчиков, контактирующих непосредственно с контролируемым ободом колеса, а также недостаточная стабильность акустического контакта вследствие нарушения сплошности потока жидкости, подаваемой в зону контакта датчика с ободом колеса. Известен автоматизированный комплекс для дефектоскопии колесных пар Пеленгавтомат 2, который включает в себя размещенное между рельсами подъемно-поворотное устройство, которое обеспечивает подъем, разворот колесной пары на 180, вращение вокруг оси в процессе контроля. Подвод и отвод сканеров, содержащих ультразвуковые преобразователи, обеспечивается электроприводом, управляемым компьютером. В состав комплекса также входит система подачи, сбора и фильтрации контактирующей жидкости,которая подается в зазоры между рабочими поверхностями пьезоэлектрических преобразователей и проверяемой колесной пары для обеспечения акустического контакта. Недостатком указанного комплекса является низкая стабильность акустического контакта, необходимость тщательной очистки поверхности проверяемого колеса перед контролем и после выполнения контроля. Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для ультразвуковой дефектоскопии колесных пар рельсового транспорта, содержащее неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом,расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, подъемно-поворотное устройство для подъема и поворота колесной пары, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары и ее опор, два сканирующих устройства с пьезоэлектрическими преобразователями, дефектоскоп ультразвуковой, многоканальный коммутатор пьезоэлектрических преобразователей, блок регистрации угла поворота колесной пары вокруг ее оси вращения, включающий в себя съемную метку начала угловой координаты, датчик регистрации начала координат и датчик регистрации угла поворота колесной пары, причем выходы блока регистрации угла поворота колесной пары вокруг ее оси вращения и ультразвукового дефектоскопа соединены с входом блока управления, который соединен с многоканальным коммутатором пьезоэлектрических преобразователей и вычислительно-запоминающим устройством 3. Недостатком указанного устройства являются ограниченные возможности ориентации пьезоэлектрических преобразователей, что снижает эффективность и ограничивает область применения. Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения стенда для более широкого круга технологических процессов изготовления и ремонта колесных пар, повышение производительности и эффективности ультразвуковых испытаний. 2 13416 1 2010.08.30 Задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом,расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, подъемно-поворотное устройство для подъема и поворота колесной пары, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары, два сканирующих устройства с пьезоэлектрическими преобразователями, согласно изобретению, в каждой иммерсионной ванне посредством -образной подвески установлена горизонтальная платформа, на которой размещены вертикальные и наклонная стойки угловой ориентации, в которых установлены пьезоэлектрические преобразователи, направляемые на поверхности колес колесной пары рельсового подвижного состава, причем каждая вертикальная стойка угловой ориентации включает нижнюю опору, неподвижно закрепленную на горизонтальной платформе, и верхнюю державку с гнездом для установки пьезоэлектрического преобразователя,зафиксированную в положении, ориентирующем акустическую ось установленного в ней пьезоэлектрического преобразователя под углом от 65 до 72 к поверхности испытываемого колеса в точке ввода ультразвука. Наклонная стойка угловой ориентации пьезоэлектрических преобразователей, направленных на поверхность катания колеса, расположена под углом 8387 к горизонтальной платформе и удалена на расстояние (0,851,15) ширины обода испытываемого колеса рельсового подвижного состава от вертикальных стоек. На фиг. 1 показан фронтальный вид иммерсионной ванны со сканирующим устройством с разрезом по вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения колесной пары, на фиг. 2 - вид сверху на платформу со стойками пьезоэлектрических преобразователей, на фиг. 3 - вертикальная стойка с разрезом по оси стопорного винта. Устройство содержит неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, подъемно-поворотное устройство для подъема и поворота колесной пары, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары и ее опор. В каждой из иммерсионных ванн размещены сканирующие устройства с пьезоэлектрическими преобразователями, которые посредством вертикальных и наклонной стоек угловой ориентации закреплены на платформе, установленной на подвеске координатной системы. Конструкция сканирующего устройства показана на фиг. 1, 2 и 3. На нижней полке образной подвески 1 укреплена горизонтальная платформа 2, на которой размещены вертикальные стойки угловой ориентации преобразователей, и наклонная стойка. Каждая из вертикальных стоек состоит из нижней опоры 3, неподвижно закрепленной на платформе 2 посредством резьбового соединения, и верхней державки 4, в которой выполнено гнездо для фиксации пьезоэлектрического преобразователя 5, причем верхняя державка установлена в положение, ориентирующее акустическую ось пьезоэлектрического преобразователя 5 под углом , равным 6572 к плоскости поверхности контролируемого колеса в точке ввода ультразвука, и зафиксирована посредством стопорного винта 8. На наклонной стойке 6 закреплены две державки 7 с пьезоэлектрическими преобразователями 5, которые фиксируются путем затяжки винта 10. Платформа 2 с наклонными и вертикальными стойками и преобразователями 5 расположена в иммерсионной ванне 9. Работает устройство следующим образом. В зависимости от диаметра проверяемого колеса горизонтальная платформа 2 посредством -образной подвески 1 координатной системы устанавливается на заданную высоту. Иммерсионная ванна 9 заполнена жидкой средой, в качестве которой применена вода. При вращении колесной пары на опорах контролируемый объем металла колеса последовательно проходит через акустические поля пьезоэлектрических преобразователей 5, акустические оси которых ориентированы к поверхности колеса в точке ввода ультразвука под углом 65-72. При этом на границе раздела между водой и сталью происходит преобразование продольных волн в сдвиговые и преломление акустического поля, позволяющее оптимальным образом прозвучивать наиболее дефектоносные зоны колеса. 3 13416 1 2010.08.30 При ремонте или техническом обслуживании устройства при необходимости замены пьезоэлектрических преобразователей 5 ослабляется стопорный винт 8, с нижней опоры 3 снимается верхняя державка 4. Заменяется пьезоэлектрический преобразователь 5, после чего верхняя державка 4 устанавливается на нижнюю опору 3, ориентируется под заданным углом и фиксируется путем затяжки стопорного винта 8. Устройство реализовано в виде опытного образца, в котором в каждой иммерсионной ванне 9 на горизонтальной платформе 2 установлены по три вертикальных стойки и наклонная стойка 6. Посредством -образной подвески 1 горизонтальная платформа 2 соединена с координатной системой (в графических материалах не показана), которая устанавливает платформу 2 в требуемое положение. Нижние опоры 3 вертикальных стоек посредством резьбового соединения неподвижно закреплены на платформе 2. Нижние опоры 3 и верхние державки 4 вертикальных стоек изготовлены из латуни. В трубчатой части нижней опоры 4 выполнено радиальное отверстие с резьбой 5, которое позволяет посредством стопорного винта 8 фиксировать верхнюю державку 4 под заданным углом по отношению к плоскости поверхности контролируемого колеса. В верхних державках 4 выполнены цилиндрические отверстия для крепления пьезоэлектрических преобразователей 5. Наклонная стойка 6 оснащена двумя пьезоэлектрическими преобразователями 5, акустические оси которых направлены под углом 6572 к поверхности катания колеса в точке ввода ультразвука. Рабочая частота ультразвуковых преобразователей - 2,5 МГц, диаметр пьезоэлементов - 12 мм, кабельные вводы герметизированы для использования в жидкой среде. Сравнительные испытания заявляемого устройства показали сокращение на 15 времени проведения ультразвуковых испытаний колес и более высокую, по сравнению с устройством-прототипом, эффективность выявления дефектов сплошности металла в проверяемых колесах. Источники информации 1. Журнал В мире неразрушающего контроля. - СПб. -3. - сентябрь 2001. - С.59-62. 2. Журнал Железнодорожный транспорт. - М., 2004. -10. - С.70-71. 3. Заявка РБ 20020225. Способ ультразвуковой дефектоскопии колесных пар рельсового транспорта и устройство для его реализации // Бюллетень изобретений РБ. -3 (38), ч. 1. 2003. - С. 58. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4