Система диагностики колесной пары пассажирского вагона с визуализацией дефекта

Полезная модель относится к средствам неразрушающего контроля осей и колес вагонных немоторных колесных пар и предназначена для обнаружения и определения местоположения дефектов в элементах колесных пар ультразвуковым методом. Система диагностики колесной пары пассажирского вагона с визуализацией дефекта состоит из поста диагностики, содержащего портал, шкаф управления постом диагностики, привод загрузки/выгрузки колесной пары, сканеры оси и колес, приводы вращения колесной пары и установки сканеров, систему подачи контактной жидкости и пульт управления приводами; стойку поста диагностики, состоящую из блока системного, состоящего из корпуса, модуля интерфейса датчиков перемещения и аналогово-цифрового модуля с установленным пакетом программ. Технический результат - повышение уровня обеспечения безопасности движения пассажирских поездов, в том числе, при скоростях обращения поездов свыше 160 км/ч с вагонами нового типа на безлюлечных тележках.

Полезная модель относится к испытательному оборудованию для проведения ультразвукового неразрушающего контроля и может быть использована для обнаружения дефектов в осях и колесах немоторных вагонных колесных пар и определения их местоположения.

Известен стенд для ультразвуковых испытаний колесных пар (описание к патенту РФ №2243532, кл. С 27 G01М 17/10, 28.05.2001 г.), 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.

К недостаткам известного стенда следует отнести то, что он осуществляет контроль только колес, без контроля осей. Кроме того, на нем невозможен контроль осей с редуктором привода генератора от средней части.

Наиболее близким аналогом является автоматизированная установка для дефектоскопии колесных пар вагонов (описание к патенту РФ №2289128, кл. G01N 29/04, 07.06.2005 г.), содержащая устройство подачи колесных пар с механизмом их разворота, устройство очистки зоны контроля, устройство вращения колесных пар, средство диагностики, состоящее из вычислительного блока, блока предварительной обработки информации и блока усилителей, пульта управления и каретки для размещения ультразвуковых преобразователей.

Недостатком данной установки являются невозможность проведения контроля колесных пар с необточенными колесами, редуктором привода генератора, недемонтированными буксовым узлом или внутренними кольцами подшипников, тормозными дисками, выявления дефектов в предподступичных частях оси и их галтелях, и внутренних участках подступичной части, необходимость разворота колесной пары в процессе контроля, отсутствие контроля оси на прозвучиваемость и приступичных зон колес, невысокая чувствительность контроля, слабая наглядность представляемых результатов контроля.

Технический результат заключается в повышении достоверности обнаружения и точности измерений координат дефектов, уменьшении числа случаев перебраковки, отсутствии необходимости использования поверхностей шеек для ввода ультразвука и разворота колесной пары в процессе проведения контроля, использовании в качестве контактной жидкости воды; меньшем времени проведения контроля, обеспечении возможности контроля колесных пар при наличии различного оборудования: буксового узла, внутренних колец подшипников, редуктора привода генератора, тормозных дисков; обеспечении проведения контроля всего объема оси, ободьев, гребней и дисков колес, включая приободную и приступичную зоны; наглядном представлении результатов контроля в виде схематической визуализации дефектов на трехмерном изображении колесной пары с возможностью распечатки и хранения в базе данных протокола контроля с указанием координат дефектов.

Технический результат достигается тем, что в состав системы диагностики колесной пары пассажирского вагона с визуализацией дефекта, содержащей пост диагностики, состоящий из портала, шкафа управления постом диагностики, электропривода загрузки/выгрузки колесной пары, привода вращения колесной пары, электроприводов установки сканеров, системы подачи контактной жидкости и пульта управления приводами, введены подвижный сканер оси, неподвижные сканеры оси, сканеры колес, имеющие в своем составе преобразователи, реализующие акустическую схему контроля с вводом ультразвука с поверхностей средней и открытых участков подступичных частей оси, внутренних поверхностей ободьев и дисков колес, в блок системный стойки поста диагностики, состоящий из корпуса, модуля интерфейса датчиков перемещения, монитора, клавиатуры, принтера и блока бесперебойного питания, установлен пакет программ, выполняющий управление постом диагностики, обработку, хранение и наглядное представление результатов контроля.

На Фиг.1 изображена общая схема системы диагностики колесной пары пассажирского вагона.

На Фиг.2 показан вариант выполнения поста диагностики.

На Фиг.3 показан вариант выполнения стойки поста диагностики.

На Фиг.4 показан вариант выполнения блока системного.

Система содержит пост диагностики 1, предназначенный для размещения исследуемого объекта (колесной пары) и проведения контроля, стойку поста диагностики 2, предназначенную для управления процессом контроля, и пульт дистанционного управления 3, предназначенный для управления электродвигателями вертикального и горизонтального приводов сканеров.

В состав поста диагностики входит стенд установочный 4, на который устанавливается колесная пара 5. Колеса устанавливаются на два вала, один из которых является приводным, обеспечивающим вращение колесной пары. Позицией 6 обозначены ультразвуковые преобразователи.

Преобразователи генерируют ультразвуковые колебания и принимают отраженные эхо-сигналы. Сканеры 7 и 8 обеспечивают сканирование преобразователями в процессе контроля и включают в себя прижимы, представляющие собой шарнирные механизмы для фиксации преобразователей 6, обеспечения надежного контакта преобразователей с объектом контроля. Подвижный сканер оси 8, расположенный над серединой оси колесной пары, перемещает в процессе контроля вдоль оси преобразователи и выполнен на основе горизонтально перемещающего привода, например, шагового двигателя, сигналы управления которым формирует блок управления сканером 11. Боковые сканеры оси, расположенные около ступиц колес, и сканеры колес 9 закреплены неподвижно.

Для установки преобразователей на колесную пару в состав подвижного сканера оси 8 и сканеров колес 9 входят привода, обеспечивающие их вертикальную подачу. В состав сканеров колес также входит привод горизонтальной подачи, обеспечивающий подвод преобразователей к внутренним граням ободьев и внутренним поверхностям дисков колес.

Питание на приводы подается через блок управления постом диагностики 12. Кнопки управления приводами вынесены на пульт дистанционного управления 3, который подключается к блоку 12 стенда поста диагностики 1.

Пост диагностики также содержит привод загрузки колесной пары 16, предназначенный для загрузки колесной пары для проведения контроля и ее выгрузки после проведения контроля.

Преобразователи 6 связаны посредством приемо-передающего тракта с аналогово-цифровым модулем 18 через блок коммутации 10. Блок 10 по команде аналогово-цифрового модуля 18 переключает генерируемый ультразвуковой сигнал на заданные преобразователи 6. От преобразователей 6 принятый сигнал через блок коммутации 8 подается обратно в аналогово-цифровой модуль 18.

Блок 13 предназначен для подачи контактной жидкости (воды) в зону контакта преобразователей с исследуемым объектом для обеспечения акустического контакта. Блок содержит:

1. циркуляционный насос;

2. подающие трубки;

3. проходные электромагнитные клапана прямого действия, предназначенные для блокировки подачи контактной жидкости под неиспользуемые в данный момент группы преобразователей.

Привод 15 выполнен на основе шагового модуля. Он предназначен для вращения исследуемого объекта (колесной пары) вокруг своей оси в процессе контроля.

Преобразователь угловых перемещений 14 обеспечивает отсчет, преобразование в цифровой код и передачу в аналогово-цифровой модуль 18 положения колесной пары при вращении относительно нулевого положения, задаваемого датчиком нулевого положения.

Стойка поста диагностики 1 содержит компьютер 17 и аналогово-цифровой модуль 18 (Фиг.3). Компьютер управляет процессом контроля и содержит следующие элементы (Фиг.4):

1. системный блок 19;

2. монитор 20;

3. клавиатуру 23;

4. принтер 22;

5. источник бесперебойного питания 21.

Предпочтительная схема данного блока изображена на Фиг.4.

Блок аналогово-цифрового модуля 18 выполняет следующие функции:

1. усиление эхо-сигналов, поступающих от блока коммутации, преобразование их в цифровую форму, цифровую обработку и запоминание в буферной памяти для последующей передачи данных в ПК,

2. формирование зондирующего сигнала в виде двуполярного импульса с регулируемой длительностью и амплитудой,

3. формирование команд для управления приводом подвижного сканера оси,

4. формирование команд для управления предварительным усилением и коммутацией каналов блока коммутации 8,

5. прием и передачу команд по последовательному каналу, в соответствии с протоколом обмена, определяемым стандартом RS-422.

Работает устройство следующим образом. Колесная пара 5 приводом загрузки колесной пары 16 устанавливается на стенд установочный 4. При наличии различного оборудования на средней части оси колесной пары (тормозных дисков или редуктора привода генератора от средней части оси) приводятся в рабочее положение сканеры 7 и 9, а в случае контроля колесной пары со свободной средней частью оси - сканеры 8 и 9. Включается блок подачи контактной жидкости 13 и устройство вращения колесной пары 15. Осуществляется процесс регистрации данных - преобразователи 6, подключенные через

коммутатор 10 к аналогово-цифровому модулю 18, поочередно излучают и принимают ультразвуковые импульсы.

При контроле с использованием подвижного сканера оси 8 сканирование преобразователями осуществляется как вдоль оси посредством перемещения сканера, так и по окружности посредством вращения колесной пары с поверхности средней части оси. При контроле оси с использованием неподвижных сканеров 7 сканирование осуществляется только по окружности с поверхности подступичных и/или средней части оси.

Контроль оси проводится с помощью восьми преобразователей в случае использования подвижного сканера 8 или с помощью двенадцати преобразователей (по шесть в каждом сканере) в случае использования неподвижных сканеров 7. Преобразователи располагаются симметрично относительно середины оси. С помощью каждого преобразователя контролируется определенная зона оси. Преобразователи излучают и принимают поперечные волны на частоте 2.5 МГц и работают в диапазоне углов ввода 15-72 град.

Контроль колес сканерами 9 осуществляется с внутренних поверхностей обода и диска. Сканирование преобразователями обеспечивается вращением колесной пары. Преобразователи излучают и принимают поперечные и продольные волны на частоте 2.5 МГц и работают в диапазоне углов ввода 0-50 град.

После завершения регистрации данных осуществляется процесс автоматической обработки зарегистрированных данных. В процессе обработки сначала определяется тип колесной пары, затем обнаруживаются дефекты в оси и колесах. В случае обнаружения дефектов автоматически формируется трехмерное изображение колесной пары, на котором схематически отображаются дефекты в оси и дефектные области колес, и протокол контроля.

1. Система диагностики колесной пары пассажирского вагона с визуализацией дефекта, содержащая пост диагностики, состоящий из портала, шкафа управления постом диагностики, привода загрузки/выгрузки колесной пары, сканеров оси и колес, приводов вращения колесной пары и установки сканеров, системы подачи контактной жидкости и пульта управления приводами; стойки поста диагностики, состоящей из блока системного, состоящего из корпуса, модуля интерфейса датчиков перемещения и аналогово-цифрового модуля с установленным программным обеспечением, отличающаяся тем, что содержит сканеры колес, имеющие в своем составе преобразователи, реализующие акустическую схему контроля с вводом ультразвука с поверхностей средней и открытых участков подступичных частей оси, внутренних поверхностей ободьев и дисков колес.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в составе блока системного имеется модуль интерфейса датчиков перемещения и аналогово-цифровой модуль, выполняющие управление постом диагностики в процессе регистрации данных.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в блоке системном установлен пакет программ, обеспечивающий обработку, хранение и наглядное представление результатов контроля.