Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар
Предлагаемое устройство относится к автоматизированным системам контроля изделий с помощью ультразвука. Технической задачей, решаемой полезной моделью, является разработка модуля сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов, позволяющего осуществлять сканирование обода колеса с боковой поверхности и поверхности катания, оси колесной пары с цилиндрической поверхности и торца, обнаруживать объемные дефекты в диске колеса, поверхностные дефекты на его поверхности катания, а также трещиноподобные дефекты в оси колесной пары и ее подступичной части, и позволяющего повысить надежность контроля путем точного позиционирования сканирующих устройств на элементы колесной пары, с помощью введенных механизмов центрирования и фиксации. Модуль сканеров выполнен в виде горизонтально расположенной платы, установленный на портале с возможностью вертикального перемещения, содержащий пять сканирующих устройств: 1 - для контроля диска колеса с поверхности катания; 2 - с боковой поверхности обода; 3 - оси колесной пары по цилиндрической поверхности и 4, 5 - с торца, причем четвертое сканирующее устройство выполнено в виде секторного кронштейна, с закрепленными на нем пьезоэлектрическими преобразователями с установкой их в зарезьбовую канавку оси колесной пары, перемещаемого в горизонтальном направлении до торца оси и опускаемого вертикально рычажным устройством, а пятое сканирующее устройство выполнено в форме подковы с установленными на ней пьезоэлектрическими преобразователями и перемещаемой в горизонтальном направлении, причем модуль содержит механизм центровки относительно оси колесной пары, состоящий из установленной на плате вертикально ориентированной пластины с закрепленным на ней V- образным рычажным устройством на двух направляющих, соединенных с поворотными рычагами, каждый из
которых контактирует с осью колеса посредством двух роликов, закрепленных на его концах. V-образное рычажное устройство снабжено механизмом углового перемещения и фиксации, устанавливающими направляющие под углом 45° к вертикальной оси, причем механизм углового перемещения каждой направляющей выполнен с помощью равноплечной Г-образной пластины, один конец которой закреплен на оси, установленной на направляющей, а второй - на оси, закрепленной на подпружиненной подвижной планке, установленной на вертикально ориентированной пластине и имеющей возможность вертикального перемещения. Механизм фиксации каждой направляющей выполнен в виде зубчатой рейки, закрепленной на вертикально ориентированной пластине и фиксирующего зуба, закрепленного на поворотном рычаге направляющей. Кроме этого модуль сканеров дополнительно содержит механизм фиксации обода диска колеса, выполненный в виде двух параллельных дугообразных пластин, закрепленных на плате, на которых установлены вращающиеся фиксаторы, причем фиксаторы, расположенные на первой дугообразной пластине, выполнены в виде неподвижно закрепленных роликов, а фиксаторы на второй - в виде подшипников, с возможностью их перемещения с помощью двигателя в горизонтальном направлении до фиксации обода колеса, а фиксаторы в виде подшипников расположены в кассетах, причем между осями вращения подшипников и основаниями крепления кассет к модулю установлены поджимающие пружины. Кроме этого для увеличения надежности выявления трещинообразных дефектов в подступичной части оси колесной пары дополнительно введено шестое сканирующее устройство, установленное на вертикально ориентированной пластине и состоящее из двух одинаковых двух плечных рычагов с плечами разной длины, соединенных пружиной, расположенных симметрично относительно оси колесной пары, причем на свободных концах длинных
плеч закреплены посадочные гнезда, в которые помещены ультразвуковые преобразователи, устанавливаемые на цилиндрическую предподступичную часть оси колесной пары.
Предлагаемая полезная модель относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий кольцевой формы ультразвуковым методом. Главным образом она может быть использована для автоматизированного контроля железнодорожных колесных пар вагонов при их производстве или после ремонта. Модуль сканеров является составной частью автоматизированной системы, включающей в себя механический стенд для установки колесной пары в позицию контроля, электронную аппаратуру для возбуждения пьезоэлектрических преобразователей, усиления, обработки и регистрации информации об обнаруженных дефектах, Устройство подачи контактирующей жидкости под преобразователи и ее фильтрации, пульта управления.
Известна автоматизированная ультразвуковая система типа "AURA" [Rockstron В., Walte F., Kappes W., Seiti R., Hintze H. и др. AURA - система контроля колесных пар: обода, диска и оси. В мире неразрушающего контроля, 2001, №3(12), 59-62], в состав которой входит механизированный стенд, обеспечивающий сканирование преобразователей при контроле колесной пары. В этой аппаратуре имеется два модуля контроля - модуль контроля колеса и модуль контроля оси. Недостатком такой системы последовательного контроля является низкая производительность.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является автоматизированная ультразвуковая система контроля колесных пар [Патент РФ на полезную модель №39954 - Стенд для ультразвукового контроля колесных пар], состоящий из механизированного стенда,
электронной аппаратуры, системы подачи жидкости под пьезоэлектрические преобразователи и ее фильтрации, пульта управления.
В состав механизированного стенда входит модуль сканеров, выполненный в виде горизонтально расположенной платы, установленный на портале с возможностью вертикального перемещения, содержащий пять сканирующих устройств: 1 - для контроля диска колеса с поверхности катания; 2 - с боковой поверхности обода; 3 - оси колесной пары по цилиндрической поверхности и 4, 5 - с торца, причем четвертое сканирующее устройство выполнено в виде секторного кронштейна, с закрепленными на нем пьезоэлектрическими преобразователями с установкой их в зарезьбовую канавку оси колесной пары, перемещаемого в горизонтальном направлении до торца оси и опускаемого вертикально рычажным устройством, а пятое сканирующее устройство выполнено в форме подковы с установленными на ней пьезоэлектрическими преобразователями и перемещаемого в горизонтальном направлении.
Достоинством модуля сканеров известного стенда является возможность сканирования акустическими системами по поверхности катания и боковой поверхности обода колеса, цилиндрической оси колесной пары и оси колесной пары с торца.
Недостатком такого модуля сканеров является плохая точность установки акустических преобразователей сканирующих систем на элементы колесной пары из-за разброса его геометрических характеристик и невозможность обнаружения дефектов в подступичной части оси колесной пары, что снижает надежность контроля.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является разработка модуля сканеров стенда для автоматизированного контроля колесных пар, позволяющее, как и известное устройство, обеспечить сканирование акустических систем по поверхности катания и боковой поверхности обода колеса, цилиндрической поверхности и с торца оси
колесной пары, но и повысить точность позиционирования модуля сканеров на элементы колесной пары и повысить надежность обнаружения дефектов в виде трещин в подступичной части оси колесной пары.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности контроля за счет увеличения точности позиционирования сканирующих устройств на элементы колесной пары, путем центрирования модуля сканеров относительно оси колесной пары, обеспечения свободного его вращения в горизонтальной плоскости на угол ±10° и наклона в вертикальной плоскости на угол ±5°, с последующей жесткой фиксации обода колеса. Так же дополнительным техническим результатом является повышение надежности контроля оси колесной пары с обнаружением дефектов в виде трещин путем использования дополнительного шестого сканирующего устройства с установкой преобразователей на цилиндрическую поверхность оси в предподступичной ее части.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый модуль сканеров, как и известный, установлен на портале с возможностью его вертикального перемещения, и содержит пять сканирующих устройств: 1 - для контроля диска колеса с поверхности катания; 2 - с боковой поверхности обода; 3 - оси колесной пары по цилиндрической поверхности и 4, 5 - с торца, причем четвертое сканирующее устройство выполнено в виде секторного кронштейна, с закрепленными на нем пьезоэлектрическими преобразователями с установкой их в зарезьбовую канавку оси колесной пары, перемещаемое в горизонтальном направлении до торца оси и опускаемого вертикально рычажным устройством, а пятое сканирующее устройство выполнено в форме подковы с установленными на ней пьезоэлектрическими преобразователями и перемещаемое в горизонтальном направлении. Но в отличие от известного модуля он содержит механизм центровки относительно оси колесной пары,
состоящий из установленной на плате вертикально ориентированной пластины с закрепленным на ней V-образным рычажным устройством на двух направляющих, соединенных с поворотными рычагами, каждый из которых контактирует с осью колеса посредством двух роликов, закрепленных на его концах.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 2 формулы, характеризует модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар, у которого V-образное рычажное устройство снабжено механизмом углового перемещения и фиксации направляющих под углом 45 к вертикальной оси.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 3 формулы, характеризует модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар, у которого механизм углового перемещения каждой направляющей осуществляется с помощью равноплечной Г-образной пластины, один конец которой закреплен на оси, установленной на направляющей, а второй - на оси, закрепленной на подпружиненной подвижной планке, установленной на вертикально ориентированной пластине и имеющей возможность вертикального перемещения.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 4 формулы, характеризует модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар, у которого а механизм фиксации каждой направляющей выполнен в виде зубчатой рейки, закрепленной на вертикально ориентированной пластине и фиксирующего зуба, закрепленного на поворотном рычаге направляющей.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 5 формулы, характеризует модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар, у которого, в отличие от известного устройства, модуль дополнен механизмом фиксации обода диска колеса, выполненный в виде двух
параллельных дугообразных пластин, закрепленных на плате, на которых установлены вращающиеся фиксаторы.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 6 формулы, характеризует модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар, у которого фиксаторы, расположенные на первой дугообразной пластине, выполнены в виде неподвижно закрепленных роликов, а фиксаторы на второй - в виде подшипников, с возможностью их перемещения с помощью двигателя в горизонтальном направлении до фиксации обода колес.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 7 формулы, характеризует модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар, у которого а фиксаторы в виде подшипников расположены в кассетах, причем между осями вращения подшипников и основаниями крепления кассет к модулю установлены поджимающие пружины.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 8 формулы, характеризует модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар, у которого, в отличие от известного устройства, модуль дополнен шестым сканирующем устройством для контроля подступичной части оси с цилиндрической поверхности, которое закреплено на вертикально ориентированной пластине и состоит из двух одинаковых двух плечных рычагов с плечами разной длины, соединенных пружиной, расположенных симметрично относительно оси колесной пары, причем на свободных концах длинных плеч закреплены посадочные гнезда, в которые помещены ультразвуковые преобразователи.
Особенности и преимущества предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен модуль сканеров стенда для ультразвукового контроля колесной пары (вид сбоку), на фиг.2 - механизм фиксации модуля сканеров на оси колесной пары: а) - вид
спереди, б) - вид сзади, на фиг.3 - модуль сканеров (вид сверху) с механизмом фиксации обода диска колеса.
На фиг.1 представлен модуль сканеров 1 стенда для ультразвукового контроля колесных пар. После установки колесной пары в рабочее положение, с пульта управления (клавиатуры) электронной аппаратуры подается сигнал на посадку модуля сканеров 1, выполненного в виде горизонтально расположенной платы 2, на которой закреплены сканирующие устройства и механизм центровки модуля относительно оси колесной пары, установленный на вертикально ориентированной пластине 3, (фиг.2), прикрепленной к плате 2. Механизм центровки модуля состоит из V-образного рычажного устройства в виде двух направляющих 4, соединенных с поворотными рычагами 5, на концах которых закреплено по два ролика 6. Направляющие 4 вместе с поворотными рычагами 5 могут совершать угловые перемещения с помощью двух равноплечных Г-образных пластин 7, одним концом закрепленными с возможностью свободного вращения на осях 8, установленных на направляющих 4, а вторым - также с возможностью свободного вращения на осях 9, установленных на планке 10, имеющей возможность вертикального перемещения и соединенной пружинами 11 с вертикально ориентированной пластиной. 3. На поворотных рычагах 5 имеются фиксирующие зубья 12, а на вертикально ориентированной пластине 3 закреплены зубчатые планки 13. При касании роликов 6 центрирующего устройства оси колесной пары поворотные рычаги 5 с направляющими 4 раздвигаются и при достижении угла 45° с вертикальной осью фиксирующие зубья 12 закрепляются на зубчатых планках 13 и не позволяют больше раздвигаться направляющим 4. Такое устройство позволяет центрировать модуль со сканерами относительно оси колесной пары одинаковым образом независимо от ее диаметра.
Дополнительно модуль сканеров содержит механизм фиксации обода диска колеса (фиг.1, фиг.3), который выполнен в виде двух параллельных дугообразных пластин 14, закрепленных на плате 2 планками 15. На каждой из дугообразных пластин установлено по два вращающихся фиксатора 16 и 17, причем пара фиксаторов 16, установленная на первой пластине 14 -неподвижна, а вторая пара 17 - может перемещаться в горизонтальном направлении с помощью двигателя и рычажной передачи. При этом вторая пара фиксаторов 17 расположена в кассетах 18, причем между осями вращения фиксаторов 17 и основаниями крепления кассет 18 к модулю установлены поджимающие пружины 19. Такое устройство фиксирования обода диска колеса и свободная подвеска модуля сканеров позволяет сканирующим системам надежно устанавливаться на элементы колесной пары независимо от изменения геометрии колеса и его колебаний в процессе контроля.
Дополнительно для увеличения надежности обнаружения дефектов в виде трещин в подступичной части оси колесной пары введено шестое сканирующее устройство (фиг.2), состоящее из двух одинаковых двух плечных рычагов с плечами 20 и 21 разной длины, которые соединены между собой пружиной 22. На свободных концах длинных плеч 21 закреплены посадочные гнезда 23, в которые помещены ультразвуковые наклонные преобразователи 24, которые устанавливаются на цилиндрическую поверхность предподступичной части оси колесной пары.
Такое построение модуля сканеров для ультразвукового контроля колесных пар повышает надежность их контроля, за счет точного позиционирования сканирующих систем на элементы колесной пары независимо от ее геометрических характеристик, с помощью введенных механизмов центровки и фиксации, и дополнительного использования шестой сканирующей системы, для обнаружения дефектов в подступичной части оси колесной пары.
1. Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов, выполненный в виде горизонтально расположенной платы, установленный на портале с возможностью вертикального перемещения, содержащий пять сканирующих устройств: 1 - для контроля диска колеса с поверхности катания; 2 - с боковой поверхности обода; 3 - оси колесной пары по цилиндрической поверхности и 4, 5 - с торца, причем четвертое сканирующее устройство выполнено в виде секторного кронштейна, с закрепленными на нем пьезоэлектрическими преобразователями с установкой их в зарезьбовую канавку оси колесной пары, перемещаемого в горизонтальном направлении до торца оси и опускаемого вертикально рычажным устройством, а пятое сканирующее устройство выполнено в форме подковы с установленными на ней пьезоэлектрическими преобразователями и перемещаемой в горизонтальном направлении, отличающийся тем, что модуль содержит механизм его центровки относительно оси колесной пары, состоящий из установленной на плате вертикально ориентированной пластины с закрепленным на ней V-образным рычажным устройством на двух направляющих, соединенных с поворотными рычагами, каждый из которых контактирует с осью колеса посредством двух роликов, закрепленных на его концах.
2. Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов по п.1, отличающийся тем, что V-образное рычажное устройство снабжено механизмом углового перемещения и фиксации, устанавливающими направляющие под углом 45° к вертикальной оси.
3. Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов по п.2, отличающийся тем, что механизм углового перемещения каждой направляющей выполнен с помощью равноплечной Г-образной пластины, один конец которой закреплен на оси, установленной на направляющей, а второй - на оси, закрепленной на подпружиненной подвижной планке, установленной на вертикально ориентированной пластине и имеющей возможность вертикального перемещения.
4. Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов по п.3, отличающийся тем, что механизм фиксации каждой направляющей выполнен в виде зубчатой рейки, закрепленной на вертикально ориентированной пластине и фиксирующего зуба, закрепленного на поворотном рычаге направляющей.
5. Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит механизм фиксации обода диска колеса, выполненный в виде двух параллельных дугообразных пластин, закрепленных на плате, на которых установлены вращающиеся фиксаторы.
6. Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов по п.5, отличающийся тем, что фиксаторы, расположенные на первой дугообразной пластине, выполнены в виде неподвижно закрепленных роликов, а фиксаторы на второй - в виде подшипников, с возможностью их перемещения с помощью двигателя в горизонтальном направлении до фиксации обода колеса.
7. Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов по п.6, отличающийся тем, что фиксаторы в виде подшипников расположены в кассетах, причем между осями вращения подшипников и основаниями крепления кассет к модулю установлены поджимающие пружины.
8. Модуль сканеров для ультразвукового контроля колесных пар вагонов по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно введено шестое сканирующее устройство для контроля подступичной части оси с цилиндрической поверхности, закрепленное на вертикально ориентированной пластине и состоящее из двух одинаковых двуплечих рычагов с плечами разной длины, соединенных пружиной, расположенных симметрично относительно оси колесной пары, причем на свободных концах длинных плеч закреплены посадочные гнезда, в которые помещены ультразвуковые преобразователи.
