Устройство контроля рельсов

Заявляемая полезная модель - устройство контроля рельсов предназначено для сплошного или выборочного неразрушающего ультразвукового (УЗ) контроля рельсов на металлургических и ресльсосварочных (РСП) предприятиях. Устройство контроля рельсов, содержит станину, снабженную катками для продольного перемещения контролируемых рельсов и прибором их многоканального УЗ контроля, установленным на станине и содержащим множество электроакустических преобразователей, установленных на поверхностях рельса, и отличается наличием образцового рельса с моделями дефектов и механизма оперативной установки образцового рельса вместо контролируемого. Наличие образцового рельса с преднамеренно введенными искусственными дефектами, расположенного рядом с УЗ дефектоскопом, позволяет оперативно проверять его работоспособность.

Заявляемая полезная модель - устройство контроля рельсов предназначено для сплошного или выборочного неразрушающего ультразвукового (УЗ) контроля рельсов (КР) на металлургических и ресльсосварочных (РСП) предприятиях.

На металлургических и РСП для обеспечения безопасности железных дорог целесообразно проводить полный контроль соответственно выходной и входной продукции, а на РСП дополнительно осуществлять контроль сварных стыков рельсов.

Известны различные устройства УЗ контроля рельсов - дефектоскопы, позволяющие обнаруживать дефекты непосредственно в рельсовом пути. Основной проблемой таких дефектоскопов является ограниченные возможности доступа к поверхностям рельса. В результате этого, единственно реально доступной поверхностью пригодной для размещения источников/приемников УЗ сигналов является поверхность катания рельса. Такие ограничения существенно уменьшают возможности диагностики рельсов.

Известно устройство для контроля сварных стыков рельсов [1], содержащие УЗ дефектоскоп у которого электроакустические преобразователи (ЭАП), расположены на поверхности катания рельса и направленны на сварной стык рельса.

Недостатком устройства [1] является низкое качество дефектоскопии, обусловленное тем, что оно способно обнаруживать дефекты только в окрестности оси симметрии рельса.

Известно устройство для контроля сварных стыков рельсов [2], содержащие УЗ дефектоскоп у которого ЭАП, расположены на поверхности катания рельса и направленны на сварной стык рельса.

Недостатком устройства [2] является низкое качество дефектоскопии, обусловленное тем, что оно способно обнаруживать дефекты только в головке и шейке рельса.

Известно устройство для контроля сварных стыков рельсов [3] содержащие УЗ дефектоскоп у которого ЭАП, расположены на поверхностях катания, боковых и перьях рельса и направленны на сварной стык рельса. Дефектоскопия всего сварного стыка осуществляется путем перемещения ЭАП.

Недостатком устройства [3] также является низкое качество дефектоскопии, обусловленное тем, что они способны обнаруживать дефекты только в головке и шейке рельса

Устройства [1-3] применимы в основном для дефектоскопии установленных рельсов в условиях ограниченного доступа к поверхностям рельса.

На металлургических предприятиях, производящих рельсы, а также на РСП, осуществляющих сварку в протяженные плети старых, но пригодных для использования («старогодных») рельсов, имеется возможность устанавливки ЭАП на всех поверхностях рельса и использовать широкий круг схем УЗ прозвучивания рельсов с целью обеспечения достоверного контроля качества во всех частях рельса: головке, шейке и перьях.

Серьезными проблемами рельсовых УЗ дефектоскопов является установка совокупности ЭАП с заданными углами ввода УЗ колебаний, обеспечение их акустического контакта со сложными поверхностями рельса и быстрый износ ЭАП в результате трения. Установка и замена, а также периодический контроль состояния ЭАП являются трудоемкими операциями, снижающими производительность труда дефектоскопистов и всего предприятия.

Известны [4] образцы СО-1, СО-1, СО-3 и [5] образцы СО-1Р, СО-2Р, СО-3Р предназначенные для измерения и проверки основных параметров, как самих ЭАП, так и всей УЗ дефектоскопической аппаратуры. Все перечисленные образцы выполнены в виде объемного тела, имеющего измерительную плоскость с метками для установки электроакустического преобразователя, и отверстия, расположенные так, чтобы отражать ультразвуковые лучи ЭАП, установленного на отметках. Такие образцы позволяют измерить диаграмму направленности однолучевого ЭАП и амплитуду излучаемых УЗ колебаний.

Недостатком образцов [4, 5] является высокая трудоемкость измерения характеристик многолучевых УЗ дефектоскопов. Действительно, измерение всех лучей ЭАП по отдельности требует много времени, и не позволяет с достаточной точностью оценить их относительное пространственное положение, а, следовательно, добиться высокого качества дефектоскопии рельсов.

Известен [6] образцовый рельс для контроля многоканальных УЗ дефектоскопов, выполненный в виде небольшого куска рельса с преднамеренно введенными характерными дефектами в виде пропилов, сверлений и т.п. Такой образец позволяет быстро и с высокой достоверностью оценить качество работы многолучевого УЗ дефектоскопа.

Проблема использования таких образцовых рельсов состоит в том, что как рельс, так и многоканальный УЗ дефектоскоп являются габаритными и тяжелыми предметами, перемещение которых сопряжено с большими физическими усилиями и временными затратами.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство контроля рельсов «установка для автоматизированного контроля сварных стыков на РСП МИГ-УКС/РСП» [7], производимое ОАО «Радиоавионика» содержащее станину, снабженную катками для продольного перемещения контролируемых рельсов и прибором их многоканального УЗ контроля, установленным на станине и содержащим множество электроакустических преобразователей, установленных на поверхностях рельса.

Аналогичный состав оборудования имеет установка для УЗ контроля старогодних рельсов «АВИКОН-11РСП/ВС» [8]. Различие между устройствами [7] [8] заключается лишь в местах установки ЭАП на рельсе и способах зондирования и обработки результатов. Установки для сплошного УЗ контроля рельсов на металлургических предприятиях также имеет состав аналогичный [8].

Недостатком устройств контроля рельсов типа [7] является высокая трудоемкость настройки и регулировки многоканальных дефектоскопов, которая обусловлена, как сложностью схем прозвучивания, так и необходимостью повторять настроечно-регулировочные операции достаточно часто.

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является обеспечение оперативного контроля и регулировки устройств контроля рельсов.

Для решения поставленной задачи устройство контроля рельсов, содержащее станину, снабженную катками для продольного перемещения контролируемых рельсов и прибором их многоканального УЗ контроля, установленным на станине и содержащим множество электроакустических преобразователей, установленных на поверхностях рельса, снабжено образцовым рельсом с моделями дефектов и механизмом оперативной установки образцового рельса вместо контролируемого.

Заявляемую полезную модель иллюстрируют следующие графические материалы:

Фиг.1,2 - структурная схема устройства контроля рельсов, где:

1. Станина.

2. Катки.

3. Контролируемый рельс.

4. Блок ЭАП.

5. Образцовый рельс.

6. Механизм оперативной установки образцового рельса.

Фиг 3 - Блок ЭАП, где:

7. ЭАП.

Фиг.4 - Прибор многоканального УЗ контроля, где:

8. Прибор многоканального УЗ контроля

9. Блок сопряжения.

10. Компьютер.

Станина 1 предназначена для размещения всех элементов устройства контроля рельсов.

Катки 2 - обеспечивают перемещение контролируемого рельса 3 сквозь участок УЗ контроля.

Блок ЭАП 4 выполнен в виде совокупности ЭАП 7, [8], каждый из которых обеспечивает определенную диаграмму направленности излучения/приема УЗ колебаний, а значит возможность обнаружения дефектов в рельсе определенного расположения и ориентации. ЭАП 7 в рассматриваемых вариантах применения могут располагаться на всех поверхностях рельса (3 или 5), Фиг.3. Установка каждого ЭАП 7 внутри блока 4 требует достаточно точного соблюдения заданных углов ввода УЗ колебаний и является непростой процедурой. Сами ЭАП 7 сильно изнашиваются в процессе эксплуатации, являются расходным материалом, требующим периодического контроля и замены с соответствующей настройкой. Блок ЭАП 4, кроме того, содержит средства обеспечения акустического контакта ЭАП 7 с рельсом в виде прижимных механизмов вида, например, [9], а также системы смачивания пятна контакта ЭАП 7 с рельсом и т.п. Кроме того, при контроле сварных соединений рельсов обычно выбирают способ поиска дефектов, связанный с остановкой контролируемого рельса 3 и перемещением блока ЭАП 4 вдоль рельса. При этом сокращается число требуемых ЭАП 7, например, как это сделано в устройстве [3] по сравнению с [1]. Такое перемещение блока ЭАП 4 обеспечивают соответствующие ролики [9].

Прибор многоканального УЗ контроля 8, фиг.4 содержит блок ЭАП 4, блок сопряжения 9, который обеспечивает по команде от компьютера 10 формирование УЗ зондирующих сигналов, излучаемых ЭАП 7, а также прием отраженных сигналов, преобразование их в цифровую форму и подачу в компьютер 10.

В компьютере 10 происходит пространственно-временное разделение каналов УЗ контроля, т.е. выбираются моменты формирования зондирующих УЗ сигналов и окна приема отраженных сигналов, так чтобы каналы УЗ зондирования не мешали друг другу. Компьютер 10 обрабатывает результаты измерений и отображает их в виде понятных оператору изображений.

Образцовый рельс 5 предназначен для оперативного контроля углов ввода УЗ колебаний всеми ЭАП 7. Для решения этой задачи в образцовый рельс 5 (небольшой кусок рельса длиной около метра) вводят модели дефектов в виде пропилов, сверлений и т.п., которые про правильной ориентации ЭАП 7 должны быть обнаружены по соответствующим схемам прозвучивания ЭАП 7. Таким образом, образцовый рельс 5, будучи установленным вместо контролируемого, позволяет проверить соответствие желаемых схем прозвучивания рельса всеми ЭАП 7 реальным.

Механизм оперативной установки образцового рельса 6 предназначен для быстрой установки в блок ЭАП 4 образцового рельса вместо контролируемого. Механизм 6 может быть реализован в виде устройства гидравлического, пневматического и т.п.устройства подъема/опускания образцового рельса 5 на место контролируемого 3, при отсутствии последнего.

Заявляемое устройство контроля рельсов работает следующим образом.

Выбираются схемы прозвучивания рельсов в интересах решения задач сплошного входного, выходного контроля рельсов или контроля сварных соединений. Создается блок ЭАП 4, обеспечивающий решение поставленных задач дефектоскопии. Изготавливается образцовый рельс 5, в котором вводятся преднамеренные «дефекты», которые позволяют проверить работоспособность и правильность установки всех ЭАП 7.

Перед началом дефектоскопии механизмом 6 оперативной установки образцового рельса 5 поднимают его на место контролируемого рельса 3 и проводят проверку соответствия текущего состояния блока ЭАП 4 выдвинутым требованиям. При наличии отклонений корректируют положение соответствующих ЭАП 7. После калибровки убирают образцовый рельс и приступают к УЗ зондированию контролируемых рельсов 3. Периодически (обычно 1-2 раза за смену) проводят контрольную проверку устройства контроля рельсов аналогичным образом.

Таким образом, заявляемое устройство контроля рельсов позволяет с высокой достоверностью производить, как сплошной контроль рельсов, так и их сварных

Источники информации:

1. Патент GB 1506214.

2. Патент WO 2010141142 (US3960005).

3. Патент RU 2309402.

4. ГОСТ 14782-96.

5. ГОСТ 18576-96.

6. MANUAL FOR ULTRASONIC TESTING OF RAILS AND WELDS, Revised - 2006, Research Designs & Standards Organisation, Lucknow-226011, http://www.ecr.indianrailways.gov.in/uploads/files/1357555682170-usfd.pdf, стр.70.

7. http://infomirspb.ru/articles/132.html.

8. http://www.avionica-ndt.com/index.php?page=prodf%2Fav11rsp_vs.

9. Патент RU 2308029.

Устройство контроля рельсов, содержащее станину, снабженную катками для продольного перемещения контролируемых рельсов и прибором их многоканального ультразвукового контроля, установленным на станине и содержащим множество электроакустических преобразователей, установленных на поверхностях рельса, отличающееся наличием образцового рельса с моделями дефектов и механизма оперативной установки образцового рельса вместо контролируемого.