Способ ультразвуковой дефектоскопии колесных пар рельсового транспорта и устройство для его реализации

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ КОЛЕСНЫХ ПАР РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ(71) Заявитель Дубина Анатолий Владимирович(72) Автор Дубина Анатолий Владимирович(73) Патентообладатель Дубина Анатолий Владимирович(57) 1. Способ ультразвуковой дефектоскопии колесной пары рельсового транспорта, в котором колесную пару нижней частью контролируемых колес погружают в иммерсионные ванны с контактной жидкостью, фиксируют с возможностью поворота вокруг оси вращения и осуществляют прозвучивание колес одновременно с вращением колесной пары, отличающийся тем, что прозвучивание осуществляют с помощью сканирующих устройств 10063 1 2007.12.30 с пьезоэлектрическими преобразователями, расположенными в ваннах с контактной жидкостью, на контролируемом колесе фиксируют съемную метку начала угловой координаты и задают направление вращения колесной пары, колесную пару вращают в заданном направлении К оборотов относительно неподвижного сканирующего устройства, одновременно регистрируют угловую координату съемной метки по отношению к сканирующему устройству, запоминают угловые координаты и амплитуды принимаемых сигналов,и по превышению браковочного уровня принимаемого сигнала судят о наличии недопустимых дефектов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что амплитуды принимаемых сигналов, различающиеся по угловой координате на целое число полных оборотов (2 П), складывают, и о наличии недопустимого дефекта судят по превышению браковочного уровня суммарного сигнала, равного Кбр., где К - число оборотов, выполненных колесной парой, бр. - амплитуда сигнала от недопустимого дефекта при настройке дефектоскопа на уровень браковочной чувствительности. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после выполнения К оборотов колесной пары коммутируют следующий пьезоэлектрический преобразователь, и цикл контроля повторяют для каждого из преобразователей. 4. Устройство для ультразвуковой дефектоскопии колесной пары рельсового транспорта, содержащее неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары,привод с фрикционным роликом, расположенным с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, подъемно-поворотное устройство, две иммерсионные ванны, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары и опор, отличающееся тем, что содержит расположенные в иммерсионных ваннах два сканирующих устройства с пьезоэлектрическими преобразователями, связанными посредством многоканального коммутатора со входом ультразвукового дефектоскопа, блок управления, входы которого связаны с выходами блока регистрации угла поворота колесной пары вокруг ее оси вращения, ультразвукового дефектоскопа и вычислительно-запоминающего устройства, а выходы - с многоканальным коммутатором и входом вычислительно-запоминающего устройства. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что блок регистрации угла поворота колесной пары вокруг ее оси вращения содержит съемную метку начала угловой координаты,выполненную с возможностью размещения на ободе колеса контролируемой колесной пары, датчик регистрации начала координат, расположенный с возможностью взаимодействия со съемной меткой, и датчик регистрации угла поворота колесной пары, выход которого соединен со входом блока управления. Изобретение относится к методам и средствам испытаний изделий ультразвуком и может быть использовано для выявления дефектов колес при ремонте и изготовлении подвижного состава железнодорожного транспорта. Известен способ ультразвукового контроля ободьев колес рельсового подвижного состава 1, заключающийся в том, что на часть боковой поверхности обода наносится контактная жидкость, пьезоэлектрический преобразователь вручную перемещают по заданной траектории сначала в режиме поисковой чувствительности, отмечают места регистрации сигналов от предполагаемых дефектов, а затем в режиме браковочной чувствительности выявляют недопустимые дефекты. Недостатком способа является низкая производительность контроля. Способ реализуется с помощью механизированной установки для дефектоскопии вагонных колесных пар, проект 6733 В 2, содержащей неподвижное основание, на котором смонтирован привод механизма вращения колесной пары с фрикционными роликами,опорные ролики, на которые устанавливается колесная пара, направляющий рельс и меха 2 10063 1 2007.12.30 низм для перемещения дефектоскопа вдоль проверяемой оси. Опорные ролики механизма вращения колесной пары конструктивно выполнены на одном уровне с рельсами технологических путей. Недостатком указанной установки является низкая производительность контроля. Известен технологический процесс ультразвуковой дефектоскопии вагонных колес,описанный в 3 и заключающийся в том, что пьезоэлектрические преобразователи направляют на контактных поверхностях испытываемого колеса по концентрическим окружностям с помощью сканирующего устройства, которое устанавливают на обод испытываемого колеса, на контролируемый сектор колеса кистью наносят контактную жидкость, затем осуществляют поисковый контроль путем ручного перемещения сканирующего устройства в режиме поисковой чувствительности и отмечают зоны появления сигналов в пределах контролируемого сектора. Затем проворачивают колесную пару механизмом вращения и таким же образом выполняют поисковый контроль следующих секторов, а после этого отмеченные зоны контролируют повторно в режиме браковочной чувствительности для выявления недопустимых дефектов. Недостатком указанного способа является низкая производительность и достоверность контроля. Наиболее близким к заявляемому способу (прототип) является описание работы стенда для ультразвуковых испытаний колесных пар рельсового подвижного состава 4, в котором колесную пару нижней частью контролируемых колес погружают в иммерсионные ванны с контактной жидкостью, фиксируют ее положение с возможностью поворота вокруг оси вращения, и осуществляют ультразвуковой контроль (прозвучивание) колес эхоимпульсным методом одновременно с вращением колесной пары. Наиболее близким к заявляемому устройству является стенд для ультразвуковых испытаний колесных пар рельсового подвижного состава 4, содержащий неподвижное основание с опорами для букс испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, две иммерсионные ванны, подъемно-поворотное устройство для подъема и поворота колесной пары, причем иммерсионные ванны размещены по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары и ниже опор для букс. Недостатком указанных способа и устройства является низкая производительность и достоверность контроля. Задачей предлагаемого способа и устройства для его реализации является повышение производительности и достоверности ультразвукового контроля колес железнодорожного подвижного состава. Технический результат достигается способом, в котором колесную пару нижней частью контролируемых колес погружают в иммерсионные ванны с контактной жидкостью,фиксируют с возможностью вращения вокруг продольной оси, и осуществляют прозвучивание колес одновременно с вращением колесной пары, отличающимся тем, что прозвучивание осуществляют с помощью сканирующих устройств с пьезоэлектрическими преобразователями, расположенными в ваннах с контактной жидкостью, на контролируемом колесе устанавливают съемную метку начала угловой координаты и задают направление вращения колесной пары, колесную пару вращают в заданном направлении К оборотов относительно неподвижного сканирующего устройства, одновременно регистрируют угловую координату съемной метки по отношению к сканирующему устройству,запоминают угловые координаты и амплитуды принимаемых сигналов, и по превышению браковочного уровня принимаемого сигнала судят о наличии недопустимых дефектов. Для подтверждения достоверности амплитуды принятых сигналов, различающиеся по угловой координате на целое число полных оборотов (2 П), складывают, и о наличии недопустимого дефекта судят по превышению браковочного уровня суммарного сигнала,3 10063 1 2007.12.30 равного Кб., где К - число оборотов, выполненных колесной парой, б. - амплитуда сигнала от недопустимого дефекта при настройке дефектоскопа на уровень браковочной чувствительности. После выполнения К оборотов колесной пары коммутируют следующий пьезоэлектрический преобразователь и цикл контроля повторяют для каждого из преобразователей. Способ реализуется посредством устройства, содержащего неподвижное основание с опорами для испытываемой колесной пары, привод с фрикционным роликом, расположенным 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, отличающегося тем, что содержит расположенные в иммерсионных ваннах с контактной жидкостью два сканирующих устройства с пьезоэлектрическими преобразователями, связанными посредством многоканального коммутатора с входом ультразвукового дефектоскопа, блок управления, входы которого связаны с выходами блока регистрации угла поворота колесной пары вокруг ее оси вращения, ультразвукового дефектоскопа и вычислительно-запоминающего устройства, а выходы - с многоканальным коммутатором и входом вычислительно-запоминающего устройства. Блок регистрации угла поворота колесной пары вокруг ее оси вращения содержит съемную метку начала угловой координаты, выполненную с возможностью размещения на ободе колеса контролируемой колесной пары, датчик регистрации начала координат,расположенный с возможностью взаимодействия со съемной меткой, и датчик регистрации угла поворота колесной пары, выход которого соединен с входом блока управления. На фигуре показана функциональная схема устройства. Устройство содержит основание с опорами для испытываемой колесной пары 1, привод с фрикционным роликом, расположенный с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью колеса испытываемой колесной пары, две иммерсионные ванны 2, размещенные по вертикальному уровню ниже оси вращения испытываемой колесной пары 1 и ее опор. В иммерсионных ваннах 2 размещены два сканирующих устройства 3 с пьезоэлектрическими преобразователями, связанными посредством многоканального коммутатора 9 с ультразвуковым дефектоскопом 4. Блок управления 10 входами связан с блоком регистрации угла поворота 5 колесной пары вокруг ее оси вращения, с выходом ультразвукового дефектоскопа 4 и выходом вычислительно-запоминающего устройства 11, вход которого связан с выходом блока управления 10. Выходами блок управления 10 связан с входом ультразвукового дефектоскопа 4, входом коммутатора каналов 9, входом вычислительнозапоминающего устройства 11. Блок регистрации угла поворота 5 колесной пары вокруг ее оси вращения включает в себя датчик угла поворота 6 колесной пары, датчик регистрации начала координат 7, съемную метку 8 начала угловой координаты. Устройство работает следующим образом. Рычажные системы сканирующих устройств 3, фрикционные ролики привода и датчика угла поворота 6 переводятся в нерабочее положение, обеспечивая свободную установку колесной пары на опоры. После установки колесной пары рычажные системы сканирующих устройств 3 и фрикционные ролики привода и датчика угла поворота 6 колесной пары переводятся в рабочее положение. На внешнюю часть обода колеса, расположенного со стороны блока регистрации угла поворота 5 колесной пары вокруг ее оси вращения в углубление клейма заводаизготовителя устанавливают съемную метку 8. Колесную пару вращают до совпадения съемной метки 8 с датчиком регистрации начала координат 7. Включают блок управления 10, который выдает управляющие сигналы многоканальному коммутатору 9 на включение первого пьезоэлектрического преобразователя и блоку регистрации угла поворота 5 колесной пары - на начало отсчета угловой координаты, и приводу - на начало вращения колесной пары. Колесную пару вращают в заданном направлении не менее чем КМоборотов, где М - число коммутируемых 4 10063 1 2007.12.30 датчиков, К - число повторений циклов контроля для подтверждения достоверности принятого сигнала. Исходя из опытных данных, принято К 3. Угловая скорость вращения колесной пары 46 оборотов в минуту. При регистрации отраженного сигнала дефектоскоп через блок управления 10 передает сигнал в вычислительно-запоминающее устройство 11, которое формирует адресную по угловым координатам базу принятых сигналов. При последующих оборотах сигналы с одноименными адресами складываются. После выполнения К оборотов колесной пары адресные ячейки, накопившие К сигналов о наличии дефекта, идентифицируются вычислительно-запоминающим устройством как соответствующие угловой координате дефекта, выявленного включенным пьезоэлектрическим преобразователем. На блок управления 10 передается информация о наличии и координатах дефекта, выключается привод вращения колесной пары. При отсутствии адресных ячеек, накопивших К сигналов о наличии дефекта, выполняется коммутация следующего преобразователя и цикл контроля повторяется до проверки колеса всеми преобразователями. Информация о результатах контроля сохраняется в вычислительно-запоминающем устройстве 11. Устройство реализовано в виде установки для ультразвуковой дефектоскопии колесных пар колеи 1520 мм по ГОСТ 4835-80. Установка совмещена с технологической рельсовой колеей, по которой подаются колесные пары без буксовых узлов и внутренних колец подшипников. Опоры 2 оснащены латунными роликами для предотвращения повреждений поверхности шейки оси. В качестве электронного блока дефектоскопического использован дефектоскоп УД 2-12 по ГОСТ 23049-84 и преобразователи пьезоэлектрические из комплекта ПРИЗ-Д 5 по ГОСТ 26266-84. В качестве съемной метки начала угловой координаты использован цилиндрический магнит диаметром 7 мм и высотой 5 мм из материала КС-37, намагниченный вдоль оси цилиндра. Иммерсионные ванны выполнены сварными из металлического листа, емкостью по 70 л, в качестве контактной среды использована техническая вода. В иммерсионных ваннах размещены сканирующие устройства, каждое из которых оснащено пятью пьезоэлектрическими преобразователями. Для проверки выявляемости дефектов использована колесная пара типа РУ 1-950 с толщиной обода 30 мм, обточенная по поверхности катания, на которой были созданы искусственные дефекты в виде сверлений диаметром 3 мм в соответствии с требованиями,изложенными в технологической инструкции 2. Испытания установки при контроле колесных пар в технологических условиях колесного цеха вагоноремонтного предприятия показали более высокую производительность и выявляемость дефектов по сравнению с технологическим процессом, описанным в 3, и стендом, описанным в 4. Источники информации 1. Ильин В.А. и др. Дефектоскопия деталей подвижного состава железных дорог и метрополитенов. - М. Транспорт, 1983. - С. 292-295. 2. Руководство по испытанию на растяжение и дефектоскопированию вагонных деталей. ЦВТ-6. - М. Транспорт, 1982. - С. 15. 3. Технологическая инструкция по ультразвуковому контролю ободьев цельнокатанных колес дефектоскопом УД 2-12 с устройством УСК-4. ТИ 07.09.08-98. - М. МПС РФ,Утв. 19.06.1998 Департаментом вагонного хозяйства. - С. 153-154. 4. Заявка РБ а 20000607 на изобретение, МПК 01 17/00, 2001. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5